高精度高效率直线往复驱动系统的制作方法

文档序号:7441606
专利名称:高精度高效率直线往复驱动系统的制作方法
技术领域
本发明涉及一种高精度高效率直线往复驱动系统,属于电机技术领域。
背景技术
直线往复驱动系统可以采用旋转电机加运动转换机构的方式构成,也可以采用直 线电机构成。现有由直线电机构成的直线往复驱动系统,当行程固定时,必须控制直线电机 在行程起点加速,在行程终点减速,若为了获得较大的加速度,就需要较大的电机体积或较 大的绕组电流,由此,造成驱动控制器的容量和成本较高,并且同时,较大的绕组电流又造 成绕组的损耗大、温升高,使电机冷却系统的负担加重,温升过高还会造成电机结构发生变 形,影响整个驱动系统的控制精度。

发明内容
本发明的目的是为了解决现有由直线电机构成的直线往复驱动系统为获得较大 的加速度,需要加大绕组电流由此造成绕组温升过高的问题,提供一种高精度高效率直线 往复驱动系统。本发明所述高精度高效率直线往复驱动系统,它由控制器、直线电机和两个直线 电磁缓冲器组成,所述控制器的输出端与直线电机的初级绕组相连,直线电机包括电机定子和电机动子,每个直线电磁缓冲器包括缓冲器定子和缓冲器动子,电机定子的运动起点和运动终点处分别固定一个缓冲器定子,缓冲器定子位于电 机动子运动方向的两端,电机动子与缓冲器定子相对侧的两个端面上,分别固定一个缓冲器动子,在电机 动子运动时,缓冲器动子可分别插入到两个缓冲器定子的内部空间,并位于缓冲器定子内 部空间的中心;缓冲器定子由中空式定子磁轭和定子永磁体组成,定子永磁体固定于定子磁轭的 内侧表面上;缓冲器动子由稀土永磁体和连接体构成,稀土永磁体通过连接体与电机动子的端 面固定。本发明的优点是本发明利用直线电磁缓冲器在直线电机减速时来存储能量、在电机反向加速时释 放能量,可以大大减小直线电机在整个行程起点与终点处加减速时的电流与绕组损耗,降 低了绕组的温升,同时减小温升过高带来的电机的结构变形,简化了冷却系统结构,提高了 整个驱动系统的效率与控制精度。


图1为实施方式三所述高精度高效率直线往复驱动系统的结构示意图,图中直线 电磁缓冲器的定子永磁体为水平放置;图2为实施方式三所述高精度高效率直线往复驱动系统的结构示意图,图中直线 电磁缓冲器的定子永磁体为竖直放置;图3为实施方式三所述的直线电磁缓冲器的分解结构示意图;图4为实施方式五所述的直线电磁缓冲器的分解结构示意图;图5为实施方式六所述的直线电磁缓冲器的分解结构示意图;图6为实施方式九所述高精度高效率直线往复驱动系统的结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图1至图6说明本实施方式,本实施方式所述的高精度 高效率直线往复驱动系统,它由控制器、直线电机和两个直线电磁缓冲器组成,所述控制器的输出端与直线电机的初级绕组相连,直线电机包括电机定子11和电机动子12,每个直线电磁缓冲器包括缓冲器定子21和缓冲器动子22,电机定子11的运动起点和运动终点处分别固定一个缓冲器定子21,缓冲器定子 21位于电机动子12运动方向的两端,电机动子12与缓冲器定子21相对侧的两个端面上,分别固定一个缓冲器动子22, 在电机动子12运动时,缓冲器动子22可分别插入到两个缓冲器定子21的内部空间,并位 于缓冲器定子21内部空间的中心;缓冲器定子21由中空式定子磁轭21-1和定子永磁体21-2组成,定子永磁体21_2 固定于定子磁轭21-1的内侧表面上;缓冲器动子22由稀土永磁体22-1和连接体22_2构成,稀土永磁体22_1通过连 接体22-2与电机动子12的端面固定。缓冲器动子22插入到缓冲器定子21的内部空间时,缓冲器动子22与缓冲器定子 21之间留有气隙。本实施方式所述高精度高效率直线往复驱动系统在具体实施时,可以根据所需要 的制动力特性,来确定直线电磁缓冲器的缓冲器定子21和稀土永磁体22-1的形状,利用定 子永磁体21-2和稀土永磁体22-1相互之间形成的相斥力,来实现往复运动。
