CN108832795B - 一种方形双定子混合式磁阻型磁悬浮直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种方形双定子混合式磁阻型磁悬浮直线电机，包括上定子、下定子和动子，上定子由三块同样结构的片状定子和四个隔磁铝块沿轴向叠压而成，每个片状定子从左到右分别为：左悬浮铁心、左定子旁路铁心、左轴向控制铁心、右轴向控制铁心、右定子旁路铁心、右悬浮铁心，左右悬浮铁心、左右旁路铁心通过一个轴向磁化的永磁块连为一体，然后再通过一个隔磁铝块与左右轴向控制铁心连为一体，定位准确，动作迅速，当动子在平衡位置时，由偏置磁通维持动子稳定悬浮，电机功耗低。

Description

一种方形双定子混合式磁阻型磁悬浮直线电机

技术领域

本发明涉及一种无摩擦磨损，控制简单，运行可靠，带负载能力强，响应速度快，定位准确，功耗低的一种方形双定子混合式磁阻型磁悬浮直线电机，属于电机制造技术领域。

背景技术

随着自动控制技术和微型计算机的高速发展，对直线运动控制***的定位精度提出了更高要求，传统的旋转电机再加上一套变换机构组成的直线运动驱动装置，已经难以满足现代直线控制***的性能需求，由直线电机直接驱动直线运动负载具有如下优点：①.结构简单，由于直线振动马达不需要将旋转运动变成直线运动的附加装置，因而使得***本身结构大为简化，重量和体积大大下降。②. 定位精度高，在需要直线运动领域，直线振动马达可实现直接传动，因而可以消除中间环节带来的各种定位误差，精度高，如采用高性能控制策略，还可以进一步提高定位精度，因此直线电机具有广阔的应用前景。

但是由于传统直线电机定子和动子之间存在机械摩擦与磨损，限制了普通直线电机优良性能的发挥，而磁悬浮直线电机是利用磁悬浮技术实现动子悬浮无接触支承，动子和定子之间始终保持一定的气隙，消除了定子和动子之间的摩擦阻力，大大提高***的灵敏度、快速性和随动性。且实现了磁悬浮直线电机无接触传递力，机械摩擦损耗几乎为零，所有故障少，免维护，工作安全可靠、寿命长。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无摩擦磨损，控制简单，运行可靠，响应速度快的一种方形双定子混合式磁阻型磁悬浮直线电机。

一种方形双定子混合式磁阻型磁悬浮直线电机，包括上定子、下定子和动子，动子的轴向长度大于上、下定子的轴向长度，所述上定子由前后排列的三个结构相同的片状定子组成且相邻两个片状定子之间设有隔磁铝块A，片状定子的正视投影包括冂字形的悬浮铁心，悬浮铁心的两个竖杆上绕制有悬浮绕组，悬浮铁心的两个竖杆之间设有正视投影呈倒U型的控制铁心，控制铁心的左、右竖杆上分别绕制轴向控制绕组，所述控制铁心的顶部通过隔磁铝块B与悬浮铁心连为一体，悬浮铁心的横梁中部插接有轴向磁化的永磁体，所述永磁体将悬浮铁心分离为左右两半部分，所述下定子与所述上定子结构相同、相对设置，所述控制铁心的两侧设有连接在悬浮铁心横梁上的的定子旁路铁心；所述动子介于上定子和下定子之间，所述动子包括正视投影为H型、长度等于动子轴长的吸力盘，吸力盘的两个竖直部分别与悬浮铁心的两个竖杆上下对应，所述吸力盘的两个竖直部之间设有M个轴向排列的左动子齿、M个沿轴向排列的右动子齿，所述M为自然数且M>3，所述左、右动子齿的齿形为向上下两侧竖直延伸的竖杆结构，左、右动子齿的竖杆与控制铁心的左、右竖杆上下对应，所述左动子齿的左侧、右动子齿的右侧设有连接在吸力盘横梁上且向吸力盘横梁上下侧凸起的动子旁路铁心，动子旁路铁心的长度等于动子轴的轴长，所述动子旁路铁心与定子旁路铁心一一对应设置。

本发明进一步的改进方案是，所述控制铁心的三个竖杆的宽度和厚度与左、右动子齿竖杆的齿宽和齿厚均为A；控制铁心上相邻竖杆之间的距离为A，左、右动子齿上轴向排列的相邻竖杆之间的齿距为2A。

