具有线性直接驱动装置的木工机床的制作方法

专利名称：具有线性直接驱动装置的木工机床的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有至少一个线性直接驱动装置的木工机床，所述线性 直接驱动装置具有一初级部分与一次级部分。
背景技术：
木工机床上会发生大量线性运动。例如迄今为止通过传统驱动技术和枳j 械传动单元(例如传动机构、与齿条啮合的小齿轮和滚珠丝杠)实现的工件 输送和工件加工、工具进给和辅料供给。这些机械传动单元容易受到机械磨 损，因而需要加大维护力度，必要时需要对其进行维修或更换。由于加工剩余物(例如碎屑或灰尘)和侵蚀性加工环境(例如残留的润 滑剂、胶合剂或密封材料)而产生的污染同样也会大幅降低所能达到的精度 和力求达到的加工速度。就传统驱动技术而言，已知的直线电动机由于其所需的外部测量系统容 易受到干扰、其直线驱动装置具有不利的经济特性(例如石兹体成本较大)而 在应用方面已逐渐退居次位。障碍主要在于木工机床的移动行程太长以及由 此而引起的直线驱动系统成本太高。发明内容从上述内容出发，本发明的目的是提供一种木工机床，这种木工机床不 仅能达到传统驱动系统所能达到的精度和加工速度，还能减小传统驱动系统 的易受干扰性和维护强度。这个目的通过一种具有至少一个线性直接驱动装置的木工机床而达成， 所述线性直接驱动装置具有一初级部分与一次级部分，所述初级部分具有一电激励装置与一磁激励装置，所述次级部分具有用于提供一磁回路(magnetic return path)的构件，并不具有》兹源，其中，所述初级部分和/或次级部分适 用于引导或进给一工件和/或引导或进给一用于对所述工件进行加工的工具。 在一具有一初级部分与 一次级部分的本发明的电才几中，所述初级部分实 施为具有两个用于产生一^f兹场的构件。所述次级部分不具有用于产生一-兹场 的构件。初级部分具有一用于产生一》兹场的第一构件与一用于产生一磁场的 其他构件，其中，所述用于产生一^f兹场的第一构件可加载一交流电压或一交 流。所述用于产生一磁场(一第一磁场)的第一构件例如为一绕组。所述用 于产生一磁场(一激励磁场)的其他构件是一可以用来产生一其他磁场的构 件，所述的其他磁场至少为 一第二磁场。引起所述其他磁场的场激励在工作中不发生变化，即保持恒定，是有利 的。这种用于产生其他/磁场的其他构件例如为一永磁体或一加载有一恒定电 流或可加载一恒定电流的绕组。所述用于产生一其他磁场的其他构件有利地 具有大量用于产生一异极磁场激励的其他构件。用于产生一第一磁场的第一构件例如为一线圈绕组，其中，从所述线圈 出发或进入所述线圈的第一磁场这样导向用于产生其他磁场的其他构件(即 第二、第三等构件)，使得至少两个用于产生其他磁场的其他构件位于第一 磁场的磁场范围内，从而可以实现两个》兹场的交互作用。用于产生其他磁场 的其他构件有利地具有大量彼此相反的磁化方向，借此可实现一异极磁化布 置。具有一初级部分与一次级部分的线性直接驱动装置，其中，所述初级部 分具有一用于产生一第一;兹场的第一构件，所述次级部分具有一用于引导所 述J兹场的构件，所述电才几建构为，初级部分具有至少两个用于产生至少两个 其他磁场的其他构件，其中，所述用于产生第一磁场的第一构件相对于所述用于产生其他磁场的其他构件的布置方案为，可实现所述第一磁场与所述其第一磁场的叠力口。采取这种建构方式的线性直接驱动装置的优点在于，电机的次级部分不 具有用于产生磁场的有效构件。这种电机的次级部分只具有一用于引导磁场 的构件，因而易于制造，且成本低廉。次级部分例如实施为叠片结构，借此 可防止满流的出现。使用软铁部件建构初级部分和次级部分是有利的。这些部件的叠片结构 可减少涡流。根据其他实施方式，所述软铁部件也可实施为实心部件和/或所 谓的粉末沖压件。所述线性直接驱动装置有利地为一同步电机，其中，所述初级部分具有 一用于产生一第一磁场的第一构件与一用于产生一其他磁场的其他构件，其 中，所述第一构件为一绕组，所述其他构件为至少一个永磁体。