CN218829568U - 可抵消磁吸力的直线电机及包括其的用电设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种可抵消磁吸力的直线电机，其包括至少一个第一直线电机组件、至少一个第二直线电机组件、工作台和底座，所述工作台的两侧分别通过至少一组滑轨模块滑动连接在所述底座上，所述底座内开设有凹槽，所述第一直线电机组件设置在所述凹槽内，所述第二直线电机组件安装在所述工作台的底部；所述第一直线电机组件与所述第二直线电机组件相互套设，直线电机运行时所述第二直线电机组件相对于所述第一直线电机组件运动。本实用新型可以在相同体积内容纳电机数量更多，推力更大，容损率更高，因各组电机的磁吸力在中心点达到平衡，弯矩造成变形大幅减少，从而稳定气隙尺寸，输出力更加稳定。

Description

可抵消磁吸力的直线电机及包括其的用电设备

技术领域

本实用新型涉及直线电机领域，特别涉及一种可抵消磁吸力的直线电机及包括其的用电设备。

背景技术

随着高速，超高速加工的不断发展，直线电机越来越广泛地应用于各种机床和加工中心，相比传统滚珠丝杠***，直线电机***具有不存在中间环节、精度高、速度和加速度大等优点。

直线电机伺服进给***由于具有结构简单、动态响应快、速度与加速度大、定位精度高、行程长度不受限制，振动与噪声小等一系列优点，因而在机床上具有广泛的应用前景。但同时直线电机本身还有一些问题没有得到很好解决。

直线电机驱动***主要包括用于驱动的磁铁、电机线圈(动子或定子)以及用于精确定位的光栅尺读数头等部件。直线电机应用于机床时，定子固定在床身上，动子与工作台连接并与直线导轨支撑，动子表面与定子之间保持一定的气隙。绕组通电后动子与定子之间产生切向电磁推力，在直线导轨的支撑和滑块的引导下，动子带动工作台做直线运动，定子采用永磁材料，无论绕组通电与否，都会产生法向磁吸力。一个垂直于进给运动方向的法向磁吸力，对于单边型直线电机，其数值大约为推力的10倍左右。法向磁吸力会导致装配困难并且产生额外的摩擦阻力，造成推力波动，影响加工中心运动部件的精确性。

现有的直线电机主要设置为单边式和对向分布式，单边式即包括一组直线电机定子和直线电机动子，对向分布式包括有两组对向分布的直线电机定子和直线电机动子。定子与动子之间的磁吸力完全存在，对单边式电机保持动定子位置的装置承受很大负载。对称式分布，能平衡绝大部分动定子之间磁吸力，存在一个弯矩变形，即近端与远端气隙不一致。在机床上使用双边型直线电机对机床结构刚度提出了更高的要求，因此在进行机床结构设计时，通常为保证推力平稳，直线电机的布局应尽量做成对称结构，希望法向磁吸力的影响越小越好。

有鉴于此，本申请发明人设计了一种可抵消磁吸力的直线电机及包括其的用电设备。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中直线电机对机床结构刚度有较高要求，需要承受较大负载等缺陷，提供一种可抵消磁吸力的直线电机及包括其的用电设备。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种可抵消磁吸力的直线电机，其特点在于，所述可抵消磁吸力的直线电机包括至少一个第一直线电机组件、至少一个第二直线电机组件、工作台和底座，所述工作台的两侧分别通过至少一组滑轨模块滑动连接在所述底座上，所述底座内开设有凹槽，所述第一直线电机组件设置在所述凹槽内，所述第二直线电机组件安装在所述工作台的底部；

所述第一直线电机组件与所述第二直线电机组件相互套设，直线电机运行时所述第二直线电机组件相对于所述第一直线电机组件运动。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一直线电机组件为直线电机定子，所述第二直线电机组件为直线电机动子；

或者所述第一直线电机组件为直线电机动子，所述第二直线电机组件为直线电机定子。

根据本实用新型的一个实施例，所述直线电机动子包括动子安装支架和多个电机线圈，所述动子安装支架安装在所述工作台的底部，所述电机线圈中心对称地安装在所述动子安装支架上；

