專利名稱：一種雙極驅(qū)動(dòng)的直線電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙極驅(qū)動(dòng)的直線電機(jī)，其屬于電力驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的直線永磁同步交流電機(jī)。
背景技術(shù)：
目前常用的直線電機(jī)與普通電機(jī)在原理上是類似的，可以看作是把圓柱式電機(jī)沿半徑方向剖開并展平而形成。纏有導(dǎo)線產(chǎn)生移動(dòng)磁場的部分稱為初級(jí)，被移動(dòng)磁場感應(yīng)的部分稱為次級(jí)。種類也與普通電機(jī)相同，有直流直線電機(jī)，交流永磁同步直線電機(jī)，交流感應(yīng)異步直線電機(jī)，步進(jìn)直線電機(jī)等。直線電機(jī)在許多場合可作為動(dòng)力部件直接產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)，而不必像圓柱電機(jī)那樣必須通過齒輪齒條，絲杠螺母等機(jī)構(gòu)才能產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)。因而就避免了由機(jī)械傳動(dòng)帶來的摩擦、振動(dòng)、噪聲、反向間隙、機(jī)械變形、機(jī)械傳動(dòng)誤差等缺陷。由于直線電機(jī)的性能優(yōu)越。近年來應(yīng)用日益廣泛，磁懸浮列車就是用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。作為運(yùn)動(dòng)精度可控的直線伺服電機(jī)是隨著控制技術(shù)和傳感技術(shù)的發(fā)展而于上個(gè)世紀(jì)80年代末出現(xiàn)的。自1993年德國Ex-Cell-O公司研發(fā)出世界上第一臺(tái)用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)的加工中心以來，直線電機(jī)已在不同種類的機(jī)床上得到應(yīng)用。直線電機(jī)作為進(jìn)給系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置，其最大速度可達(dá)500m/mim，加速度可達(dá)30g。但直線電機(jī)也存在散熱問題。在高精度的加工中心上，直線電機(jī)的發(fā)熱可直接導(dǎo)致機(jī)床的熱變形，影響加工精度。因而散熱措施是高精度機(jī)床設(shè)計(jì)的技術(shù)問題。目前直線電機(jī)的高速性能好但低速性能不理想，低速推力降低，速度不穩(wěn)定。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的之一是將每一個(gè)鐵心塊繞組線圈產(chǎn)生磁場的S、N極都作驅(qū)動(dòng)磁極。 每個(gè)繞組兩端同時(shí)產(chǎn)生氣隙磁場，由多個(gè)鐵心塊組成的初級(jí)鐵心的兩側(cè)與次級(jí)永磁體產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，使部件移動(dòng)。這種雙邊的磁場比單邊的效率高，并且電機(jī)的極數(shù)可以做得比較多， 易于制成低速大推力的直線電機(jī)。本發(fā)明的目的之二是克服原有技術(shù)的硅鋼片是整體的，加工困難，不能在繞組兩端產(chǎn)生氣隙磁場的缺點(diǎn)，而采用的鐵芯塊是由硅鋼片疊成的，導(dǎo)線繞在鐵芯塊的腰部，鐵芯塊兩端產(chǎn)生氣隙磁場。由于鐵芯塊的數(shù)量可以很多，直線電機(jī)的級(jí)數(shù)可以很多，因而具有低速大推力功能。本發(fā)明的目的之三是解決電機(jī)的散熱問題。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種雙極驅(qū)動(dòng)的直線電機(jī)主要包括一個(gè)初級(jí)部件和一個(gè)次級(jí)部件。