专利名称：差动式并联磁路结构磁悬浮直线导轨的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种差动式并联磁路结构磁悬浮直线导轨，属于电机技术领域。
背景技术：
目前，直线运动体的支承方式主要有直线滑动轴承、直线滚动轴承、直线导轨以及 直线气浮导轨，其中直线滑动轴承和直线滚动轴承只适合短行程运动体的支承；直线导轨 又称直线导轨副、滑轨、线性运动导轨、线性滑轨或直线滚动导轨，它具有定位精度高、承载 能力强、磨损小、适应高速运动、行程不受限制以及组装容易并具互换性等优点，已成为各 种机床、数控加工中心、精密电子机械中不可缺少的重要功能部件；直线气浮导轨具有高速 度、高精度、无摩擦力、无磨损、无噪音以及不需要润滑油等优点。但是，直线导轨和直线气 浮导轨不能在真空、超净环境中应用。磁悬浮直线导轨是靠磁场力支承载荷或悬浮平台的一种新型导轨，其定子、动子 之间不存在机械接触，动子可以达到很高的运行速度和支承精度。与传统的机床导轨相比， 磁悬浮直线导轨具有无摩擦、无磨损、无需润滑、能耗低、噪声小、寿命长、无油污染、维护简 单和工作温度范围大等优点，特别适用于高速、真空、超净等特殊环境。同时，由于相对运动 表面间没有接触，因而彻底消除了爬行现象，没有因磨损和接触疲劳所产生的精度下降和 寿命问题，又由于电子元件的可靠性优于机械零件，使得其可靠性高于传统的导轨；磁悬浮 支承方式采用主动控制，可提高机床的信息处理能力，如工况检测、预报和故障诊断。现有磁悬浮直线导轨由于电励磁的安匝数大，造成其体积和重量大，同时会增高 其损耗和温升，这直接影响到磁悬浮直线导轨的动态响应速度和控制精度。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有磁悬浮直线导轨由于电励磁的安匝数大造成其体 积和重量大的问题，提供一种差动式并联磁路结构磁悬浮直线导轨。本发明第一种技术方案所述的差动式并联磁路结构磁悬浮直线导轨，它由初级和 次级组成，所述初级由n+1个铁心、2η个平板形永磁体和n+1个控制线圈组成，其中η为正整 数，n+1个铁心相互平行、并列排布，每个铁心的截横面呈直角C形，每个铁心的背侧 缠绕一个控制线圈，相邻铁心上的控制线圈的绕向相反，初级的所有控制线圈串联连接，所述次级包括导磁轭，次级为沿运动方向狭长的长方体，并且位于所述所有铁心 的C形开口所形成的空间内，相邻的两个铁心之间固定有两块平板形永磁体，所述两块平板形永磁体分别位于 次级的上下两侧，每块平板形永磁体与铁心相衔接的端面与该铁心的相应端面形状相同， 每块平板形永磁体均为沿次级运动方向平行充磁，所述两块平板形永磁体的充磁方向相 同，位于次级同一侧的相邻平板形永磁体的充磁方向相反。
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本发明第二种技术方案所述的差动式并联磁路结构磁悬浮直线导轨，它由初级和 次级组成，所述初级由两个铁心、两个平板形永磁体和六个控制线圈组成，每个铁心由C形导磁轭和三个铁心极构成，两个C形导磁轭开口相对设置，两个C形导磁轭的两个相对应的端面之间分别固 定一个平板形永磁体，所述平板形永磁体与C形导磁轭相衔接的端面与该C形导磁轭的相 应端面形状相同，平板形永磁体沿次级水平运动方向平行充磁，两个平板形永磁体的充磁 方向相同；所述次级包括导磁轭，次级设置于两个C形导磁轭和两个平板形永磁体所形成的 空间的中心位置，并且使得该次级的外表面与两个C形导磁轭的内表面之间为等间隙，每 个C形导磁轭的内侧的两个近端口处分别设置一个垂向直齿形的铁心极，每个C形导磁轭 的内侧的背中部设置一个水平直齿形的铁心极，每个铁心极的末端与次级之间的间隙相 等；每个铁心极上缠绕一个控制线圈，其中位于一个C形导磁轭上的两个垂向直齿形 的铁心极上的控制线圈的绕向相同，并且与位于另一个C形导磁轭上的两个垂向直齿形的 铁心极上的控制线圈的绕向相反，四个垂向直齿形的铁心极上的控制线圈串联连接；两个 水平直齿形的铁心极上的控制线圈串联连接。