所述直线电机定子包括定子安装支架和多个磁铁，所述定子安装支架设置在所述底座的凹槽内，所述磁铁中心对称地安装在所述定子安装支架上；所述电机线圈与所述磁铁相对布置。

根据本实用新型的一个实施例，所述动子安装支架为支撑架结构，所述定子安装支架为框形支架结构，所述动子安装支架穿套在所述定子安装支架内。

根据本实用新型的一个实施例，所述直线电机动子包括动子安装支架和多个电机线圈，所述动子安装支架设置在所述底座的凹槽内，所述电机线圈中心对称地安装在所述动子安装支架上；

所述直线电机定子包括定子安装支架和多个磁铁，所述定子安装支架安装在所述工作台的底部，所述磁铁中心对称地安装在所述定子安装支架上；所述电机线圈与所述磁铁相对布置。

根据本实用新型的一个实施例，所述动子安装支架为框形支架结构，所述定子安装支架为支撑架结构，所述定子安装支架穿套在所述动子安装支架内。

根据本实用新型的一个实施例，每一组所述滑轨模块包括至少一组导轨和至少一组滑块，所述滑块安装在所述工作台的底部两侧，所述导轨安装在所述底座的上端部两侧，且所述滑块与所述导轨相对滑动设置。

根据本实用新型的一个实施例，所述电机线圈嵌设在所述动子安装支架的各个内壁面内。

根据本实用新型的一个实施例，所述动子安装支架和所述定子安装支架为正多边形。

根据本实用新型的一个实施例，所述直线电机还包括测量装置，所述测量装置安装在所述底座上，用于测量所述直线电机动子的运动位置；

所述滑轨模块的运动中心、所述测量装置的测量中心和直线电机组件所述直线电机的推力中心位于同一条直线上。

本实用新型还提供了一种用电设备，其特点在于，所述用电设备包括如上所述的可抵消磁吸力的直线电机。

本实用新型的积极进步效果在于：

本实用新型可抵消磁吸力的直线电机及包括其的用电设备，可以在相同体积内容纳电机数量更多，推力更大，容损率更高，因各组电机的磁吸力在中心点达到平衡，弯矩造成变形大幅减少，从而稳定气隙尺寸，输出力更加稳定，封闭结构在高频工作中能够长期保持稳定，降低结构蠕变，提高控制带宽。

附图说明

本实用新型上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1为本实用新型可抵消磁吸力的直线电机的实施例一的立体图。

图2为本实用新型可抵消磁吸力的直线电机的实施例一的主视图。

图3为本实用新型可抵消磁吸力的直线电机的实施例二的立体图。

图4为本实用新型可抵消磁吸力的直线电机的实施例二的主视图。

图5为本实用新型可抵消磁吸力的直线电机的实施例三中电机线圈中心集中式的三组直线电机中心对称式分布的结构示意图。

图6为本实用新型可抵消磁吸力的直线电机的实施例三中磁铁中心集中式的三组直线电机中心对称式分布的结构示意图。

图7为本实用新型可抵消磁吸力的直线电机的实施例三中电机线圈中心集中式的五组直线电机中心对称式分布的结构示意图。

图8为本实用新型可抵消磁吸力的直线电机的实施例三中磁铁中心集中式的五组直线电机中心对称式分布的结构示意图。

图9为本实用新型可抵消磁吸力的直线电机的实施例三中电机线圈中心集中式的六组直线电机中心对称式分布的结构示意图。

图10为本实用新型可抵消磁吸力的直线电机的实施例三中磁铁中心集中式的六组直线电机中心对称式分布的结构示意图。

图11为本实用新型可抵消磁吸力的直线电机的实施例三中电机线圈中心集中式的八组直线电机中心对称式分布的结构示意图。

图12为本实用新型可抵消磁吸力的直线电机的实施例三中磁铁中心集中式的八组直线电机中心对称式分布的结构示意图。

图13为本实用新型可抵消磁吸力的直线电机的实施例三中直线电机另一种八边形的安装结构示意图。

图14为本实用新型可抵消磁吸力的直线电机的实施例一至实施例三的原理示意图。

具体实施方式

为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明。

现在将详细参考附图描述本实用新型的实施例。现在将详细参考本实用新型的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。

