CN105119463A - 新型有铁芯直线电机、电机伺服***及铁芯的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种新型有铁芯直线电机，包括定子部与相对于所述定子部运动的动子部；所述定子部包括有定子座、以及于该定子座上沿运动方向排列的由若干永磁定子组成的磁轨；所述动子部包括有铁芯、以及于该铁芯上绕制的多相线圈绕组，其特征在于：所述铁芯由垂直于所述磁轨平面的多个非晶合金、粉末非晶合金或超微晶合金的薄片叠制而成，其与磁轨相对一侧形成有若干轭槽，于该轭槽内绕制有所述的多相线圈绕组。同时，还提出该电机铁芯的制备方法和直线电机伺服***。本发明是针对目前的有铁芯直线电机作了铁芯结构与铁芯材料的改进，有效地克服传统铁芯直线电机的缺点，大大提高了有铁芯直线电机的性能，使有铁芯直线电机有了更加广阔的应用前景。

Description

新型有铁芯直线电机、电机伺服***及铁芯的制备方法

技术领域

本发明属于自动化技术领域，具体涉及一种新型有铁芯直线电机、电机伺服***及铁芯的制备方法。

背景技术

直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能的传动装置，由定子、定子座、动子和动子座等机构组成，它可以看成是一台旋转电机按径向剖开，并展成平面而成。直线电机凭借高速度、高加速、高精度及行程不受限制等优良特性，被广泛应用于高精密自动化设备、数控机床、精密测量***、电子与半导体加工设备、智能制造等领域。

目前所见的直线电机分为三类：无铁芯电机、有铁芯电机以及“无槽”结构的独特电机。如图1所示，有铁芯电机的施力部件（动子）是架设于磁轨（定子）上的，其是用多相铜绕组包在铁芯外面形成的；铁芯为磁通量提供了一个高效的通道，可以使其在动子和定子之间循环，从而使铁芯结构可以产生很大的作用力，保证电机的驱动性能；此外，铁芯结构还是一个保证电机高效散热的通道，实现高效冷却功能。

实际上，铁芯结构通常是采用具有高导磁力的硅钢片组成，它的缺点是：

1、硅钢片铁芯与磁轨之间的吸引力太大，其数值相当于电机额定作用力的5-13倍；直线电机动子座的轴承***必须提供足够支撑力，故对轴承***的刚度有较高的要求；且安装过程更为困难。

2、硅钢片铁芯的铁损较大，尤其高频时效率低、易发热、温度稳定性差，很难实现高速运行。

3、为了把动子、动子座安置在磁轨上合适的位置，需要使用硅钢片铁芯对动子施加一个水平力，这时候就会出现齿槽效应；在不同位置上需要调整铁芯所产生的作用力以保持恒速，故齿槽效应会限制整个直线运动***的平稳度。

发明内容

本发明为有效的克服了背景技术中提及到的缺点，针对现有的有铁芯直线电机铁芯材料与结构作改进，以提升有铁芯直线电机的性能，其具体技术方案如下：

一种新型有铁芯直线电机，包括定子部与相对于所述定子部运动的动子部；所述定子部包括有定子座、以及于该定子座上沿运动方向排列的由若干永磁定子组成的磁轨；所述动子部包括有非晶合金或超微晶合金软磁材料的铁芯，该铁芯与磁轨相对一侧形成有若干轭槽，于该轭槽内绕制有多相线圈绕组。

