CN103715859B - 一种磁浮式驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁浮式驱动装置。该装置采用磁浮单元，并将其中磁浮支撑体一端与移动工件台固定相连，另一端的凸出部分承载永磁动子，与主支座的凸出部分所承载的永磁定子呈上下相对、存间隙的放置结构，从而当直线电机动子通以电流，使直线电机动子与永磁定子之间产生直线推力时，一方面能够带动承载着移动部件的移动工件台随滑块在导轨上移动，另一方面由于直线电机动子与定子间的法向吸力平衡该移动部件的负载重力，从而有效地降低了导轨的负载，大大减小了其机械磨损，提高了使用寿命。

Description

一种磁浮式驱动装置

技术领域

本发明涉及一种精密自动化领域的驱动装置，特别涉及一种磁浮式驱动装置，适用于长行程重载直线移动***。

背景技术

常规的直线移动单元一般采用旋转电机加机械传动件如齿轮齿条、丝杠、同步带、链条等，实现间接驱动式直线运动。这种间接驱动方式虽然可以实现一般乃至较高速度的直线运动，但机械传动件容易降低***可靠性和传动效率，且存在机械磨损和机械间隙，***寿命因机械磨损或疲劳失效而比较有限，需要定期维护或更换机械传动件。在某些长行程重载场合，因重载而产生的机械磨损、能量损失和疲劳失效会更加明显。因此，间接驱动方式往往成本较高，精度有限，速度较低，寿命较短，且需经常维护，甚至会出现不能满足实际需求的情况。

为解决上述间接驱动方式的不足，不少科技人员提出了直线电机直接驱动方式，即采用直线电机直接驱动而不需任何机械传动件。这种直接驱动方式可以实现与移动部件的刚性耦合以取消各类机械传动件，也可以实现相对运动零部件间的无接触运行以消除机械磨损、降低噪音、提高使用寿命并减少维护，因而易于实现间接驱动方式难以达到的性能、寿命和可靠性。

但在实际运用中，长行程重载场合的直动单元，需要较大推力的直线电机，所以，一般采用平板型永磁同步直线电机。但平板型永磁同步直线电机的动子与定子之间，存在单边法向吸力，且法向吸力往往达电机推力的数倍以上。在常规直线电机直驱直动单元结构中，单边法向吸力往往会增加直动单元的负载，进而增大导轨磨损，减少***使用寿命，并增加维护次数和维护成本。

对本领域技术人员而言，已有部分研究人员提出多种结构，从而将平板型永磁同步直线电机的单边法向吸力转化为有利因素。如申请号为CN201210245637.8的中国专利申请公开了一种磁浮式门机装置，利用移动门所受竖直向上的法向吸力去平衡该移动门竖直向下的重力，使直线轨道所受正面压力大大降低。但实际运用中的被移动部件往往位于移动工件台表面，随移动工件台一起移动，因而不能通过固定悬挂方式直接利用单边法向吸力。若要利用法向吸力，需要形状复杂的工件台结构和支撑辅助结构，往往加工困难，成本高，安装调整困难。因而在精密自动化领域，一般不在直动单元上利用法向吸力平衡移动部件重力。

在轨道交通领域，如发明专利CN201210062887.8所述，有研究人员提出了利用法向吸力的磁浮结构，但这些磁浮结构往往仅采用滑轮或车轮进行辅助支撑和导向，不适用于精密直动领域。此外，很多带磁浮结构的直动单元中磁浮支撑部位一般只有两处，往往易导致移动台面较大变形，也不适用于精密直动领域。

发明内容

本发明的技术目的是针对上述技术问题，提供一种磁浮式驱动装置，其中移动部件只需位于移动台面上，而不必固定悬挂，就能够有效利用平板型永磁同步直线电机的单边法向吸力平衡该移动部件重力，从而降低导轨负载，减小其机械磨损，提高使用寿命。