所述其他构件特别由数目众多的构件，即大量永磁体构成。根据本发明的电机的这种具 体实施例，所有用于产生一磁场的构件均位于初级部分中。次级部分只具有 一用于引导磁场的构件，且例如实施为在朝向初级部分的表面上具有多个 齿。所述构件特别为一含铁构件，例如一叠片组。次级部分和/或初级部分例如实施为具有多个齿。次级部分的齿距与初级 部分的齿距或磁距既可以相同，也可以不同。举例而言，当齿距相同时，所 述直接驱动装置的一电动机相上的线圈成为一线圈组，并与其他电动机相上的其他线圈组之间具有一为3607m的偏移。"m，，表示相数。次级部分的齿 距(Tau_SeK)规定电机的极距(Tau_p )，即Tau—zahn,sek = 2*Tau_p。根据本发明的木工机床的一实施方式，次级部分的齿距例如A初级部分 的石兹距的整数倍。但所述木工机床也可建构为，次级部分的齿距并非为初级 部分的磁距的整数倍。4在所述实施为直线电动机的线性直接驱动装置中，永-兹体例如整合在直 线电动机的一带有线圈的初级部分中。这种构造特别在移动行程较长时具有 成本方面的优势。在此情况下，直线电动机的次级部分例如只由一铁制反应 库九构成，这一铁制反应库九也可为所述木工才几床的一组成部分。这种直线电动机之所以具有成本优势的原因是，迄今为止，作为同步直 线电动才几的直线电动才几具有一可用电激励的初级部分，所述初级部分位于一 配有永^磁体的次级部分的相对侧。其中既可采用长定子结构，也可采用短定 子结构。其中一种情况需要大量的铜，另一种情况则需要大量磁性材料。二 者所需成本都很高。安装在已知直线电动机的次级部分中的永磁体构成一外露段。必须在整个长度范围内防止石兹体(永;f兹体)受到例如为碎屑、油或其 他杂质的环境因素的影响，这种保护措施花费高昂。此外，由于永-兹体具有 强大的吸力，因此必须在次级部分的长度范围内注意人员保护问题。这种保 护措施也需要一定费用，且需要技术上的投入。借助本发明的木工机床的线 性直接驱动装置的次级部分可显著降低上述费用。根据本发明，永磁体可整合在初级部分中，由此可将线圈(绕组)和磁 体(永磁体)安装在所述线性直接驱动装置的同一部分(初级部分)中。与 已知的电动机原理相比，短定子结构所需的磁性材料少很多。由于迄今为止 初级部分上一直在采取防止环境因素影响的保护措施和人员保护措施，因此 在将磁体整合到初级部分中时无需再使用附加的保护装置。次级部分有利地 只由一不会引发危险的铁制反应轨构成。所述木工机床的线性直接驱动装置有利地为一同步电机。同步电机可精 确调节，并可满足移动精确度和定位精确度方面的高要求。通过采用本发明 简单而紧凑的结构，可使同步电机获得上文所述的各方面优点。可用已知方法来减少止动转矩。所述的已知方法例如为斜扭永磁体、斜扭齿、将齿建构在初级部分的端面上。根据另一有利具体实施例，嵌入在由软磁材料制成的磁路部分中的用于 产生一磁场的其他构件(例如一永磁体)采取通量集中的布置方式。通量集 中的布置方式可使电机获得高磁负载。所述"嵌入"指的是永磁体在软磁材 料中的这样一种定位，永磁体的有磁场发出的边侧全部或部分地连接有一软 磁材料。根据另一具体实施例，所述线性直接驱动装置的次级部分具有至少一个 用于提供一磁回路的构件。所述构件例如为一叠片组。此外，次级部分有利 地建构为不具有磁源。磁源例如为永磁体或通流(通电流的)绕组。根据一有利实施方式，初级部分采用模块式结构。通过齿的数量或相应 的绕组可改变所述直接驱动装置的长度，从而与木工机床的要求相匹配。由 此可对电动机的公称力进行匹配。根据另一具体实施例，次级部分中交替出现磁化率不同的区域。例如一 可用铁制成的软磁材料与空气或塑料之间存在不同的磁化率。借助所述的交 替区域可在次级部分中？ 1导磁场。