本发明进一步的改进方案是，所述上定子的悬浮铁心上设有检测动子径向偏移的位移传感器。

本发明进一步的改进方案是，所述悬浮铁心的竖杆与吸力盘之间的气隙小于定子旁路铁心与动子旁路铁心之间的气隙。

本发明进一步的改进方案是，所述控制铁心和左、右动子齿均由导磁材料制成。

本发明进一步的改进方案是，所述隔磁铝块由整块铝材制成。

本发明和现有技术相比具有以下优点：

一、在上下定子上设置轴向磁化的永磁体，永磁体产生偏置磁通，在平衡位置时，由偏置磁通维持动子上下稳定悬浮，降低电机功耗，当动子偏离平衡位置时，由悬浮绕组通电产生悬浮控制磁通，根据位移传感器检测到的偏移量来调节动子气隙磁场，使动子能够回到平衡位置，实现动子的稳定悬浮，大大提高***的灵敏度、快速性。且实现了磁悬浮直线电机无接触运行，机械摩擦损耗几乎为零，所有故障少，免维护，工作安全可靠、寿命长。

二、吸力盘确保动子作直线运动或者静止状态时都能产生稳定的悬浮力。

三、在每个片状定子之间设置有隔磁铝块，隔开每个偏置磁路和悬浮控制磁路；轴向控制铁心通过隔磁铝块与定子连为一体，隔开悬浮控制磁路、偏置磁路和轴线直线运动控制磁路，保证悬浮控制和运动控制相互独立减小漏磁。

四、控制铁心上绕制有轴向控制绕组，由每个片状结构控制铁心上的轴向控制绕组轮流通电实现动子的轴向运动，动子每次移动的距离固定，定位准确，且还可以根据定位需求来设定每次移动距离。

附图说明

图1为本发明正视结构示意图。

图2为本发明控制铁心和动子的左视结构示意图。

图3为本发明控制铁心和动子右视结构示意图。

图4为本发明悬浮铁心和动子的左视结构示意图。

图5为本发明俯视结构示意图。

图6为本发明的悬浮控制磁通和偏置磁通正视图。

图7为本发明的轴向控制磁通正视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图1至7对本发明作进一步详细说明。

一种方形双定子混合式磁阻型磁悬浮直线电机，包括上定子1、下定子3和动子2，动子2的轴向长度大于上、下定子的轴向长度，所述上定子1由前后排列的三个结构相同的片状定子组成且相邻两个片状定子之间设有隔磁铝块A56、57；78、79，片状定子的正视投影包括冂字形的悬浮铁心，悬浮铁心的两个竖杆4、9上绕制有悬浮绕组12、15，悬浮铁心的两个竖杆4、9之间设有正视投影呈倒U型的控制铁心，控制铁心的左、右竖杆6、7上分别绕制轴向控制绕组13、14，所述控制铁心的顶部通过隔磁铝块B11与悬浮铁心连为一体，悬浮铁心的横梁中部插接有轴向磁化的永磁体10，所述永磁体10将悬浮铁心分离为左右两半部分，所述下定子3与所述上定子1结构相同、相对设置，所述控制铁心的两侧设有连接在悬浮铁心横梁上的的定子旁路铁心5、8；动子2介于上定子1和下定子3之间，所述动子2包括正视投影为H型、长度等于动子轴长的吸力盘18、28，吸力盘18、23分别与悬浮铁心的两个竖杆4、9上下对应，所述吸力盘18、23之间设有M个轴向排列的左动子齿20、M个沿轴向排列的右动子齿21，所述M为自然数且M>3，所述左、右动子齿20、21的齿形为向上下两侧竖直延伸的竖杆结构，左、右动子齿20、21的竖杆与控制铁心的左、右竖杆6、7上下对应，所述左动子齿20的左侧、右动子齿21的右侧设有连接在吸力盘18、23横梁上且向吸力盘横梁上下侧凸起的动子旁路铁心19、22，动子旁路铁心19、22的长度等于动子轴的轴长，所述动子旁路铁心19、22与定子旁路铁心5、8一一对应设置。

控制铁心的三个竖杆26、27、28与38、39、40的宽度和厚度与左、右动子齿20、21竖杆的齿宽和齿厚均为A；控制铁心上相邻竖杆之间的距离为A，左、右动子齿20、21上轴向排列的相邻竖杆之间的齿距为2A。上定子1的悬浮铁心上设有检测动子径向偏移的位移传感器。悬浮铁心两个竖杆4、9与吸力盘18、23之间的气隙小于定子旁路铁心5、8与动子旁路铁心19、22之间的气隙。控制铁心和左、右动子齿20、21均由导磁材料制成。所述隔磁铝块11由整块铝材制成。

上定子1左右两侧设有检测动子径向偏移的位移传感器16、17，根据动子的偏移量调节控制电流，上、下定子共同作用调节动子上、下两侧气隙磁场，实现动子稳定悬浮在平衡位置。

