专利名称：短行程高响应直线电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直线电机，应用于高速往返、小位移的加工场合和精密机床的进给系统技术领域。
背景技术：
随着精密制造技术和数控技术等先进制造技术的发展，高速、高效、高精成为当前数控机床的发展方向，这对机床各功能部件的性能提出了更高的要求。以进给驱动部件为例，对小位移、高往复频率加工场合，如电火花成型加工机床、活塞型面加工机床和激光加工机床等，则要求系统具有快速的加减速性能(加速度2g)和极高的频率响应特性(100Hz)。目前国内短行程高响应直线电机的动子采用的是单个片状弹簧结构，其行程仅限于±1mm以内。因此，开发新型的高性能进给驱动部件成为解决问题的关键。
发明内容
本发明提出一种短行程高响应直线电机，以提高现有直线电机的速度、加速度、推力、定位精度、瞬态性能等性能指标。
本发明所提出的一种短行程高响应直线电机，包括定子和动子两部分，其动子部分在伺服驱动器的控制下进行往返直线运动，其特征是(1)定子采用永磁磁钢内圆嵌入式环形结构，以增强气隙磁场的的强度；(2)动子由线圈骨架、连接于线圈骨架轴心的连轴和绕制在线圈骨架上的线圈组成；连轴通过两个直线轴承分别支承在端罩和定子上；(3)动子两侧的连轴上分别套有弹簧、两弹簧的端部分别顶在端罩和定子上，以保证动子静止状态下零点定位和在行程内动子推力的线性化。
所述的短行程高响应直线电机，其进一步特征是定子的两处偏心位置分别装有直线轴承和光栅尺，直线轴承内活动嵌有导向杆，光栅读头固定连接连轴的一端和导向杆，以保证动子部分在轴向直线运动时不发生旋转运动，并实现电机轴向运动与测量的系统化。
所述的短行程高响应直线电机，动子的线圈骨架可以采用轻型材料并具有透空孔洞，以减轻动子惯量。
本发明的结构创新之处在于(1)为保证静止状态下零点定位和在行程内动子推力的线性化，本电机采用双弹簧动力平衡的动子动力结构。
(2)为保证动子部分在轴向直线运动时不发生周向旋转运动，本电机采用三直线轴承偏心导向机构方式。
(3)为实现电机轴向运动与测量的系统化，本电机采用光栅尺、光栅读头与电机一体化结构。
(4)为增强气隙磁场的的强度，本电机定子采用永磁磁钢内圆嵌入式环形结构。
(5)为减轻动子惯性，本电机的动子线圈骨架采用轻型材料，以减小动子的质量。
本发明为提高推力和速度指标，降低了动子质量，减少电机尺寸；在位移控制与驱动方面提高了响应速度和控制精度；采用电机位置检测与控制一体化技术；体现了高速、高加速度、高精度和高动态特性，可应用在三维振镜动态聚焦系统、非圆加工和高速磨床等场合。
图1为本发明整体结构示意图；图2为动子移动线圈与定子磁钢配合结构图；图3为定子永磁磁钢内圆嵌入式环形结构示意图；图4为动子线圈骨架结构示意图，其中图4(A)为正面视图，图4(B)为侧面剖视图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的实施状态进一步说明。
图1表示本发明的整体结构，作为一个实施例该短行程高响应直线直流电机的有效行程为±5mm；结合图2和图3可以看到，定子1表面开有嵌入式环形槽5、里面嵌有的外环形磁钢2和内环形磁钢3均采用高性能永磁材料钕铁硼；动子线圈9置入外环形磁钢2和内环形磁钢3之间、两边会形成气隙4；动子6的骨架7材料为硬铝合金LY12；动子线圈9为192匝平绕；动子两侧弹簧11的弹性系数为5N/mm 连轴8两端及定子偏心位置的直线轴承10的型号为LMF6GUU；光栅尺采用德国NUMERLK公司生产的JENA开放式光栅尺，光栅读头13型号为LIE5 2PL5FDO，光栅尺带12型号为MV51-40BP00020；光栅读头13固定连接连轴8的一端和导向杆14。
图4(A)为动子线圈骨架正面视图，图4(B)为动子线圈骨架侧面剖视图，线圈骨架表面具有透空孔洞15，以减轻线圈骨架自身重量。
权利要求
1.一种短行程高响应直线电机，包括定子和动子两部分，动子部分在伺服驱动器的控制下进行往返直线运动，其特征是(1)定子采用永磁磁钢内圆嵌入式环形结构，以增强气隙磁场的的强度；(2)动子由线圈骨架、连接于线圈骨架轴心的连轴和绕制在线圈骨架上的线圈组成；连轴通过两个直线轴承分别支承在端罩和定子上；(3)动子两侧的连轴上分别套有弹簧、两弹簧的端部分别顶在端罩和定子上，以保证动子静止状态下零点定位和在行程内动子推力的线性化。
2.如权利要求1所述的短行程高响应直线电机，其特征是定子的两处偏心位置分别装有直线轴承和光栅尺，直线轴承内活动嵌有导向杆，光栅读头固定连接连轴的一端和导向杆，以保证动子部分在轴向直线运动时不发生旋转运动，并实现电机轴向运动与测量的系统化。
3.如权利要求1或2所述的短行程高响应直线电机，其特征是动子的线圈骨架采用轻型材料并具有透空孔洞，以减轻动子惯量。
全文摘要
本发明的短行程高响应直线电机，涉及一种直线电机，本发明包括定子和动子两部分，定子采用永磁磁钢内圆嵌入式环形结构；动子由线圈骨架、连轴和线圈组成，在伺服驱动器的控制下进行往返直线运动；连轴通过两个直线轴承分别支承在端罩和定子上；动子两侧的连轴上分别套有弹簧、两弹簧的端部分别顶在端罩和定子上。本发明为提高推力和速度指标，降低了动子质量，减少电机尺寸；在位移控制与驱动方面提高了响应速度和控制精度；采用电机位置检测与控制一体化技术；体现了高速、高加速度、高精度和高动态特性，可应用在高速往返、小位移的三维振镜动态聚焦系统、非圆加工和高速磨床等场合。
文档编号H02K33/02GK1595774SQ200410013449
公开日2005年3月16日 申请日期2004年7月10日 优先权日2004年7月10日
发明者艾武, 金振荣, 陈幼平, 杜志强, 常雪峰, 谢经明, 余文勇, 金颖琦 申请人:华中科技大学