用於數控進給平臺的直接磁懸浮永磁直線同步電動機的製作方法

2023-08-03 12:57:41 1

專利名稱：用於數控進給平臺的直接磁懸浮永磁直線同步電動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於數控進給平臺的直接磁懸浮永磁直線同步電動機，特別是涉 及一種用於數控工具機的無摩擦、直接進給伺服系統的磁懸浮永磁直線同步電動機，屬於電 動機技術領域。
背景技術：
數控工具機加工中的摩擦阻力，特別是在低速時的非線性摩擦不可避免地影響伺服 系統的精度，導致進給系統產生爬行以及造成反向死區。摩擦是引起數控工具機熱變形的原 因之一，是影響加工精度的重要因素。此外，摩擦也是引起磨損、產生噪音的因素，需要良好 的潤滑來提高工具機壽命。因此，如何有效的減小或消除摩擦成為制約數控工具機伺服系統性 能的技術瓶頸。現有的磁懸浮進給系統沒有利用永磁直線電動機的法向磁拉力來消除摩 擦，而是採用另外單獨的永磁直線電動機作為驅動元件，附加電磁鐵進行懸浮，需要多點支 撐懸浮，裝置複雜，特別是在工具機本體設計時就需要考慮懸浮問題，影響運行穩定性和可靠 性，限制了磁懸浮進給系統的使用和推廣。

發明內容
發明目的本發明提供一種用於數控進給平臺的直接磁懸浮永磁直線同步電動 機，其目的是解決以往利用附加電磁鐵多點支撐懸浮的方法解決摩擦問題時效果不好、結 構複雜、穩定性和可靠性差的技術問題。技術方案本發明是通過以下技術方案實現的一種用於數控進給平臺的直接磁懸浮永磁直線同步電動機，包括定子鐵心和使用 時沿著定子鐵心移動的動子鐵心，其特徵在於在所述動子鐵心內設置有兩套電氣上相互 獨立的繞組，其中一套為用於產生電磁推力的推力繞組，另一套為用於調節磁懸浮力的懸 浮繞組，所述懸浮繞組設置在推力繞組與定子鐵心之間；在所述定子鐵心上朝向動子鐵心 一面設置有永磁體。所述懸浮繞組與推力繞組為具有相同相數、相同連接方式和相同極對數的交流繞 組；所述推力繞組與產生推力的逆變器相連，所述懸浮繞組與產生磁懸浮的逆變器相連。所述定子鐵心設置在不導磁的電動機底座上。推力繞組的電流採用id = 0的控制方式，提供電磁推力，懸浮繞組的電流採用iq =0的控制方式，提供可調節的磁懸浮力，懸浮繞組電流的増磁或去磁作用由懸浮高度決 定，在磁懸浮力作用下動子鐵心直接自動懸浮。所述永磁體為釹鐵硼、鐵氧體和稀土鈷。優點及效果本發明提供一種用於數控進給平臺的直接磁懸浮永磁直線同步電動 機，包括定子鐵心和使用時沿著定子鐵心移動的動子鐵心，在所述動子鐵心內設置有兩套 電氣上相互獨立的繞組，其中一套為用於產生電磁推力的推力繞組，另一套為用於調節磁 懸浮力的懸浮繞組，所述懸浮繞組設置在推力繞組與定子鐵心之間；在所述定子鐵心上朝向動子鐵心一面設置有永磁體。另外，該發明還具有以下特徵推力繞組與懸浮繞組是具有相同相數、相同連接方 式和相同極對數的交流繞組；推力繞組電流採用id = 0的控制方式提供電磁推力，懸浮繞 組電流採用、=0的控制方式，提供可調節的磁懸浮力，懸浮繞組電流的増磁或去磁作用 由懸浮高度決定；所使用的永磁材料為釹鐵硼、鐵氧體和稀土鈷；所使用永磁材料的工作 溫度滿足運行時對熱穩定性的要求，以防止不可逆失磁。在電機設計時，永磁體的最大去磁 工作點應該在所用永磁材料最大工作溫度和最大去磁磁勢時退磁曲線拐點以上，並留有一 定餘量，當然，對於對鐵氧體永磁材料為最低工作溫度和最大去磁磁勢時退磁曲線拐點以 上，並留有一定餘量。