本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种磁浮式驱动装置，其特征是：包括底座、主支座、移动工件台、滑块、导轨；所述的导轨与主支座相连；所述的移动工件台与滑块相连，随滑块在导轨上移动；其特征是：还包括磁浮单元，所述的磁浮单元包括磁浮支撑体、永磁定子与直线电机动子；

所述的主支座数目是大于或等于2的偶数，两个为一组；每组中，两个主支座有间隔地位于底座两侧；每个主支座一端与底座上表面固定连接，另一端带有第一凸出部分；

所述的磁浮单元数目与主支座数目相等；

所述的磁浮支撑体一端与移动工件台下表面固定连接，另一端带有第二凸出部分；

所述的永磁定子位于该第一凸出部分的下表面，所述的直线电机动子位于该第二凸出部分的上表面，二者呈上下相对、有间隙的放置结构；当直线电机动子通以电流，直线电机动子与永磁定子之间产生直线推力。

所述的主支座的结构不限，包括呈倒L型结构等。

所述的磁浮支撑体的结构不限，包括呈L型结构等。

作为优选，所述的每组主支座中，两个主支座以底座上表面几何对称线为轴，呈对称分布。

作为优选，与所述的每组主支座中的两个主支座相匹配的两个磁浮支撑体以移动工件台下表面几何对称线为轴，呈对称分布。

作为优先，所述的永磁定子采用模块化结构，可沿主支座下表面的长度方向进行模块拼接。

综上所述，本发明的磁浮式驱动装置具有如下有益效果：

（1）采用磁浮单元，并将其中磁浮支撑体一端与移动工件台固定相连，另一端的凸出部分承载永磁动子，与主支座的凸出部分所承载的永磁定子呈上下相对、存间隙的放置结构，从而当直线电机动子通以电流，使直线电机动子与永磁定子之间产生直线推力时，一方面能够带动承载着移动部件的移动工件台随滑块在导轨上移动，另一方面由于直线电机动子与定子间的法向吸力能够平衡该移动部件的负载重力，从而有效地降低了导轨的负载，大大减小了其机械磨损，从而提高了使用寿命。

（2）底座的长度、永磁定子的长度，以及每个主支座的长度均可扩展到较长的长度，甚至能达数米以上，因此该磁浮式驱动装置的程不受限制，能够实现长程运动；

（3）该主支座数目与磁浮单元数目可扩展，因此该该磁浮式驱动装置能够承载重量较大的移动部件；

（4）采用导轨进行辅助支撑和导向，可以实现较高的导向精度，易于实现较高的***精度、稳定性和平稳性；

（5）磁浮单元、移动工件台、主支座等之间采用分体式结构，利于提高加工精度和安装精度，降低加工成本和难度，并便于安装调整。

本发明中，由于直线电机动子与直线电机永磁定子之间存在法向吸力，且直线电机动子受到竖直向上的法向吸力，所以磁浮支撑体，以及与该磁浮支撑体相连接位置的平移工件台受到竖直向上的法向吸力的磁浮支撑。但是，另一方面，与主支座相匹配，磁浮支撑体与平移工件台相连接的位置一般位于平移工件台的两端位置，因此，该磁浮支撑往往集中在平移工件台的两端位置，而中间位置则可能由于负载重量大而变形。为此，作为一种优选方式，该磁浮式驱动装置还包括至少一个副磁浮模块。

所述的副磁浮模块包括副底座、副支座与副磁浮单元；

所述的副底座与底座上表面固定连接，并且位于两个主支座之间；

所述的副支座数目是两个；每个副支座一端与副底座上表面固定连接，另一端带有第三凸出部分；

所述的副磁浮单元包括副磁浮支撑体与永磁体；所述的副磁浮支撑体一端与移动工件台下表面固定连接，另一端的两侧分别带有第四凸出部分与第五凸出部分；

所述的永磁***于第四凸出部分与第五凸出部分上表面；所述的第三凸出部分下表面材料为磁性材料；所述的永磁体与该磁性材料呈上下相对、有间隙的放置结构，二者之间产生磁性吸引力。