本发明的优点是本发明提出一种差动式并联磁路结构磁悬浮直线导轨，它通过将高性能的永磁体 利用于磁悬浮直线导轨中，在直线导轨的磁路中产生直流磁通偏置，来有效地减少电励磁 的安匝数，进而减小直线导轨的体积及重量，同时降低直线导轨的损耗和温升，提高了直线 导轨的动态响应速度和控制精度。本发明可实现次级相对两侧气隙磁场的差动控制，控制特性好、体积小、重量轻； 所需要的功率放大器的数量少、损耗及温升低，并且控制简单、成本低，具有广阔的应用前
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图1为本发明实施方式一所述差动式并联磁路结构磁悬浮直线导轨的结构示意 图；图2为图1的右视图；图3为本发明实施方式五所述差动式并联磁路结构磁悬浮直线导轨的结构示意 图；图4为本发明实施方式六所述差动式并联磁路结构磁悬浮直线导轨的结构示意 图。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的差动式 并联磁路结构磁悬浮直线导轨，它由初级和次级组成，所述初级由n+1个铁心ll、2n个平板形永磁体12和n+1个控制线圈13组成，其中η为正整数，η+1个铁心11相互平行、并列排布，每个铁心11的截横面呈直角C形，每个铁心 11的背侧缠绕一个控制线圈13，相邻铁心11上的控制线圈13的绕向相反，初级的所有控 制线圈13串联连接，所述次级包括导磁轭14，次级为沿运动方向狭长的长方体，并且位于所述所有铁 心11的C形开口所形成的空间内，相邻的两个铁心11之间固定有两块平板形永磁体12，所述两块平板形永磁体12 分别位于次级的上下两侧，每块平板形永磁体12与铁心11相衔接的端面与该铁心11的相 应端面形状相同，每块平板形永磁体12均为沿次级运动方向平行充磁，所述两块平板形永 磁体12的充磁方向相同，位于次级同一侧的相邻平板形永磁体12的充磁方向相反。本实施方式中次级还包括支撑轨，支撑轨可采用结构强度高的材料制成，导磁轭 14可采用高导磁金属材料制成，将支撑轨作为导磁轭14的支撑，将二者结合在一起，可同 时起到支撑和提供磁路的作用。支撑轨和导磁轭14可以采用相同的金属高导磁材料制成。本实施方式所述的差动式并联磁路结构磁悬浮直线导轨，实现了次级的单自由度 控制，即次级只能实现X方向的控制。若要对次级实施Y方向控制，可将另一套相同的初级 与本实施方式所述的初级正交布置，并与所述初级共同一个次级即可。
具体实施方式
二 本实施方式为对实施方式一的进一步说明，所述导磁轭14采用 合金钢、硅钢片或SMC材料制作。其它组成及连接关系与实施方式一相同。本实施方式中导磁轭14由磁性材料制成。
具体实施方式
三本实施方式为对实施方式一或二的进一步说明，所述平板形永 磁体12采用稀土永磁体材料制作。其它组成及连接关系与实施方式一或二相同。本实施方式中平板形永磁体12采用稀土永磁体材料，可利用稀土永磁体材料的 高性能进一步减少电励磁的安匝数。
具体实施方式
