具有高速高精度的对称式电机驱动平台的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有高速高精度的对称式电机驱动平台，该运动平台包括：X平台、Y平台和工作台，其中Y平台安装在X平台上，工作台安装在Y平台上，X平台主要包括驱动Y平台在X平台上运动的对称设置的第一直线电机和第三直线电机，以及支撑Y平台运动的第一直线导轨，Y平台主要包括驱动工作台在Y平台上运动的第二直线电机以及支撑工作台运动的第二直线导轨，工作台上载有负载，本发明还包括设置于第一直线电机和第二直线电机上的磁屏蔽箱体，用于减少电机的磁漏。通过上述机构，使直线电机定子的磁场被有效屏蔽，从而减小电机漏磁产生的不利影响，使电机的发热量大幅降低，在确保高精度控制的条件下，可以更进一步地提高平台的移动速度。
【专利说明】
具有高速高精度的对称式电机驱动平台
技术领域
[0001]本发明涉及二维运动平台领域，尤其涉及一种在二维运动下的具有高速度和高精度的对称式电机驱动平台。
【背景技术】
[0002]传统的运动平台是通过旋转式电机(动子做旋转运动的电机)驱动滚珠丝杠结构从而带动平台实现二维运动的，其运动链从动力源电机传递到执行部件需要经过许多中间环节，如齿轮副、蜗轮副、丝杠副等，在这些环节中会产生较大的转动惯量(如摩擦、噪声、振动、磨损)，导致无法实现平台所需要的高速、高精度的目标。
[0003]采用直线电机驱动可以解决传统二维平台的问题，省去了滚珠丝杠等中间环节的传动机构，并提高平台的速度和精度，相较以往的传统电机，其驱动方式有了较大的进步。
[0004]但是随着科学技术的不断进步，对产品更快更准的要求在进一步提升，单个直线电机驱动的二维平台在某些超高速高精度的领域仍存在一定的不足之处。例如，单电机驱动会产生较多热量，并难以散发出去，导致电机内部温升过高，缩短电机的寿命，当温度达到上限后，电机的速度很难再往上提升。另外，单电机驱动的方式还存在重心不对称的问题，这样会导致在高速或超高速运转时电机的动态性能产生较大偏差而损坏等。这些缺点都限制了单电机驱动方式的平台往更快更准的方向发展。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种减少电机漏磁并能够达到高速和高精度要求的对称式电机驱动的二维运动平台。
[0006]本发明的目的通过下述技术方案实现:
[0007]—种具有高速高精度的对称式电机驱动平台，包括X平台、Y平台和工作台；所述X平台固定，Y平台安装在X平台上，工作台安装在Y平台上。
[0008]所述X平台包括第一直线导轨、第一底座、第一直线电机、与第一直线电机对称设置的第三直线电机和第一反馈传感器。所述第一直线电机包括第一定子、第一动子和第一磁屏蔽箱体，所述第三直线电机包括第三定子、第三动子和第三磁屏蔽箱体，所述第一直线导轨包括第一导轨和第一滑块，所述第一反馈传感器包括第一光栅尺和第一读数头。所述第一导轨固定在第一底座上与X轴方向平行。所述第一定子固定在第一底座上，位于第一导轨的一端，第一磁屏蔽箱体将第一定子裹住，减少磁泄漏，所述第一动子与Y平台的一端连接。所述第三定子设置在第一导轨的另一端，第三磁屏蔽箱体将第三定子裹住，所述第三动子与Y平台的另一端连接，与第一动子共同驱动Y平台在第一直线导轨上往复运动。
[0009]所述Y平台包括第二直线导轨、第二底座、第二直线电机和第二反馈传感器。所述第二直线电机包括第二定子、第二动子和第二磁屏蔽箱体，所述第二直线导轨包括第二导轨和第二滑块，所述第二反馈传感器包括第二光栅尺和第二读数头。所述第二底座安装在第一滑块上，分别与第一动子和第三动子连接，由第一动子和第三动子一起驱动。所述第二导轨固定在第二底座上且与Y轴方向平行。所述第二定子固定在第一底座上，所述第二磁屏蔽箱体将第二定子包裹，减少磁泄漏。所述工作台安装在第二滑块上，所述第二动子与工作台连接，驱动工作台在第二直线导轨上运动，所述工作台上装有负载。所述第一光栅尺设置在第二底座的一侧，与第一导轨平行，所述第一读数头固定在第一底座上，读取第一光栅尺的刻度。所述第二光栅尺设置在工作台的一侧，与第二导轨平行，所述第二读数头固定在第二底座上，读取第二光栅尺的刻度。
