CN101774476B - 基于永磁直线电机的抛送平台 - Google Patents

Abstract

一种基于永磁直线电机的抛送平台，包括底座、两块呈相对布置的铁轭背板、定子齿、永磁体动子、涡流制动装置以及控制机构，所述铁轭背板固定于底座上，所述每块铁轭背板上沿着高度方向安装有一排以上的定子齿，不同铁轭背板上相对应位置处的两个定子齿构成一组，所述定子齿上绕设有与控制机构相连的三相绕组，所述永磁体动子装设于两块铁轭背板之间形成的运动通道内，顺着永磁体动子运动的加速方向，所述运动通道分为前端加速段和尾端制动段，所述尾端制动段上装设有涡流制动装置。本发明是一种结构简单紧凑、成本低廉、可靠性好、抛送力大、结构稳固的基于永磁直线电机的抛送平台。

Description

基于永磁直线电机的抛送平台

技术领域

本发明主要涉及到永磁直线电机的应用领域，特指一种采用永磁直线电机的抛送平台。

背景技术

抛送平台有广阔的应用领域，如大宗农产品、工业货物、航空航天业等。以往的抛送平台有基于旋转电机加皮带传送的，也有气压、液压的，还有基于皮筋等弹性体的，航空航天业则还可能用到推力更大的抛送装置。皮带传送虽然有一定的可控性，但其滞环死区是无法克服的不可控段。其他气液压的、皮筋的等等抛送装置则可控性很差，对被抛送物体的应力要求、结构要求都很高。上述传统抛送装置的效率都不高。

永磁直线电机用做抛送平台，则实现了抛送行程的完全可控，而且电能转化为被抛送物体动能的效率可达到80％以上。永磁直线电机具有结构简单、控制方便、推力密度大等优点，是用于抛送平台的理想选择。为使永磁直线电机出力尽可能大，结构尽可能牢固，加速距离尽可能长，可以采用双边形式提高一倍推力，采用动磁式电机以避免拖线。

永磁直线电机用于单方向抛送重物时，永磁直线电机的来回行程可以做得不对称，即做功行程需要动子和被抛送物体加速快、送出物体后动子制动也需要很快，而返回行程时动子本身只需慢速返回，不影响下次做功即可。这种应用背景为通过结构设计来实施永磁直线电机动子的制动提供了条件。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低廉、可靠性好、抛送力大、结构稳固的基于永磁直线电机的抛送平台。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种基于永磁直线电机的抛送平台，其特征在于：包括底座、两块呈相对布置的铁轭背板、定子齿、永磁体动子、涡流制动装置以及控制机构，所述铁轭背板固定于底座上，所述每块铁轭背板上沿着高度方向安装有一排以上的定子齿，不同铁轭背板上相对应位置处的两个定子齿构成一组，所述定子齿上绕设有与控制机构相连的三相绕组，所述永磁体动子装设于两块铁轭背板之间形成的运动通道内，顺着永磁体动子运动的加速方向，所述运动通道分为前端加速段和尾端制动段，所述尾端制动段上装设有涡流制动装置。

作为本发明的进一步改进：

所述两块铁轭背板的对应位置上设有一条以上的导轨，所述永磁体动子的侧面滑设于导轨上。

所述永磁体动子的侧面设有滚子，所述滚子滑设于导轨上。

所述永磁体动子的底面通过滚轮滑设于底座上。

所述导轨的尾端设有一个以上的导轨制动弹簧。

所述位于前端加速段的定子齿为硅钢叠片式定子齿，所述位于尾端制动段的定子齿为实芯铁式定子齿，所述实芯铁式定子齿构成涡流制动装置。

所述底座上设有挡板，所述挡板设置于铁轭背板的尾端，所述挡板上设有一个以上的制动弹簧。

所述控制机构与一用来检测永磁体动子运动位置的位置检测装置相连。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：本发明基于永磁直线电机的抛送平台，结构简单紧凑、成本低廉、可靠性好，采用双边式永磁直线电机的设计，从而大大提高了推力；采用永磁体动子，从而避免了来回拖动供电线缆造成故障。本发明在尾端制动段采用实芯定子齿的结构，可以大大缩短永磁体动子的制动时间和制动距离，从而相对加长了抛送加速距离，使电机可以在同样供电功率的条件下抛送质量更大的重物。