所述次級(jí)部件是一個(gè)安裝在支承部件上的U形槽狀部件，在U形槽狀部件兩側(cè)的內(nèi)側(cè)貼有永磁材料；所述初級(jí)部件是安裝在相對(duì)次級(jí)部件做直線移動(dòng)的直線移動(dòng)的部件上的帶有繞組線圈的鐵芯塊的部件，所有鐵芯塊都位于U形槽狀部件兩側(cè)的永磁材料之間，并可隨直線移動(dòng)的部件沿U形槽移動(dòng)；在每個(gè)鐵芯塊的下部設(shè)有鐵芯塊壓板，上部設(shè)有冷卻板，然后采用連接螺栓把它們緊固在一起；在冷卻板的上平面設(shè)有靠第一連接板封閉的冷卻槽，冷卻板和第一連接板一起緊固在直線移動(dòng)的部件上。所述鐵芯塊由硅鋼片疊加并在硅鋼片堆上繞有線圈，在硅鋼片的兩端設(shè)有安裝孔。在所述連接 螺栓的中央設(shè)有通孔，在鐵芯塊壓板內(nèi)設(shè)有冷卻孔，使得冷卻槽、通孔和冷卻孔構(gòu)成一個(gè)循環(huán)冷卻回路。所述鐵芯塊的兩端面與永磁材料之間形成氣隙磁場，氣隙的間距為0. 5 3mm。所述次級(jí)部件采用一個(gè)雙U形槽狀部件，在每個(gè)U形槽的兩內(nèi)側(cè)貼有永磁材料；在雙U形槽狀部件的每個(gè)U形槽中各設(shè)有一排鐵芯塊，一個(gè)第二連接板把二排鐵芯塊連接在一起；所有鐵芯塊都位于U形槽兩側(cè)的永磁材料之間，并可隨直線移動(dòng)的部件沿U形槽移動(dòng)。本發(fā)明的有益效果是這種雙極驅(qū)動(dòng)的直線電機(jī)的次級(jí)部件是一個(gè)安裝在支承部件上的U形槽狀部件，在U形槽兩側(cè)的內(nèi)側(cè)設(shè)有永磁材料，初級(jí)部件是帶有繞組線圈鐵芯塊的組合部件，所有鐵芯塊都位于U形槽兩側(cè)的永磁材料之間，并可隨移動(dòng)部件在U形槽內(nèi)移動(dòng)；在每個(gè)鐵芯塊的下部設(shè)有鐵芯塊壓板，上部設(shè)有冷卻板，然后采用連接螺栓把它們緊固在一起；在冷卻板的上平面設(shè)有靠連接板封閉的冷卻槽，冷卻板和連接板一起緊固在可相對(duì)直線移動(dòng)的部件上。該直線電機(jī)的輸出功率較大，在速度相同的情況下，輸出推力就大； 磁場利用率高，因而直線電機(jī)的效率高；易于制成低速大推力的直線電機(jī)；散熱條件好，有冷卻通道，冷卻液包圍了發(fā)熱部件，直線電機(jī)的發(fā)熱可全部被冷卻液帶走，不會(huì)造成機(jī)床的熱變形，有利于提高數(shù)控機(jī)床的加工精度。由于次級(jí)是U形槽狀，永磁材料貼在兩側(cè)，對(duì)初級(jí)和次級(jí)的上下位置關(guān)系要求很低，磁場的氣隙大于1毫米，精度要求較低，因而該直線電機(jī)的加工和裝配都很方便。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1是一種雙極驅(qū)動(dòng)的直線電機(jī)的立體結(jié)構(gòu)原理圖。圖2是圖1的B-B剖面圖。圖3是圖2的A-A剖面圖。圖4是圖3的C-C剖面圖。圖5是一個(gè)鐵芯塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是一個(gè)采用雙排鐵芯塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、第一固定螺栓，2、U形槽狀部件，2a、連接凸肩，2b、連接孔，3、連接螺栓， 3a、通孔，4、第二固定螺栓，5、冷卻板，5a、冷卻槽，6、鐵芯塊，6a、硅鋼片，6b、線圈，6c、安裝孔，7、第一連接板，8、鐵芯塊壓板，8a、冷卻孔，9、永磁材料，10、支承部件，11、直線移動(dòng)的部件，12、雙U形槽狀部件，13、第二連接板。
具體實(shí)施方式
圖1、2示出了一種雙極驅(qū)動(dòng)的直線電機(jī)主要結(jié)構(gòu)。該直線電機(jī)的次級(jí)部件是一個(gè)安裝在支承部件10上的U形槽狀部件2，在U形槽狀部件2兩側(cè)的內(nèi)側(cè)貼有永磁材料9，初級(jí)部件是安裝在相對(duì)次級(jí)部件做直線移動(dòng)的部件11上的帶有繞組線圈的鐵芯塊6的部件， 鐵芯塊6都位于U形槽狀部件2兩側(cè)的永磁材料9之間，并可隨直線移動(dòng)的部件11沿U形槽移動(dòng)。在每個(gè)鐵芯塊6的下部設(shè)有鐵芯塊壓板8，上部設(shè)有冷卻板5，然后采用連接螺栓 3把它們緊固在一起。在冷卻板5的上平面設(shè)有靠第一連接板7封閉的冷卻槽5a，冷卻板 5和第一連接板7 —起緊固在直線移動(dòng)的部件11上。圖3、4示出，該直線電機(jī)采用了 30個(gè)鐵芯塊6。