CN204835887U - 一种凸杆式无铁芯直线电机运动模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种凸杆式无铁芯直线电机运动模组，包括凸杆式无铁芯直线电机、导轨、滑块、光栅尺、读数模组和用于承载负载设备的承载转接板，凸杆式无铁芯直线电机包括：定子、动子、第一磁铁组、第二磁铁组，读数模组设置于动子上，动子设置于承载转接板上，导轨和光栅尺设置于定子上，读数模组包括读数头和读数头转接板。本实用新型使用了凸杆式无铁芯直线电机，通过将第一磁铁组和第二磁铁组背向设置在定子上，可使电机的磁轭体积做得更小，结构更紧凑，并且采用双侧动子结构可使速度更快，工作效率大幅提升。

Description

一种凸杆式无铁芯直线电机运动模组

技术领域

本实用新型涉及电机技术，特别涉及一种凸杆式无铁芯直线电机运动模组。

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，而不需要任何中间转换机构的传动装置。其中，无铁芯直线电机具有零齿槽效应、零定位力、定动子间没有吸引力、宽速度范围、高动态性能、极高的定位精度等优点，使得无铁芯直线电机广泛用于半导体光刻、PC板检查和钻孔、晶片处理加工、离子注入、电子装配及坐标测量等精密伺服领域。

对于无铁芯直线电机，一般采用分数槽集中绕组形式，可分为非重叠绕组和重叠绕组。这两种绕组形式的无铁芯电机一般都为动圈式结构，由初级和双边次级组成，初级部分由环氧树脂灌封的分数槽集中绕组构成，次级部分由N、S交替排列的永磁体和次级铁轭组成，形成一个类“U”型结构。这种双边磁轨“U”型结构，虽然提高了电机的驱动力，但双边磁轭及其连接支撑板使得电机体积较大，其运动模组的光栅编码器、读数模组、固定导向导轨都放置在“U”型双边磁轨两侧，显得整个运动模组体积更大。

除此之外，这种“U”型双边磁轨无铁芯直线电机高速运动时，电机的反电动势也较大，对直流母线电压要求也较高，从而不利于高速运动；若无铁芯直线电机采用单边磁轨结构，电机推力又往往不足。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种推力大、结构紧凑、刚度强、速度高的凸杆式无铁芯直线电机运动模组。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种凸杆式无铁芯直线电机运动模组，其包括凸杆式无铁芯直线电机、导轨、在导轨上滑动的滑块、光栅尺、读数模组和用于承载负载设备的承载转接板；所述凸杆式无铁芯直线电机包括定子和在定子的两侧相对所述定子运动的动子，所述定子的一侧面上设置有第一磁铁组，定子的另一侧面上设置有第二磁铁组；所述动子与第一磁铁组之间具有第一气隙、与第二磁铁组之间具有第二气隙，所述读数模组设置于所述动子上，所述动子设置于所述承载转接板上，所述导轨和光栅尺设置于所述定子上，所述读数模组包括读数头和读数头转接板。

所述的凸杆式无铁芯直线电机运动模组中，所述滑块的顶面固定于所述承载转接板上，所述导轨固定于所述第二磁轭体的顶面上。

所述的凸杆式无铁芯直线电机运动模组中，所述动子包括第一线圈组、第二线圈组、第一动子转接固定板、第二动子转接固定板、用于固定第一线圈组和第二线圈组的线圈架；所述线圈架位于所述定子的下方，所述第一线圈组的一端和第二线圈组的一端设置于所述线圈架上；所述第一线圈组的另一端设置于所述第一动子转接固定板上，所述第二线圈组的另一端设置于所述第二动子转接固定板上；所述第一动子转接固定板和第二动子转接固定板固定在所述承载转接板上。