根据另一实施方式，次级部分实施为具有多个朝向初级部分的齿。由此 可在次级部分内部通过齿和可能存在的磁扼来引导主磁通。在借助齿来引导 磁通时，每次例如只能通过一个齿或至少两个齿来引导磁通。根据另 一有利具体实施例，例如也可称为横条的齿之间的间隙中有充填 物。所述充填物例如为塑料。借助充填物，齿之间就不会有污垢聚集。在此 情况下，外观也较为平整。此外还存在磁性差别。用于产生一第 一磁场的第 一构件有利地为 一可加载电流的绕组。 一 电机 或所述线性直接驱动装置的可加载电流的绕组由一个或一个以上的相(例如U、 V、 w)构成。每个相由一个或一个以上的线圏构成。所述线圏的一有利实施方式是盘绕在齿上的集中线圈(绕齿线圏)，其中，每个齿可具有一 个或一个以上的极或永^磁体。其中，绕齿线圏至少为一绕组一部分。线圏既 可实施为单个线圏，也可实施为分段线圈。绕组的优点在于，借助绕组可以 最简单的方式例如借助 一 交流产生 一 变化的^f兹场。电机例如也可实施为具有 多个绕组或线圈，其中，可用一三相电源的不同相为这些绕组供电。电机也可实施为其次级部分具有多个齿，所述齿彼此间的间距为Tau Sek。电机初级部分包括用于产生一激励磁场的第二构件，所述构件通过大 量所述构件而实现(例如大量永磁体)，这些构件;波此间的间距为Tau_Prim。在此情况下，电才几的一实施方式为可用下述方程式表示Tau一Sek与Tau Prim之间的关系Tau—Sek = n*Tau—Prim其中n=l， 2, 3……也就是说，Ta、Sek可用Tau_Prim的整数倍来表示。才艮据电机的另 一实施方式，Tau_Sek与Tau_Prim之间的关系可用下述方 程式表示Tau—Sek#n*Tau_Prim其中『1, 2, 3…… 也就是说，间距Tau_Sek并非为间距Tau_Prim的整数倍。 根据另一有利具体实施例，本发明的电机与一变流器相连。所述变流器 特别为 一为所述用于产生一第 一磁场的第 一构件供电的逆变器。线性直接驱 动装置和变流器构成一驱动机构。因此，电机也可实施为其初级部分具有多 个绕组，其中，可用具有不同相位的交流电压或交流来为不同的绕组供电。 通过4吏用不同的相位，可在电才几的初级部分和/或次级部分移动时产生一均匀 的力变化。也可通过下述方法形成这种均匀的力变化，即，电^/L初级部分的 不同绕组在其相对于次级部分的位置上进行相移，从而达到均匀地产生力的 目的。因此，当所述电机为一三相电机(m=3)时，选定120。的相偏移是有 利的。如上文所述，电机的一另一实施方式是将多个永磁体用作用于产生至少 一个第二i兹场的其他构件。所述永J兹体在初级部分上的有利布置方式是其在 不同方向上各产生一激励磁场。根据永磁体的一布置方案，永磁体的磁化方向为平行且交替相反。 根据另 一实施方式，永磁体的磁化方向定向为可通过具有齿状结构的次
级部分的移动在初级部分带有线圏的磁路部分中产生一交变磁通，从而实现 线圈的一交变磁通交链(交变》兹通布置)。根据另 一 实施方式，永》兹体的/f兹化方向定向为可通过具有齿状结构的次 级部分的移动在初级部分带有线圈的；兹路部分中产生一脉动单向石兹通，从而 实现线圈的一单向磁通交链(单向磁通布置)。在磁场所处的平面这一方面也有有利的设计方案。磁场例如可位于一垂 直于移动方向的平面上(横向磁通磁路)。其优点在于，通过电动机叠片的 数量可改变初级部分的叠片组的长度。才艮才居另一实施方式，》兹场^立于一平^f亍于移动方向的平面上(》从向》兹通i"兹 路)。其优点在于，通过叠片的数量可改变叠片组的宽度。将一横向磁通磁路与 一纵向磁通磁路组合起来也是有利的。其优点是可使所述线性直接驱动装置在不同的方向上移动，当所述线性直接驱动装置为一用于木工机床的直线电动机时，所述方向彼此间成一0度或180度的角。 根据另 一有利设计方案，借助所述线性直接驱动装置的初级部分不仅可 使一个次级部分移动，而且还可使至少两个或多个次级部分移动。在木工机 床中，这一点可用于工件进给，其中，可借助一初级部分来移动各种带有例 如为箱子的运输体的次级部分。其中，初级部分例如用于完成一个或一个以上的下述任务次级部分的定位，次级部分的加速，次级部分的制动。