[0010]本发明采用对称式电机驱动，所以所述第一直线电机、第一直线导轨和第三直线电机三者成一直线，且与X轴方向平行;所述第一动子与第三动子同步且同方向运动。这种对称式驱动方式可以大大减少直线电机因为高速和高频率往复运动所产生的热量，通过对两组直线电机进行精确控制，可以明显提升二维运动平台的速度及稳定性。
[0011]由于定子在屏蔽磁场后，磁屏蔽箱体密封的环境必然引起直线电机内部的升温，升温过快或温度过高都会影响电机的可靠性和使用寿命，所以所述具有高速高精度的对称式电机驱动平台还包括用于散热的第一风扇、第二风扇和第三风扇。所述第一风扇设置在第一磁屏蔽箱体上，对着第一定子进行吹风散热;所述第二风扇设置在第二磁屏蔽箱体上，对着第二定子进行吹风散热；所述第三风扇设置在第三磁屏蔽箱体上，对着第三定子进行吹风散热。由于风扇的吹风面积打、吹风流量大，所以对定子起到很好的降温作用。
[0012]为了进一步减缓磁屏蔽后直线电机的升温速度，使直线电机能长时间运行，减少发生故障的几率，因此，本方案中的所述第一磁屏蔽箱体、第二磁屏蔽箱体和第三磁屏蔽箱体上设有用于散热的排气孔。所述排气孔设置在第一磁屏蔽箱体、第二磁屏蔽箱体和第三磁屏蔽箱体的顶部，电机内产生的热量可以快速地从排气孔中排走。
[0013]由于动子在高速高频率地工作时会产生大量热量，风扇的鼓风风量大，但流速低，与动子相隔距离远，不足以快速降低动子的温度，因此本发明还包括用于快速散热的气管，所述气管分别与第一动子、第二动子和第三动子连接，对第一动子、第二动子和第三动子吹风散热。虽然气管的散热面积小，但其流速快，局部散热效果好，当需要对动子进行快速降温时，可以同时打开风扇和气管，使动子的温度快速下降。
[0014]本发明的工作过程和原理是:第一直线电机和第三直线电机对称地设置在第一直线导轨两端，共同驱动第二底座在与X轴方向平行的第一直线导轨上来回运动，第一反馈传感器对第二底座进行精确测量，实现第二底座在X轴方向上的高精度控制；同样的，第二直线电机驱动工作台在与Y轴方向平行的第二直线导轨上往复运动，第二反馈传感器对工作台进行精确测量，实现工作台在Y轴方向上的高精度控制。同时，直线电机的定子均设置在磁屏蔽箱体内，有效屏蔽了定子产生的磁场，减少了电机磁漏所带来的不利影响，提高直线电机的功率和力矩，从而大幅提升直线电机的反应速度和移动速度。本发明提供的二维运动平台结构简单、使用方便，具有高速和高精度的优点。
[0015]与现有技术相比，本发明还具有以下有益效果:
[0016](I)本发明利用对称设置的直线电机进行驱动，在大幅减少直线电机发热量的同时可以进一步提升平台的运动速度，而且，由于直线电机的发热量减少，可以进一步降低散热风扇的能耗，降低设备的成本。
[0017](2)本发明在磁屏蔽箱体上装有风扇，对定子进行大面积散热，使定子内的初级线圈绕组迅速降温，明显提高了直线电机的稳定性和可靠性。
[0018](3)本发明在磁屏蔽箱体上设有向上出气的排气孔，该排气孔与风扇配合使用时，可以将磁屏蔽箱体内的热量快速排走，进一步降低电机的温度，延迟其使用寿命。
[0019](4)本发明还在动子上安装气管，该气管对着动子内的次级线圈绕组进行吹气，由于气管吹出的风流速快，可以对次级线圈绕组进行局部快速散热，配合风扇的余风，可以有效降低动子的温度。
[0020](5)本发明可以根据负载的位置变化情况，很好地分配第一直线电机和第二直线电机的承载能力，使负载在高速、高精度的运动下能够稳定地到达指定位置。
[0021](6)本发明由于X方向两个直线电机对称安装，可以有效减少非对称电机引起的X方向重心的偏离，改善整个平台的动态特性和运动性能。
【附图说明】
[0022]图1是本发明的立体图。
[0023I图2是本发明的局部示意图。
[0024]图3是本发明的第三直线电机的立体示意图。