此外，尽管本实用新型中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本实用新型说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。

此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本实用新型。

实施例一：

如图1和图2所示，本实用新型公开了一种可抵消磁吸力的直线电机，其包括至少一个第一直线电机组件10、至少一个第二直线电机组件20、工作台30和底座40。工作台30的两侧分别通过至少一组滑轨模块滑动连接在底座40上，在底座40内开设有凹槽41。第一直线电机组件10设置在凹槽41内，第二直线电机组件20安装在工作台30的底部。第一直线电机组件10与第二直线电机组件20相互套设，直线电机运行时第二直线电机组件20相对于第一直线电机组件10运动。

本实施例中，第一直线电机组件10可以优选为直线电机定子，第二直线电机组件20可以优选为直线电机动子。

进一步优选地，直线电机动子(即第二直线电机组件20)包括动子安装支架a1和多个电机线圈b1，动子安装支架a1安装在工作台30的底部，电机线圈b1中心对称地安装在动子安装支架a1上。直线电机定子(即第一直线电机组件10)包括定子安装支架a2和多个磁铁b2，将定子安装支架a2设置在底座40的凹槽41内，磁铁b2中心对称地安装在定子安装支架11上。此处的电机线圈b1与磁铁b2相对布置。

或者，本实施例中，第一直线电机组件10也可以优选为直线电机动子，第二直线电机组件20也可以优选为直线电机定子(图中未示)。

进一步优选地，直线电机动子(即第一直线电机组件10)包括动子安装支架a1和多个电机线圈b1，动子安装支架a1设置在底座40的凹槽41内，电机线圈b1中心对称地安装在动子安装支架a1上。直线电机定子(即第二直线电机组件20)包括定子安装支架a2和多个磁铁b2，定子安装支架a2安装在工作台30的底部，磁铁b2中心对称地安装在定子安装支架a2上。电机线圈b1与磁铁b2相对布置。

本实施例中，动子安装支架a1可以优选为支撑架结构，定子安装支架a2可以优选为框形支架结构，将动子安装支架a1穿套在定子安装支架a2内。此处的动子安装支架a1和定子安装支架a2可以优选为正多边形，比如可以采用三角形、五边形、六边形或八边形。这种情况下的直线电机呈电机线圈中心集中式的结构。

例如，如图1和图2所示，本实施例以一种电机线圈中心集中式的三组直线电机中心对称式分布为例，其通过在直线电机中安装三角形磁铁支撑框架(即定子安装支架11)以及三角形电机支撑框架(即动子安装支架21)，将定子安装支架a2与底座40锁定，将动子安装支架a1与工作台30锁定。直线电机工作时动子带动工作台30移动。

此外，本实用新型可抵消磁吸力的直线电机，还可以包括测量装置50，测量装50可以安装在底座40上，用于测量直线电机动子的运动位置。所述滑轨模块的运动中心、测量装置50的测量中心和所述直线电机的推力中心位于同一条直线上。

此处测量装置50可以优选为光栅尺。例如，将光栅尺固定于底座40，读数头31通过读数头支架32在工作台30的带动下沿光栅尺(即测量装置50)直线运动。

优选地，每一组所述滑轨模块包括至少一组导轨60和至少一组滑块70，滑块70安装在工作台30的底部两侧，导轨60安装在底座40的上端部两侧，且滑块70与导轨60相对滑动设置。

实施例二：

如图3和图4所示，本实施例的结构与实施例一基本相同，其不同之处在于：本实施例中，动子安装支架a1也可以优选为框形支架结构，定子安装支架a2也可以优选为支撑架结构，将定子安装支架a2穿套在动子安装支架a1内。此处的动子安装支架a1和定子安装支架a2可以优选为正多边形，比如可以采用三角形、五边形、六边形或八边形。

例如，如图3和图4所示，本实施例以一种电机线圈中心集中式的三组直线电机中心对称式分布为例，其通过在直线电机中安装三角形磁铁支撑框架(即定子安装支架a2)以及三角形电机支撑框架(即动子安装支架a1)，将定子安装支架a2与底座40锁定，将动子安装支架a1与工作台30锁定。直线电机工作时动子带动工作台30移动。