所述的副支座的结构不限，包括呈倒T型结构等。

所述的磁性材料不限，包括铁质磁性材料等。

作为优选，所述的副底座位于底座上表面几何对称线上。

作为优选，副支座整体采用磁性材料，包括铁质磁性材料等。

采用上述优选结构时，永磁体与副支座之间存在永磁吸力，且该永磁体受到竖直向上的永磁吸力，因此移动工件台的中部会受到竖直向上的永磁吸力的磁浮支撑。从而进一步提高了磁浮支撑力，有效防止了移动工件台的中部因负载量大而变形，使该磁浮式驱动装置在移动过程中更加平稳，同时磁浮支撑使负载重量大幅降低，导轨磨损大幅降低，导轨寿命大幅延长，维护次数和维护成本也可有效降低。

附图说明

图1是本发明实施例中磁浮式驱动装置的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步说明，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

图1中的附图标记为：主磁浮模块20、移动工件台21、滑块22、导轨23、主支座24、磁浮支撑体25、直线电机永磁定子26、直线电机动子27、底座28、副磁浮模块30、副支座31、永磁体32、副磁浮支撑体33、副底座34。

本实施例中的磁浮式驱动装置如图1所示，包括主磁浮模块20和副磁浮模块30。

所述的主磁浮模块20包括底座28、移动工件台21、滑块22、导轨23、主支座24、以及磁浮单元。该磁浮单元包括磁浮支撑体25、直线电机永磁定子26、直线电机动子27、。所述的导轨23与主支座28相连；所述的移动工件台21与滑块22相连，能够随滑块22在导轨23上移动.

所述的主支座24的数目是两个。两个主支座有间隔地位于底座两侧；每个主支座24一端与底座28上表面固定连接，另一端带有第一凸出部分，整体呈倒L型结构。两个主支座24分别固定连接在底座28的左右两侧，以底座28上表面几何对称线为轴，呈对称分布。

所述的磁浮单元数目是两个。

所述的磁浮支撑体25一端与移动工件台21下表面固定连接，另一端带有第二凸出部分，整体呈L型结构。

所述的直线电机永磁定子26位于该第一凸出部分的下表面，所述的直线电机动子27位于该第二凸出部分的上表面，即该直线电机永磁定子26与直线电机动子27呈上下相对、有间隙的放置结构。

所述的永磁定子26采用模块化结构，可沿主支座28下表面的长度方向进行模块拼接。

当该直线电机动子27通以电流，直线电机动子27与直线电机永磁定子26之间产生直线推力，一方面能够带动承载着移动部件的移动工件台21随滑块22在导轨23上移动，另一方面由于直线电机动子27与定子26间的法向吸力能够平衡该移动部件的负载重力，从而有效地降低了导轨23的负载，大大减小了其机械磨损，从而提高了使用寿命。

考虑到该磁浮式驱动装置产生的磁浮支撑集中在平移工件台的两端位置，而中间位置则可能由于负载重量大而变形。为此，作为一种优选方式，该磁浮式驱动装置还包括一个副磁浮模块30。

所述的副磁浮模块包括副底座34、副支座31与副磁浮单元。

所述的副底座34与底座28上表面固定连接，并且位于两个主支座24之间。

所述的副支座31的数目是两个。每个副支座31的一端与副底座34上表面固定连接，另一端带有第三凸出部分，整体呈倒L型结构。

所述的副磁浮单元包括副磁浮支撑体33与永磁体32。所述的副磁浮支撑体33一端与移动工件台21下表面固定连接，另一端的两侧分别带有第四凸出部分与第五凸出部分，整体呈倒T型结构。

