專利名稱：高精度高效率直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高精度高效率直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)加運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的方式構(gòu)成，也可以采用直 線電機(jī)構(gòu)成。現(xiàn)有由直線電機(jī)構(gòu)成的直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)行程固定時(shí)，必須控制直線電機(jī) 在行程起點(diǎn)加速，在行程終點(diǎn)減速，若為了獲得較大的加速度，就需要較大的電機(jī)體積或較 大的繞組電流，由此，造成驅(qū)動(dòng)控制器的容量和成本較高，并且同時(shí)，較大的繞組電流又造 成繞組的損耗大、溫升高，使電機(jī)冷卻系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)加重，溫升過(guò)高還會(huì)造成電機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)生變 形，影響整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有由直線電機(jī)構(gòu)成的直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為獲得較大 的加速度，需要加大繞組電流由此造成繞組溫升過(guò)高的問(wèn)題，提供一種高精度高效率直線 往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。本發(fā)明所述高精度高效率直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它由控制器、直線電機(jī)和兩個(gè)直線 電磁緩沖器組成，所述控制器的輸出端與直線電機(jī)的初級(jí)繞組相連，直線電機(jī)包括電機(jī)定子和電機(jī)動(dòng)子，每個(gè)直線電磁緩沖器包括緩沖器定子和緩沖器動(dòng)子，電機(jī)定子的運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)處分別固定一個(gè)緩沖器定子，緩沖器定子位于電 機(jī)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)方向的兩端，電機(jī)動(dòng)子與緩沖器定子相對(duì)側(cè)的兩個(gè)端面上，分別固定一個(gè)緩沖器動(dòng)子，在電機(jī) 動(dòng)子運(yùn)動(dòng)時(shí)，緩沖器動(dòng)子可分別插入到兩個(gè)緩沖器定子的內(nèi)部空間，并位于緩沖器定子內(nèi) 部空間的中心；緩沖器定子由中空式定子磁軛和定子永磁體組成，定子永磁體固定于定子磁軛的 內(nèi)側(cè)表面上；緩沖器動(dòng)子由稀土永磁體和連接體構(gòu)成，稀土永磁體通過(guò)連接體與電機(jī)動(dòng)子的端 面固定。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明利用直線電磁緩沖器在直線電機(jī)減速時(shí)來(lái)存儲(chǔ)能量、在電機(jī)反向加速時(shí)釋 放能量，可以大大減小直線電機(jī)在整個(gè)行程起點(diǎn)與終點(diǎn)處加減速時(shí)的電流與繞組損耗，降 低了繞組的溫升，同時(shí)減小溫升過(guò)高帶來(lái)的電機(jī)的結(jié)構(gòu)變形，簡(jiǎn)化了冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了 整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率與控制精度。


圖1為實(shí)施方式三所述高精度高效率直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中直線 電磁緩沖器的定子永磁體為水平放置；圖2為實(shí)施方式三所述高精度高效率直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中直線 