专利名称：长行程直流直线电机及其控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直流直线电机及其控制系统。
背景技术：
基于安培力原理制造的直流直线电机，因其结构简单、体积小、推力波动小，且可 靠性高、能量转换效率高，越来越多地用在各种直线运动控制系统中。再加上直流直线电机 的快速、平滑、无齿槽效应、无滞后响应等特性，使直流直线电机可以很好地应用在需要高 速、高加速度、高推力响应的伺服控制系统中。在传统的直流直线电机结构中，永磁体为平 板形，平行充磁，固定于一个“日”字形导磁轭的上轭板的下侧以及下轭板的上侧，上下轭板 上永磁体的充磁方向相反，如图1所示。方筒形线圈套在导磁轭的中心轭上。永磁体形成沿 与运动方向垂直方向上的气隙磁场，通电线圈与磁场相互作用，产生沿运动方向的电磁力。 该电机的结构简单，成本低。但是，传统结构的直流直线电机存在如下问题(1)电机为动初级结构，动子运动过程中，需要拖动供电电缆，因此，系统所受的干 扰强，难以实现高精度控制；(2)只有一套绕组和一个驱动控制器，难以同时实现大功率与高精度；(3)气隙磁场不均勻，电机的推力波动大；(4)电机绕组的电感大，电流控制的频响低，系统的动态特性差；(5)电机的体积、重量大。
发明内容
本发明为了解决传统直流直线电机及其控制系统存在的只有一套绕组和一个驱 动控制器，难以同时实现大功率与高精度的问题，而提出的长行程直流直线电机及其控制 系统。长行程直流直线电机，它由初级和次级组成；所述初级与次级之间留有气隙；所 述初级由导磁轭部件、偶数个平板形恒磁永磁体、控制绕组、功率绕组和偶数个补偿绕组组 成；所述导磁轭部件由上导磁轭、中导磁轭、下导磁轭和两个侧向导磁轭组成；上导磁轭、 中导磁轭和下导磁轭相互平行设置；上导磁轭、中导磁轭和下导磁轭的设置方向均与运动 方向相平行；上导磁轭、中导磁轭、下导磁轭和两个侧向导磁轭合围成一矩形导磁轭部件； 所述偶数个平板形恒磁永磁体分别设置在导磁轭部件上；所述控制绕组均勻地绕在中导磁 轭的外表面上；所述控制绕组为单相绕组；所述功率绕组均勻地分为多段功率绕组；所述 多段功率绕组均勻紧密地缠绕在控制绕组的外表面上；所述偶数个补偿绕组分别绕设导磁 轭部件上；所述次级采用双边次级，上边次级位于上导磁轭和中导磁轭之间；下边次级位 于下导磁轭和中导磁轭之间；所述上边次级与下边次级的结构相同；所述上边次级由主永 磁体、四根长条形辅助永磁体和永磁体保持架组成；所述主永磁体为平板形永磁体；四根 长条形辅助永磁体以环绕的方式分别设置在主永磁体的四个边上；永磁体保持架以环绕的方式紧固地装设在四根长条形辅助永磁体的四周。上述长行程直流直线电机的控制系统，所述控制系统由长行程直流直线电机、精 密控制部件、多个切换开关和功率控制部件组成；所述长行程直流直线电机由初级和次级 组成；所述初级与次级之间留有气隙；所述初级由导磁轭部件、偶数个平板形恒磁永磁体、 控制绕组、功率绕组和偶数个补偿绕组组成；所述导磁轭部件由上导磁轭、中导磁轭、下导 磁轭和两个侧向导磁轭组成；上导磁轭、中导磁轭和下导磁轭相互平行设置；上导磁轭、中 导磁轭和下导磁轭的设置方向均与运动方向相平行；上导磁轭、中导磁轭、下导磁轭和两个 侧向导磁轭合围成一矩形导磁轭部件；所述偶数个平板形恒磁永磁体分别设置在导磁轭部 件上；所述控制绕组均勻地绕在中导磁轭的外表面上；所述控制绕组为单相绕组；所述偶 数个补偿绕组分别绕设导磁轭部件上；所述次级采用双边次级，上边次级位于上导磁轭和 中导磁轭之间；下边次级位于下导磁轭和中导磁轭之间；所述上边次级与下边次级的结构 相同；所述上边次级由主永磁体、四根长条形辅助永磁体和永磁体保持架组成；所述主永 磁体为平板形永磁体；四根长条形辅助永磁体以环绕的方式分别设置在主永磁体的四个边 上；永磁体保持架以环绕的方式紧固地装设在四根长条形辅助永磁体的四周；所述功率绕 组均勻地分为多段功率绕组；所述多段功率绕组均勻紧密地缠绕在控制绕组的外表面上； 所述功率控制部件的引入端通过多个切换开关同时与功率绕组的每段功率绕组的引出端 相连；所述精密控制部件的引入端与控制绕组的引出端相连。上述长行程直流直线电机的控制系统，所述控制系统由长行程直流直线电机、精 密控制部件和多个功率控制部件组成；所述长行程直流直线电机由初级和次级组成；所述 初级与次级之间留有气隙；所述初级由导磁轭部件、偶数个平板形恒磁永磁体、控制绕组、 功率绕组和偶数个补偿绕组组成；所述导磁轭部件由上导磁轭、中导磁轭、下导磁轭和两个 侧向导磁轭组成；上导磁轭、中导磁轭和下导磁轭相互平行设置；上导磁轭、中导磁轭和下 导磁轭的设置方向均与运动方向相平行；上导磁轭、中导磁轭、下导磁轭和两个侧向导磁轭 合围成一矩形导磁轭部件；所述偶数个平板形恒磁永磁体分别设置在导磁轭部件上；所述 控制绕组均勻地绕在中导磁轭的外表面上；所述控制绕组为单相绕组；所述偶数个补偿绕 组分别绕设导磁轭部件上；所述次级采用双边次级，上边次级位于上导磁轭和中导磁轭之 间；下边次级位于下导磁轭和中导磁轭之间；所述上边次级与下边次级的结构相同；所述 上边次级由主永磁体、四根长条形辅助永磁体和永磁体保持架组成；所述主永磁体为平板 形永磁体；四根长条形辅助永磁体以环绕的方式分别设置在主永磁体的四个边上；永磁体 保持架以环绕的方式紧固地装设在四根长条形辅助永磁体的四周；所述功率绕组均勻地分 为多段功率绕组；所述多段功率绕组均勻紧密地缠绕在控制绕组的外表面上；所述每个功 率控制部件的引入端分别与功率绕组的每段功率绕组的引出端相连；所述精密控制部件的 引入端与控制绕组的引出端相连。