本发明的悬浮原理：

如图1~7所示，上、下定子上的永磁体共同在每片定子中都产生偏置磁通66、68、70、72、74、76，偏置磁通66、68、70、72、74、76分别从永磁体的N极出发，经过左侧悬浮铁心、左侧气隙、左侧的吸力盘、动子、右侧的吸力盘、右侧的气隙、右侧的悬浮铁心，然后回到永磁体的S极；给悬浮绕组通电，分别产生左侧悬浮控制磁通100（50、51、52）和右侧悬浮控制磁通101（82、83、84）；悬浮控制磁通100、101分别同时调节偏置磁通66、68、70、72、74、76，实现动子一侧气隙磁场增强，而在相反方向气隙磁场减弱，根据麦克斯韦力产生原理，在动子上将产生指向气隙磁场增强方向的悬浮力。在上定子左右两侧均装位移传感器，检测动子偏移量，建立位移闭环控制***，根据动子偏移量来调节悬浮绕组的电流，就能够实现动子稳定悬浮。

本发明的轴向直线运动原理：

如图1~9所示，假设在起始位置时，左、右动子齿中的第N个齿和轴向控制铁心的第一排齿正对齐，此时，给第一排齿上的轴向控制绕组通电，将在轴向控制铁心的第一排齿及与其正对齐的动子齿中产生轴向控制磁通102，动子将固定在此位置；当将轴向控制铁心的第一排齿上的控制绕组断电，而给轴向控制铁心的第二排齿上的轴向控制绕组通电，将在轴向控制铁心的第二排齿及第N+1个动子齿中产生轴向控制磁通102，动子将向左运动一个齿距A；当将轴向控制铁心的第二排齿上的控制绕组断电，而给轴向控制铁心的第三排齿上的轴向控制绕组通电，将在轴向控制铁心的第三排齿及第N+2个动子齿中产生轴向控制磁通102，动子将向左运动一个齿距A。如果要实现动子向右运动，则需改变绕组通电顺序即可。

Claims (4)

1.一种方形双定子混合式磁阻型磁悬浮直线电机，包括上定子（1）、下定子（3）和动子（2），动子（2）的轴向长度大于上、下定子（1、3）的轴向长度，其特征是：所述上定子（1）由前后排列的三个结构相同的片状定子组成且相邻两个片状定子之间设有隔磁铝块A（56、57；78、79），片状定子的正视投影包括冂字形的悬浮铁心，悬浮铁心的两个竖杆（4、9）上绕制有悬浮绕组（12、15），悬浮铁心的两个竖杆（4、9）之间设有正视投影呈倒U型的控制铁心，控制铁心的左、右竖杆（6、7）上分别绕制轴向控制绕组（13、14），所述控制铁心的顶部通过隔磁铝块B（11）与悬浮铁心连为一体，悬浮铁心的横梁中部插接有轴向磁化的永磁体（10），所述永磁体（10）将悬浮铁心分离为左右两半部分，所述下定子（3）与所述上定子（1）结构相同、相对设置，所述控制铁心的两侧设有连接在悬浮铁心横梁上的定子旁路铁心（5、8）；所述动子（2）介于上定子（1）和下定子（3）之间，所述动子（2）包括正视投影为H型、长度等于动子轴长的吸力盘（18、23），吸力盘（18、23）的两个竖直部分别与悬浮铁心的两个竖杆（4、9）上下对应，所述吸力盘（18、23）的两个竖直部之间设有M个轴向排列的左动子齿（20）、M个沿轴向排列的右动子齿（21），所述M为自然数且M>3，所述左、右动子齿（20、21）的齿形为向上下两侧竖直延伸的竖齿结构，左、右动子齿（20、21）与控制铁心的左、右竖杆（6、7）上下对应，所述左动子齿（20）的左侧、右动子齿（21）的右侧设有连接在吸力盘（18、23）横梁上且向吸力盘横梁上下侧凸起的动子旁路铁心（19、22），动子旁路铁心（19、22）的长度等于动子轴的轴长，所述动子旁路铁心（19、22）与定子旁路铁心（5、8）一一对应设置；所述控制铁心的三个竖杆的宽度和厚度与左、右动子齿（20、21）竖杆的齿宽和齿厚均为A；控制铁心上相邻竖杆之间的距离为A，左、右动子齿（20、21）上轴向排列的相邻竖杆之间的齿距为2A；所述上定子（1）的悬浮铁心上设有检测动子径向偏移的位移传感器。

2.如权利要求1所述的一种方形双定子混合式磁阻型磁悬浮直线电机，其特征是：所述悬浮铁心竖杆（4、9）与吸力盘（18、23）之间的气隙小于定子旁路铁心（5、8）与动子旁路铁心（19、22）之间的气隙。

3.如权利要求2所述的一种方形双定子混合式磁阻型磁悬浮直线电机，其特征在于：所述控制铁心和左、右动子齿（20、21）均由导磁材料制成。

4.如权利要求3所述的一种方形双定子混合式磁阻型磁悬浮直线电机，其特征在于：所述隔磁铝块A（56、57；78、79）、隔磁铝块B（11）分别由整块铝材制成。

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