CN109773353A - 基于永磁直线电机伺服***的大行程高精密激光切割机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于永磁直线电机伺服***的大行程高精密激光切割机，包括机床、设置在机床上驱动行程的圆筒直线电机，所述圆筒直线电机包括初级，所述初级包括圆筒形的初级铁芯和电机绕组，所述初级铁芯的内壁上设有与电机绕组适配的嵌槽；所述初级铁芯内设有沿径向设置的主风道，所述主风道的一端延伸至初级铁芯的端面上形成开口，所述主风道的另一端延伸至嵌槽并与嵌槽连通，所述嵌槽之间设有相互连通的辅助风道，所述主风道的开口处设有风扇。本发明通过主风道及辅助风道提高空气流通效果，从而提高散热性能，保护永磁直线电机及内部元件；同时降低了圆筒直线电机的重量，实现电机的减负而进一步提高了电机的性能。

Description

基于永磁直线电机伺服***的大行程高精密激光切割机

技术领域

本发明属于激光切割机技术领域，特别涉及基于永磁直线电机伺服***的大行程高精密激光切割机。

背景技术

在数控机床技术领域，光纤激光数控切割设备方兴未艾，但是其核心部件依赖于伺服***。传统的伺服***包括“旋转电机加丝杠”和“旋转电机加齿轮齿条”，这类伺服***的特点就是电机的轴向转动转化为直线运动，其依赖于机械传动。但是，机械传动存在弹性变形大、响应速度慢、易磨损等缺点，最重要的是存在反向间隙，这些缺点直接导致传统的伺服***的精度无法提高；同时由于配合的丝杠和齿条由于加工条件要求无法延长，导致光纤激光数控切割设备的行程受限。

直线电机伺服***是近年来高速发展的传动控制技术，它是一种将电能直接转换成直线运动机械能而不需要通过中间任何转换装置的电机，具有***结构简单、磨损少、噪声低、组合性强、控制精度高和可无限延长等特点，其广泛应用于光纤激光数控切割设备。

永磁直线电机虽然具有诸多优点，但是永磁直线电机采用高频高压三项电流进行工作，部件发热的现象明显，长期工作必然会导致内部的部件因高温受损。所以，需要针对这个问题提出光纤激光数控切割设备中永磁直线电机的优化方案。

发明内容

本发明针对上述现有技术的存在的问题，提供基于永磁直线电机伺服***的大行程高精密激光切割机。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

基于永磁直线电机伺服***的大行程高精密激光切割机，包括机床、设置在机床上驱动行程的圆筒直线电机，所述圆筒直线电机包括：初级，所述初级包括圆筒形的初级铁芯和电机绕组，所述初级铁芯的内壁上设有与电机绕组适配的嵌槽；所述初级铁芯内设有沿径向设置的主风道，所述主风道的一端延伸至初级铁芯的端面上形成开口，所述主风道的另一端延伸至嵌槽并与嵌槽连通，所述嵌槽之间设有相互连通的辅助风道，所述主风道的开口处设有风扇。

作为本发明的进一步改进，所述初级铁芯内设有与风扇同轴设置的驱动风扇转动的驱动装置，所述初级铁芯内设有与驱动装置适配的驱动空间，所述驱动装置与风扇之间设有轴杆，所述轴杆的两端与驱动装置和风扇固定连接。

作为本发明的进一步改进，所述驱动装置包括连接环和沿连接环径向设置且固定在连接环外壁上的磁片，所述磁片均匀分布在连接环的外壁上面，且磁片的极***替设置，所述连接环固定套接在轴杆外。

作为本发明的进一步改进，相邻两个所述磁片外端间的弧长与相邻两个永磁体间的距离相同。

作为本发明的进一步改进，所述初级铁芯的两端对称设置有相同的主风道和设置在主风道内的风扇，所述初级铁芯两端的风扇均与驱动装置固定连接。

作为本发明的进一步改进，所述主风道、风扇、辅助风道、驱动装置和轴杆均绕初级铁芯的轴线均匀分布。

作为本发明的进一步改进，所述轴杆与初级铁芯的连接处设有密封轴承，所述密封轴承设置在主风道的内壁上。

本发明的有益效果为：

(1)本发明通过在初级铁芯上设置主风道及辅助风道形成内部与外部空气流动的通道，利用永磁直线电机高提速性能，通过风扇在主风道的开口处形成风压，加强主风道及辅助风道内的空气流通效果，提高永磁直线电机内外部的空气对流从而提高散热性能，保护永磁直线电机及内部元件；