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,所述稀土永磁体 22-1与定子永磁体21-2所形成的磁场力为相斥方向。其它组成及连接关系与实施方式一 相同。
具体实施方式
三下面结合图1、图2和图3说明本实施方式,本实施方式为对实 施方式二的进一步说明,所述中空式定子磁轭21-1由四块轭板组成,所述四块轭板为平板 式,所述四块轭板形成棱柱空间或棱台空间,所述棱柱的横截面为矩形,所述棱台的上下底面 的中轴线重合,并且所述棱台的下底面与缓冲器动子22相对;所述定子永磁体21-2为两块,所述定子磁轭21-1的两块相对设置的轭板内表面上分别设置一块定子永磁体 21-2 ;
稀土永磁体22-1和连接体22-2均为平板式,定子永磁体21-2的横向宽度大于稀土永磁体22-1的横向宽度,定子永磁体21_2 的运动方向长度大于稀土永磁体22-1的运动方向长度;定子永磁体21-2的充磁方向与其所在的轭板垂直,稀土永磁体22-1与定子永磁 体21-2的充磁方向相反。其它组成及连接关系与实施方式二相同。本实施方式中所述棱台的下底面是指其面积较大的底面。
具体实施方式
四下面结合图1和图2说明本实施方式,本实施方式为对实施方式 三的进一步说明,所述两块定子永磁体21-2为上下相对或左右相对。其它组成及连接关系 与实施方式三相同。
具体实施方式
五下面结合图1、图2和图4说明本实施方式,本实施方式为对实 施方式二的进一步说明,所述中空式定子磁轭21-1由四块轭板组成,所述四块轭板为平板 式,所述四块轭板形成棱柱空间或棱台空间,所述棱柱的横截面为矩形,所述棱台的上下底 面的中轴线重合,并且所述棱台的下底面与缓冲器动子22相对;所述定子永磁体21-2为四 块,所述定子磁轭21-1的每块轭板上分别设置一块定子永磁体21-2,连接体22-2的一端表面中心沿运动方向设有芯柱22-21,稀土永磁体22-1套接固 定在芯柱22-21上,所述连接体22-2与稀土永磁体22-1的运动方向横截面均为矩形,每块定子永磁体21-2的横向宽度大于与其相对侧的稀土永磁体22-1的横向宽 度,定子永磁体21-2的运动方向长度大于稀土永磁体22-1的运动方向长度;定子永磁体21-2均采用平行充磁,并且其充磁方向与其所在的轭板垂直,所有定 子永磁体21-2的同极向内,稀土永磁体22-1与定子永磁体21-2的充磁方向相反。其它组 成及连接关系与实施方式二相同。
具体实施方式
六下面结合图1、图2和图5说明本实施方式,本实施方式为对实 施方式二的进一步说明,所述中空式定子磁轭21-1的内部空间为圆柱形或圆台形,所述圆 台形中空式定子磁轭21-1的下底面与缓冲器动子22相对,定子永磁体21-2的外形与中空 式定子磁轭21-1的内侧壁相匹配,并固定在该中空式定子磁轭21-1的内侧壁上,连接体22-2的一端表面中心沿运动方向设有芯柱22-21,稀土永磁体22-1套接固 定在芯柱22-21上,所述连接体22-2与稀土永磁体22-1的运动方向横截面均为圆形,定子永磁体21-2采用径向充磁,定子永磁体21-2的充磁方向与稀土永磁体22_1 的充磁方向相反。其它组成及连接关系与实施方式二相同。本实施方式中圆台形中空式定子磁轭21-1的下底面是指其面积较大的底面。
具体实施方式
