一種用於軸向進給的不等寬齒環圓筒型直線電動機的製作方法
2023-12-04 15:30:21
專利名稱：一種用於軸向進給的不等寬齒環圓筒型直線電動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於切削加工工具機主軸進給驅動領域，特別涉及一種用於軸向進給的不等寬齒環圓筒型直線電動機。
背景技術：
現今高檔數控加工工具機中用圓筒型永磁直線電動機替代「旋轉伺服電機+滾珠絲槓」的主軸軸向進給方式具有直線速度高，瞬時響應快，線性定位精度高等優勢，越來越得到廣泛的應用。正弦波直線永磁電機具有高功率密度和精確的控制性能，使其成為主軸進給驅動用圓筒型直線電機的首選。但該電機傳統初級鐵心圓筒齒槽數量龐大，結構複雜，力口工困難；傳統雙層分布繞組線圈連接複雜，繞組因數低，使得電機輸出推力低。另外，為提高電機軸向進給運動精度，降低機械噪聲，需要減小齒槽結構產生的自定位推力對輸出電磁 推力波動的影響。鑑於以上技術問題，實有必要提供一種可以克服上述缺陷的新型的用於軸向進給的圓筒型直線電動機。
發明內容
本發明的目的在於提供一種用於軸向進給的不等寬齒環圓筒型直線電動機，其採用極槽數相近的結構降低電機齒槽數，設計組合式齒槽使得電機初級鐵心圓筒結構簡單，大大降低加工難度，安裝方便；採用不等寬齒環結構和單齒間隔繞組，提高電機繞組因數，增加電機輸出推力，同時有效削弱齒槽推力，減小輸出推力波動。另外，採用微脈衝位移傳感器精確測量圓筒型直線電動機的位置和速度。本發明能夠提高工具機主軸軸向進給的快速響應和高精度的定位性能，實現工具機切削加工的高速化高精化。為實現上述目的，本發明採用下述技術方案一種用於軸向進給的不等寬齒環圓筒型直線電動機，包括主軸、初級軛部套筒、大齒環、小齒環、墊圈、繞組線圈、次級鐵心、次級磁鋼和次級安裝套筒；所述主軸外側設置對稱的兩個用於對主軸的軸向進給運動進行導向的滑鍵；所述初級軛部套筒、大齒環、小齒環和墊圈組成本發明圓筒型直線電動機的初級鐵心；所述初級軛部套筒通過其前端的凸緣嵌套於主軸箱體內並固定；所述大齒環、墊圈、小齒環沿軸向依次組合式排放在所述初級軛部套筒內側，形成間隔不等寬齒環的初級鐵心齒槽結構，由設置在所述初級軛部套筒兩端的外螺紋螺母固定；所述次級鐵心和次級磁鋼沿軸向交替放置在次級安裝套筒上組成圓筒型直線電動機次級，所述次級磁鋼軸向充磁，相鄰次級磁鋼磁化方向相反；次級安裝套筒設置在主軸後端部；所述次級安裝套筒的一端設置凸緣，另一端設置內螺紋螺母用於固定圓筒型直線電動機次級，所述次級安裝套筒兩端內側設置有滾子軸承支撐在主軸外圓上，並通過鎖緊螺母軸向固定。優選的，所述大齒環與小齒環的齒頂寬大小不相等，所述大齒環的齒頂寬度設置為極距大小。
優選的，所述初級鐵心齒槽內設有墊圈；所述繞組線圈間隔地嵌套在所述大齒環和小齒環之間與墊圈內側形成的環形槽內，為三相繞組的餅式線圈結構，所述大齒環兩側的繞組線圈屬於同一相繞組且繞向相反，各相繞組線圈沿軸向串聯連接。優選的 ，初級軛部套筒的前後兩端均設有擋板，所述次級安裝套筒設置有軸向穿過筒壁的上滑杆和下滑杆，所述上滑杆兩端通過螺母固定在初級軛部套筒前後兩端的擋板上；所述下滑杆的前端設置螺母固定初級軛部套筒前端的的擋板上，下滑杆的後端設置有微脈衝位移傳感器；次級安裝套筒穿過下滑杆的筒壁後端嵌放有定位磁環，所述微脈衝位移傳感器通過定位磁環在所述下滑杆的相對位置測量所述圓筒型直線電機的速度和位移。上述次級磁鋼在電機初級和電機次級之間的氣隙產生軸對稱的徑向磁場，當繞組線圈通入三相交流電時產生沿軸向運動的行波磁場，與次級磁鋼的磁場作用產生軸向電磁推力，直接驅動主軸軸向進給。圓筒型直線電動機採用極槽數相近結構，可方便地根據主軸進給推力和進給速度大小，選擇合適數量的次級磁鋼，次級鐵心，大齒環和小齒環進行組合,滿足主軸軸向進給要求。與現有的技術相比較，本發明具有如下顯而易見的突出特點和顯著優點所述圓筒型直線電動機的初級鐵心由獨立的軛部套筒，大齒環，小齒環，墊圈組合而成，加工方便；各相繞組線圈間隔放置在各大齒環兩側，安裝連接簡單，提高了繞組因數，增加電機輸出推力；不等寬齒環結構有效的削弱齒槽推力，減小輸出推力波動。滑杆式微脈衝位移傳感器精確測量電機的直線位置和速度，為實現高精度快速響應反饋控制奠定基礎。因此，本發明的圓筒型直線電動機可應用於實現各類高速高精度工具機切削加工的軸向進給。