长行程直流直线电机，它由初级和次级组成；所述初级 与次级之间留有气隙；所述初级由导磁轭部件、四个平板形恒磁永磁体、控制绕组和功率绕 组组成；所述导磁轭部件由上导磁轭、中导磁轭、下导磁轭和两个侧向导磁轭组成；上导磁 轭、中导磁轭和下导磁轭相互平行设置；上导磁轭、中导磁轭和下导磁轭的设置方向均与运 动方向相平行；上导磁轭、中导磁轭、下导磁轭和两个侧向导磁轭合围成一矩形导磁轭部 件；所述两个平板形恒磁永磁体分别装设在上导磁轭与中导磁轭之间的侧向导磁轭上；另 两个平板形恒磁永磁体分别装设在下导磁轭与中导磁轭之间的侧向导磁轭上；所述控制绕组均勻地绕在中导磁轭的外表面上；所述控制绕组为单相绕组；所述功率绕组均勻地分为 多段功率绕组；所述多段功率绕组均分为两组多段功率绕组；一组多段功率绕组均勻紧密 地缠绕在上导磁轭上；另一组多段功率绕组均勻紧密地缠绕在下导磁轭上；所述次级采用 双边次级，上边次级位于上导磁轭和中导磁轭之间；下边次级位于下导磁轭和中导磁轭之 间；所述上边次级与下边次级的结构相同；所述上边次级由主永磁体、四根长条形辅助永 磁体和永磁体保持架组成；所述主永磁体为平板形永磁体；四根长条形辅助永磁体以环绕 的方式分别设置在主永磁体的四个边上；永磁体保持架以环绕的方式紧固地装设在四根长 条形辅助永磁体的四周；装设在上导磁轭与中导磁轭之间的侧向导磁轭上的两个平板形恒 磁永磁体内部磁力线的方向与上边次级中的主永磁体内部磁力线方向相同；装设在下导磁 轭与中导磁轭之间的侧向导磁轭上的两个平板形恒磁永磁体内部磁力线的方向与下边次 级中的主永磁体内部磁力线方向相同。长行程直流直线电机，它由初级和次级组成；所述初级与次级之间留有气隙；所 述初级由导磁轭部件、四个平板形恒磁永磁体、控制绕组、功率绕组和六个补偿绕组组成； 所述导磁轭部件由上导磁轭、两个中导磁轭、下导磁轭和两个侧向导磁轭组成；上导磁轭、 两个中导磁轭和下导磁轭相互平行设置；上导磁轭、中导磁轭和下导磁轭的设置方向均与 运动方向相平行；上导磁轭、两个中导磁轭、下导磁轭和两个侧向导磁轭合围成一日字形 导磁轭部件；所述两个平板形恒磁永磁体分别设置在上导磁轭的两个端部；另外两个平板 形恒磁永磁体分别设置在下导磁轭的两个端部；所述四个平板形恒磁永磁体均采用平行 充磁；所述控制绕组均勻地绕在中导磁轭的外表面上；所述控制绕组为单相绕组；所述功 率绕组均勻地分为多段功率绕组；所述多段功率绕组均勻紧密地缠绕在控制绕组的外表面 上；所述六个补偿绕组分别设置在位于上导磁轭与一个中导磁轭之间的侧向导磁轭上、两 个中导磁轭之间的侧向导磁轭上以及下导磁轭与另一个中导磁轭之间的侧向导磁轭上；所 述次级采用双边次级，上边次级位于上导磁轭和中导磁轭之间；下边次级位于下导磁轭和 中导磁轭之间；所述上边次级与下边次级的结构相同；所述上边次级由主永磁体、四根长 条形辅助永磁体和永磁体保持架组成；所述主永磁体为平板形永磁体；四根长条形辅助永 磁体以环绕的方式分别设置在主永磁体的四个边上；永磁体保持架以环绕的方式紧固地装 设在四根长条形辅助永磁体的四周，装设在上导磁轭上的两个平板形恒磁永磁体内部磁力 线的方向与上边次级中的主永磁体内部磁力线方向相同；装设在下导磁轭上的两个平板形 恒磁永磁体内部磁力线的方向与下边次级中的主永磁体内部磁力线方向相同。本发明所述长行程直流直线电机及其控制系统的优点(1)加减速控制与速度、位置控制采用不同绕组、不同类型的功率放大电路，两种 状态下电机的推力系数不同，既可以实现加减速控制时的大推力、高效率，又可以实现速 度、位置控制时的高精度。(2)加减速时采用功率绕组7分段控制，可以减小绕组电感，提高电流及推力动态 响应。(3)采用恒磁永磁体5，既可以抑制磁路饱和、削弱电枢反应，提高推力的线性度， 又可以减小绕组电感及磁路截面积，提高电流及推力动态响应。(4)通过加补偿绕组8，既可以减小绕组电感，又可以抑制磁场变动引起的推力波动。
(5)通过采用辅助永磁体10，可以提高平均气隙磁密，减小气隙磁密波动。
图1为传统的直流直线电机的结构示意图； 图2为具体实施方式
一中次级的结构示意图； 图3为具体实施方式
二的结构示意图4为具体实施方式
三的结构示意图； 图5为具体实施方式
四的结构示意图； 图6为具体实施方式
五的结构示意图； 图7为具体实施方式
八的结构示意图； 图8为具体实施方式
九的结构示意图； 图9为具体实施方式
十的结构示意图； 图10为具体实施方式
十一的结构示意图； 图11为具体实施方式