所述的凸杆式无铁芯直线电机运动模组中，所述第一线圈组包括第一弯折部和第二弯折部，所述第二弯折部的端面和侧面连接于所述线圈架上，所述第一弯折部与第二弯折部之间形成第一凹部；所述第二线圈组包括第三弯折部和第四弯折部，所述第四弯折部的端面和侧面连接于所述线圈架上，所述第三弯折部与第四弯折部之间形成第二凹部。

所述的凸杆式无铁芯直线电机运动模组中，所述动子还包括用于封装所述第一线圈组的第一装封体和用于封装所述第二线圈组的第二装封体。

所述的凸杆式无铁芯直线电机运动模组中，所述定子的上部的两端设置有挡板。

所述的凸杆式无铁芯直线电机运动模组中，所述定子的下部的两端设置有固定块。

所述的凸杆式无铁芯直线电机运动模组中，所述定子的端面呈凸字型。

所述的凸杆式无铁芯直线电机运动模组中，所述动子的数量为两个以上。

所述的凸杆式无铁芯直线电机运动模组中，相邻两个动子相对的侧面上设置有缓冲块。

相较于现有技术，本实用新型提供的凸杆式无铁芯直线电机运动模组，包括凸杆式无铁芯直线电机、导轨、滑块、光栅尺、读数模组和用于承载负载设备的承载转接板，所述凸杆式无铁芯直线电机包括定子和在定子的两侧相对所述定子运动的动子，所述定子的一侧面上设置有第一磁铁组，定子的另一侧面上设置有第二磁铁组；所述动子与第一磁铁组之间具有第一气隙、与第二磁铁组之间具有第二气隙，所述读数模组设置于所述动子上，所述动子设置于所述承载转接板上，所述导轨和光栅尺设置于所述定子上，所述读数模组包括读数头和读数头转接板。本实用新型使用了凸杆式无铁芯直线电机，通过将第一磁铁组和第二磁铁组背向设置在定子上，可使电机的磁轭体积做得更小，结构更紧凑，并且采用双侧动子结构推力大，运动速度快、效率高，可以以很高的速度频繁的进行直线往复运动。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的凸杆式无铁芯直线电机运动模组的侧视结构示意图。

图2为本实用新型第一较佳实施例提供的凸杆式无铁芯直线电机运动模组的立体结构示意图。

图3为本实用新型第二较佳实施例提供的凸杆式无铁芯直线电机运动模组的一角度的立体结构示意图。

图4为本实用新型第二较佳实施例提供的凸杆式无铁芯直线电机运动模组的另一角度的立体结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种推力大、结构扁平紧凑、刚度强、速度高、工作效率极高，尤其适用于要求精确的快速取放料来提高生产效率的场合。

为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1和图2，本实用新型第一较佳实施例提供的凸杆式无铁芯直线电机运动模组包括凸杆式无铁芯直线电机（图中未标号）、导轨402、在导轨402上滑动的滑块401、光栅尺502、读数模组（图中未示出）和用于承载负载设备的承载转接板303，所述凸杆式无铁芯直线电机包括：定子10、在定子10的两侧相对所述定子10运动的动子20，所述定子10的一侧面上设置有第一磁铁组102，在定子10的另一侧面上设置有第二磁铁组103，所述动子20与第一磁铁组102之间具有第一气隙（图中未标号）、与第二磁铁组103之间具有第二气隙（图中未标号），所述动子20通电时与定子10磁场相互作用产生电磁推力，使动子20在定子10上作直线往复运动。

所述定子10的凸杆磁轭是由导磁材料Q235A钢等做成，也可选用更优的导磁性能更好、刚度刚强的材料，且截面呈现一个凸台，所述定子10的凸杆磁轭长度可根据使用工况选取合理长度。

其中，所述定子10的端面呈凸字型，“凸”下半部分主要作为导通磁路的作用，上半部分的侧面可安装用于凸杆式无铁芯直线电机运行需要的光栅尺502、导轨402等，可以保证动子运行时与定子间的间隙的大小。