四下面结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式差动式并联磁 路结构磁悬浮直线导轨，它由初级和次级组成，所述初级由两个铁心21、两个平板形永磁体22和六个控制线圈23组成，每个铁心21由C形导磁轭211和三个铁心极212构成，两个C形导磁轭211开口相对设置，两个C形导磁轭211的两个相对应的端面之 间分别固定一个平板形永磁体22，所述平板形永磁体22与C形导磁轭211相衔接的端面与 该C形导磁轭211的相应端面形状相同，平板形永磁体22沿次级水平运动方向平行充磁， 两个平板形永磁体22的充磁方向相同；所述次级包括导磁轭24，次级设置于两个C形导磁轭211和两个平板形永磁体22 所形成的空间的中心位置，并且使得该次级的外表面与两个C形导磁轭211的内表面之间 为等间隙，每个C形导磁轭211的内侧的两个近端口处分别设置一个垂向直齿形的铁心极 212，每个C形导磁轭211的内侧的背中部设置一个水平直齿形的铁心极212，每个铁心极 212的末端与次级之间的间隙相等；每个铁心极212上缠绕一个控制线圈23，其中位于一个C形导磁轭211上的两个 垂向直齿形的铁心极212上的控制线圈23的绕向相同，并且与位于另一个C形导磁轭211
6上的两个垂向直齿形的铁心极212上的控制线圈23的绕向相反，四个垂向直齿形的铁心极 212上的控制线圈23串联连接；两个水平直齿形的铁心极212上的控制线圈23串联连接。本实施方式中次级还包括支撑轨，支撑轨可采用结构强度高的材料制成，导磁轭 24可采用高导磁金属材料制成，将支撑轨作为导磁轭24的支撑，将二者结合在一起，可同 时起到支撑和提供磁路的作用。支撑轨和导磁轭24可以采用相同的金属高导磁材料制成。本实施方式中次级可实现水平与竖直方向两自由度的控制。
具体实施方式
五下面结合图3说明本实施方式，本实施方式为对实施方式四的 进一步说明，所述C形导磁轭211为直角C形，所述次级为沿运动方向狭长的长方体。其它 组成及连接关系与实施方式四相同。本实施方式中次级为长方体，则铁心极212的端面为平面，由此在次级与各铁心 极212之间形成等间隙的气隙。
具体实施方式
六下面结合图4说明本实施方式，本实施方式为对实施方式四的 进一步说明，所述C形导磁轭211为半圆C形，所述次级为沿运动方向的圆柱体。其它组成 及连接关系与实施方式四相同。本实施方式中次级为圆柱体，则铁心极212的端面为与次级相对应的圆弧面，由 此在次级与各铁心极212之间形成等间隙的气隙。
具体实施方式
七本实施方式为对实施方式四、五或六的进一步说明，所述导磁轭 24采用合金钢、硅钢片或SMC材料制作。其它组成及连接关系与实施方式四、五或六相同。本实施方式中导磁轭24由磁性材料制成。
具体实施方式
八本实施方式为对实施方式四、五或六的进一步说明，所述平板形 永磁体22采用稀土永磁体材料制作。其它组成及连接关系与实施方式四、五或六相同。本实施方式中平板形永磁体22采用稀土永磁体材料，可利用稀土永磁体材料的 高性能进一步减少电励磁的安匝数。
权利要求
一种差动式并联磁路结构磁悬浮直线导轨，其特征在于它由初级和次级组成，所述初级由n+1个铁心(11)、2n个平板形永磁体(12)和n+1个控制线圈(13)组成，其中n为正整数，n+1个铁心(11)相互平行、并列排布，每个铁心(11)的截横面呈直角C形，每个铁心(11)的背侧缠绕一个控制线圈(13)，相邻铁心(11)上的控制线圈(13)的绕向相反，初级的所有控制线圈(13)串联连接，所述次级包括导磁轭(14)，次级为沿运动方向狭长的长方体，并且位于所述所有铁心(11)的C形开口所形成的空间内，相邻的两个铁心(11)之间固定有两块平板形永磁体(12)，所述两块平板形永磁体(12)分别位于次级的上下两侧，每块平板形永磁体(12)与铁心(11)相衔接的端面与该铁心(11)的相应端面形状相同，每块平板形永磁体(12)均为沿次级运动方向平行充磁，所述两块平板形永磁体(12)的充磁方向相同，位于次级同一侧的相邻平板形永磁体(12)的充磁方向相反。