于本发明的一个或多个实施例当中，所述铁芯由垂直于所述磁轨平面的多个非晶合金或超微晶合金的薄片叠制而成，各薄片是平行于磁力线方向，以减少磁力线产生的涡流损耗。

于本发明的一个或多个实施例当中，所述薄片包括平行于运动方向的主体，以及由所述主体下侧延伸出的多个齿，多个齿之间形成有槽；所述薄片相互叠置成所述铁芯。

于本发明的一个或多个实施例当中，所述薄片包括垂直于运动方向的主体，根据轭槽的尺寸，以不同大小的薄片相互叠置形成有所述铁芯。

于本发明的一个或多个实施例当中，所述铁芯由非晶合金的粉末并掺与粘合剂或粘合膏一体压制成型。

于本发明的一个或多个实施例当中，所述定子部包括对称设置于所述动子部上、下方的第一定子部和第二定子部。

于本发明的一个或多个实施例当中，所述永磁定子由非晶合金或超微晶合金材料制成。

本发明提出一种上述直线电机所应用的软磁铁芯的制备方法，具体包括如步骤：

1）将Fe与Co、Ni、Si、Zn、Mn、Cu、Al、Ni、Mo、Cr、V、Nb、Ta、W、B中的部分或全部成分采用熔体快淬急冷法、气相沉积法、电镀法或固相反应法制成合金薄片；

2）将上步制得的合金薄片冲压或裁剪成预设形状；

3）将各合金薄片相互叠放，之间用环氧树脂或绝缘导热硅胶叠粘合，制得所述软磁铁芯。

本发明提出一种上述直线电机所应用的软磁铁芯的制备方法，具体包括如步骤：

1）将Fe与Co、Ni、Si、Zn、Mn、Cu、Al、Ni、Mo、Cr、V、Nb、Ta、W、B中的部分或全部成分采用熔体快淬急冷法、气相沉积法、电镀法或固相反应法制成合金薄片；

2）将上步制得的合金薄片粉碎成粉材，将粉材掺与粘合剂或粘合膏一体压制成型，制得所述软磁铁芯。

本发明提出一种直线电机伺服***，包括所述的新型有铁芯直线电机，光栅尺或磁性尺、读数头、电机驱动器与控制器；所述光栅尺或磁性尺设置于该电机的定子座上或其它与直线运动方向一致的支架上；所述读数头与该电机的动子部相固定，并与所述光栅尺或磁性尺相对，其信号输出端连接至所述控制器，该电机的定子座上设有与动子部相配合的直线导轨，且于该直线导轨表面设有非晶合金或超微晶合金涂层。

本发明提出一种新型有铁芯直线电机，包括定子部与相对于所述定子部运动的动子部，其特征在于：所述动子部包括基座、以及于该基座上沿直线方向排列的由若干永磁定子组成的磁轨，所述定子部包括有非晶合金或超微晶合金软磁材料的铁芯，该铁芯与磁轨相对一侧形成有若干轭槽，于该轭槽内绕制有多相线圈绕组。

本发明是针对目前的有铁芯直线电机所存在固有缺陷，作了铁芯结构与铁芯材料的改进，非晶合金材料作为铁芯与常规的硅钢片比节省材料70%，导磁率为硅钢片的20倍，可使损耗降低90%、减小动子的体积，提高效率，有更高的速度和温度稳定性。同时，非晶态或超微晶结构材料具有耐高温、良好导热性能的特点，且非晶态或超微晶结构材料薄片一般只有20-40微米的厚度，接触面积极小，这种材料制成的动子铁芯对永磁材料的磁轨吸力大为减少，克服了传统的硅钢片式的铁芯的缺点，大大提高了有铁芯直线电机的性能，提高了有铁芯直线电机的性价比，使有铁芯直线电机有了更加广阔的应用前景。

附图说明

图1为现有技术中的有铁芯直线电机的侧面结构示意图。

图2为本发明的新型有铁芯直线电机实施例一的立体结构示意图。

图3为本发明的新型有铁芯直线电机实施例二的立体结构示意图。

图4为本发明的新型有铁芯直线电机实施例三的立体结构示意图。

图5为本发明的直线电机伺服***的结构示意图。

具体实施方式

如图2所示，本发明的实施例一：

一种新型有铁芯直线电机，包括定子部与相对于所述定子部运动的动子部；所述定子部包括有定子座1、以及于该定子座1上沿直线方向排列的由若干永磁定子2组成的磁轨；所述动子部包括有非晶合金或超微晶合金软磁材料的铁芯3，该铁芯3与磁轨相对一侧形成有若干轭槽30，于该轭槽30内绕制有多相线圈绕组32。