七本实施方式与实施方式三、四、五或六的不同之处在于,所述高 精度高效率直线往复驱动系统还包括2η个直线电磁缓冲器,其中η为正整数,电机定子11 的运动起点和运动终点处,分别固定有η+1个直线电磁缓冲器,并且所述η+1个直线电磁缓 冲器并联连接。其它组成及连接关系与实施方式三、四、五或六相同。当需要比较大的制动力时,可以根据具体情况选择相并联的直线电磁缓冲器的个 数。
具体实施方式
八本实施方式为对实施方式三、四、五或六的进一步说明,所述电 机动子12采用气浮导轨支撑、磁浮导轨支撑或机械直线导轨支撑。其它组成及连接关系与实施方式三、四、五或六相同。
具体实施方式
九下面结合图6说明本实施方式,本实施方式为对实施方式三的 进一步限定,所述每个缓冲器动子22的稀土永磁体22-1为两块,所述连接体22-2的上下 表面分别形成一个台肩,所述两个台肩处分别嵌入并固定一个稀土永磁体22-1 ;所述两个稀土永磁体22-1的充磁方向相同。其它组成及连接关系与实施方式三 相同。
具体实施方式
十本实施方式为对实施方式三、四、五或六的进一步说明,所述直 线电机为一套绕组或多套绕组。其它组成及连接关系与实施方式三、四、五或六相同。本发明所述的高精度高效率直线往复驱动系统,所述直线电机为动初级结构或动 次级结构;所述的直线电机可以为单边结构或双边结构。本发明不局限于上述实施方式,还可以是上述各实施方式中所述技术特征的合理组合。
权利要求
一种高精度高效率直线往复驱动系统,其特征在于它由控制器、直线电机和两个直线电磁缓冲器组成,所述控制器的输出端与直线电机的初级绕组相连,直线电机包括电机定子(11)和电机动子(12),每个直线电磁缓冲器包括缓冲器定子(21)和缓冲器动子(22),电机定子(11)的运动起点和运动终点处分别固定一个缓冲器定子(21),缓冲器定子(21)位于电机动子(12)运动方向的两端,电机动子(12)与缓冲器定子(21)相对侧的两个端面上,分别固定一个缓冲器动子(22),在电机动子(12)运动时,缓冲器动子(22)可分别插入到两个缓冲器定子(21)的内部空间,并位于缓冲器定子(21)内部空间的中心;缓冲器定子(21)由中空式定子磁轭(21 1)和定子永磁体(21 2)组成,定子永磁体(21 2)固定于定子磁轭(21 1)的内侧表面上;缓冲器动子(22)由稀土永磁体(22 1)和连接体(22 2)构成,稀土永磁体(22 1)通过连接体(22 2)与电机动子(12)的端面固定。
2.根据权利要求1所述的高精度高效率直线往复驱动系统,其特征在于所述稀土永 磁体(22-1)与定子永磁体(21-2)所形成的磁场力为相斥方向。
3.根据权利要求2所述的高精度高效率直线往复驱动系统,其特征在于所述中空式 定子磁轭(21-1)由四块轭板组成,所述四块轭板为平板式,所述四块轭板形成棱柱空间或 棱台空间,所述棱柱的横截面为矩形,所述棱台的上下底面的中轴线重合,并且所述棱台的 下底面与缓冲器动子(22)相对;所述定子永磁体(21-2)为两块,所述定子磁轭(21-1)的两块相对设置的轭板内表面上分别设置一块定子永磁体 (21-2);稀土永磁体(22-1)和连接体(22-2)均为平板式,定子永磁体(21-2)的横向宽度大于稀土永磁体(22-1)的横向宽度,定子永磁体 (21-2)的运动方向长度大于稀土永磁体(22-1)的运动方向长度;定子永磁体(21-2)的充磁方向与其所在的轭板垂直,稀土永磁体(22-1)与定子永磁 体(21-2)的充磁方向相反。
4.根据权利要求3所述的高精度高效率直线往复驱动系统,其特征在于所述两块定 子永磁体(21-2)为上下相对或左右相对。