[0025]上述图中的标号说明如下:1-第一底座、2-第一导轨、3-第二底座、4-第一滑块、5-第二导轨、6-第二滑块、7-第一磁屏蔽箱体、8-第一动子、9-第一定子、10-第一读数头、11-第一光栅尺、12-第二磁屏蔽箱体、13-第二定子、14-第二动子、15-第二读数头、16-第二光栅尺、17-第三磁屏蔽箱体、18-第三动子、19-第三定子。
【具体实施方式】
[0026]为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。
[0027]实例例1:
[0028]如图1、图2和图3所示，本发明公开了一种具有高速高精度的对称式电机驱动平台，包括一个X平台，一个Y平台及工作台。X平台包括第一底座1、第一直线导轨、第一直线电机、第三直线电机和第一反馈传感器。第一直线导轨包括第一导轨2和第一滑块4，第一直线电机包括第一定子9和第一动子8，第三直线电机包括第三定子19和第三动子18，第一反馈传感器包括第一光栅尺11和第一读数头113Y平台包括第二底座3、第二直线导轨、第二直线电机和第二反馈传感器。第二直线导轨包括第二导轨5和第二滑块6，第二直线电机包括第二定子13和第二动子14，第二反馈传感器包括第二光栅尺16和第二读数头15。
[0029]第一底座I固定设置，其上安装一副平行于X轴的第一直线导轨、第一定子9、第二定子13、第三定子19和第一读数头10，第一定子9和第三定子19对称地安装在第一直线导轨两端。第二底座3安装在第一滑块4上，第一光栅尺11设置在第二底座3—侧的边缘，与第一读数头10相对。第一动子8和第三动子18分别安装在第二底座3的两端，对称分布，共同驱动第二底座3在第一直线导轨上运动。第二底座3上安装一幅平行于Y轴的第二直线导轨，第二直线导轨上安装工作台，工作台上带有负载。第二底座3上还设有第二读数头15，工作台上设有第二光栅尺16，第二读数头15与第二光栅尺16相对，获取第二光栅尺16上的刻度。第二动子14与工作台连接，驱动工作台在第二直线导轨上运动。
[0030]本发明中的第一直线电机、第一直线导轨和第三直线电机三者是成一直线安装的，且与X轴方向平行。第二底座3由第一动子8和第三动子18共同同步且同方向驱动。这种对称式驱动方式可以大大减少直线电机因为高速和高频率往复运动所产生的热量，通过对两组直线电机进行精确控制，可以明显提升二维运动平台的速度及稳定性。
[0031]优选的，本发明还提供用于屏蔽定子磁场的磁屏蔽箱体，分别为第一磁屏蔽箱体
7、第二磁屏蔽箱体12和第三磁屏蔽箱体17，第一磁屏蔽箱体7将第一定子9罩住，第二磁屏蔽箱体12将第二定子13罩住，第三磁屏蔽箱体17将第三定子19罩住，由于磁屏蔽箱体采用金属材料制成，对磁感线有隔绝的作用，所以在磁屏蔽箱体的作用下，第一定子9、第二定子13和第三定子19所产生的磁力线被磁屏蔽箱体阻挡，直线电机的磁漏现象大大减少，直线电机的力矩大幅提升，有效提高直线电机的动子的移动速度。
[0032]为了确保直线电机在高速、高精度的移动条件下能够平稳、可靠地运行，本发明还包括用于给直线电机散热的风扇、排气孔和气管。风扇设在磁屏蔽箱体上，对着定子内的初级线圈绕组大面积吹风，排气孔则设置在磁屏蔽箱体的顶部，使电机内的热气从排气孔中迅速向上排走，而气管设置在动子上，对动子上的局部次级线圈绕组进行吹风，使其快速降温O
[0033]Y平台依靠X平台的第一直线电机的第一动子8与第一定子9之间的电磁力，以及第三直线电机的第三动子18与第三定子19的电磁力共同驱动运行，其运动方向与第一直线导轨平行。工作台依靠Y平台的第二直线电机的第二动子13与第二定子14之间的电磁力的驱动运行，其运动方向与第二直线导轨平行，负载置于工作台上，由第二直线电机与第一直线电机共同驱动实现平面内相互垂直的两个方向的快速移动。
[0034]X平台上的第一读数头10及与其相对应的第一光栅尺11组成X平台上的位置反馈传感器，用以检测Y平台的第二底座3的位置信息。Y平台上的第二读数头15及与其相对应的第二光栅尺16组成Y平台上的位置反馈传感器，用以检测工作台的位置信息。X平台上的位置反馈传感器与Y平台上的位置反馈传感器所检测到的位置信息输入到控制系统中以实现精确的定位控制。