本發明具有以下優點1、該電動機的動子上有一套繞組專門用於對氣隙磁場進行調節，從而改變磁拉力 的大小使動子直接自動懸浮。2、與以往的應用電勵磁直線同步電動機的進給平臺比較，由永磁體提供與動子鐵 心之間的主要的磁拉力，充分利用了永磁直線電動機的法向力，效率高節約能量。3、與以往的應用純永磁直線同步電動機的進給平臺比較，克服了氣隙磁場難以調 節的缺點。4、與以往的應用永磁和電勵磁混合勵磁直線同步電動機的進給平臺比較，所發明 的電動機具有磁路結構簡單，氣隙磁場調節容易的特點。該發明在使用的時候將進給平臺直接設置在動子鐵心上，且在該電動機的動子鐵 心上有兩套電氣上相互獨立的繞組，一套繞組是用於產生電磁推力的推力繞組，另一套繞組 是用於調節磁懸浮力的懸浮繞組，專門用於對氣隙磁場進行調節，從而改變磁拉力的大小，使 永磁直線電動機靠自身產生的磁懸浮力來運行，這樣一來就不需要再附加電磁鐵，能夠克服 以往的進給平臺電磁鐵多點支撐懸浮，裝置複雜，影響運行穩定性和可靠性的技術問題。該發明採用直接磁懸浮永磁直線同步電動機，在實現直接驅動的同時能夠從根本 上消除摩擦實現無摩擦進給，不用像以往那樣單獨增設電動機和電磁鐵進行無摩擦處理， 對進一步提高數控工具機的加工精度具有重要意義。


圖1為本發明的用於數控進給平臺的直接磁懸浮永磁直線同步電動機局部結構 示意圖；圖2為本發明的用於數控進給平臺的直接磁懸浮永磁直線同步電動機定子結構 示意圖；圖3為本發明的用於數控進給平臺的直接磁懸浮永磁直線同步電動機與數控進 給平臺連接時的結構示意圖；圖中1、懸浮繞組；2、推力繞組；3、動子鐵心；4、永磁體；5、定子鐵心；6、輔助導 軌；7、電動機底座；8、進給平臺；9、平臺基座。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步的說明
如圖1和2所示，本發明提供一種用於數控進給平臺的直接磁懸浮永磁直線同步 電動機，包括定子鐵心5和使用時沿著定子鐵心5移動的動子鐵心3，定子鐵心5設置在不 導磁的電動機底座7上。在所述定子鐵心5上朝向動子鐵心3 —面設置永磁體4。在所述動子鐵心3內設置有兩套電氣上相互獨立的繞組，其中一套為用於產生電 磁推力的推力繞組2，另一套為用於調節磁懸浮力的懸浮繞組1 ；推力繞組2在使用的時候 可以使得動子鐵心3相對於定子鐵心5移動，懸浮繞組1可以使得動子鐵心3在定子鐵心5 下懸浮，從而使得動子鐵心3相對於定子鐵心5懸浮移動；如圖1所示，所述推力繞組2和 懸浮繞組1的布線方向與動子鐵心3沿著定子鐵心5運動的方向垂直。如圖3所示，該發明在使用的時候不導磁的電動機底座7固定在平臺基座9下方， 在使用的時候動子鐵心3與進給平臺8固定相連，這樣一來就不用象以往那樣通過電磁鐵 多點支撐，從而使得整個裝置的穩定性和可靠性大大提高。而在使用的時候推力繞組2用 於產生電磁推力，實現直接磁懸浮永磁直線同步電動機直接帶動進給平臺的運動，而懸浮 繞組1是用於調節磁懸浮力使進給平臺在動子鐵心3的帶動下自動懸浮，從而大大減小摩 擦，提高工作效率。在所述平臺基座9上設置有輔助導軌6，動子鐵心3在使用的時候同進 給平臺8—起沿著輔助導軌6移動，當該直接磁懸浮永磁直線同步電動機不工作時，停在輔 助導軌6上。在具體實施的時候，因進給平臺8和電動機的動子鐵心3固定相連，因此，進 給平臺8和該直接磁懸浮永磁直線同步電動機的動子鐵心3共用一套輔助導軌6，而不用在 直接磁懸浮永磁直線同步電動機上另設一套輔助導軌，節省了材料、製造工序和成本。