十二的结构示意图； 图12为具体实施方式
十三的结构示意图； 图13为两个本发明所述直线电机并联使用的示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图2说明本实施方式，本实施方式由初级和次级组成；所述 初级与次级之间留有气隙；所述初级由导磁轭部件、偶数个平板形恒磁永磁体5、控制绕组 6、功率绕组7和偶数个补偿绕组8组成；所述导磁轭部件由上导磁轭1、中导磁轭2、下导磁轭3和两个侧向导磁轭4组成； 上导磁轭1、中导磁轭2和下导磁轭3相互平行设置；上导磁轭1、中导磁轭2和下导磁轭3 的设置方向均与运动方向相平行；上导磁轭1、中导磁轭2、下导磁轭3和两个侧向导磁轭4 合围成一矩形导磁轭部件；所述偶数个平板形恒磁永磁体5分别设置在导磁轭部件上；所述控制绕组6均勻地绕在中导磁轭2的外表面上；所述控制绕组6为单相绕组；所述功率绕组7均勻地分为多段功率绕组；所述多段功率绕组均勻紧密地缠绕在 控制绕组6的外表面上；所述偶数个补偿绕组8分别绕设导磁轭部件上；所述次级采用双边次级，上边次级位于上导磁轭1和中导磁轭2之间；下边次级位 于下导磁轭3和中导磁轭2之间；所述上边次级与下边次级的结构相同；所述上边次级由 主永磁体9、四根长条形辅助永磁体10和永磁体保持架11组成；所述主永磁体9为平板形 永磁体；四根长条形辅助永磁体10以环绕的方式分别设置在主永磁体9的四个边上；永磁 体保持架11以环绕的方式紧固地装设在四根长条形辅助永磁体10的四周。
具体实施方式
二 结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一不同 点在于所述补偿绕组8的数量为两个；所述两个补偿绕组8分别绕设在中导磁轭2的两个 端部；两个补偿绕组8分别位于控制绕组6两端。其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一不同 点在于所述补偿绕组8的数量为四个；所述四个补偿绕组8均分为两组；一组补偿绕组8分 别装设在上导磁轭1与中导磁轭2之间的两个侧向导磁轭4上；另一组补偿绕组8分别装 设在下导磁轭3与中导磁轭2之间的两个侧向导磁轭4上。其它组成和连接方式与具体实 施方式一相同。
具体实施方式
四结合图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
三不同 点在于所述平板形恒磁永磁体5的数量为两个；所述两个平板形恒磁永磁体5分别设置在 中导磁轭2的两个端部；两个平板形恒磁永磁体5分别位于控制绕组6两端；所述两个平板 形恒磁永磁体5均采用平行充磁；两个平板形恒磁永磁体5内部磁力线的方向均与双边次 级中的主永磁体9内部磁力线方向相同。其它组成和连接方式与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
五结合图6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
三不同 点在于所述平板形恒磁永磁体5的数量为四个；两个平板形恒磁永磁体5分别装设在上导 磁轭1与中导磁轭2之间的侧向导磁轭4上；另两个平板形恒磁永磁体5分别装设在下导 磁轭3与中导磁轭2之间的侧向导磁轭4上；装设在上导磁轭1与中导磁轭2之间的侧向 导磁轭4上的两个平板形恒磁永磁体5内部磁力线的方向与上边次级中的主永磁体9内部 磁力线方向相同；装设在下导磁轭3与中导磁轭2之间的侧向导磁轭4上的两个平板形恒 磁永磁体5内部磁力线的方向与下边次级中的主永磁体9内部磁力线方向相同。其它组成 和连接方式与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
三不同点在于所述平板形恒磁永磁 体5的数量为四个；两个平板形恒磁永磁体5分别装设在上导磁轭1的两个端部；另两个 平板形恒磁永磁体5分别装设在下导磁轭3的两个端部；所述四个平板形恒磁永磁体5均 采用平行充磁；装设在上导磁轭1上的两个平板形恒磁永磁体5内部磁力线的方向与上边 次级中的主永磁体9内部磁力线方向相同；装设在下导磁轭3上的两个平板形恒磁永磁体 5内部磁力线的方向与下边次级中的主永磁体9内部磁力线方向相同。其它组成和连接方 式与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
七本实施方式由初级和次级组成；所述初级与次级之间留有气 隙；所述初级由导磁轭部件、偶数个平板形恒磁永磁体5、控制绕组6和功率绕组7组成；所述导磁轭部件由上导磁轭1、中导磁轭2、下导磁轭3和两个侧向导磁轭4组成；上导磁轭1、中导磁轭2和下导磁轭3相互平行设置；上导磁轭1、中导磁轭2和下 导磁轭3的设置方向均与运动方向相平行；上导磁轭1、中导磁轭2、下导磁轭3和两个侧向 导磁轭4合围成一矩形导磁轭部件；所述偶数个平板形恒磁永磁体5分别设置导磁轭部件上；所述控制绕组6均勻地绕在中导磁轭2的外表面上；所述控制绕组6为单相绕组；所述功率绕组7均勻地分为多段功率绕组；所述多段功率绕组均勻紧密地缠绕在 控制绕组6的外表面上；所述次级采用双边次级，上边次级位于上导磁轭1和中导磁轭2之间；下边次级位 于下导磁轭3和中导磁轭2之间；
