CN103929041B - 一种磁悬浮永磁直线电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种磁悬浮永磁直线电机，包括动子和定子，定子位于动子的内部正中间且两者之间具有气隙，动子由动子铁芯、电枢齿和电枢绕组组成，动子铁芯为方筒形，动子的上、下内壁上各固定连接6个相同的电枢齿，上、下内壁上的6个电枢齿各分为2组，每组3个电枢齿，每组电枢齿上绕有相同的电枢绕组，构成四组三相电枢绕组；定子由定子铁芯和永磁体组成，定子铁芯为方筒形，在定子铁芯的上、下外壁表面上各固定贴有极性相异且间隔均匀地交错排列的永磁体，定子铁芯的上下外壁表面上的永磁体上下对称，上下对称的两个永磁体极性相同。本发明结构简单，不需要任何支承轴承即可实现电机悬浮直线运行。
Description
技术领域
本发明属于电机制造技术领域，涉及一种永磁型磁悬浮直线电机，适用于数控机床等高效率、高可靠的精密直线驱动领域。
背景技术
随着现代制造技术朝着精密化、高速化、模块化方向发展进程的加快，对加工设备本身性能的要求越来越高，并且对生产制作环境的要求同样也越来越严格。因此，高速高精的直线驱动技术的研究和发展成为了数控机床等现代精密制造技术问题的关键。
传统的数控机床直线定位运动主要采用旋转电机驱动并配以精密滚珠丝杠传动，由于从旋转电机到工作台之间存在轴承、螺母、丝杠、联轴节等众多中间环节，大大增加了机构的惯性质量，影响响应频率，并且这些中间环节带来的摩擦阻力也是制约数控机床等加工精度的重要因素之一。为了克服旋转电机驱动带来的不足，数控机床采用了直线电机直接驱动的方式，由于直线电机直接驱动技术取消了上述所有中间传动联结环节，实现了机构的直接驱动，具有传统旋转电机驱动无法比拟的优点，然而机构之间的摩擦阻力仍然存在。为了克服摩擦阻力带来的不利影响，磁悬浮技术被应用于直线驱动***，目前主要利用电磁铁来实现直线电机的无机械接触，来消除摩擦阻力，但是一般需要多个悬浮支承点，导致装置比较复杂，严重时会导致数控机床等设备的发热变形，从而严重影响加工精度。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提出一种同时具备直线驱动和悬浮支承功能的磁悬浮永磁直线电机。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：包括动子和定子，定子位于动子的内部正中间且两者之间具有气隙，动子由动子铁芯、电枢齿和电枢绕组组成，动子铁芯为方筒形，动子的上、下内壁上各固定连接6个相同的电枢齿，上、下内壁上的6个电枢齿各分为2组，每组3个电枢齿，每组电枢齿上绕有相同的电枢绕组，构成四组三相电枢绕组；定子由定子铁芯和永磁体组成，定子铁芯为方筒形，在定子铁芯的上、下外壁表面上各固定贴有极性相异且间隔均匀地交错排列的永磁体，定子铁芯的上下外壁表面上的永磁体上下对称，上下对称的两个永磁体极性相同。
本发明的有益效果是：
1、本发明定子和动子均为方筒形结构，动子铁芯为凸极多齿结构，永磁体采用表面贴装式结构，电机结构简单，有利于电机的制造和安装。
2、本发明不需要任何支承轴承即可实现动子与定子之间无机械接触，无摩擦磨损，无需润滑，具有高速高精、寿命长等特点。
3、本发明四组三相绕组不但可以实现电机直线驱动控制，还可以实现电机的垂向悬浮支承，以及电机动子和定子之间的俯仰控制。
附图说明
图1是本发明磁悬浮直线永磁电机的结构简图。
图2是本发明磁悬浮直线永磁电机的结构简图的左视图。