所述懸浮繞組1與推力繞組2為具有相同相數、相同連接方式和相同極對數的交 流繞組；所述推力繞組2與產生推力的逆變器相連，在推力繞組中通入三相對稱正弦電流 後，對推力繞組電流採用id = 0的控制方式，在氣隙中產生行波磁場，與在定子鐵心5上的 永磁體4的勵磁磁場相互作用產生電磁推力從而實現動子鐵心3帶動進給平臺8的運動； 所述懸浮繞組1與產生磁懸浮電流的逆變器相連，懸浮繞組採用iq = 0的控制方式，通過 改變電流的大小實現増磁和去磁作用從而對氣隙磁場進行調節，改變磁拉力的大小。増磁 和去磁狀態由懸浮高度決定。所述懸浮繞組1設置在推力繞組2與定子鐵心5之間。所述永磁體為釹鐵硼、鐵氧體和稀土鈷。所使用永磁材料的工作溫度滿足運行時 對熱穩定性的要求，以防止不可逆失磁。在電機設計時，永磁體的最大去磁工作點應該在所 用永磁材料最大工作溫度和最大去磁磁勢時退磁曲線拐點以上，並留有一定餘量，而對於 鐵氧體永磁材料的最大去磁工作點應該在最低工作溫度和最大去磁磁勢時退磁曲線拐點 以上，並留有一定餘量。該發明採用的直接磁懸浮永磁直線同步電動機，在實現直接驅動的同時能夠從根 本上消除摩擦實現無摩擦進給，對進一步提高數控工具機的加工精度具有重要意義。
權利要求
一種用於數控進給平臺的直接磁懸浮永磁直線同步電動機，包括定子鐵心(5)和使用時沿著定子鐵心(5)移動的動子鐵心(3)，其特徵在於在所述動子鐵心(3)內設置有兩套電氣上相互獨立的繞組，其中一套為用於產生電磁推力的推力繞組(2)，另一套為用於調節磁懸浮力的懸浮繞組(1)，所述懸浮繞組(1)設置在推力繞組(2)與定子鐵心(5)之間；在所述定子鐵心(5)上朝向動子鐵心(3)一面設置有永磁體(4)。
2.根據權利要求1所述的用於數控進給平臺的直接磁懸浮永磁直線同步電動機，其特 徵在於所述懸浮繞組(1)與推力繞組(2)為具有相同相數、相同連接方式和相同極對數的 交流繞組；所述推力繞組(2)與產生推力的逆變器相連，所述懸浮繞組(1)與產生磁懸浮的 逆變器相連。
3.根據權利要求1或2所述的用於數控進給平臺的直接磁懸浮永磁直線同步電動機， 其特徵在於所述定子鐵心(5)設置在不導磁的電動機底座(7)上。
4.根據權利要求3所述的用於數控進給平臺的直接磁懸浮永磁直線同步電動機，其特 徵在於推力繞組(2)的電流採用id = 0的控制方式，提供電磁推力，懸浮繞組(1)的電流 採用iq = 0的控制方式，提供可調節的磁懸浮力，懸浮繞組電流的增磁或去磁作用由懸浮 高度決定，在磁懸浮力作用下動子鐵心直接自動懸浮。
5.根據權利要求4所述的用於數控進給平臺的直接磁懸浮永磁直線同步電動機，其特 徵在於所述永磁體(4)為釹鐵硼、鐵氧體和稀土鈷。
全文摘要
本發明提供一種用於數控進給平臺的直接磁懸浮永磁直線同步電動機，包括定子鐵心和使用時圍繞定子鐵心運動的動子鐵心，其特徵在於在所述動子鐵心內設置有兩套電氣上相互獨立的繞組，其中一套為用於產生電磁推力的推力繞組，另一套為用於調節磁懸浮力的懸浮繞組，所述懸浮繞組設置在推力繞組與定子鐵心之間；在所述定子鐵心上朝向動子鐵心一面設置有永磁體。該發明採用的直接磁懸浮永磁直線同步電動機，在實現直接驅動的同時能夠從根本上消除摩擦實現無摩擦進給，對進一步提高數控工具機的加工精度具有重要意義。
文檔編號H02K41/03GK101860173SQ20101012702
公開日2010年10月13日 申請日期2010年3月18日 優先權日2010年3月18日
發明者藍宏宣, 藍益鵬 申請人:瀋陽工業大學