所述上边次级与下边次级的结构相同；所述上边次级由主永磁体9、四根长条形 辅助永磁体10和永磁体保持架11组成；所述主永磁体9为平板形永磁体；四根长条形辅助永磁体10以环绕的方式分别设 置在主永磁体9的四个边上；永磁体保持架11以环绕的方式紧固地装设在四根长条形辅助 永磁体10的四周。
具体实施方式
八结合图7说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
七不同 点在于平板形恒磁永磁体5的数量为两个；所述两个平板形恒磁永磁体5分别设置在中导 磁轭2的两个端部；两个平板形恒磁永磁体5分别位于控制绕组6两端；所述两个平板形恒 磁永磁体5均采用平行充磁；两个平板形恒磁永磁体5内部磁力线的方向均与双边次级中 的主永磁体9内部磁力线方向相同。其它组成和连接方式与具体实施方式
七相同。
具体实施方式
九结合图8说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
七不同 点在于平板形恒磁永磁体5的数量为四个；两个平板形恒磁永磁体5分别装设在上导磁 轭1的两个端部；另两个平板形恒磁永磁体5分别装设在下导磁轭3的两个端部；所述四个 平板形恒磁永磁体5均采用平行充磁；装设在上导磁轭1上的两个平板形恒磁永磁体5内 部磁力线的方向与上边次级中的主永磁体9内部磁力线方向相同；装设在下导磁轭3上的 两个平板形恒磁永磁体5内部磁力线的方向与下边次级中的主永磁体9内部磁力线方向相 同。其它组成和连接方式与具体实施方式
七相同。
具体实施方式
十结合图9说明本实施方式，本实施方式由初级和次级组成；所述 初级与次级之间留有气隙；所述初级由导磁轭部件、四个平板形恒磁永磁体5、控制绕组6和功率绕组7组 成；所述导磁轭部件由上导磁轭1、中导磁轭2、下导磁轭3和两个侧向导磁轭4组成； 上导磁轭1、中导磁轭2和下导磁轭3相互平行设置；上导磁轭1、中导磁轭2和下导磁轭3 的设置方向均与运动方向相平行；上导磁轭1、中导磁轭2、下导磁轭3和两个侧向导磁轭4 合围成一矩形导磁轭部件； 所述两个平板形恒磁永磁体5分别装设在上导磁轭1与中导磁轭2之间的侧向导 磁轭4上；另两个平板形恒磁永磁体5分别装设在下导磁轭3与中导磁轭2之间的侧向导 磁轭4上；所述控制绕组6均勻地绕在中导磁轭2的外表面上；所述控制绕组6为单相绕组；所述功率绕组7均勻地分为多段功率绕组；所述多段功率绕组均分为两组多段功 率绕组；一组多段功率绕组均勻紧密地缠绕在上导磁轭1上；另一组多段功率绕组均勻紧 密地缠绕在下导磁轭3上；所述次级采用双边次级，上边次级位于上导磁轭1和中导磁轭2之间；下边次级位 于下导磁轭3和中导磁轭2之间；所述上边次级与下边次级的结构相同；所述上边次级由 主永磁体9、四根长条形辅助永磁体10和永磁体保持架11组成；所述主永磁体9为平板形 永磁体；四根长条形辅助永磁体10以环绕的方式分别设置在主永磁体9的四个边上；永磁体保持架11以环绕的方式紧固地装设在四根长条形辅助永磁体10的四周；装设在上导磁轭1与中导磁轭2之间的侧向导磁轭4上的两个平板形恒磁永磁体 5内部磁力线的方向与上边次级中的主永磁体9内部磁力线方向相同；装设在下导磁轭3 与中导磁轭2之间的侧向导磁轭4上的两个平板形恒磁永磁体5内部磁力线的方向与下边 次级中的主永磁体9内部磁力线方向相同。
具体实施方式
i^一 结合图10说明本实施方式，本实施方式由初级和次级组成； 所述初级与次级之间留有气隙；所述初级由导磁轭部件、四个平板形恒磁永磁体5、控制绕组6、功率绕组7和六个 补偿绕组8组成；所述导磁轭部件由上导磁轭1、两个中导磁轭2、下导磁轭3和两个侧向导磁轭4 组成；上导磁轭1、两个中导磁轭2和下导磁轭3相互平行设置；上导磁轭1、中导磁轭2 和下导磁轭3的设置方向均与运动方向相平行；上导磁轭1、两个中导磁轭2、下导磁轭3和 两个侧向导磁轭4合围成一日字形导磁轭部件；所述两个平板形恒磁永磁体5分别设置在上导磁轭1的两个端部；另外两个平板 形恒磁永磁体5分别设置在下导磁轭3的两个端部；所述四个平板形恒磁永磁体5均采用平行充磁；所述控制绕组6均勻地绕在中导磁轭2的外表面上；所述控制绕组6为单相绕组；所述功率绕组7均勻地分为多段功率绕组；所述多段功率绕组均勻紧密地缠绕在 控制绕组6的外表面上；所述六个补偿绕组8分别设置在位于上导磁轭1与一个中导磁轭2之间的侧向导 磁轭4上、两个中导磁轭2之间的侧向导磁轭4上以及下导磁轭3与另一个中导磁轭2之 间的侧向导磁轭4上；所述次级采用双边次级，上边次级位于上导磁轭1和中导磁轭2之间；下边次级位 于下导磁轭3和中导磁轭2之间；所述上边次级与下边次级的结构相同；所述上边次级由主永磁体9、四根长条形 辅助永磁体10和永磁体保持架11组成；所述主永磁体9为平板形永磁体；四根长条形辅助永磁体10以环绕的方式分别设 置在主永磁体9的四个边上；永磁体保持架11以环绕的方式紧固地装设在四根长条形辅助 永磁体10的四周，装设在上导磁轭1上的两个平板形恒磁永磁体5内部磁力线的方向与上边次级中 的主永磁体9内部磁力线方向相同；装设在下导磁轭3上的两个平板形恒磁永磁体5内部 磁力线的方向与下边次级中的主永磁体9内部磁力线方向相同。