圖I是本發明一種用於軸向進給的不等寬齒環圓筒型直線電動機的軸向結構示意圖；圖2是本發明一種用於軸向進給的不等寬齒環圓筒型直線電動機的三維結構示意圖；圖3是圖2中圓筒型直線電動機大齒環的結構示意圖；圖4是圖2中圓筒型直線電動機小齒環的結構示意圖；圖5是圖I中圓筒型直線電動機的繞組線圈連線示意圖；圖6是圖I中圓筒型直線電動機主磁場軸向截面的磁力線分布圖；圖7是傳統10極12槽圓筒型直線電動機的結構示意圖；圖8是傳統10極12槽圓筒型直線電動機各相繞組匝鏈磁通波形；圖9是圖I中10極12槽圓筒型直線電動機各相繞組匝鏈磁通波形曲線；圖10是圖I中圓筒型直線電動機和傳統電機的輸出電磁推力曲線；圖中標號與對應元件的關係如下
I 主軸2 主軸箱體
~ Wm4 初級軛部套筒
權利要求
1.一種用於軸向進給的不等寬齒環圓筒型直線電動機，其特徵在於包括主軸(I)、初級軛部套筒(4)、大齒環(5)、小齒環(6)、墊圈(8)、繞組線圈(9)、次級鐵心(10)、次級磁鋼(11)和次級安裝套筒(13 );所述主軸(I)外側設置對稱的兩個用於對主軸(I)的軸向進給運動進行導向的滑鍵(3); 所述初級軛部套筒(4)、大齒環(5 )、小齒環(6 )和墊圈(8 )組成本發明圓筒型直線電動機的初級鐵心；所述初級軛部套筒(4)通過其前端的凸緣(7)嵌套於主軸箱體(2)內並固定；所述大齒環(5)、墊圈(8)、小齒環(6)沿軸向依次組合式排放在所述初級軛部套筒(4)內側，形成間隔不等寬齒環的初級鐵心齒槽結構，由設置在所述初級軛部套筒(4)兩端的外螺紋螺母(16)固定；所述次級鐵心(10)和次級磁鋼(11)沿軸向交替放置在次級安裝套筒(13)上組成圓筒型直線電動機次級，所述次級磁鋼(11)軸向充磁，相鄰次級磁鋼(11)磁化方向相反；次級安裝套筒(13)設置在主軸(I)後端部；所述次級安裝套筒(13)的一端設置凸緣，另一端設置內螺紋螺母(19)用於固定圓筒型直線電動機次級，所述次級安裝套筒(13)兩端內側設置有滾子軸承(20)支撐在主軸(I)外圓上，並通過鎖緊螺母(21)軸向固定。
2.如權利要求I所述的一種用於軸向進給的不等寬齒環圓筒型直線電動機，其特徵在於所述大齒環(5)與小齒環(6)的齒頂寬大小不相等，所述大齒環(5)的齒頂寬度設置為極距大小。
3.如權利要求I所述的一種用於軸向進給的不等寬齒環圓筒型直線電動機，其特徵在於所述初級鐵心齒槽內設有墊圈(8);所述繞組線圈(9)間隔地嵌套在所述大齒環(5)和小齒環(6)之間與墊圈(8)內側形成的環形槽內，為三相繞組的餅式線圈結構，所述大齒環(5)兩側的繞組線圈(9)屬於同一相繞組且繞向相反，各相繞組線圈(9)沿軸向串聯連接。
4.如權利要求I所述的一種用於軸向進給的不等寬齒環圓筒型直線電動機，其特徵在於初級軛部套筒(4)的前後兩端均設有擋板(15)，所述次級安裝套筒(13)設置有軸向穿過筒壁的上滑杆(17)和下滑杆(18)，所述上滑杆(17)兩端通過螺母(14)固定在初級軛部套筒(4)前後兩端的擋板(15)上；所述下滑杆(18)的前端設置螺母(14)固定初級軛部套筒(4)前端的的擋板(15)上，下滑杆(18)的後端設置有微脈衝位移傳感器(22);次級安裝套筒(13)穿過下滑杆(18)的筒壁後端嵌放有定位磁環(23)，所述微脈衝位移傳感器(22)通過定位磁環(23)在所述下滑杆(18)的相對位置測量所述圓筒型直線電機的速度和位移。
全文摘要
本發明涉及一種用於軸向進給的不等寬齒環圓筒型直線電動機，電機初級包括大齒環，墊圈，小齒環沿軸向依次組合式排放在初級軛部套筒內側形成間隔不等寬齒環的初級鐵心齒槽結構，各相繞組線圈間隔放置在各大齒環兩側，軸向串聯連接；電機次級由次級鐵心和次級磁鋼組成沿軸向交替放置主軸外圓，電機初級與次級之間產生的電磁推力驅動主軸實現軸向進給。本發明電機結構簡單，加工方便，繞組線圈連接容易，輸出電磁推力大，推力波動小；另外滑杆式微脈衝位移傳感器精確測量電機的直線位置和速度，為實現高精度快速響應反饋控制奠定基礎；本發明的圓筒型直線電動機可應用於實現各類高速高精度工具機切削加工的軸向進給。
文檔編號H02K41/03GK102710094SQ20121016217
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月23日 優先權日2012年5月23日
發明者梁錦濤, 段柳浠, 範淑琴, 趙升噸 申請人:西安交通大學