[0035]本发明的工作过程和原理是:第一直线电机和第三直线电机对称地设置在第一直线导轨两端，共同驱动第二底座3在与X轴方向平行的第一直线导轨上来回运动，第一反馈传感器对第二底座3进行精确测量，实现第二底座3在X轴方向上的高精度控制；同样的，第二直线电机驱动工作台在与Y轴方向平行的第二直线导轨上往复运动，第二反馈传感器对工作台进行精确测量，实现工作台在Y轴方向上的高精度控制。同时，直线电机的定子均设置在磁屏蔽箱体内，有效屏蔽了定子产生的磁场，减少了电机磁漏所带来的不利影响，提高直线电机的功率和力矩，从而大幅提升直线电机的反应速度和移动速度。本发明提供的二维运动平台结构简单、使用方便，具有高速和高精度的优点。
[0036]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种具有高速高精度的对称式电机驱动平台，其特征在于，包括X平台、Y平台和工作台；所述X平台固定，Y平台安装在X平台上，工作台安装在Y平台上； 所述X平台包括第一直线导轨、第一底座、第一直线电机、与第一直线电机对称设置的第三直线电机和第一反馈传感器，所述第一直线电机包括第一定子、第一动子和第一磁屏蔽箱体，所述第三直线电机包括第三定子、第三动子和第三磁屏蔽箱体，所述第一直线导轨包括第一导轨和第一滑块，所述第一反馈传感器包括第一光栅尺和第一读数头;所述第一导轨固定在第一底座上与X轴方向平行，所述第一定子固定在第一底座上，位于第一导轨的一端，第一磁屏蔽箱体将第一定子裹住，减少磁泄漏，所述第一动子与Y平台的一端连接，所述第三定子设置在第一导轨的另一端，第三磁屏蔽箱体将第三定子裹住，所述第三动子与Y平台的另一端连接，与第一动子共同驱动Y平台在第一直线导轨上往复运动； 所述Y平台包括第二直线导轨、第二底座、第二直线电机和第二反馈传感器，所述第二直线电机包括第二定子、第二动子和第二磁屏蔽箱体，所述第二直线导轨包括第二导轨和第二滑块，所述第二反馈传感器包括第二光栅尺和第二读数头;所述第二底座安装在第一滑块上，分别与第一动子和第三动子连接，由第一动子和第三动子一起驱动，所述第二导轨固定在第二底座上且与Y轴方向平行，所述第二定子固定在第一底座上，所述第二磁屏蔽箱体将第二定子包裹，减少磁泄漏，所述工作台安装在第二滑块上，所述第二动子与工作台连接，驱动工作台在第二直线导轨上运动;所述工作台上装有负载;所述第一光栅尺设置在第二底座的一侧，与第一导轨平行，所述第一读数头固定在第一底座上，读取第一光栅尺的刻度，所述第二光栅尺设置在工作台的一侧，与第二导轨平行，所述第二读数头固定在第二底座上，读取第二光栅尺的刻度。2.根据权利要求1所述的具有高速高精度的对称式电机驱动平台，其特征在于，所述第一直线电机、第一直线导轨和第三直线电机三者成一直线，且与X轴方向平行;所述第一动子与第三动子同步且同方向运动。3.根据权利要求1所述的具有高速高精度的对称式电机驱动平台，其特征在于，还包括用于散热的第一风扇、第二风扇和第三风扇;所述第一风扇设置在第一磁屏蔽箱体上，对第一定子进行吹风散热;所述第二风扇设置在第二磁屏蔽箱体上，对第二定子进行吹风散热；所述第三风扇设置在第三磁屏蔽箱体上，对第二定子进行吹风散热。4.根据权利要求1所述的具有高速高精度的对称式电机驱动平台，其特征在于，所述第一磁屏蔽箱体、第二磁屏蔽箱体和第三磁屏蔽箱体上设有用于散热的排气孔;所述排气孔设置在第一磁屏蔽箱体、第二磁屏蔽箱体和第三磁屏蔽箱体的顶部。5.根据权利要求1所述的具有高速高精度的对称式电机驱动平台，其特征在于，还包括用于快速散热的气管，所述气管分别与第一动子、第二动子和第三动子连接，对第一动子、第二动子和第三动子吹风散热。
【文档编号】B23Q17/24GK105834767SQ201610272089
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】贺云波, 陈新, 吴晓明, 胡永珊, 高健, 杨志军, 陈云, 张昱, 汤晖, 敖银辉
【申请人】广东工业大学