雙極驅(qū)動(dòng)的直線電機(jī)的速度通過以下兩個(gè)途徑調(diào)整一、改變鐵芯塊的數(shù)量。由于電網(wǎng)是三相交流電，頻率為50赫茲。因此鐵芯塊的數(shù)量應(yīng)是3的倍數(shù)。極對(duì)數(shù)為一的直線電機(jī)應(yīng)有6個(gè)(或3個(gè))鐵芯塊，直線電機(jī)的速度最快。極對(duì)數(shù)為10的直線電機(jī)有30個(gè)鐵芯塊，直線電機(jī)的轉(zhuǎn)速要慢10倍。二、 調(diào)頻變速調(diào)頻的方法通常是交_直-交變頻。把三相交流電變成直流電，再變成需要的交流頻率。這種變頻方法是數(shù)控機(jī)床上常用的變頻方法，頻率高速度快。在要求低速大轉(zhuǎn)矩的情況下，為了減少齒諧波，克服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，此電機(jī)還可以采用分?jǐn)?shù)槽繞組。圖5示出，鐵芯塊6由硅鋼片6a疊加并在硅鋼片堆上繞有線圈6b，在硅鋼片6a的兩端設(shè)有安裝孔6c。圖2示出，連接螺栓3的中央設(shè)有通孔3a，在鐵芯塊壓板8內(nèi)設(shè)有冷卻孔8a，使得冷卻槽5a、通孔3a和冷卻孔8a構(gòu)成一個(gè)循環(huán)冷卻回路。冷卻液可在初級(jí)鐵芯的四周通過，冷卻液包圍了初級(jí)鐵芯，冷卻液可完全帶走電機(jī)的發(fā)熱量，不會(huì)引起機(jī)床的熱變形。圖6示出了一種采用雙排鐵芯塊的結(jié)構(gòu)示意圖。雙排鐵芯塊安裝在一個(gè)雙U形槽狀部件12中，在每個(gè)U形槽的兩內(nèi)側(cè)貼有永磁材料9 ；在雙U形槽狀部件12的每個(gè)U形槽中各設(shè)有一排鐵芯塊6，一個(gè)第二連接板13把二排鐵芯塊6連接在一起。所有鐵芯塊6都位于U形槽兩側(cè)的永磁材料9之間，并可隨直線移動(dòng)的部件沿U形槽移動(dòng)。從上可知，鐵芯塊6組成初級(jí)鐵芯，每個(gè)鐵芯塊6的形狀完全一樣。每個(gè)鐵芯塊由許多硅鋼片疊成。在每一個(gè)鐵芯塊的腰部纏繞線圈繞組，繞組通電后在鐵芯塊的兩端產(chǎn)生所需要的磁場，與U形槽兩側(cè)永磁體的S、N磁極作用，用來驅(qū)動(dòng)移動(dòng)部件。每一個(gè)鐵芯塊兩端有穿螺栓的孔，用連接螺栓3和鐵芯塊壓板8固定到冷卻板5上。冷卻板5用螺釘固定在第一連接板7上，形成了一個(gè)初級(jí)元件。在數(shù)控機(jī)床上，可將這個(gè)初級(jí)元件用第二固定螺栓4固定到移動(dòng)部件(如工作臺(tái)、床鞍、龍門機(jī)床的動(dòng)梁)上，代替滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)部件移動(dòng)。實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床加工的多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)或快速移動(dòng)。U形槽狀部件2的兩內(nèi)側(cè)槽壁上貼有永磁材料9，初級(jí)鐵芯裝在槽內(nèi)，與次級(jí)永磁體形成磁場氣隙，初級(jí)鐵芯、磁場氣隙、永磁體、U 形槽壁形成閉合的磁路。裝配時(shí)先把初級(jí)元件裝在移動(dòng)部件上，并使鐵芯的氣隙面與導(dǎo)軌平行，第一連接板7的連接面與導(dǎo)軌平行。U形槽狀部件2用第一固定螺栓1固定在支承件 (如機(jī)床的床身、立柱、橫梁)上。并使U形槽狀部件2的裝配面和貼有永磁體的兩側(cè)面與導(dǎo)軌平行。將初級(jí)部件裝到U形槽狀部件2內(nèi)時(shí)要保證兩側(cè)的磁場氣隙相等，初級(jí)鐵芯和次級(jí)永磁體的上下位置合適。由于位置精度要求不高，加工和裝配都很方便。采用雙U形槽狀部件12的情況與上述相同，不再重復(fù)。根據(jù)推力要求，鐵芯塊的大小可以變化，推力要求大時(shí)，鐵芯塊可大些，長些，繞線線徑可粗些；根據(jù)速度要求，鐵芯塊的數(shù)量可變化，低速時(shí)鐵芯塊的數(shù)量可多些，電機(jī)的極數(shù)可多些。 上述雙極驅(qū)動(dòng)的直線電機(jī)與光柵尺配合使用可實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制，提高了加工精度，用在高精度數(shù) 控機(jī)床上代替滾珠絲杠可直接驅(qū)動(dòng)，避免了機(jī)械傳動(dòng)鏈帶來的缺陷，提高了剛度和定位精度，有效的提高了加工精度。