5.根据权利要求2所述的高精度高效率直线往复驱动系统,其特征在于所述中空式 定子磁轭(21-1)由四块轭板组成,所述四块轭板为平板式,所述四块轭板形成棱柱空间或 棱台空间,所述棱柱的横截面为矩形,所述棱台的上下底面的中轴线重合,并且所述棱台的 下底面与缓冲器动子(22)相对;所述定子永磁体(21-2)为四块,所述定子磁轭(21-1)的每块轭板上分别设置一块定子永磁体(21-2), 连接体(22-2)的一端表面中心沿运动方向设有芯柱(22-21),稀土永磁体(22-1)套接 固定在芯柱(22-21)上,所述连接体(22-2)与稀土永磁体(22-1)的运动方向横截面均为 矩形,每块定子永磁体(21-2)的横向宽度大于与其相对侧的稀土永磁体(22-1)的横向宽 度,定子永磁体(21-2)的运动方向长度大于稀土永磁体(22-1)的运动方向长度;定子永磁体(21-2)均采用平行充磁,并且其充磁方向与其所在的轭板垂直,所有定子 永磁体(21-2)的同极向内,稀土永磁体(22-1)与定子永磁体(21-2)的充磁方向相反。
6.根据权利要求2所述的高精度高效率直线往复驱动系统,其特征在于所述中空式 定子磁轭(21-1)的内部空间为圆柱形或圆台形,所述圆台形中空式定子磁轭(21-1)的下 底面与缓冲器动子(22)相对,定子永磁体(21-2)的外形与中空式定子磁轭(21-1)的内侧 壁相匹配,并固定在该中空式定子磁轭(21-1)的内侧壁上,连接体(22-2)的一端表面中心沿运动方向设有芯柱(22-21),稀土永磁体(22-1)套接 固定在芯柱(22-21)上,所述连接体(22-2)与稀土永磁体(22-1)的运动方向横截面均为 圆形,定子永磁体(21-2)采用径向充磁,定子永磁体(21-2)的充磁方向与稀土永磁体 (22-1)的充磁方向相反。
7.根据权利要求3、4、5或6所述的高精度高效率直线往复驱动系统,其特征在于所 述高精度高效率直线往复驱动系统还包括2η个直线电磁缓冲器,其中η为正整数,电机定 子(11)的运动起点和运动终点处,分别固定有η+1个直线电磁缓冲器,并且所述η+1个直 线电磁缓冲器并联连接。
8.根据权利要求3、4、5或6所述的高精度高效率直线往复驱动系统,其特征在于所 述电机动子(12)采用气浮导轨支撑、磁浮导轨支撑或机械直线导轨支撑。
9.根据权利要求3所述的高精度高效率直线往复驱动系统,其特征在于所述每个缓 冲器动子(22)的稀土永磁体(22-1)为两块,所述连接体(22-2)的上下表面分别形成一个 台肩,所述两个台肩处分别嵌入并固定一个稀土永磁体(22-1);所述两个稀土永磁体(22-1)的充磁方向相同。
10.根据权利要求3、4、5或6所述的高精度高效率直线往复驱动系统,其特征在于所 述直线电机为一套绕组或多套绕组。
全文摘要
高精度高效率直线往复驱动系统,属于电机技术领域。它解决直线电机构成的直线往复驱动系统为获得较大的加速度,需要加大绕组电流由此造成绕组温升过高的问题。控制器的输出端与直线电机的初级绕组相连,电机定子的运动起点和终点处分别固定一个缓冲器定子,缓冲器定子位于电机动子运动方向的两端,电机动子与缓冲器定子相对侧的两个端面上,分别固定一个缓冲器动子,缓冲器动子运动时可分别插入到两个缓冲器定子内部空间的中心;缓冲器定子的定子永磁体固定于定子磁轭的内侧表面上;稀土永磁体通过连接体与电机动子的端面固定,稀土永磁体插入到缓冲器定子的内部空间,与定子永磁体形成均匀相斥的磁场力。本发明适用于直线往复驱动系统。
文档编号H02K33/18GK101976927SQ201010522729
公开日2011年2月16日 申请日期2010年10月28日 优先权日2010年10月28日
发明者刘奉海, 寇宝泉, 张赫, 张鲁 申请人:哈尔滨工业大学
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