電磁緩沖器的定子永磁體為豎直放置；圖3為實(shí)施方式三所述的直線電磁緩沖器的分解結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為實(shí)施方式五所述的直線電磁緩沖器的分解結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為實(shí)施方式六所述的直線電磁緩沖器的分解結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為實(shí)施方式九所述高精度高效率直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1至圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的高精度 高效率直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它由控制器、直線電機(jī)和兩個(gè)直線電磁緩沖器組成，所述控制器的輸出端與直線電機(jī)的初級(jí)繞組相連，直線電機(jī)包括電機(jī)定子11和電機(jī)動(dòng)子12，每個(gè)直線電磁緩沖器包括緩沖器定子21和緩沖器動(dòng)子22，電機(jī)定子11的運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)處分別固定一個(gè)緩沖器定子21，緩沖器定子 21位于電機(jī)動(dòng)子12運(yùn)動(dòng)方向的兩端，電機(jī)動(dòng)子12與緩沖器定子21相對(duì)側(cè)的兩個(gè)端面上，分別固定一個(gè)緩沖器動(dòng)子22， 在電機(jī)動(dòng)子12運(yùn)動(dòng)時(shí)，緩沖器動(dòng)子22可分別插入到兩個(gè)緩沖器定子21的內(nèi)部空間，并位 于緩沖器定子21內(nèi)部空間的中心；緩沖器定子21由中空式定子磁軛21-1和定子永磁體21-2組成，定子永磁體21_2 固定于定子磁軛21-1的內(nèi)側(cè)表面上；緩沖器動(dòng)子22由稀土永磁體22-1和連接體22_2構(gòu)成，稀土永磁體22_1通過(guò)連 接體22-2與電機(jī)動(dòng)子12的端面固定。緩沖器動(dòng)子22插入到緩沖器定子21的內(nèi)部空間時(shí)，緩沖器動(dòng)子22與緩沖器定子 21之間留有氣隙。本實(shí)施方式所述高精度高效率直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在具體實(shí)施時(shí)，可以根據(jù)所需要 的制動(dòng)力特性，來(lái)確定直線電磁緩沖器的緩沖器定子21和稀土永磁體22-1的形狀，利用定 子永磁體21-2和稀土永磁體22-1相互之間形成的相斥力，來(lái)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式一的進(jìn)一步說(shuō)明，所述稀土永磁體 22-1與定子永磁體21-2所形成的磁場(chǎng)力為相斥方向。其它組成及連接關(guān)系與實(shí)施方式一 相同。
具體實(shí)施方式
三下面結(jié)合圖1、圖2和圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為對(duì)實(shí) 施方式二的進(jìn)一步說(shuō)明，所述中空式定子磁軛21-1由四塊軛板組成，所述四塊軛板為平板 式，所述四塊軛板形成棱柱空間或棱臺(tái)空間，所述棱柱的橫截面為矩形，所述棱臺(tái)的上下底面 的中軸線重合，并且所述棱臺(tái)的下底面與緩沖器動(dòng)子22相對(duì)；所述定子永磁體21-2為兩塊，所述定子磁軛21-1的兩塊相對(duì)設(shè)置的軛板內(nèi)表面上分別設(shè)置一塊定子永磁體 21-2 ；
稀土永磁體22-1和連接體22-2均為平板式，定子永磁體21-2的橫向?qū)挾却笥谙⊥劣来朋w22-1的橫向?qū)挾?，定子永磁體21_2 的運(yùn)動(dòng)方向長(zhǎng)度大于稀土永磁體22-1的運(yùn)動(dòng)方向長(zhǎng)度；定子永磁體21-2的充磁方向與其所在的軛板垂直，稀土永磁體22-1與定子永磁 體21-2的充磁方向相反。其它組成及連接關(guān)系與實(shí)施方式二相同。本實(shí)施方式中所述棱臺(tái)的下底面是指其面積較大的底面。
具體實(shí)施方式
四下面結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式 三的進(jìn)一步說(shuō)明，所述兩塊定子永磁體21-2為上下相對(duì)或左右相對(duì)。其它組成及連接關(guān)系 與實(shí)施方式三相同。
具體實(shí)施方式