所述铁芯3由垂直于所述磁轨平面的多个非晶合金或超微晶合金的薄片叠制而成；所述薄片包括平行于运动方向的主体31a，以及由所述主体31a下侧延伸出的多个齿31b，多个齿31b之间形成有槽；所述薄片相互叠置成所述铁芯3。

所述铁芯3可具有铝合金或非金属外套，此时所述的多相线圈绕组32绕制于所述外套之上；所述永磁定子2由非晶合金、粉末非晶合金或超微晶合金制成。

如图3所示，本发明的实施例二：

其与上述实施例一的区别在于，所述薄片包括垂直于运动方向的主体，根据轭槽30的尺寸，以不同大小的薄片相互叠置形成有所述铁芯3；具体方案为，所述薄片包括水平宽度相同的、具体第一竖向长度的第一薄片33a和具有第二竖向长度的第二薄片33b，且第一竖向长度大于第二竖向长度；在垂直于磁轨延伸方向，叠置的若干第一薄片33a之间设有叠置的若干第二薄片33b。

如图4所示，本发明的实施例三：

其与上述实施例一的区别在于，所述定子部包括对称设置于所述动子部上、下方的第一定子部和第二定子部。

本实施例中，定子采用上下两层的永磁材料对称结构，中间是具有非晶合金或超微晶合金软磁材料铁芯及多相绕组线圈的动子，能够起到抵消动子、定子之间产生的吸力之作用，令电机运行更为平稳。

如图5所示，本发明的实施例四：

一种新型有铁芯直线电机，包括定子部与相对于所述定子部运动的动子部；所述定子部包括有定子座1、以及于该定子座1上沿直线方向排列的由若干永磁定子2组成的磁轨；所述动子部包括有非晶合金或超微晶合金软磁材料的铁芯3，该铁芯3与磁轨相对一侧形成有若干轭槽30，于该轭槽30内绕制有多相线圈绕组32；所述铁芯3由非晶合金的粉末一体压制成型。

针对上述实施一、二和三，本发明提出其所采用的软磁铁芯的制备方法，具体包括如步骤：

1）将Fe与Co、Ni、Si、Zn、Mn、Cu、Al、Ni、Mo、Cr、V、Nb、Ta、W、B中的部分或全部成分采用熔体快淬急冷法、气相沉积法、电镀法或固相反应法制成合金薄片；

2）将上步制得的合金薄片冲压或裁剪成预设形状；

3）将各合金薄片相互叠放，之间用环氧树脂或绝缘导热硅胶叠粘合，制得所述软磁铁芯。

针对上述实施四，本发明提出其所采用的软磁铁芯的制备方法之二，具体包括如步骤：

1）将Fe与Co、Ni、Si、Zn、Mn、Cu、Al、Ni、Mo、Cr、V、Nb、Ta、W、B中的部分或全部成分采用熔体快淬急冷法、气相沉积法、电镀法或固相反应法制成合金薄片；

2）将上步制得的合金薄片粉碎成粉材，将粉材掺与粘合剂或粘合膏一体压制成型，制得所述软磁铁芯。

本发明中组成铁芯的非晶合金或超微晶合金薄片一般只有20-40微米的厚度，接触面积极小，这种材料制成的动子铁芯对永磁材料的磁轨吸力大为减少，克服了传统的硅钢片式的铁芯的缺点。

如图5所示，本发明提出结合上述实施例一或二的直线电机伺服***，包括上述的新型有铁芯直线电机，光栅尺或磁性尺4、读数头5、电机驱动器与控制器(电机驱动器和控制器图中未示出)；所述光栅尺或磁性尺4设置于该电机的定子座上，所述读数头5与该电机的动子部(包括动子31和动子座310)相固定，并与所述光栅尺或磁性尺4相对，其信号输出端连接至所述控制器，该电机的定子座1上设有与动子部相配合的直线导轨10。