实施例三：

本实施例的结构与实施例一基本相同，其不同之处在于：动子安装支架a1和定子安装支架a2可以优选为各种多边形的结构。在实际应用时，可将磁铁通过并列拼接方式装配成不同的长度，以保证在所需行程范围内磁铁与电机线圈之间的耦合保持不变。

根据电机线圈和磁铁的不同配置方式，将三角形安装结构，五边形安装结构，六边形安装结构，八边形安装结构各设计出两种不同的装配结构。这两种装配的结构主要是将电机线圈与磁铁位置互换形成的两种实施方式。

当然除了本实施例例举的两种不同的装配结构之外，其他结构也在本申请保护范围内，只要其原理结构类似，所取得功能一致即可。

如图5所示，采用电机线圈中心集中式的三组直线电机中心对称式分布的安装结构，电机线圈b1中心对称地安装在动子安装支架a1的外壁面上，磁铁b2中心对称地安装在定子安装支架a2的内壁面上，且电机线圈b1和磁铁b2一一相对地排布。

如图6所示，采用磁铁中心集中式的三组直线电机中心对称式分布的安装结构，电机线圈b1中心对称地嵌设在动子安装支架a1的内壁面内，磁铁b2中心对称地安装在定子安装支架a2的外壁面上，且电机线圈b1和磁铁b2一一相对地排布。

如图7所示，采用电机线圈中心集中式的五组直线电机中心对称式分布的安装结构，电机线圈b1中心对称地安装在动子安装支架a1的外壁面上，磁铁b2中心对称地安装在定子安装支架a2的内壁面上，且电机线圈b1和磁铁b2一一相对地排布。

如图8所示，采用磁铁中心集中式的五组直线电机中心对称式分布的安装结构，电机线圈b1中心对称地嵌设在动子安装支架a1的内壁面内，磁铁b2中心对称地安装在定子安装支架a2的外壁面上，且电机线圈b1和磁铁b2一一相对地排布。

如图9所示，采用电机线圈中心集中式的六组直线电机中心对称式分布的安装结构，电机线圈b1中心对称地安装在动子安装支架a1的外壁面上，磁铁b2中心对称地安装在定子安装支架a2的内壁面上，且电机线圈b1和磁铁b2一一相对地排布。

如图10所示，采用磁铁中心集中式的六组直线电机中心对称式分布的安装结构，电机线圈b1中心对称地嵌设在动子安装支架a1的内壁面内，磁铁b2中心对称地安装在定子安装支架a2的外壁面上，且电机线圈b1和磁铁b2一一相对地排布。

如图11所示，采用电机线圈中心集中式的八组直线电机中心对称式分布的安装结构，电机线圈b1中心对称地安装在动子安装支架a1的外壁面上，磁铁b2中心对称地安装在定子安装支架a2的内壁面上，且电机线圈b1和磁铁b2一一相对地排布。

如图12所示，采用磁铁中心集中式的八组直线电机中心对称式分布的安装结构，电机线圈b1中心对称地安装在动子安装支架a1的内壁面内，磁铁b2中心对称地安装在定子安装支架a2的外壁面上，且电机线圈b1和磁铁b2一一相对地排布。

如图13所示，采用电机线圈磁铁交错式的八组直线电机中心对称式分布的安装结构，电机线圈b1和磁铁b2分别相互间隔地交错式的安装在框形支架结构(即动子安装支架a1)的内壁面上和支撑架结构(即定子安装支架a2)的外壁面上，且电机线圈b1和磁铁b2一一相对地排布。

如上述实施例一至实施例三所述，本实用新型提供的一种可抵消磁吸力的直线电机，包括至少三组直线电机定子和直线电机动子。如图14所示，各组直线电机定子和直线电机动子围绕一中心点A分布，每组直线电机定子和直线电机动子的磁吸力分别为F1、F2、F3于所述中心点A处抵消(达到受力平衡状态)。

所述可抵消磁吸力直线电机利用力的平衡原理，将至少三组直线电机组件围绕一中心点分布，各组直线电机定子和直线电机动子的磁吸力于所述中心点处抵消。并结合自然界中达到平衡和微妙均势的常见力学结构，以黄金分割比例的正五边形，蜂巢结构的正六边形，常被应用于大跨结构中的正八边形结构为例进行新型直线电机安装结构的设计。