具体实施方式
十二 结合图11说明本实施方式，具体实施方式
一所述的长行程直 流直线电机的控制系统，所述控制系统由长行程直流直线电机、精密控制部件12、多个切换 开关13和功率控制部件14组成；所述长行程直流直线电机由初级和次级组成；所述初级 与次级之间留有气隙；所述初级由导磁轭部件、偶数个平板形恒磁永磁体5、控制绕组6、功 率绕组7和偶数个补偿绕组8组成；
所述导磁轭部件由上导磁轭1、中导磁轭2、下导磁轭3和两个侧向导磁轭4组成； 上导磁轭1、中导磁轭2和下导磁轭3相互平行设置；上导磁轭1、中导磁轭2和下导磁轭3 的设置方向均与运动方向相平行；上导磁轭1、中导磁轭2、下导磁轭3和两个侧向导磁轭4 合围成一矩形导磁轭部件；所述偶数个平板形恒磁永磁体5分别设置在导磁轭部件上；所述控制绕组6均勻地绕在中导磁轭2的外表面上；所述控制绕组6为单相绕组；所述偶数个补偿绕组8分别绕设导磁轭部件上；所述次级采用双边次级，上边次级位于上导磁轭1和中导磁轭2之间；下边次级 位于下导磁轭3和中导磁轭2之间；所述上边次级与下边次级的结构相同；所述上边次级 由主永磁体9、四根长条形辅助永磁体10和永磁体保持架11组成；所述主永磁体9为平板 形永磁体；四根长条形辅助永磁体10以环绕的方式分别设置在主永磁体9的四个边上；永 磁体保持架11以环绕的方式紧固地装设在四根长条形辅助永磁体10的四周；所述功率绕 组7均勻地分为多段功率绕组；所述多段功率绕组均勻紧密地缠绕在控制绕组6的外表面 上；所述功率控制部件14的引入端通过多个切换开关13同时与功率绕组7的每段功 率绕组的引出端相连；所述精密控制部件12的引入端与控制绕组6的引出端相连。功率控制器采用PWM驱动控制器，精密控制器采用线性驱动控制器。
具体实施方式
十三结合图12说明本实施方式，具体实施方式
一所述的长行程直 流直线电机的控制系统，所述控制系统由长行程直流直线电机、精密控制部件12和多个功 率控制部件14组成；所述长行程直流直线电机由初级和次级组成；所述初级与次级之间留 有气隙；所述初级由导磁轭部件、偶数个平板形恒磁永磁体5、控制绕组6、功率绕组7和偶 数个补偿绕组8组成；所述导磁轭部件由上导磁轭1、中导磁轭2、下导磁轭3和两个侧向导磁轭4组成； 上导磁轭1、中导磁轭2和下导磁轭3相互平行设置；上导磁轭1、中导磁轭2和下导磁轭3 的设置方向均与运动方向相平行；上导磁轭1、中导磁轭2、下导磁轭3和两个侧向导磁轭4 合围成一矩形导磁轭部件；所述偶数个平板形恒磁永磁体5分别设置在导磁轭部件上；所述控制绕组6均勻地绕在中导磁轭2的外表面上；所述控制绕组6为单相绕组；所述偶数个补偿绕组8分别绕设导磁轭部件上；所述次级采用双边次级，上边次级位于上导磁轭1和中导磁轭2之间；下边次级 位于下导磁轭3和中导磁轭2之间；所述上边次级与下边次级的结构相同；所述上边次级 由主永磁体9、四根长条形辅助永磁体10和永磁体保持架11组成；所述主永磁体9为平板 形永磁体；四根长条形辅助永磁体10以环绕的方式分别设置在主永磁体9的四个边上；永 磁体保持架11以环绕的方式紧固地装设在四根长条形辅助永磁体10的四周；所述功率绕 组7均勻地分为多段功率绕组；所述多段功率绕组均勻紧密地缠绕在控制绕组6的外表面 上；
所述每个功率控制部件14的引入端分别与功率绕组7的每段功率绕组的引出端 相连；所述精密控制部件12的引入端与控制绕组6的引出端相连。功率控制器采用PWM驱 动控制器，精密控制器采用线性驱动控制器。
具体实施方式
十四具体实施方式
九所述的长行程直流直线电机的控制系统，所 述控制系统由长行程直流直线电机、精密控制部件12、多个切换开关13和功率控制部件14 组成；所述长行程直流直线电机由初级和次级组成；所述初级与次级之间留有气隙；所述 初级由导磁轭部件、偶数个平板形恒磁永磁体5、控制绕组6、功率绕组7和偶数个补偿绕组 8组成；所述导磁轭部件由上导磁轭1、中导磁轭2、下导磁轭3和两个侧向导磁轭4组成； 上导磁轭1、中导磁轭2和下导磁轭3相互平行设置；上导磁轭1、中导磁轭2和下导磁轭3 的设置方向均与运动方向相平行；上导磁轭1、中导磁轭2、下导磁轭3和两个侧向导磁轭4 合围成一矩形导磁轭部件；所述偶数个平板形恒磁永磁体5分别设置在导磁轭部件上；所述控制绕组6均勻地绕在中导磁轭2的外表面上；所述控制绕组6为单相绕组；所述偶数个补偿绕组8分别绕设导磁轭部件上；所述次级采用双边次级，上边次级位于上导磁轭1和中导磁轭2之间；下边次级 位于下导磁轭3和中导磁轭2之间；所述上边次级与下边次级的结构相同；所述上边次级 由主永磁体9、四根长条形辅助永磁体10和永磁体保持架11组成；所述主永磁体9为平板 形永磁体；四根长条形辅助永磁体10以环绕的方式分别设置在主永磁体9的四个边上；永 磁体保持架11以环绕的方式紧固地装设在四根长条形辅助永磁体10的四周；所述功率绕 组7均勻地分为多段功率绕组；所述多段功率绕组均勻紧密地缠绕在控制绕组6的外表面 上；所述功率控制部件14的引入端通过多个切换开关13同时与功率绕组7的每段功 率绕组的引出端相连；所述精密控制部件12的引入端与控制绕组6的引出端相连。功率控制器采用PWM驱动控制器，精密控制器采用线性驱动控制器。