所述电机可采:f又这样一种灵活的具体实施例，即，或者初级部分为可移 动部分，或者次级部分为可移动部分；或者两个部分均可移动。根据另一设计方案，所述木工机床具有一个初级部分和两个次级部分。 初级部分布置在两个次级部分之间。这种布置方案可使一由一有效;兹通构成 的石兹路通过初级部分和两个次级部分而闭合。才艮据另一设计方案，所述电才几具有两个初级部分和一个次级部分。次级 部分布置在两个初级部分之间。初级部分和次级部分的这种布置方案可使一 由 一有效石兹通构成的石兹3各通过两个初级部分和 一 个次级部分而闭合。两个初级部分和一个次级部分还可采取这样一种布置方案，使得一由一 有效石兹通构成的石兹^各通过其中 一个初级部分和共同的次级部分而闭合。通过将全部电气组件和磁组件都安装在线性直接驱动装置的初级部分中，可将其实施为封装式初级部分，次级部分相比现有技术则更为简单、坚 固和成本低廉。次级部分有利地实施为用导磁叠片或固体材料制成的被动轨。可以比传 统的磁性次级部分更高的精度建构所述次级部分的齿状结构(即在移动方向 上存在至少两个不同的气隙厚度)。在此情况下就可借助例如一安装在一初 级部分上的传感器对速度和位置实际值进行直接检测，而无需沿加工段设置 额外的磁性和光学标尺。次级部分自身即已构成用于检测速度和位置实际值 的实物量具。由此形成一坚固的整体式防污测量系统。次级部分由于构造简单而适于储存，从而可以简单的方式和较低的成本 对一木工机床进行扩展。无需在次级部分的外露部分采取与电、石兹相关的防 护措施。在工件移动行程较长、移动速度保持不变以及不存在动态控制要求的情 况下，次级部分就几何结构而言必要时可以是木工机床的形成(尤其是经铣 削而形成)在其机身上的组成部分。在所述木工机床具有多个初级部分的情况下，可将这些初级部分当作多 个独立直线电动机或整体上的一个电动机对其进行分别控制。在将多个初级 部分布置在一例如具有一 X轴与一 Y轴的平面上的情况下，可通过将所有初级部分划分为两个组来实现一二维移动。第一组用于实现沿x轴的移动，第二组用于实现沿Y轴的移动。由此可形成相应的定向。这两个组例如按棋 盘^t式分布在X-Y平面上。在此情况下，次级部分的有效面相应划分为两个 分别乂十应X移动方向和Y移动方向的区i或。


下面借助附图所示的实施例对本发明及其有利具体实施例作进一步说明，其中图1为一直线电动机的原理图；图2为一初级部分上布置有永;兹体的直线电动机；图3为所述直线电动机的第一;兹场分布图；图4为所述直线电动才几的第二;兹场分布图；图5为》兹通、感应电压和功率的一时间曲线图；图6为力的形成过程示意图；图7为一具有一横向磁通的直线电动机的几何结构图和力线分布图；图8为一具有一纵向石兹通的直线电动^f几的透一见图；图9为一直线电动机，其具有一带一极靴的初级部分；图10为一具有一纵向》兹通的直线电动机的几何结构图和力线分布图；图11为一具有分别与各电网相位对应的相的直线电动机；图12为一直线电动机的几何结构图和力线分布图，所述直线电动机具有能产生集中通量的齿^兹体(toothed magnets );图13为一直线电动机的几何结构图和力线分布图，所述直线电动机具有能产生集中通量的轭磁体(yoke magnets );图14为一具有一横向磁通磁路的初级部分与一具有一纵向磁通磁路的初级部分的对比图；图15为一具有一交变》兹通布置的电才几与一具有一单向;兹通布置的电机的对比图；图16为一两侧布置有次级部分的电才几； 图17为一两侧布置有初级部分的电才几；图18为一4黄向石兹通;兹^各布置的一石兹场分布图，所述;兹场分布由一电流 产生； 图19为一4黄向；兹通-兹路布置的一;兹场分布图，所述磁场分布由永磁体产生；图20为一横向》兹通;兹^各布置的一石兹场分布图，所述磁场分布由一电流和多个7JCf兹体产生；图21 - 24为线性直接驱动装置在一木工机床中的基本布置方式；图25为一刳刨机的原理图；图26为 一边缘力口工机的原理图；图27为一销孔钻床的原理图；图28为 一分板锯床的原理图；以及图29为一布置在初级部分上的位置传感器的原理图。