附图说明

图1是本发明的俯视结构示意图；

图2是图1中A-A处的剖视结构示意图；

图3是本发明的局部侧视结构示意图；

图4是位于前端加速段中定子齿的主视结构示意图；

图5是位于前端加速段中定子齿的俯视结构示意图；

图6是位于前端加速段中定子齿的侧视结构示意图；

图7是位于尾端制动段中定子齿的主视结构示意图；

图8是位于尾端制动段中定子齿的俯视结构示意图；

图9是位于尾端制动段中定子齿的侧视结构示意图。

图例说明

1、底座；101、挡板；2、制动弹簧；3、定子齿；4、永磁体动子；41、滚轮；42、滚子；401、框架；402、永磁体；5、涡流制动装置；6、控制机构；7、铁轭背板；71、运动通道；711、前端加速段；712、尾端制动段；72、导轨；721、导轨制动弹簧；8、位置检测装置。

具体实施方式

以下将结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步详细说明。

如图1、图2和图3所示，本发明基于永磁直线电机的抛送平台，包括底座1、两块呈相对布置的铁轭背板7、定子齿3、永磁体动子4、涡流制动装置5以及控制机构6，铁轭背板7固定于底座1上，底座1上设有挡板101，挡板101设置于铁轭背板7的尾端，挡板101上设有一个以上的制动弹簧2。每块铁轭背板7上沿着高度方向安装有一排以上的定子齿3，不同铁轭背板7上相对应位置处的两个定子齿3构成一组，构成双边型永磁直线电机，且该永磁直线电机只有单方向有效行程，本发明就是将永磁直线电机制造成一种朝某一特定方向抛送重物的平台。多排定子齿3能够有效增强对永磁体动子4的推力。定子齿3上绕设有与控制机构6相连的三相绕组，三相绕组通过接线端子引出，由三相逆变桥供电，整个控制机构6按传统无刷直流电机的控制方法加以控制。永磁体动子4包括框架401和永磁体402，永磁体402包裹于框架401内，框架401上方用来放置待抛送物体。永磁体402尺寸要与定子齿3上三相绕组配合，即永磁体402的两极对应三相绕组，两者深度要相等。两块铁轭背板7的对应位置上设有一条以上的导轨72，永磁体动子4的侧面通过滚子42滑设于导轨72上，永磁体动子4的底面通过滚轮41滑设于底座1上，导轨72的尾端设有一个以上的导轨制动弹簧721。

永磁体动子4装设于两块铁轭背板7之间形成的运动通道71内，顺着永磁体动子4运动的加速方向，运动通道71分为前端加速段711和尾端制动段712，尾端制动段712上装设有涡流制动装置5。运动通道71为直线电机的有效行程，指的是由起始端到被抛送物体目的地端的直线电机的总长度，这时方向已固定。有效行程的前端加速段711用于对永磁体动子4和被抛送物体加速；有效行程的尾端制动段712主要通过涡流制动装置5对永磁体动子4实施制动。尾端制动段712的长度由永磁体动子4的质量和尺寸决定，尾端制动段712的长度以不超过有效行程总长度的20％为宜，除了用涡流制动装置5外，还可辅以能耗制动、反接制动、再生制动等控制方法，并通过导轨制动弹簧721和制动弹簧2，确保永磁体动子4可靠制动。

参见图4、图5和图6，位于前端加速段711的定子齿3为硅钢叠片式定子齿，以免涡流影响电机加速。参见图7、图8和图9，位于尾端制动段712的定子齿3为实芯铁式定子齿，实芯铁式定子齿构成涡流制动装置5，以充分利用实芯铁内形成的涡流的制动力使永磁体动子4迅速制动。在制作时，可以将若干组定子齿3一起制造，通过紧固件安装于铁轭背板7上，同时每个定子齿3上的三相绕组线圈先单独绕制并留出接头，套装于定子齿3上之后，接头间通过黄铜焊接到一起，可串联也可并联。