具体实施方式
十五具体实施方式
九所述的长行程直流直线电机的控制系统，其 特征在于所述控制系统由长行程直流直线电机、精密控制部件12和多个功率控制部件14 组成；所述长行程直流直线电机由初级和次级组成；所述初级与次级之间留有气隙；所述 初级由导磁轭部件、偶数个平板形恒磁永磁体5、控制绕组6、功率绕组7和偶数个补偿绕组 8组成；所述导磁轭部件由上导磁轭1、中导磁轭2、下导磁轭3和两个侧向导磁轭4组成； 上导磁轭1、中导磁轭2和下导磁轭3相互平行设置；上导磁轭1、中导磁轭2和下导磁轭3 的设置方向均与运动方向相平行；上导磁轭1、中导磁轭2、下导磁轭3和两个侧向导磁轭4 合围成一矩形导磁轭部件；所述偶数个平板形恒磁永磁体5分别设置在导磁轭部件上；所述控制绕组6均勻地绕在中导磁轭2的外表面上；所述控制绕组6为单相绕组；
所述偶数个补偿绕组8分别绕设导磁轭部件上；所述次级采用双边次级，上边次级位于上导磁轭1和中导磁轭2之间；下边次级 位于下导磁轭3和中导磁轭2之间；所述上边次级与下边次级的结构相同；所述上边次级 由主永磁体9、四根长条形辅助永磁体10和永磁体保持架11组成；所述主永磁体9为平板 形永磁体；四根长条形辅助永磁体10以环绕的方式分别设置在主永磁体9的四个边上；永 磁体保持架11以环绕的方式紧固地装设在四根长条形辅助永磁体10的四周；所述功率绕 组7均勻地分为多段功率绕组；所述多段功率绕组均勻紧密地缠绕在控制绕组6的外表面 上；所述每个功率控制部件14的引入端分别与功率绕组7的每段功率绕组的引出端 相连；所述精密控制部件12的引入端与控制绕组6的引出端相连。功率控制器采用PWM 驱动控制器，精密控制器采用线性驱动控制器。本发明所述长行程直流直线电机不但可以单机使用，还可以多级并联使用，如图 13所示，以满足使用者对电机大推力输出等需求。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱 离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明所提交 的权利要求书确定的专利保护范围。
权利要求
1.长行程直流直线电机，其特征在于它由初级和次级组成；所述初级与次级之间留有 气隙；所述初级由导磁轭部件、偶数个平板形恒磁永磁体(5)、控制绕组(6)、功率绕组(7) 和偶数个补偿绕组⑶组成；所述导磁轭部件由上导磁轭(1)、中导磁轭O)、下导磁轭⑶ 和两个侧向导磁轭(4)组成；上导磁轭(1)、中导磁轭( 和下导磁轭C3)相互平行设置；上 导磁轭(1)、中导磁轭( 和下导磁轭C3)的设置方向均与运动方向相平行；上导磁轭(1)、 中导磁轭( 、下导磁轭( 和两个侧向导磁轭(4)合围成一矩形导磁轭部件；所述偶数个 平板形恒磁永磁体( 分别设置在导磁轭部件上；所述控制绕组(6)均勻地绕在中导磁轭 (2)的外表面上；所述控制绕组(6)为单相绕组；所述功率绕组(7)均勻地分为多段功率绕 组；所述多段功率绕组均勻紧密地缠绕在控制绕组(6)的外表面上；所述偶数个补偿绕组 (8)分别绕设导磁轭部件上；所述次级采用双边次级，上边次级位于上导磁轭(1)和中导磁 轭(2)之间；下边次级位于下导磁轭C3)和中导磁轭( 之间；所述上边次级与下边次级 的结构相同；所述上边次级由主永磁体(9)、四根长条形辅助永磁体(10)和永磁体保持架 (11)组成；所述主永磁体(9)为平板形永磁体；四根长条形辅助永磁体(10)分别以环绕的 方式设置在主永磁体(9)的四个边上；永磁体保持架(11)以环绕的方式紧固地装设在四根 长条形辅助永磁体(10)的四周。
2.根据权利要求1所述的长行程直流直线电机，其特征在于所述补偿绕组(8)的数量 为两个；所述两个补偿绕组(8)分别绕设在中导磁轭( 的两个端部；两个补偿绕组(8)分 别位于控制绕组(6)两端。
3.根据权利要求1所述的长行程直流直线电机，其特征在于所述补偿绕组(8)的数量 为四个；所述四个补偿绕组(8)均分为两组；一组补偿绕组(8)分别装设在上导磁轭(1)与 中导磁轭( 之间的两个侧向导磁轭(4)上；另一组补偿绕组(8)分别装设在下导磁轭(3) 与中导磁轭O)之间的两个侧向导磁轭上。
4.根据权利要求3所述的长行程直流直线电机，其特征在于所述平板形恒磁永磁体 (5)的数量为两个；所述两个平板形恒磁永磁体( 分别设置在中导磁轭( 的两个端部； 两个平板形恒磁永磁体( 分别位于控制绕组(6)两端；所述两个平板形恒磁永磁体(5) 均采用平行充磁；两个平板形恒磁永磁体(5)内部磁力线的方向均与双边次级中的主永磁 体(9)内部磁力线方向相同。