具体实施方式
在对具有一线性直接驱动装置的木工机床进行详细说明之前，先介绍线 性直接驱动装置(下文中也称为"电机"或"直线电动机")与木工机床相 关的工作方式和可4于的实施方式。图1显示的是一电机1。电机1具有一初级部分3与一次级部分5。初 级部分3具有一绕组9和多个永》兹体17。初级部分3的移动方向用 一在纵向 11上延伸的双向箭头表示。另一双向箭头表示横向13。 一第三双向箭头表 示法线15,其中，所述法线涉及一图1中未作图示的气隙平面19。但图2 中对气隙平面19进行了图示。箭头所指的是涉及图3和图4所示内容的一 侧视图7。电机l为一可受一变流器14控制的直线电动机，所述变流器借助 一连接电缆16与所述直线电动机相连。图2显示的是一电机1。初级部分3实施为叠片组，其中，初级部分3 具有一绕组9。绕组9为一相绕组，其中，所述相绕组可加栽一交流电。图 2显示的是所述电流在某一瞬间的方向。其中，这一方向用一个点23和一个 叉25表示。实施为叠片结构的初级部分3在其朝向次级部分15的一侧上具 有多个永磁体17。永磁体17在初级部分上的安装方式为，其交替地在法线 15的方向上被磁化。所述磁体(7Jc石兹体)由此而产生一交^夺地指向上方(指向初级部分3) 和指向下方(指向次级部分5)的f兹通。由此而交替出现北-南永^兹体(N-S) 27 (磁化方向指向次级部分)和南-北永磁体(N-S) 29 (磁化方向指向初级 部分)。初级部分3与次级部分5之间形成一气隙21。这一气隙21构成气隙平 面19。所述线性直接驱动装置在纵向11上移动。其中可采取初级部分3静 止而次级部分5移动，或者次级部分5静止而初级部分3在次级部分5上移 动的方案。绕组9是用于产生一第一磁场的第一构件，永磁体17是用于产生其他 磁场的其他构件。图2显示的是电机1的一横向磁通实施例。在所述横向磁
通实施例中，次级部分5例如实施为具有一支座31和多个4黄条33。至少横条33实施为叠片结构。所述叠片结构为在纵向11上片与片相连 的结构。横条33例如以粘贴或焊接的方式安装在支座31上，并借助紧固件 彼此相连。叠片结构的优点在于可防止涡流出现。如果负面的涡流效应并不 是很大(例如在使用足够低的电基频时)，就可使用价格低廉的实心部件来 代替叠片结构。图3显示的是一初级部分3与一次级部分5的一部分。图3所截取的这 一部分以示意图的形式说明了一初级部分3中的磁场分布情况，其中所选取 的侧;f见图形式与图1所示的侧-〖见图7相一致。图3显示了一绕组IO的一臣。 此外，才艮据图3所示，初级部分3和次级部分5可划分为几个分^:。初级部 分具有初级分段47、 49、 51和53,其中，这些初级分段47、 49、 51、 53 涉及的是永磁体27、 29。其中，这些分段是磁通对应永磁体27和29的》兹化方向以次级部分5为 起点而延伸或朝次级部分5延伸的区域。延伸走向用箭头41、 43表示。所 有与绕组10交链的;兹通的总和构成一交链;兹通v)/。交链石兹通主要由可通过 次级部分5构成一磁辄的磁体产生。不同长度的磁通箭头表示每个磁体与绕 组(线圏)交链的磁通。由于次级部分5中布置有横条33,因此其也相应地具有分段。这些次级 分段55、 57、 59和61分别对应存在和不存在一黄条33的部分。借助横条33 可引导一磁通。在附图所示的实施例中，以垂直于一附图所示的X轴63的 方向引导^f兹通。也就是说，^磁通以垂直于附图所在纸面的方向延伸，其中， 这个方向对应一Y轴65。 Z轴垂直于X轴和Y轴，这样，这三个轴都《皮此 垂直。一例如由一北-南永磁体27产生的激励磁通通过横条33和与分段55相 连的一分段47中的初级部分3而闭合。其中，初级部分3例如在一第一北-南永磁体(27) (N-S永磁体)之后具有另一以相反方向磁化的永磁体，这 个永磁体就是一 S-N永磁体29。