五下面結(jié)合圖1、圖2和圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為對(duì)實(shí) 施方式二的進(jìn)一步說(shuō)明，所述中空式定子磁軛21-1由四塊軛板組成，所述四塊軛板為平板 式，所述四塊軛板形成棱柱空間或棱臺(tái)空間，所述棱柱的橫截面為矩形，所述棱臺(tái)的上下底 面的中軸線重合，并且所述棱臺(tái)的下底面與緩沖器動(dòng)子22相對(duì)；所述定子永磁體21-2為四 塊，所述定子磁軛21-1的每塊軛板上分別設(shè)置一塊定子永磁體21-2，連接體22-2的一端表面中心沿運(yùn)動(dòng)方向設(shè)有芯柱22-21，稀土永磁體22-1套接固 定在芯柱22-21上，所述連接體22-2與稀土永磁體22-1的運(yùn)動(dòng)方向橫截面均為矩形，每塊定子永磁體21-2的橫向?qū)挾却笥谂c其相對(duì)側(cè)的稀土永磁體22-1的橫向?qū)?度，定子永磁體21-2的運(yùn)動(dòng)方向長(zhǎng)度大于稀土永磁體22-1的運(yùn)動(dòng)方向長(zhǎng)度；定子永磁體21-2均采用平行充磁，并且其充磁方向與其所在的軛板垂直，所有定 子永磁體21-2的同極向內(nèi)，稀土永磁體22-1與定子永磁體21-2的充磁方向相反。其它組 成及連接關(guān)系與實(shí)施方式二相同。
具體實(shí)施方式
六下面結(jié)合圖1、圖2和圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為對(duì)實(shí) 施方式二的進(jìn)一步說(shuō)明，所述中空式定子磁軛21-1的內(nèi)部空間為圓柱形或圓臺(tái)形，所述圓 臺(tái)形中空式定子磁軛21-1的下底面與緩沖器動(dòng)子22相對(duì)，定子永磁體21-2的外形與中空 式定子磁軛21-1的內(nèi)側(cè)壁相匹配，并固定在該中空式定子磁軛21-1的內(nèi)側(cè)壁上，連接體22-2的一端表面中心沿運(yùn)動(dòng)方向設(shè)有芯柱22-21，稀土永磁體22-1套接固 定在芯柱22-21上，所述連接體22-2與稀土永磁體22-1的運(yùn)動(dòng)方向橫截面均為圓形，定子永磁體21-2采用徑向充磁，定子永磁體21-2的充磁方向與稀土永磁體22_1 的充磁方向相反。其它組成及連接關(guān)系與實(shí)施方式二相同。本實(shí)施方式中圓臺(tái)形中空式定子磁軛21-1的下底面是指其面積較大的底面。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與實(shí)施方式三、四、五或六的不同之處在于，所述高 精度高效率直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還包括2η個(gè)直線電磁緩沖器，其中η為正整數(shù)，電機(jī)定子11 的運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)處，分別固定有η+1個(gè)直線電磁緩沖器，并且所述η+1個(gè)直線電磁緩 沖器并聯(lián)連接。其它組成及連接關(guān)系與實(shí)施方式三、四、五或六相同。當(dāng)需要比較大的制動(dòng)力時(shí)，可以根據(jù)具體情況選擇相并聯(lián)的直線電磁緩沖器的個(gè) 數(shù)。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式三、四、五或六的進(jìn)一步說(shuō)明，所述電 機(jī)動(dòng)子12采用氣浮導(dǎo)軌支撐、磁浮導(dǎo)軌支撐或機(jī)械直線導(dǎo)軌支撐。其它組成及連接關(guān)系與實(shí)施方式三、四、五或六相同。
具體實(shí)施方式
九下面結(jié)合圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式三的 進(jìn)一步限定，所述每個(gè)緩沖器動(dòng)子22的稀土永磁體22-1為兩塊，所述連接體22-2的上下 表面分別形成一個(gè)臺(tái)肩，所述兩個(gè)臺(tái)肩處分別嵌入并固定一個(gè)稀土永磁體22-1 ；所述兩個(gè)稀土永磁體22-1的充磁方向相同。其它組成及連接關(guān)系與實(shí)施方式三 相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式三、四、五或六的進(jìn)一步說(shuō)明，所述直 線電機(jī)為一套繞組或多套繞組。其它組成及連接關(guān)系與實(shí)施方式三、四、五或六相同。本發(fā)明所述的高精度高效率直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述直線電機(jī)為動(dòng)初級(jí)結(jié)構(gòu)或動(dòng) 次級(jí)結(jié)構(gòu)；所述的直線電機(jī)可以為單邊結(jié)構(gòu)或雙邊結(jié)構(gòu)。本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，還可以是上述各實(shí)施方式中所述技術(shù)特征的合理組合。
權(quán)利要求