(2)主风道及辅助风道也形成减重孔，降低了圆筒直线电机的重量，实现电机的减负而进一步提高了电机的性能；

(3)本发明通过设置由磁片和连接环构成的驱动装置，利用相同的工作原理及同一组电机绕组驱动磁片运动，从而带动风扇转动，整个过程不涉及额外能量的输入，且风扇转动与电机绕组的电流的相变和频率直接相关，实现风扇根据工作状况自动调节转速。

附图说明

图1是实施例中激光切割机的结构示意图；

图2是实施例中圆筒直线电机的结构示意图；

图3是实施例中驱动装置的结构示意图；

图4是实施例中圆筒直线电机的立体图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1和2所示，基于永磁直线电机伺服***的大行程高精密激光切割机，包括机床10、设置在机床10两侧的水平滑轨11、与水平滑轨11滑动连接的横梁12、与横梁12滑动连接的刀座13，所述水平滑轨11与横梁12之间设有圆筒直线电机20，所述水平滑轨11与横梁12通过圆筒直线电机20滑动连接，所述圆筒直线电机20同时设置在横梁12与刀座13之间，所述横梁12与刀座13通过圆筒直线电机20滑动连接；所述圆筒直线电机20包括初级21和设置在初级21内的次级22，所述初级21包括初级铁芯211和电机绕组212，所述初级铁芯211为圆筒形，所述初级铁芯211的内壁上设有与电机绕组212适配的嵌槽213，所述次级22包括磁轭221和永磁体222，所述磁轭221为圆柱形，所述磁轭221与初级铁芯211同轴设置，所述永磁体222为圆环形且固定在磁轭221的外表面，所述永磁体222与初级铁芯211之间设有间隙；所述初级铁芯211内设有沿径向设置的主风道30，所述主风道30的一端延伸至初级铁芯211的端面上形成开口，所述主风道30的另一端延伸至嵌槽213并与嵌槽213连通，所述嵌槽213之间设有相互连通的辅助风道31，所述主风道30的开口处设有风扇33。

永磁直线电机是依靠强大电力支撑的伺服***，电机绕组212由通电的导线构成，其绕制在初级铁芯211上，通电后电机绕组212本身会由电阻产生热量，同时会形成涡流效应产生热能，这些热量聚集在永磁直线电机内部会提高工作温度，导致影响内部元件的性能甚至导致电机烧毁。本发明通过在初级铁芯211上设置主风道30及辅助风道31形成内部与外部空气流动的通道，在激光切割机工作时，利用永磁直线电机高提速性能，通过风扇33在主风道30的开口处形成风压，加强主风道30及辅助风道31内的空气流通效果，提高永磁直线电机内外部的空气对流从而提高散热性能，保护永磁直线电机及内部元件；另外，主风道30及辅助风道31也形成减重孔，降低了圆筒直线电机的重量，实现电机的减负而进一步提高了电机的性能。

进一步的，如图2所示，所述初级铁芯211内设有与风扇33同轴设置的驱动风扇33转动的驱动装置34，所述初级铁芯211内设有与驱动装置34适配的驱动空间35，所述驱动装置34与风扇33之间设有轴杆36，所述轴杆36的两端与驱动装置34和风扇33固定连接。

利用永磁直线电机高提速性能实现风扇33转动产生风压虽然有效，但是不可控性较大，通过驱动装置34带动风扇33转动可以根据具体的工作环境实现风扇33的转速控制，且控制效果明显，形成风压更大，更有利于空气流通从而提高散热。

进一步的，如图3所示，所述驱动装置34包括连接环341和沿连接环341径向设置且固定在连接环341外壁上的磁片342，所述磁片342均匀分布在连接环341的外壁上面，且磁片342的极***替设置，所述连接环341固定套接在轴杆36外。