權(quán)利要求1.一種雙極驅(qū)動(dòng)的直線電機(jī)，它主要包括一個(gè)初級(jí)部件和一個(gè)次級(jí)部件；其特征是 所述次級(jí)部件是一個(gè)安裝在支承部件(10)上的U形槽狀部件(2)，在U形槽狀部件(2)兩側(cè)的內(nèi)側(cè)貼有永磁材料(9)；所述初級(jí)部件是安裝在相對(duì)次級(jí)部件做直線移動(dòng)的直線移動(dòng)的部件(11)上的帶有繞組線圈的鐵芯塊(6)的部件，所有鐵芯塊(6)都位于U形槽狀部件 (2)兩側(cè)的永磁材料(9)之間，并可隨直線移動(dòng)的部件(11)沿U形槽移動(dòng)；在每個(gè)鐵芯塊 (6)的下部設(shè)有鐵芯塊壓板(8)，上部設(shè)有冷卻板(5)，然后采用連接螺栓(3)把它們緊固在一起；在冷卻板(5)的上平面設(shè)有靠第一連接板(7)封閉的冷卻槽(5a)，冷卻板(5)和第一連接板(7) —起緊固在直線移動(dòng)的部件(11)上。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極驅(qū)動(dòng)的直線電機(jī)；其特征是所述鐵芯塊(6)由硅鋼片(6a)疊加并在硅鋼片堆上繞有線圈(6b)，在硅鋼片(6a)的兩端設(shè)有安裝孔(6c)。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極驅(qū)動(dòng)的直線電機(jī)；其特征是在所述連接螺栓(3)的中央設(shè)有通孔(3a)，在鐵芯塊壓板(8)內(nèi)設(shè)有冷卻孔(8a)，使得冷卻槽(5a)、通孔(3a)和冷卻孔(8a)構(gòu)成一個(gè)循環(huán)冷卻回路。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極驅(qū)動(dòng)的直線電機(jī)；其特征是所述鐵芯塊(6)的兩端面與永磁材料(9)之間形成氣隙磁場，氣隙的間距為0. 5 3mm。
5.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極驅(qū)動(dòng)的直線電機(jī)；其特征是所述次級(jí)部件采用一個(gè)雙U形槽狀部件(12)，在每個(gè)U形槽的兩內(nèi)側(cè)貼有永磁材料(9)；在雙U形槽狀部件(12) 的每個(gè)U形槽中各設(shè)有一排鐵芯塊(6)，一個(gè)第二連接板(13)把二排鐵芯塊(6)連接在一起；所有鐵芯塊(6)都位于U形槽兩側(cè)的永磁材料(9)之間，并可隨直線移動(dòng)的部件沿U形槽移動(dòng)。
專利摘要一種雙極驅(qū)動(dòng)的直線電機(jī)，其屬于電力驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域。該直線電機(jī)的次級(jí)部件是U形槽形狀，在U形槽兩側(cè)的內(nèi)側(cè)貼有永磁材料，初級(jí)部件是由許多鐵芯塊組成，所有鐵芯塊都位于U形槽兩側(cè)的永磁材料之間，并可隨直線移動(dòng)的部件沿U形槽移動(dòng)；在每個(gè)鐵芯塊的四周設(shè)有循環(huán)冷卻通道。該直線電機(jī)的輸出功率較大；磁場利用率高，因而直線電機(jī)的效率高；易于制成低速大推力的直線電機(jī)；有冷卻通道，散熱條件好，不會(huì)造成機(jī)床的熱變形，有利于提高數(shù)控機(jī)床的加工精度。由于次級(jí)部件是U形槽狀，永磁材料貼在兩側(cè)，對(duì)初級(jí)部件和次級(jí)部件的上下位置關(guān)系要求很低，磁場的氣隙大于1毫米，精度要求較低，因而該直線電機(jī)的加工和裝配都很方便。
文檔編號(hào)H02K41/03GK202160091SQ20112025912
公開日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
發(fā)明者楊振強(qiáng), 楊有君, 梁延德 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)