一種高精度高效率直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于它由控制器、直線電機(jī)和兩個(gè)直線電磁緩沖器組成，所述控制器的輸出端與直線電機(jī)的初級(jí)繞組相連，直線電機(jī)包括電機(jī)定子(11)和電機(jī)動(dòng)子(12)，每個(gè)直線電磁緩沖器包括緩沖器定子(21)和緩沖器動(dòng)子(22)，電機(jī)定子(11)的運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)處分別固定一個(gè)緩沖器定子(21)，緩沖器定子(21)位于電機(jī)動(dòng)子(12)運(yùn)動(dòng)方向的兩端，電機(jī)動(dòng)子(12)與緩沖器定子(21)相對(duì)側(cè)的兩個(gè)端面上，分別固定一個(gè)緩沖器動(dòng)子(22)，在電機(jī)動(dòng)子(12)運(yùn)動(dòng)時(shí)，緩沖器動(dòng)子(22)可分別插入到兩個(gè)緩沖器定子(21)的內(nèi)部空間，并位于緩沖器定子(21)內(nèi)部空間的中心；緩沖器定子(21)由中空式定子磁軛(21 1)和定子永磁體(21 2)組成，定子永磁體(21 2)固定于定子磁軛(21 1)的內(nèi)側(cè)表面上；緩沖器動(dòng)子(22)由稀土永磁體(22 1)和連接體(22 2)構(gòu)成，稀土永磁體(22 1)通過(guò)連接體(22 2)與電機(jī)動(dòng)子(12)的端面固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度高效率直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述稀土永 磁體(22-1)與定子永磁體(21-2)所形成的磁場(chǎng)力為相斥方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高精度高效率直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述中空式 定子磁軛(21-1)由四塊軛板組成，所述四塊軛板為平板式，所述四塊軛板形成棱柱空間或 棱臺(tái)空間，所述棱柱的橫截面為矩形，所述棱臺(tái)的上下底面的中軸線重合，并且所述棱臺(tái)的 下底面與緩沖器動(dòng)子(22)相對(duì)；所述定子永磁體(21-2)為兩塊，所述定子磁軛(21-1)的兩塊相對(duì)設(shè)置的軛板內(nèi)表面上分別設(shè)置一塊定子永磁體 (21-2)；稀土永磁體(22-1)和連接體(22-2)均為平板式，定子永磁體(21-2)的橫向?qū)挾却笥谙⊥劣来朋w(22-1)的橫向?qū)挾?，定子永磁體 (21-2)的運(yùn)動(dòng)方向長(zhǎng)度大于稀土永磁體(22-1)的運(yùn)動(dòng)方向長(zhǎng)度；定子永磁體(21-2)的充磁方向與其所在的軛板垂直，稀土永磁體(22-1)與定子永磁 體(21-2)的充磁方向相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高精度高效率直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述兩塊定 子永磁體(21-2)為上下相對(duì)或左右相對(duì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高精度高效率直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述中空式 定子磁軛(21-1)由四塊軛板組成，所述四塊軛板為平板式，所述四塊軛板形成棱柱空間或 棱臺(tái)空間，所述棱柱的橫截面為矩形，所述棱臺(tái)的上下底面的中軸線重合，并且所述棱臺(tái)的 下底面與緩沖器動(dòng)子(22)相對(duì)；所述定子永磁體(21-2)為四塊，所述定子磁軛(21-1)的每塊軛板上分別設(shè)置一塊定子永磁體(21-2)， 連接體(22-2)的一端表面中心沿運(yùn)動(dòng)方向設(shè)有芯柱(22-21)，稀土永磁體(22-1)套接 固定在芯柱(22-21)上，所述連接體(22-2)與稀土永磁體(22-1)的運(yùn)動(dòng)方向橫截面均為 矩形，每塊定子永磁體(21-2)的橫向?qū)挾却笥谂c其相對(duì)側(cè)的稀土永磁體(22-1)的橫向?qū)?度，定子永磁體(21-2)的運(yùn)動(dòng)方向長(zhǎng)度大于稀土永磁體(22-1)的運(yùn)動(dòng)方向長(zhǎng)度；定子永磁體(21-2)均采用平行充磁，并且其充磁方向與其所在的軛板垂直，所有定子 永磁體(21-2)的同極向內(nèi)，稀土永磁體(22-1)與定子永磁體(21-2)的充磁方向相反。