这种结构的可抵消磁吸力的直线电机可以在相同体积内容纳电机数量更多，推力更大，容损率更高。

因各组电机的磁吸力在中心点达到平衡，弯矩造成变形大幅减少，从而稳定气隙尺寸，输出力更加稳定，封闭结构在高频工作中能够长期保持稳定，降低结构蠕变，提高控制带宽。

综上所述，本实用新型可抵消磁吸力的直线电机及包括其的用电设备，与现有技术相比，其具有如下诸多有益效果：

一、电机可以做抵消磁吸力的设置；

二、可降低底座的制作成本；

三、可降低支架底部锁定机构安装的难度；

四、可增加底座的刚性；

五、可以保持三心一线或四心一线，使电机和机械结构的适配性达到最优。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (11)

1.一种可抵消磁吸力的直线电机，其特征在于，所述可抵消磁吸力的直线电机包括至少一个第一直线电机组件、至少一个第二直线电机组件、工作台和底座，所述工作台的两侧分别通过至少一组滑轨模块滑动连接在所述底座上，所述底座内开设有凹槽，所述第一直线电机组件设置在所述凹槽内，所述第二直线电机组件安装在所述工作台的底部；

所述第一直线电机组件与所述第二直线电机组件相互套设，直线电机运行时所述第二直线电机组件相对于所述第一直线电机组件运动。

2.如权利要求1所述的可抵消磁吸力的直线电机，其特征在于，所述第一直线电机组件为直线电机定子，所述第二直线电机组件为直线电机动子；

或者所述第一直线电机组件为直线电机动子，所述第二直线电机组件为直线电机定子。

3.如权利要求2所述的可抵消磁吸力的直线电机，其特征在于，所述直线电机动子包括动子安装支架和多个电机线圈，所述动子安装支架安装在所述工作台的底部，所述电机线圈中心对称地安装在所述动子安装支架上；

所述直线电机定子包括定子安装支架和多个磁铁，所述定子安装支架设置在所述底座的凹槽内，所述磁铁中心对称地安装在所述定子安装支架上；所述电机线圈与所述磁铁相对布置。

4.如权利要求3所述的可抵消磁吸力的直线电机，其特征在于，所述动子安装支架为支撑架结构，所述定子安装支架为框形支架结构，所述动子安装支架穿套在所述定子安装支架内。

5.如权利要求2所述的可抵消磁吸力的直线电机，其特征在于，所述直线电机动子包括动子安装支架和多个电机线圈，所述动子安装支架设置在所述底座的凹槽内，所述电机线圈中心对称地安装在所述动子安装支架上；

所述直线电机定子包括定子安装支架和多个磁铁，所述定子安装支架安装在所述工作台的底部，所述磁铁中心对称地安装在所述定子安装支架上；所述电机线圈与所述磁铁相对布置。

6.如权利要求5所述的可抵消磁吸力的直线电机，其特征在于，所述动子安装支架为框形支架结构，所述定子安装支架为支撑架结构，所述定子安装支架穿套在所述动子安装支架内。

7.如权利要求1所述的可抵消磁吸力的直线电机，其特征在于，每一组所述滑轨模块包括至少一组导轨和至少一组滑块，所述滑块安装在所述工作台的底部两侧，所述导轨安装在所述底座的上端部两侧，且所述滑块与所述导轨相对滑动设置。

8.如权利要求3或5所述的可抵消磁吸力的直线电机，其特征在于，所述电机线圈嵌设在所述动子安装支架的各个内壁面内。

9.如权利要求3或5所述的可抵消磁吸力的直线电机，其特征在于，所述动子安装支架和所述定子安装支架为正多边形。

10.如权利要求1所述的可抵消磁吸力的直线电机，其特征在于，所述直线电机还包括测量装置，所述测量装置安装在所述底座上，用于测量所述直线电机动子的运动位置；

所述滑轨模块的运动中心、所述测量装置的测量中心和直线电机组件所述直线电机的推力中心位于同一条直线上。

11.一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包括如权利要求1-10任意一项所述的可抵消磁吸力的直线电机。

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