直线电机的工作是靠通入电流的相变和频率控制电机绕组212内部磁通量的变化实现的，通过在初级铁芯211内设置由磁片342和连接环341构成的驱动装置34，利用相同的工作原理及同一组电机绕组212驱动磁片342运动，从而带动风扇33转动，整个过程不涉及额外能量的输入，且风扇33转动与电机绕组212的电流的相变和频率直接相关，实现风扇33根据工作状况自动调节转速。

进一步的，如图2和3所示，相邻两个所述磁片342外端间的弧长与相邻两个永磁体222间的距离相同，其中，相邻两个所述磁片342外端间的弧长为L，相邻两个永磁体222间的距离为H。提高行波磁场对磁片342的推力与永磁体222的一致性，提高驱动装置34的操控性和转动稳定性防止风扇33转动紊乱。

进一步的，如图2所示，所述初级铁芯211的两端对称设置有相同的主风道30和设置在主风道内的风扇33，所述初级铁芯211两端的风扇33均与驱动装置34固定连接。两侧对称的主风道30与辅助风道31形成连通效果，当驱动装置34驱动风扇33转动时，两侧的风扇33产生的转动效果不同，一侧为提高主风道30内的风压，另一侧为降低主风道30内的风压，从而形成抽风效果，提高空气流通，从而提高散热性。

进一步的，如图4所示，所述主风道30、风扇33、辅助风道31、驱动装置34和轴杆36均绕初级铁芯211的轴线均匀分布。使形成多通道散热，提高散热效果。

进一步的，如图2所示，所述轴杆36与初级铁芯211的连接处设有密封轴承343，所述密封轴承343设置在主风道30的内壁上。防止轴杆36处漏风，影响初级铁芯211的散热效果。

需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.基于永磁直线电机伺服***的大行程高精密激光切割机，包括机床(10)、设置在机床(10)上驱动行程的圆筒直线电机(20)，其特征在于，所述圆筒直线电机(20)包括：

初级(21)，所述初级(21)包括圆筒形的初级铁芯(211)和电机绕组(212)，所述初级铁芯(211)的内壁上设有与电机绕组(212)适配的嵌槽(213)；

所述初级铁芯(211)内设有沿径向设置的主风道(30)，所述主风道(30)的一端延伸至初级铁芯(211)的端面上形成开口，所述主风道(30)的另一端延伸至嵌槽(213)并与嵌槽(213)连通，所述嵌槽(213)之间设有相互连通的辅助风道(31)，所述主风道(30)的开口处设有风扇(33)。

2.根据权利要求1所述的基于永磁直线电机伺服***的大行程高精密激光切割机，其特征在于，所述初级铁芯(211)内设有与风扇(33)同轴设置的驱动风扇(33)转动的驱动装置(34)，所述初级铁芯(211)内设有与驱动装置(34)适配的驱动空间(35)，所述驱动装置(34)与风扇(33)之间设有轴杆(36)，所述轴杆(36)的两端与驱动装置(34)和风扇(33)固定连接。

3.根据权利要求2所述的基于永磁直线电机伺服***的大行程高精密激光切割机，其特征在于，所述驱动装置(34)包括连接环(341)和沿连接环(341)径向设置且固定在连接环(341)外壁上的磁片(342)，所述磁片(342)均匀分布在连接环(341)的外壁上面，且磁片(342)的极***替设置，所述连接环(341)固定套接在轴杆(36)外。

4.根据权利要求3所述的基于永磁直线电机伺服***的大行程高精密激光切割机，其特征在于，相邻两个所述磁片(342)外端间的弧长与相邻两个永磁体(222)间的距离相同。

5.根据权利要求1～3中任一所述的基于永磁直线电机伺服***的大行程高精密激光切割机，其特征在于，所述初级铁芯(211)的两端对称设置有相同的主风道(30)和设置在主风道内的风扇(33)，所述初级铁芯(211)两端的风扇(33)均与驱动装置(34)固定连接。

6.根据权利要求5所述的基于永磁直线电机伺服***的大行程高精密激光切割机，其特征在于，所述主风道(30)、风扇(33)、辅助风道(31)、驱动装置(34)和轴杆(36)均绕初级铁芯(211)的轴线均匀分布。

7.根据权利要求6所述的基于永磁直线电机伺服***的大行程高精密激光切割机，其特征在于，所述轴杆(36)与初级铁芯(211)的连接处设有密封轴承(343)，所述密封轴承(343)设置在主风道(30)的内壁上。