由于永磁体29位于背面，因此图3中未对其进行图示。在一永,兹体27、 29的对面布置有一横条33的位置上形成一狭窄的气隙35。在无横条33的 相邻位置上形成一宽大的气隙37。由于气隙35和37大小不一，因此在分段 47、 51和49、 53中分别由永磁体27和29产生强度不同的》兹通41和43。 最终产生的；兹通39为所有石兹通41和43的总和。图3显示的是绕组10中的电流过零时初级部分3和次级部分5所处的 位置以及当初级部分3和次级部分5处于这个位置时的j敫A力》兹通41、 43。所 述激励》兹通、所述绕组中的感应电压和在此过程中所转化的通流电动^L的功 率与位置相关的变化由图5显示。当次级部分处于图3所示的X-0的位置时， 会产生一负的交链万兹通V,当次级部分处于图4所示的X二^的位置时，会 产生一正的磁通vi/。也就是说，图4所示的次级部分5位于一X-^的位置。 如果次级部分5移动一》兹极距，线圈(绕组IO)的》兹交链39就会因此而逐 渐从一负值变为一正值。可通过例如磁体宽度、气隙、齿宽(横条33的宽 度)等的几何参数对这一变化过程施加影响。力求实现尽可能为正弦形的变 化过程的设计方案是有利的。图5用三个图显示了交链磁通\|/、从中产生的感应电压Ui和一相/一绕组的电功率Pei，str随时间的变化情况。时间变化用电压相位表示。^磁通V)/的 变化同时也是可例如通过永石兹体产生的;兹场90的变化。为达到使一相以最 佳形式形成力的目的，必须外加带有感应电压的相上的电流。图5所示的 X=0和X二^等位置与所示的;兹通\|/、电压Ui和电功率Pei，加的变化情况一起共同涉及的是图3和图4所示的内容。从表示电功率的第三个图中可以看出， 为获得一恒定功率(~力)，电动机的相数m必须大于和/或等于二。选用三 个相是有利的，因为三相变换器所需的半导体阀的数量小于两相或多相变换器。图6用于说明技术原理与力F的产生过程。为能更清楚地显示一直线电 动机纵向上的力的形成过程，设置有一辅助模型。 一永」磁体27由其附属外 套面上的电流代替。永;兹体27例如可用一六面体表示，其中，如附图所示， 所述六面体69的侧面上有电流流动。在一才莫型71中，永》兹体27可用一绕 组表示，其中，如所述模型所示，所述绕组中的电流方向用一个点23和一 个叉25表示。在附图所示的"2D"部分，磁体缩小至等效电流的导体横截 面。将磁体代入初级部分的侧视图中后，就形成了随后所示的布置。绕组9 所产生的磁场在气隙21中集中在用作磁通集中件的横条33处，这是因为这 里的磁阻最小。虛拟导体位于相线圈的磁场中，既可增强又可削弱所述磁场。 导体会向场强较小的区域"移位"，这在图6中用作用在初级部分上的力F 的方向表示。这种关系也可用"右手定则，，来说明，即，电流、石兹场和力F成 一直角。当初级部分3和次级部分5处于图6所示的X=rM/2的位置时，相 电流，即由绕组9产生的电流达到其最高值。图7显示的是一横向磁通直线电动机1的几何结构与一由永磁体17产 生的激励场。在一垂直于一移动方向11的平面106上有一有效一磁通。所述 有效磁通是与线圈9耦合或交链的磁通。这种方向的有效磁通构成一横向磁 通磁路。图7所示的激励场88为其他石兹场或多个其他石兹场。直线电动机1具有 一呈叠片状的初级部分3与一呈叠片状的次级部分5。附图粗略显示了叠片 组的堆叠方向。永磁体19的石兹化方向94用箭头表示。初级部分的移动方向 为纵向11。图8显示的是一初级部分4与一次级部分6。初级部分4和次级部分6 构成电机2，其中，电机2具有一纵向磁通布置。纵向磁通布置的特点主要 在于，磁场并非垂直于初级部分或次级部分的移动方向，而是沿着初级部分 或次级部分的移动方向。在一平面108上流动的；兹通为一有效^兹通，其中， 平面108平行于移动方向11。所述有效》兹通是与线圏9耦合的》兹通。这种方 向的有岁支;兹通构成一纟从向；兹通》兹3各。