此外，作为本发明实施例一和二的变换实施方式，本发明还提出如下技术方案：

一种新型有铁芯直线电机，包括定子部与相对于所述定子部运动的动子部，所述动子部包括基座、以及于该基座上沿直线方向排列的由若干永磁定子组成的磁轨，所述定子部包括有非晶合金或超微晶合金软磁材料的铁芯，该铁芯与磁轨相对一侧形成有若干轭槽，于该轭槽内绕制有多相线圈绕组。本方案与上述实施例一或二的反向实施结构，以磁轨一侧为动子部，铁芯一侧为定子部，故在此不详细论述。

上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本专利的保护范围。

Claims (11)

1.一种新型有铁芯直线电机，包括定子部与相对于所述定子部运动的动子部；所述定子部包括有定子座、以及于该定子座上沿运动方向排列的由若干永磁定子组成的磁轨；其特征在于：所述动子部包括有非晶合金或超微晶合金软磁材料的铁芯，该铁芯与磁轨相对一侧形成有若干轭槽，于该轭槽内绕制有多相线圈绕组。

2.根据权利要求1所述的新型有铁芯直线电机，其特征在于：所述铁芯由垂直于所述磁轨平面的多个非晶合金或超微晶合金的薄片叠制而成。

3.根据权利要求2所述的新型有铁芯直线电机，其特征在于：所述薄片包括平行于运动方向的主体，以及由所述主体下侧延伸出的多个齿，多个齿之间形成有槽；所述薄片相互叠置成所述铁芯。

4.根据权利要求2所述的新型有铁芯直线电机，其特征在于：所述薄片包括垂直于运动方向的主体，根据轭槽的尺寸，以不同大小的薄片相互叠置形成有所述铁芯。

5.根据权利要求1所述的新型有铁芯直线电机，其特征在于：所述铁芯由非晶合金的粉末并掺与粘合剂或粘合膏一体压制成型。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的新型有铁芯直线电机，其特征在于：所述定子部包括对称设置于所述动子部上、下方的第一定子部和第二定子部。

7.根据权利要求1至5任意一项所述的新型有铁芯直线电机，其特征在于：所述永磁定子由非晶合金或超微晶合金材料制成。

8.一种软磁铁芯的制备方法，具体包括如步骤：

1)将Fe与Co、Ni、Si、Zn、Mn、Cu、Al、Ni、Mo、Cr、V、Nb、Ta、W、B中的部分或全部成分采用熔体快淬急冷法、气相沉积法、电镀法或固相反应法制成合金薄片；

2)将上步制得的合金薄片冲压或裁剪成预设形状；

3)将各合金薄片相互叠放，之间用环氧树脂或绝缘导热硅胶叠粘合，制得所述软磁铁芯。

9.一种软磁铁芯的制备方法，具体包括如步骤：

1)将Fe与Co、Ni、Si、Zn、Mn、Cu、Al、Ni、Mo、Cr、V、Nb、Ta、W、B中的部分或全部成分采用熔体快淬急冷法、气相沉积法、电镀法或固相反应法制成合金薄片；

2)将上步制得的合金薄片粉碎成粉材，将粉材掺与粘合剂或粘合膏一体压制成型，制得所述软磁铁芯。

10.一种直线电机伺服***，其特征在于：包括如权利要求1-7任意一项所述的新型有铁芯直线电机，光栅尺或磁性尺、读数头、电机驱动器与控制器；所述光栅尺或磁性尺设置于该电机的定子座上或其它与直线运动方向一致的支架上；所述读数头与该电机的动子部相固定，并与所述光栅尺或磁性尺相对，其信号输出端连接至所述控制器，该电机的定子座上设有与动子部相配合的直线导轨，且于该直线导轨表面设有非晶合金或超微晶合金涂层。

11.一种新型有铁芯直线电机，包括定子部与相对于所述定子部运动的动子部，其特征在于：所述动子部包括基座、以及于该基座上沿直线方向排列的由若干永磁定子组成的磁轨，所述定子部包括有非晶合金或超微晶合金软磁材料的铁芯，该铁芯与磁轨相对一侧形成有若干轭槽，于该轭槽内绕制有多相线圈绕组。