2.根据权利要求1所述的差动式并联磁路结构磁悬浮直线导轨，其特征在于所述导 磁轭(14)采用合金钢、硅钢片或SMC材料制作。
3.根据权利要求1或2所述的差动式并联磁路结构磁悬浮直线导轨，其特征在于所 述平板形永磁体(12)采用稀土永磁体材料制作。
4.一种差动式并联磁路结构磁悬浮直线导轨，其特征在于它由初级和次级组成，所 述初级由两个铁心(21)、两个平板形永磁体(22)和六个控制线圈(23)组成，每个铁心(21)由C形导磁轭(211)和三个铁心极(212)构成，两个C形导磁轭(211)开口相对设置，两个C形导磁轭(211)的两个相对应的端面之 间分别固定一个平板形永磁体(22)，所述平板形永磁体(22)与C形导磁轭(211)相衔接的 端面与该C形导磁轭(211)的相应端面形状相同，平板形永磁体(22)沿次级水平运动方向 平行充磁，两个平板形永磁体(22)的充磁方向相同；所述次级包括导磁轭(24)，次级设置于两个C形导磁轭(211)和两个平板形永磁体(22)所形成的空间的中心位置，并且使得该次级的外表面与两个C形导磁轭(211)的内 表面之间为等间隙，每个C形导磁轭(211)的内侧的两个近端口处分别设置一个垂向直齿 形的铁心极(212)，每个C形导磁轭(211)的内侧的背中部设置一个水平直齿形的铁心极 (212)，每个铁心极(212)的末端与次级之间的间隙相等；每个铁心极(212)上缠绕一个控制线圈(23)，其中位于一个C形导磁轭(211)上的两 个垂向直齿形的铁心极(212)上的控制线圈(23)的绕向相同，并且与位于另一个C形导磁 轭(211)上的两个垂向直齿形的铁心极(212)上的控制线圈(23)的绕向相反，四个垂向直 齿形的铁心极(212)上的控制线圈(23)串联连接；两个水平直齿形的铁心极(212)上的控 制线圈(23)串联连接。
5.根据权利要求4所述的差动式并联磁路结构磁悬浮直线导轨，其特征在于所述C 形导磁轭(211)为直角C形，所述次级为沿运动方向狭长的长方体。
6.根据权利要求4所述的差动式并联磁路结构磁悬浮直线导轨，其特征在于所述C 形导磁轭(211)为半圆C形，所述次级为沿运动方向的圆柱体。
7.根据权利要求4、5或6所述的差动式并联磁路结构磁悬浮直线导轨，其特征在于所述导磁轭(24)采用合金钢、硅钢片或SMC材料制作。
8.根据权利要求4、5或6所述的差动式并联磁路结构磁悬浮直线导轨，其特征在于 所述平板形永磁体(22)采用稀土永磁体材料制作。
全文摘要
差动式并联磁路结构磁悬浮直线导轨，属于电机技术领域。它解决了现有磁悬浮直线导轨由于电励磁的安匝数大造成其体积和重量大的问题。方案一中每个铁心的背侧缠绕一个控制线圈，所有控制线圈相串联，n+1个铁心相互平行并列排布，次级位于所有铁心的C形开口空间内，相邻的两个铁心之间固定有两块平板形永磁体，并且分别位于次级的上下两侧；方案二中每个铁心由C形导磁轭和三个铁心极构成，两个C形导磁轭开口相对设置，其相对应端面之间分别固定一个平板形永磁体，每个C形导磁轭上设置两个垂向直齿形的铁心极和一个水平直齿形的铁心极，每个铁心极上缠绕一个控制线圈，次级设置于初级形成的开口中心。本发明用于磁悬浮直线导轨中。
文档编号B60M1/30GK101966824SQ20101051218
公开日2011年2月9日 申请日期2010年10月20日 优先权日2010年10月20日
发明者寇宝泉, 张赫, 张鲁 申请人:哈尔滨工业大学