整个电机在安装过程中，第一个重点是直线度的调整，永磁直线电机的直线程度将直接影响电机的运行，直线度可以通过专门设备调整。第二个重点是永磁体动子4装入两块铁轭背板7上定子齿3中间这一过程。安装过程中必须确保永磁体动子4不被吸附到任何一侧定子齿3上，这可以通过两边垫非导磁材料的方法实现。永磁体402装入框架401时，上下两排还可以错开一定距离以减小永磁直线电机固有的齿槽定位力。

整个电机组装完成后，就可以通电运行了。运行前，将被抛送物体置于永磁体动子4中框架401顶部的平台之上，并限制其左、右、后三个自由度。电机按照普通永磁直流电机的控制方法加以控制，位置检测装置8检测到永磁体动子4到达尾端制动段712(涡流制动段)时开始实施制动，可以附加能耗制动、反接制动、再生制动等方式配合涡流制动。永磁体动子4开始制动后，被抛送物体靠惯性抛出。永磁体动子4完成有效行程后，通过加逆相序电流慢速返回起点，等待实施下一次抛送。

在制动过程中，主要靠涡流制动装置5来实现。该电涡流减速原理是利用在电磁场中作切割磁力线运动的导体所产生的电涡流与其自身电阻共同作用生成焦耳热，使运动物体的动能转化成热能，从而实现减速制动。这种制动方式无直接接触，不产生摩擦从而无磨损，在很大的速度范围内制动力均有较高的数值。通过解析计算和有限元数值计算可知：涡流制动力与速度的平方根成单调增函数关系；涡流制动力在动子速度超过某一值时将大于电机的额定推力，即大于反接制动力，从而起到主要阻力的作用。由此可知，通过采用上述永磁直线电机结构后，制动距离大约可以比只使用反接制动所需距离缩短一半，大大加长了永磁直线电机的加速距离。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于永磁直线电机的抛送平台，其特征在于：包括底座(1)、两块呈相对布置的铁轭背板(7)、定子齿(3)、永磁体动子(4)、涡流制动装置(5)以及控制机构(6)，所述铁轭背板(7)固定于底座(1)上，所述每块铁轭背板(7)上沿着高度方向安装有一排以上的定子齿(3)，不同铁轭背板(7)上相对应位置处的两个定子齿(3)构成一组，所述定子齿(3)上绕设有与控制机构(6)相连的三相绕组，所述永磁体动子(4)装设于两块铁轭背板(7)之间形成的运动通道(71)内，顺着永磁体动子(4)运动的加速方向，所述运动通道(71)分为前端加速段(711)和尾端制动段(712)，所述尾端制动段(712)上装设有涡流制动装置(5)；所述永磁体动子(4)包括框架(401)和永磁体(402)，所述永磁体(402)包裹于框架(401)内，所述框架(401)上方用来放置待抛送物体，所述永磁体(402)尺寸与定子齿(3)上三相绕组配合，即两者深度相等；位于前端加速段(711)的所述定子齿(3)为硅钢叠片式定子齿，位于尾端制动段(712)的所述定子齿(3)为实芯铁式定子齿，所述实芯铁式定子齿构成涡流制动装置(5)。

2.根据权利要求1所述的基于永磁直线电机的抛送平台，其特征在于：所述两块铁轭背板(7)的对应位置上设有一条以上的导轨(72)，所述永磁体动子(4)的侧面滑设于导轨(72)上。

3.根据权利要求2所述的基于永磁直线电机的抛送平台，其特征在于：所述永磁体动子(4)的侧面设有滚子(42)，所述滚子(42)滑设于导轨(72)上。

4.根据权利要求2所述的基于永磁直线电机的抛送平台，其特征在于：所述永磁体动子(4)的底面通过滚轮(41)滑设于底座(1)上。

5.根据权利要求2所述的基于永磁直线电机的抛送平台，其特征在于：所述导轨(72)的尾端设有一个以上的导轨制动弹簧(721)。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的基于永磁直线电机的抛送平台，其特征在于：所述底座(1)上设有挡板(101)，所述挡板(101)设置于铁轭背板(7)的尾端，所述挡板(101)上设有一个以上的制动弹簧(2)。

7.根据权利要求1或2或3或4或5所述的基于永磁直线电机的抛送平台，其特征在于：所述控制机构(6)与一用来检测永磁体动子(4)运动位置的位置检测装置(8)相连。

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