本实用新型提供的凸杆式无铁芯直线电机运动模组中所述动子20与定子10的磁极间没有齿槽力，通过两排磁铁背向设置在凸杆状的定子上，定子磁轭的体积可做得更小。凸杆状的定子磁轭不仅是导通汇聚磁场的磁路，而且还同时兼顾支撑动子稳定导向和精准定位控制需要反馈信号等作用。

请继续参阅图1和图2，所述导轨402固定在定子的顶面上，所述滑块401的顶面固定于所述承载转接板303上。所述滑块401的顶面固定于所述承载转接板303上，使动子20随滑块401一起沿导轨402做直接运动，并且可保证动子20运行时与定子10间的气隙的大小，光栅尺与动子20上的读数模组相配合，进行实时位置反馈，可以保证电机精准的定位运行。

所述导轨402均为直线导轨，具体为IKO直线导轨、NSK直线导轨、HIWIN直线导轨等（其中，IKO、NSK、HIWIN为导轨品牌），且不局限于某个型号，其具体结构为现有技术，此处不作详述。

另外，所述定子10的上部的两端设置有挡板601，主要用于限制动子20的最大行程，防止动子20滑出导轨，所述定子10的下部的两端还安装有固定模块701，用于整个运动模组的安装固定，其安装方式多种多样，本实用新型对此不作限制。

本实施例中，所述读数模组包括读数头501和读数头转接板304，所述读数头转接板304通过螺孔设置于动子20的第二动子转接固定板302上，所述读数头501设置于读数头转接板304上。所述光栅尺502可采用雷尼绍、海德汉公司出厂的光栅编码器，且不局限于某型号，具体结构为现有技术，此处不作详述。在运动时，读数头501获取光栅尺502的数据，获取动子20运动的位移。

请继续参阅图1和图2，所述第一磁铁组102和第二磁铁组103均包括若干个N极（北极）、S极（南极）交错设置、且线性排列的磁铁。如图1的视角，若一块磁铁的N极向左、S极向右，则与其相邻的磁铁则为N极向右、S极向左排列，且各磁铁排列成一条直线。具体地，各磁铁为模块化永磁磁铁，可以分段拼接，各磁铁组的长度可以根据定子的长度匹配设计。具体的，所述磁铁为海尔贝克永磁磁铁、钕铁硼永磁磁铁、稀土永磁磁铁等，粘贴在定子两个相对的侧面上。

本实用新型采用双边磁铁背对粘贴在磁轭上，其磁场与分布在两侧的动线圈产生的磁场相互作用，推力比单侧磁铁要大得多，当凸杆式无铁芯直线电机直接驱动较轻负载时，可以精确的实现高速频繁往复直线运行。

请继续参阅图1和图2，所述动子20包括第一线圈组201、第二线圈组202、第一动子转接固定板301、第二动子转接固定板302、用于固定第一线圈组201和第二线圈组202的线圈架203；所述线圈架203位于所述定子10的下方，所述第一线圈组201的一端和第二线圈组202的一端设置于所述线圈架203上；所述第一线圈组201的另一端设置于所述第一动子转接固定板301上，所述第二线圈组202的另一端设置于所述第二动子转接固定板302上；所述第一动子转接固定板301和第二动子转接固定板302固定在所述承载转接板303上。本实用新型采用双侧动子线圈与线圈架203及第一动子转接固定板301、第二动子转接固定板302稳固连接，使双侧动线圈与线圈架及动子转接固定板连接成一体，保证了双侧动子同步稳固的运行，从而可以同步带负载稳定运行。

具体实施时，所述第一线圈组201和第二线圈组202的端部通过螺钉和强力胶层固定在线圈架203上，本发明采用双重连接固定方式，保证线圈架203稳固连接第一线圈组201和第二线圈组202的端部，增大了线圈端部与线圈架的连接面积，刚度强，保证了两侧动子可以同步稳定运行，实现同步直驱负载，并且在线圈架203的侧面上设置有用于引出电源线204和信号线（图中未示出）的通孔。