5.根据权利要求3所述的长行程直流直线电机，其特征在于所述平板形恒磁永磁体 (5)的数量为四个；两个平板形恒磁永磁体( 分别装设在上导磁轭(1)与中导磁轭(2) 之间的侧向导磁轭(4)上；另两个平板形恒磁永磁体( 分别装设在下导磁轭(3)与中导 磁轭⑵之间的侧向导磁轭⑷上；装设在上导磁轭(1)与中导磁轭⑵之间的侧向导磁 轭(4)上的两个平板形恒磁永磁体(5)内部磁力线的方向与上边次级中的主永磁体(9)内 部磁力线方向相同；装设在下导磁轭⑶与中导磁轭⑵之间的侧向导磁轭⑷上的两个 平板形恒磁永磁体(5)内部磁力线的方向与下边次级中的主永磁体(9)内部磁力线方向相 同。
6.根据权利要求3所述的长行程直流直线电机，其特征在于所述平板形恒磁永磁体 (5)的数量为四个；两个平板形恒磁永磁体( 分别装设在上导磁轭(1)的两个端部；另两 个平板形恒磁永磁体( 分别装设在下导磁轭(3)的两个端部；所述四个平板形恒磁永磁 体(5)均采用平行充磁；装设在上导磁轭(1)上的两个平板形恒磁永磁体(5)内部磁力线的方向与上边次级中的主永磁体(9)内部磁力线方向相同；装设在下导磁轭C3)上的两个 平板形恒磁永磁体(5)内部磁力线的方向与下边次级中的主永磁体(9)内部磁力线方向相 同。
7.长行程直流直线电机，其特征在于它由初级和次级组成；所述初级与次级之间留有 气隙；所述初级由导磁轭部件、四个平板形恒磁永磁体(5)、控制绕组(6)和功率绕组(7) 组成；所述导磁轭部件由上导磁轭(1)、中导磁轭O)、下导磁轭C3)和两个侧向导磁轭(4) 组成；上导磁轭(1)、中导磁轭( 和下导磁轭C3)相互平行设置；上导磁轭(1)、中导磁轭 (2)和下导磁轭(3)的设置方向均与运动方向相平行；上导磁轭(1)、中导磁轭O)、下导磁 轭C3)和两个侧向导磁轭(4)合围成一矩形导磁轭部件；所述两个平板形恒磁永磁体(5) 分别装设在上导磁轭(1)与中导磁轭( 之间的侧向导磁轭(4)上；另两个平板形恒磁永 磁体(5)分别装设在下导磁轭(3)与中导磁轭(2)之间的侧向导磁轭⑷上；所述控制绕 组(6)均勻地绕在中导磁轭( 的外表面上；所述控制绕组(6)为单相绕组；所述功率绕组 (7)均勻地分为多段功率绕组；所述多段功率绕组均分为两组多段功率绕组；一组多段功 率绕组均勻紧密地缠绕在上导磁轭(1)上；另一组多段功率绕组均勻紧密地缠绕在下导磁 轭C3)上；所述次级采用双边次级，上边次级位于上导磁轭(1)和中导磁轭( 之间；下边 次级位于下导磁轭(3)和中导磁轭(2)之间；所述上边次级与下边次级的结构相同；所述 上边次级由主永磁体(9)、四根长条形辅助永磁体(10)和永磁体保持架(11)组成；所述主 永磁体(9)为平板形永磁体；四根长条形辅助永磁体(10)以环绕的方式分别设置在主永磁 体(9)的四个边上；永磁体保持架(11)以环绕的方式紧固地装设在四根长条形辅助永磁体 (10)的四周；装设在上导磁轭⑴与中导磁轭(2)之间的侧向导磁轭⑷上的两个平板形 恒磁永磁体(5)内部磁力线的方向与上边次级中的主永磁体(9)内部磁力线方向相同；装 设在下导磁轭⑶与中导磁轭⑵之间的侧向导磁轭⑷上的两个平板形恒磁永磁体(5) 内部磁力线的方向与下边次级中的主永磁体(9)内部磁力线方向相同。
8.长行程直流直线电机，其特征在于它由初级和次级组成；所述初级与次级之间留有 气隙；所述初级由导磁轭部件、四个平板形恒磁永磁体(5)、控制绕组(6)、功率绕组(7)和 六个补偿绕组(8)组成；所述导磁轭部件由上导磁轭(1)、两个中导磁轭O)、下导磁轭(3) 和两个侧向导磁轭⑷组成；上导磁轭(1)、两个中导磁轭⑵和下导磁轭(3)相互平行设 置；上导磁轭(1)、中导磁轭( 和下导磁轭(3)的设置方向均与运动方向相平行；上导磁 轭(1)、两个中导磁轭O)、下导磁轭C3)和两个侧向导磁轭(4)合围成一日字形导磁轭部 件；所述两个平板形恒磁永磁体( 分别设置在上导磁轭(1)的两个端部；另外两个平板 形恒磁永磁体( 分别设置在下导磁轭(3)的两个端部；所述四个平板形恒磁永磁体(5) 均采用平行充磁；所述控制绕组(6)均勻地绕在中导磁轭O)的外表面上；所述控制绕组 (6)为单相绕组；所述功率绕组(7)均勻地分为多段功率绕组；所述多段功率绕组均勻紧密 地缠绕在控制绕组(6)的外表面上；所述六个补偿绕组(8)分别设置在位于上导磁轭(1) 与一个中导磁轭(2)之间的侧向导磁轭(4)上、两个中导磁轭(2)之间的侧向导磁轭(4) 上以及下导磁轭(3)与另一个中导磁轭( 之间的侧向导磁轭(4)上；所述次级采用双边 次级，上边次级位于上导磁轭(1)和中导磁轭( 之间；下边次级位于下导磁轭C3)和中导 磁轭( 之间；所述上边次级与下边次级的结构相同；所述上边次级由主永磁体(9)、四根 长条形辅助永磁体(10)和永磁体保持架(11)组成；所述主永磁体(9)为平板形永磁体；四根长条形辅助永磁体(10)以环绕的方式分别设置在主永磁体(9)的四个边上；永磁体保持 架(11)以环绕的方式紧固地装设在四根长条形辅助永磁体(10)的四周，装设在上导磁轭 (1)上的两个平板形恒磁永磁体(5)内部磁力线的方向与上边次级中的主永磁体(9)内部 磁力线方向相同；装设在下导磁轭C3)上的两个平板形恒磁永磁体(5)内部磁力线的方向 与下边次级中的主永磁体(9)内部磁力线方向相同。