所述的永磁体32位于第四凸出部分与第五凸出部分上表面。所述的副支座整体采用铁质导磁材料。所述的永磁体32与该导磁材料呈上下相对、有间隙的放置结构，二者之间产生磁性吸引力。

采用上述优选结构时，永磁体32与副支座31之间存在永磁吸力，且该永磁体受到竖直向上的永磁吸力，因此移动工件台21的中部会受到竖直向上的永磁吸力的磁浮支撑，从而进一步提高了磁浮支撑力，有效防止了移动工件台的中部因负载量大而变形，使该磁浮式驱动装置在移动过程中更加平稳，同时磁浮支撑使负载重量大幅降低，导轨磨损大幅降低，导轨寿命大幅延长，维护次数和维护成本也可有效降低。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁浮式驱动装置，包括底座(28)、主支座(24)、移动工件台(21)、滑块(22)、导轨(23)；所述的导轨(23)与主支座(24)相连；所述的移动工件台(21)与滑块(22)相连，随滑块(22)在导轨(23)上移动；其特征是：还包括磁浮单元，所述的磁浮单元包括磁浮支撑体(25)、直线电机永磁定子(26)与直线电机动子(27)；

所述的主支座(24)数目是大于或等于2的偶数，两个为一组；每组中，两个主支座(24)有间隔地位于底座(28)两侧；每个主支座(24)一端与底座(28)上表面固定连接，另一端带有第一凸出部分；

所述的磁浮单元数目与主支座数目相等；

所述的磁浮支撑体(25)一端与移动工件台(21)下表面固定连接，另一端带有第二凸出部分；

所述的永磁定子(26)位于该第一凸出部分的下表面，所述的直线电机动子(27)位于该第二凸出部分的上表面，二者呈上下相对、有间隙的放置结构；当直线电机动子(27)通以电流，直线电机动子(27)与永磁定子(26)之间产生直线推力。

2.如权利要求1所述的磁浮式驱动装置，其特征是：所述的主支座(24)呈倒L型结构。

3.如权利要求1所述的磁浮式驱动装置，其特征是：所述的磁浮支撑体(25)呈L型结构。

4.如权利要求1所述的磁浮式驱动装置，其特征是：每组主支座中，两个主支座(24)以底座(28)上表面几何对称线为轴，呈对称分布。

5.如权利要求1所述的磁浮式驱动装置，其特征是：与每组主支座中的两个主支座相匹配的两个磁浮支撑体(25)以移动工件台(21)下表面几何对称线为轴，呈对称分布。

6.如权利要求1所述的磁浮式驱动装置，其特征是：所述的永磁定子(26)采用模块化结构，沿主支座(24)下表面的长度方向进行模块拼接。

7.如权利要求1至6中任一权利要求所述的磁浮式驱动装置，其特征是：还包括至少一个副磁浮模块，所述的副磁浮模块包括副底座(34)、副支座(31)与副磁浮单元；

所述的副底座(34)与底座(28)上表面固定连接，并且位于两个主支座(24)之间；

所述的副支座(31)数目是两个；每个副支座(31)一端与副底座(34)上表面固定连接，另一端带有第三凸出部分；

所述的副磁浮单元包括副磁浮支撑体(33)与永磁体(32)；所述的副磁浮支撑体(33)一端与移动工件台(21)下表面固定连接，另一端的两侧分别带有第四凸出部分与第五凸出部分；

所述的永磁体(32)位于第四凸出部分与第五凸出部分上表面；所述的第三凸出部分下表面材料为磁性材料；所述的永磁体与该磁性材料呈上下相对、有间隙的放置结构，二者之间产生磁性吸引力。

8.如权利要求7所述的磁浮式驱动装置，其特征是：所述的副支座呈倒T型结构。

9.如权利要求7所述的磁浮式驱动装置，其特征是：所述的磁性材料为铁质磁性材料。

10.如权利要求7所述的磁浮式驱动装置，其特征是：所述的副支座(31)整体采用磁性材料。