同样，第一动子转接固定板301和第二动子转接固定板302也通过螺钉和强力胶层分别固定在第一线圈组201和第二线圈组202上，使动子更稳固。

请继续参阅图1和图2，所述第一线圈组201包括第一弯折部2011、第二弯折部2012和第一中间部2013，所述第二弯折部2012的端面和侧面连接于所述线圈架上203，从而增加了第一线圈组201与线圈架203的接触面积，所述第一弯折部2011的端面和侧面连接于所述第一动子转接固定板301上，增加了第一线圈组201与第一动子转接固定板301的接触面积，使第一线圈组的刚度更强。所述第一弯折部2011与第二弯折部2012之间形成第一凹部（图中未示出），从而可结合包围第一磁铁组的顶面和两个侧面，减少了凸杆式无铁芯直线电机对周围环境的漏磁辐射。

相应地，所述第二线圈组202包括第三弯折部2021、第四弯折部2022和第二中间部2023，所述第四弯折部2022的端面和侧面连接于所述线圈架203上，所述第三弯折部2021的端面和侧面连接于所述第二动子转接固定板302上。由于第二线圈组与第一线圈组的结构对称，此处不作详述。

所述第一凹部和第二凹部截面为直角梯形，即第一弯折部2011与第一磁铁组102相邻的侧面，及第三弯折部2021与第二磁铁组103相邻的侧面为斜面，本实用新型采用斜面的设计一方面增加了动子20的装配空间，便于动子20与定子10的装配，另一方面还有利于第一线圈组201和第二线圈组202通风散热，确保电机的性能。

本实用新型将第一线圈组201和第二线圈组202设计成凹部的结构，使线圈组端端呈C字型，可使得动子的宽度更小，且“C”型结构使得线圈端部更靠近永磁体端部，充分利用端部磁场，一定程度上也可使得电机出力更大一点。并且，C字型结构使线圈端部与动子转接固定板和线圈架的连接面积更大，使动子刚度更强。

请继续参阅图1和图2，本实用新型的凸杆式无铁芯直线电机运动模组中，所述动子20还包括用于封装所述第一线圈组201的第一装封体（图中未示出）和用于封装所述第二线圈组202的第二装封体（图中未示出）。其中，第一装封体和第二装封体均为环氧树脂体，线圈组通过环氧树脂真空灌注形成，然后与线圈架203紧固连接，进一步增加了动子的刚度。

请参阅图3和图4，为了进一步提高工作效率，在本实用新型的第二较佳实施例中，所述动子20、读数模组501、承载转接板303的数量均为两个以上，动子20共用定子10、导轨402和光栅尺502，在不同驱动器控制下，通过不同动子的读数头501，实时反馈采样电机位置信号，不同的动子间可以独立工作带动负载运行，进行同一工序或者不同工序的同时工作，运行效率极高。在所述承载转接板303上可设置吸嘴来吸附物料，便于快速取放物料等。进一步的，本实用新型也可以多个动子20在同一驱动器控制下实现同步工作，各个动子20间运动方式机动灵活，可根据实际情况进行设置，提高了设备的适应能力，各个动子20高速精确的运行，也大大提高了工作效率。

进一步地，相邻两个动子相对的侧面上设置有缓冲块80，防止两动子碰撞，确保高速运行中的动子不会损坏。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型提供的凸杆式无铁芯直线电机运动模组，推力大、结构扁平紧凑、刚度强、速度高、工作效率极高，尤其适用于要求精确的快速取放料来提高生产效率的场合。

2、本实用新型提供的凸杆式无铁芯直线电机运动模组采用凸杆式无铁芯直线电机，凸杆式无铁芯直线电机采用双边动线圈驱动，推力比单边无铁芯直线电机大，推力密度虽然不如双边“U”型磁极无铁芯直线电机，但正因为推力密度适中此特点，使其高速运行反电势不至于过大，对母线直流电压要求过高，对电子元器件要求较低，有助于降低成本。