9.如权利要求1所述的长行程直流直线电机的控制系统，其特征在于所述控制系统由 长行程直流直线电机、精密控制部件(12)、多个切换开关(13)和功率控制部件(14)组成； 所述长行程直流直线电机由初级和次级组成；所述初级与次级之间留有气隙；所述初级由 导磁轭部件、偶数个平板形恒磁永磁体(5)、控制绕组(6)、功率绕组(7)和偶数个补偿绕组 (8)组成；所述导磁轭部件由上导磁轭(1)、中导磁轭O)、下导磁轭C3)和两个侧向导磁轭 (4)组成；上导磁轭(1)、中导磁轭( 和下导磁轭C3)相互平行设置；上导磁轭(1)、中导 磁轭( 和下导磁轭(3)的设置方向均与运动方向相平行；上导磁轭(1)、中导磁轭O)、 下导磁轭( 和两个侧向导磁轭(4)合围成一矩形导磁轭部件；所述偶数个平板形恒磁永 磁体( 分别设置在导磁轭部件上；所述控制绕组(6)均勻地绕在中导磁轭O)的外表面 上；所述控制绕组(6)为单相绕组；所述偶数个补偿绕组(8)分别绕设导磁轭部件上；所述 次级采用双边次级，上边次级位于上导磁轭(1)和中导磁轭( 之间；下边次级位于下导磁 轭C3)和中导磁轭( 之间；所述上边次级与下边次级的结构相同；所述上边次级由主永 磁体(9)、四根长条形辅助永磁体(10)和永磁体保持架(11)组成；所述主永磁体(9)为平 板形永磁体；四根长条形辅助永磁体(10)以环绕的方式分别设置在主永磁体(9)的四个边 上；永磁体保持架(11)以环绕的方式紧固地装设在四根长条形辅助永磁体(10)的四周； 所述功率绕组(7)均勻地分为多段功率绕组；所述多段功率绕组均勻紧密地缠绕在控制绕 组(6)的外表面上；所述功率控制部件(14)的引入端通过多个切换开关(13)同时与功率 绕组(7)的每段功率绕组的引出端相连；所述精密控制部件(1 的引入端与控制绕组(6) 的引出端相连。
10.如权利要求1所述的长行程直流直线电机的控制系统，其特征在于所述控制系统 由长行程直流直线电机、精密控制部件(1 和多个功率控制部件(14)组成；所述长行程直 流直线电机由初级和次级组成；所述初级与次级之间留有气隙；所述初级由导磁轭部件、 偶数个平板形恒磁永磁体( 、控制绕组(6)、功率绕组(7)和偶数个补偿绕组(8)组成；所 述导磁轭部件由上导磁轭(1)、中导磁轭( 、下导磁轭C3)和两个侧向导磁轭(4)组成；上 导磁轭(1)、中导磁轭( 和下导磁轭C3)相互平行设置；上导磁轭(1)、中导磁轭(2)和 下导磁轭(3)的设置方向均与运动方向相平行；上导磁轭(1)、中导磁轭O)、下导磁轭(3) 和两个侧向导磁轭(4)合围成一矩形导磁轭部件；所述偶数个平板形恒磁永磁体( 分别 设置在导磁轭部件上；所述控制绕组(6)均勻地绕在中导磁轭O)的外表面上；所述控制 绕组(6)为单相绕组；所述偶数个补偿绕组(8)分别绕设导磁轭部件上；所述次级采用双 边次级，上边次级位于上导磁轭(1)和中导磁轭( 之间；下边次级位于下导磁轭(3)和 中导磁轭( 之间；所述上边次级与下边次级的结构相同；所述上边次级由主永磁体(9)、 四根长条形辅助永磁体(10)和永磁体保持架(11)组成；所述主永磁体(9)为平板形永磁 体；四根长条形辅助永磁体(10)以环绕的方式分别设置在主永磁体(9)的四个边上；永磁 体保持架(11)以环绕的方式紧固地装设在四根长条形辅助永磁体(10)的四周；所述功率绕组(7)均勻地分为多段功率绕组；所述多段功率绕组均勻紧密地缠绕在控制绕组(6)的 外表面上；所述每个功率控制部件(14)的引入端分别与功率绕组(7)的每段功率绕组的引 出端相连；所述精密控制部件(1 的引入端与控制绕组(6)的引出端相连。
全文摘要
长行程直流直线电机及其控制系统，涉及直线电机。它为解决传统直流直线电机及其控制系统存在的只有一套绕组和一个驱动控制器，难以同时实现大功率与高精度的问题而提出。偶数个平板形恒磁永磁体分别设置在导磁轭部件上；控制绕组均匀地绕在中导磁轭的外表面上；多段功率绕组均匀紧密地缠绕在控制绕组的外表面上；偶数个补偿绕组分别绕设导磁轭部件上；次级采用双边次级，主永磁体为平板形永磁体；四根长条形辅助永磁体分别设置在主永磁体的四个边上；永磁体保持架紧固地装设在四根长条形辅助永磁体的四周。它可实现加减速控制时的大推力、高效率，实现速度、位置控制时的高精度，提高电流及推力动态响应等优点。它可适用于各种直流直线控制系统。
文档编号H02P25/08GK102097916SQ20111007416
公开日2011年6月15日 申请日期2011年3月25日 优先权日2011年3月25日
发明者寇宝泉, 张赫, 张鲁 申请人:哈尔滨工业大学