图中标号及名称为：1. 动子；11. 动子铁芯；12. 电枢齿；13. 电枢绕组；2. 定子；21. 定子铁芯；22. 永磁体；3. 电涡流位移传感器。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括动子1和定子2，定子2位于动子1的内部正中间，定子2的轴向左右长度大于动子1的轴向左右长度，定子2的轴向左右两端伸出动子1之外。定子2和动子1之间具有气隙。
动子1由动子铁芯11、电枢齿12和电枢绕组13组成，做直线运动。再参见图2，动子铁芯11为方筒形，由电工硅钢片叠压而成。在动子1的上内壁上固定连接6个相同的电枢齿12，下内壁上也固定连接6个相同的电枢齿12，一共12个。将动子1的上内壁上的6个电枢齿12分为2组，每组3个电枢齿，动子1的下内壁上的6个电枢齿12也分为2组，每组也3个电枢齿，即将12个电枢齿12分为四组。
每组电枢齿12上绕有相同的电枢绕组13，电枢绕组13采用集中绕组，四组电枢绕组采用独立供电方式，从而构成四组三相电枢绕组，即图1中的电枢绕组13a、13b、13c和13d，电枢绕组13a、13b位于动子1的上内壁上，电枢绕组13c、13d位于动子1的下内壁上。该电枢绕组13a、13b、13c、13d采用独立供电方式，如电枢绕组13a的绕组A1、B1、C1为第一组，电枢绕组13b的绕组A2、B2、C2为第二组，以此类推，形成本发明的四组供电区域。四组电枢绕组13中电流具有相同的相位，用于实现电机的直线驱动。当电机发生垂向偏移时或发生俯仰运动时，同时调节相应的电枢绕组即可实现驱动控制，当电机发生垂向偏移时，需要同时调节电枢绕组13a和13b（或电枢绕组13c和13d）中电流的幅值；当电机发生俯仰运动时，需要同时调节电枢绕组13a和13d（或电枢绕组13b和13c）中电流的幅值。
定子2由定子铁芯21和永磁体22组成，定子铁芯21由导磁材料制作而成；永磁体22由钕铁硼永磁材料制作而成。定子铁芯21也为方筒形，在定子铁芯21的上下外壁表面上固定贴有永磁体22，在定子铁芯21同一上外壁表面上的永磁体22极性相异且间隔均匀地排列，在定子铁芯21同一下外壁表面上的永磁体22极性相异且间隔均匀地交错排列，定子铁芯21的上下外壁表面上的永磁体22上下对称，上下对称的两个永磁体2极性相同。
在动子铁芯11上下内侧面的八个角落处分别安装有一个电涡流位移传感器3，共8个电涡流位移传感器3，用于测量动子1和定子2之间的气隙，用于悬浮控制。
根据以上所述，便可以实现本发明。对本领域的技术人员在不背离本发明的精神和保护范围的情况下做出的其它的变化和修改，仍包括在本发明保护范围之内。
Claims (1)
1.一种磁悬浮永磁直线电机，包括动子（1）和定子（2），定子（2）位于动子（1）的内部正中间且两者之间具有气隙，其特征是：动子（1）由动子铁芯（11）、电枢齿（12）和电枢绕组（13）组成，动子铁芯（11）为方筒形，动子（1）的上、下内壁上各固定连接6个相同的电枢齿（12），上、下内壁上的6个电枢齿（12）各分为2组，每组3个电枢齿（12），每组电枢齿（12）上绕有相同的电枢绕组（13），构成四组三相电枢绕组；定子（2）由定子铁芯（21）和永磁体（22）组成，定子铁芯（21）为方筒形，在定子铁芯（21）的上、下外壁表面上各固定贴有极性相异且间隔均匀地交错排列的永磁体（22），定子铁芯（21）的上下外壁表面上的永磁体（22）上下对称，上下对称的两个永磁体（22）极性相同；在动子铁芯（11）上下内侧面的八个角落处均装有一个用于测量动子（1）和定子（2）之间气隙的电涡流位移传感器（3）；电枢绕组（13）中电流具有相同的相位；定子铁芯（21）由导磁材料制作而成；永磁体（22）由钕铁硼永磁材料制作而成，动子铁芯（11）由电工硅钢片叠压而成。
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