3、在本实用新型提供的凸杆式无铁芯直线电机运动模组中，电机由定磁极和动线圈组成，定、动子都可模块化，结构简单，且双排磁铁都背对粘贴在同一块磁轭上，可节省磁极磁轭的成本，使得电机整体上更扁平。同时，凸杆式无铁芯直线电机的定子呈凸杆状，集合导通磁路、固定导向动子、配合位置控制等多功能用途于一体，结构更紧凑。

4、在本实用新型提供的凸杆式无铁芯直线电机运动模组中，对叠绕的端部线圈整型，然后通过环氧树脂等封装成类“C”型外形，“C”型结构使得动子横向宽度更小。

5、在本实用新型提供的凸杆式无铁芯直线电机运动模组中，采用叠绕线圈比集中绕组推力密度更大，且“C”型结构与单边型的“T”型结构相比，增加了绕组端部与线圈架、动子转接固定板之间的接触面积，提高了散热效率，两侧线圈动子通过线圈架连接成一体，刚度强，更加有助于双线圈同步实现驱动负载，精度更高。

6、在本实用新型提供的凸杆式无铁芯直线电机运动模组中，可以放置多个凸杆式无铁芯直线电机动子，不同的动子间可以独立工作带动负载运行，进行同一工序或者不同工序的同时工作，运行效率极高。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种凸杆式无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，包括凸杆式无铁芯直线电机、导轨、在导轨上滑动的滑块、光栅尺、读数模组和用于承载负载设备的承载转接板；所述凸杆式无铁芯直线电机包括定子和在定子的两侧相对所述定子运动的动子，所述定子的一侧面上设置有第一磁铁组，定子的另一侧面上设置有第二磁铁组；所述动子与第一磁铁组之间具有第一气隙、与第二磁铁组之间具有第二气隙，所述读数模组设置于所述动子上，所述动子设置于所述承载转接板上，所述导轨和光栅尺设置于所述定子上，所述读数模组包括读数头和读数头转接板。

2.根据权利要求1所述的凸杆式无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，所述滑块的顶面固定于所述承载转接板上，所述导轨固定于所述第二磁轭体的顶面上。

3.根据权利要求1所述的凸杆式无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，所述动子包括第一线圈组、第二线圈组、第一动子转接固定板、第二动子转接固定板、用于固定第一线圈组和第二线圈组的线圈架；所述第一线圈组的一端和第二线圈组的一端设置于所述线圈架上；所述第一线圈组的另一端设置于所述第一动子转接固定板上，所述第二线圈组的另一端设置于所述第二动子转接固定板上；所述第一动子转接固定板和第二动子转接固定板固定在所述承载转接板上。

4.根据权利要求3所述的凸杆式无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，所述第一线圈组包括第一弯折部和第二弯折部，所述第二弯折部的端面和侧面连接于所述线圈架上，所述第一弯折部与第二弯折部之间形成第一凹部；所述第二线圈组包括第三弯折部和第四弯折部，所述第四弯折部的端面和侧面连接于所述线圈架上，所述第三弯折部与第四弯折部之间形成第二凹部。

5.根据权利要求3所述的凸杆式无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，所述动子还包括用于封装所述第一线圈组的第一装封体和用于封装所述第二线圈组的第二装封体。

6.根据权利要求1所述的凸杆式无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，所述定子的上部的两端设置有挡板。

7.根据权利要求1或6所述的凸杆式无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，所述定子的下部的两端设置有固定块。

8.根据权利要求1所述的凸杆式无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，所述定子的端面呈凸字型。

9.根据权利要求1所述的凸杆式无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，所述动子的数量为两个以上。

10.根据权利要求9所述的凸杆式无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，相邻两个动子相对的侧面上设置有缓冲块。