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高精度高效率直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述中空式 定子磁軛(21-1)的內(nèi)部空間為圓柱形或圓臺(tái)形，所述圓臺(tái)形中空式定子磁軛(21-1)的下 底面與緩沖器動(dòng)子(22)相對(duì)，定子永磁體(21-2)的外形與中空式定子磁軛(21-1)的內(nèi)側(cè) 壁相匹配，并固定在該中空式定子磁軛(21-1)的內(nèi)側(cè)壁上，連接體(22-2)的一端表面中心沿運(yùn)動(dòng)方向設(shè)有芯柱(22-21)，稀土永磁體(22-1)套接 固定在芯柱(22-21)上，所述連接體(22-2)與稀土永磁體(22-1)的運(yùn)動(dòng)方向橫截面均為 圓形，定子永磁體(21-2)采用徑向充磁，定子永磁體(21-2)的充磁方向與稀土永磁體 (22-1)的充磁方向相反。
7.根據(jù)權(quán)利要求3、4、5或6所述的高精度高效率直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所 述高精度高效率直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還包括2η個(gè)直線電磁緩沖器，其中η為正整數(shù)，電機(jī)定 子(11)的運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)處，分別固定有η+1個(gè)直線電磁緩沖器，并且所述η+1個(gè)直 線電磁緩沖器并聯(lián)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求3、4、5或6所述的高精度高效率直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所 述電機(jī)動(dòng)子(12)采用氣浮導(dǎo)軌支撐、磁浮導(dǎo)軌支撐或機(jī)械直線導(dǎo)軌支撐。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高精度高效率直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述每個(gè)緩 沖器動(dòng)子(22)的稀土永磁體(22-1)為兩塊，所述連接體(22-2)的上下表面分別形成一個(gè) 臺(tái)肩，所述兩個(gè)臺(tái)肩處分別嵌入并固定一個(gè)稀土永磁體(22-1)；所述兩個(gè)稀土永磁體(22-1)的充磁方向相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求3、4、5或6所述的高精度高效率直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所 述直線電機(jī)為一套繞組或多套繞組。
全文摘要
高精度高效率直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。它解決直線電機(jī)構(gòu)成的直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為獲得較大的加速度，需要加大繞組電流由此造成繞組溫升過(guò)高的問(wèn)題。控制器的輸出端與直線電機(jī)的初級(jí)繞組相連，電機(jī)定子的運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)和終點(diǎn)處分別固定一個(gè)緩沖器定子，緩沖器定子位于電機(jī)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)方向的兩端，電機(jī)動(dòng)子與緩沖器定子相對(duì)側(cè)的兩個(gè)端面上，分別固定一個(gè)緩沖器動(dòng)子，緩沖器動(dòng)子運(yùn)動(dòng)時(shí)可分別插入到兩個(gè)緩沖器定子內(nèi)部空間的中心；緩沖器定子的定子永磁體固定于定子磁軛的內(nèi)側(cè)表面上；稀土永磁體通過(guò)連接體與電機(jī)動(dòng)子的端面固定，稀土永磁體插入到緩沖器定子的內(nèi)部空間，與定子永磁體形成均勻相斥的磁場(chǎng)力。本發(fā)明適用于直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H02K33/18GK101976927SQ201010522729
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者劉奉海, 寇寶泉, 張赫, 張魯 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)