图8所示的次级部分6在其支座32和横条34区域内均实施为叠片结构。 与横向磁通布置不同，气隙平面内的磁体采取的布置不是棋盘式的，而是条 状的。纵向磁通方案中的磁体基本平行于横条(磁通集中件)。为减小力的 波动，可以有针对性地以某一方式斜扭石兹体。在另一有利设计方案中，次级部分6由多个叠片制成，所述叠片在电动 机的宽度范围内前后堆叠。其中，支座32和齿75以一整体形式构成一叠片。 通过将叠片前后堆叠，形成了次级部分带有横条34的齿状结构。图8中对 叠片结构进行了图示。次级部分可采取例如在纵向上由多个部分构成的构造 方案，次级部分6借此可与下一次级部分邻接。但图8没有对这种在移动方 向上邻接的其他次级部分进行图示。此外，图8还显示了永;兹体。所述永》兹 体为N-S永磁体28或S-N永磁体30。这些永磁体例如在初级部分4的整个 叠片组宽度77上延伸。图9显示的是图8所示的电机2的一改进方案。其中，初级部分4建构 为具有多个极靴79。极靴79加宽了用于安装永」磁体28、 30的安装面。由此 可提高电机2的输出功率。由于因永^f兹体定位面的增大而使初级部分中用于 装入绕组9的区域受到限制，因此，初级部分4有利地实施为具有一线圈架 81。线圈架81具有一极靴79与一线圈颈84。可将绕组9绕在线圈颈84上 后再插入初级部分4中。借助凸耳83将线圏架81固定在初级部分中是有利 的。图9中将绕组9标示为一电动才几的相U。通过结构相同的初级部分4可 实现电动机的其他几个相(例如V和W )，但图9未对此进行图示。永磁体 28和30在所示位置上产生激励;兹通86，其总和为线圈9的石兹交链v。如图 9所示，为 一有效》兹通的激励》兹通86构成一纵向；兹通;兹3各。图10显示的是一具有一纵向磁通磁路的直线电动机2。这个纵向磁通磁 路与图9所示的纵向磁通磁路相一致。图10还在位于下方的一示意图中显 示了其他》兹场92的分布情况。这些其他;兹场92是永》兹体17所产生的激励 磁场。图11显示的是一电机2的另一实施例，其中，所述电机具有三个相U、 V和W。每个相分别对应一三相电网的一个相。可通过各相间的几何偏移来 实现必要的相移。其中，所述几何偏移Ax对于所示的三相电机而言为120°。 此外，图11与图IO的区别例如还在于，每个相U、 V和W并非只分配有 一个绕齿线圈9，而是分配有两个绕齿线圈12和14。图12显示的是一线性直接驱动装置，其中将齿磁体18用作永磁体。同 样为永磁体的齿磁体18例如位于呈叠片状的软铁材料96之间。由齿磁体18 产生的其他;兹场86用带箭头的线表示。永》兹体18的》兹化方向94同样用箭 头表示。齿》兹体18基本定位在一齿98的中部，并基本平行于绕齿线圈9的 一线圈轴100延伸。齿98被一绕齿线圈9围绕。图12的上半部分显示的是 几何结构，下半部分显示的是激励磁场88的分布情况。激励磁场88是由齿 磁体18产生的其他磁场。其中，有关激励磁场88的图示清楚显示了集中通 量102的作用。集中通量取决于磁路的几何结构。其中的影响量例如为磁体
尺寸和叠片尺寸。齿磁体18 (所述齿-兹体为一永石兹体)的-兹化方向94大致 平行于气隙105的一气隙平面。图12所示的电机的次级部分6的齿距并非为初级部分4的磁距的整数 倍。在齿距或磁距不恒定的情况下，这一点尤其指平均值而言。可借助一个和/或多个相来为线圈9加载电流。电动机各相上的线圏分配 取决于初级部分4和次级部分6之间所选定的齿距比例。4艮据图12所示， 初级部分4的齿98的齿距不同于次级部分6的齿99的齿距。其中可实现一 种初级部分和次级部分既可具有相同齿距，也可具有不同齿3巨的多相电才几。 例如图7和图11所显示的就是一相同的齿距。图13与图12的区别主要是使用轭磁体20来代替齿磁体作为用于产生 其他》兹场的其他构件。轭;兹体20也是永磁体，定位在一辄104的区域内。 轭104用于连接齿98。根据所述》兹体的定位，产生一如图13所示的不同于 图12的激励石兹场88。图14为一具有一横向石兹通磁路115的初级部分3与一具有一纵向磁通 磁路117的初级部分4的对比图。