短行程高響應直線電機的製作方法
2024-03-22 00:15:05 1
專利名稱：短行程高響應直線電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種直線電機，應用於高速往返、小位移的加工場合和精密工具機的進給系統技術領域。
背景技術：
隨著精密製造技術和數控技術等先進位造技術的發展，高速、高效、高精成為當前數控工具機的發展方向，這對工具機各功能部件的性能提出了更高的要求。以進給驅動部件為例，對小位移、高往復頻率加工場合，如電火花成型加工工具機、活塞型面加工工具機和雷射加工工具機等，則要求系統具有快速的加減速性能(加速度2g)和極高的頻率響應特性(100Hz)。目前國內短行程高響應直線電機的動子採用的是單個片狀彈簧結構，其行程僅限於±1mm以內。因此，開發新型的高性能進給驅動部件成為解決問題的關鍵。
發明內容
本發明提出一種短行程高響應直線電機，以提高現有直線電機的速度、加速度、推力、定位精度、瞬態性能等性能指標。
本發明所提出的一種短行程高響應直線電機，包括定子和動子兩部分，其動子部分在伺服驅動器的控制下進行往返直線運動，其特徵是(1)定子採用永磁磁鋼內圓嵌入式環形結構，以增強氣隙磁場的的強度；(2)動子由線圈骨架、連接於線圈骨架軸心的連軸和繞制在線圈骨架上的線圈組成；連軸通過兩個直線軸承分別支承在端罩和定子上；(3)動子兩側的連軸上分別套有彈簧、兩彈簧的端部分別頂在端罩和定子上，以保證動子靜止狀態下零點定位和在行程內動子推力的線性化。
所述的短行程高響應直線電機，其進一步特徵是定子的兩處偏心位置分別裝有直線軸承和光柵尺，直線軸承內活動嵌有導向杆，光柵讀頭固定連接連軸的一端和導向杆，以保證動子部分在軸向直線運動時不發生旋轉運動，並實現電機軸向運動與測量的系統化。
所述的短行程高響應直線電機，動子的線圈骨架可以採用輕型材料並具有透空孔洞，以減輕動子慣量。
本發明的結構創新之處在於(1)為保證靜止狀態下零點定位和在行程內動子推力的線性化，本電機採用雙彈簧動力平衡的動子動力結構。
(2)為保證動子部分在軸向直線運動時不發生周向旋轉運動，本電機採用三直線軸承偏心導向機構方式。
(3)為實現電機軸向運動與測量的系統化，本電機採用光柵尺、光柵讀頭與電機一體化結構。
(4)為增強氣隙磁場的的強度，本電機定子採用永磁磁鋼內圓嵌入式環形結構。
(5)為減輕動子慣性，本電機的動子線圈骨架採用輕型材料，以減小動子的質量。
本發明為提高推力和速度指標，降低了動子質量，減少電機尺寸；在位移控制與驅動方面提高了響應速度和控制精度；採用電機位置檢測與控制一體化技術；體現了高速、高加速度、高精度和高動態特性，可應用在三維振鏡動態聚焦系統、非圓加工和高速磨床等場合。
圖1為本發明整體結構示意圖；圖2為動子移動線圈與定子磁鋼配合結構圖；圖3為定子永磁磁鋼內圓嵌入式環形結構示意圖；圖4為動子線圈骨架結構示意圖，其中圖4(A)為正面視圖，圖4(B)為側面剖視圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明的實施狀態進一步說明。
圖1表示本發明的整體結構，作為一個實施例該短行程高響應直線直流電機的有效行程為±5mm；結合圖2和圖3可以看到，定子1表面開有嵌入式環形槽5、裡面嵌有的外環形磁鋼2和內環形磁鋼3均採用高性能永磁材料釹鐵硼；動子線圈9置入外環形磁鋼2和內環形磁鋼3之間、兩邊會形成氣隙4；動子6的骨架7材料為硬鋁合金LY12；動子線圈9為192匝平繞；動子兩側彈簧11的彈性係數為5N/mm 連軸8兩端及定子偏心位置的直線軸承10的型號為LMF6GUU；光柵尺採用德國NUMERLK公司生產的JENA開放式光柵尺，光柵讀頭13型號為LIE5 2PL5FDO，光柵尺帶12型號為MV51-40BP00020；光柵讀頭13固定連接連軸8的一端和導向杆14。
圖4(A)為動子線圈骨架正面視圖，圖4(B)為動子線圈骨架側面剖視圖，線圈骨架表面具有透空孔洞15，以減輕線圈骨架自身重量。
權利要求
1.一種短行程高響應直線電機，包括定子和動子兩部分，動子部分在伺服驅動器的控制下進行往返直線運動，其特徵是(1)定子採用永磁磁鋼內圓嵌入式環形結構，以增強氣隙磁場的的強度；(2)動子由線圈骨架、連接於線圈骨架軸心的連軸和繞制在線圈骨架上的線圈組成；連軸通過兩個直線軸承分別支承在端罩和定子上；(3)動子兩側的連軸上分別套有彈簧、兩彈簧的端部分別頂在端罩和定子上，以保證動子靜止狀態下零點定位和在行程內動子推力的線性化。
2.如權利要求1所述的短行程高響應直線電機，其特徵是定子的兩處偏心位置分別裝有直線軸承和光柵尺，直線軸承內活動嵌有導向杆，光柵讀頭固定連接連軸的一端和導向杆，以保證動子部分在軸向直線運動時不發生旋轉運動，並實現電機軸向運動與測量的系統化。
3.如權利要求1或2所述的短行程高響應直線電機，其特徵是動子的線圈骨架採用輕型材料並具有透空孔洞，以減輕動子慣量。
全文摘要
本發明的短行程高響應直線電機，涉及一種直線電機，本發明包括定子和動子兩部分，定子採用永磁磁鋼內圓嵌入式環形結構；動子由線圈骨架、連軸和線圈組成，在伺服驅動器的控制下進行往返直線運動；連軸通過兩個直線軸承分別支承在端罩和定子上；動子兩側的連軸上分別套有彈簧、兩彈簧的端部分別頂在端罩和定子上。本發明為提高推力和速度指標，降低了動子質量，減少電機尺寸；在位移控制與驅動方面提高了響應速度和控制精度；採用電機位置檢測與控制一體化技術；體現了高速、高加速度、高精度和高動態特性，可應用在高速往返、小位移的三維振鏡動態聚焦系統、非圓加工和高速磨床等場合。
文檔編號H02K33/02GK1595774SQ200410013449
公開日2005年3月16日 申請日期2004年7月10日 優先權日2004年7月10日
發明者艾武, 金振榮, 陳幼平, 杜志強, 常雪峰, 謝經明, 餘文勇, 金穎琦 申請人:華中科技大學