初级部分3、 4特別是一图中未作图示的 永》兹同步电机的初级部分3、 4,所述永/磁同步电才几的初级部分中有永》兹体， 其中，附图也未对所述永磁体进行图示。附图对磁通①只进行了象征性的显 示。出于清楚起见，附图也未对用于产生磁通O的其他构件，例如可加载电 流的绕组，进行图示。移动方向11用一箭头表示。图14中没有显示从属于 各初级部分3和4的次级部分。根据图示内容还可看出，当初级部分3和4 采取叠片结构时，须根据磁路115和117的方向来实施这一叠片结构。在横 向磁通磁路115中，激励磁通①大致在一垂直于移动方向11的平面上。用 于构成初级部分3、 4的叠片结构的电动才几叠片^立于石兹通平面内，并例如随 初级部分3的纵向延伸而堆叠，其中，纵向延伸指的是初级部分3在移动方 向11上的延伸。图15为电机2a和2b的一对比图，这两个电机均为直线电动机。电机 2a具有一带有齿98的初级部分4a，其中，每个齿98上均安装有多个具有 不同；兹化方向94的永A兹体17。永磁体17安装在初级部分朝向一气隙105 的一侧上。永磁体17的；兹化方向97大致垂直于一气隙平面。如图15所示，齿98上分别盘绕有一绕齿线圈9。由于每个齿98均具有 》兹化方向94相反的永石兹体17,因此当初级部分4a进行相对于次级部分6 的移动时，会产生一交变磁通。也就是说，电机2a具有一交变磁通布置。 借助用于产生一激励(磁)场的永;兹体17，可在次级部分6进行相对于初级 部分4a的移动时在^兹路中产生一交变磁通。各永石兹体17的磁化方向94设 计为，通过具有齿状结构的次级部分6的移动在初级部分4a带有线圈的-兹 路部分中产生一交变磁通。图15所示的电才儿2b也具有一带有齿98的初级部分4b。与电才几2a不同 的是，电机2b中的每个齿98只有一个永;兹体17。由于永-兹体17具有一磁 化方向94,因此每个齿98只分配有一个f兹化方向94。电才几2b也可建构为，每一个齿98具有多个磁化方向一致的永;兹体。图15中并未详细显示这种实 施方案。在电机2b中，爿磁化方向94以初级部分4b上的齿98为单位交替发生变 化。也就是说，每个齿交替地具有一不同的》兹化方向94。由于齿98具有^兹 化方向94相反的永磁体17，因此当初级部分4b进行相对于次级部分6的移 动时，会产生一单向石兹通。也就是说，电机2b具有一单向石兹通布置。借助 用于产生一激励(；兹)场的永石兹体17,可在次级部分6进行相对于初级部分 4a的移动时在,兹路中产生一单向；兹通。图15所示的电才几2b的各永磁体17 的》兹化方向94设计为，通过具有齿状结构的次级部分6的移动在初级部分 4b带有线圈的磁路部分中产生一单向磁通，其中，单向磁通不改变其方向， 并在一最大值与一最小值之间进行周期性摆动。图15和图12都选择了一种可在一初级部分与一次级部分之间获得一力 作用的布置。图16所示的一电才几中布置有一个初级部分4和两个次级部分 6a、 6b。因此，力作用产生在仅有的一个初级部分4和两个次级部分6a、 6b 之间。借此可^f吏产生的力几乎加倍。图16所示的直线电动 f几的初级部分3 上的齿98各具有两个极靴79,其中，每个极靴79分别朝向一个次级部分 6a或6b。图16所示的这种电机2的实施例是图12所示的电机2的一改进 方案。其中，在两侧布置次级部分的布置方案并不局限于图16所示的初级部 分4的实施例，在这个实施例中，永磁体17嵌在一软磁材料119中。初级 部分也可实施为在极孰上具有永石兹体。图17所示的一电机2中布置有两个初级部分4a、 4b和一个附属次级部 分6。因此，力作用产生在1^又有的一个次级部分6和两个初级部分4a、 4b 之间。借此可使产生的力几乎加倍。图16所示的直线电动机2的次级部分 上的齿3在两侧均分别朝向 一初级部分4a和4b 。也就是说，每个初级部分 4a和4b均分配有仅有的一个次级部分5上的齿33。图17所示的这种电才几2 的实施例是图12所示的电机2的一改进方案。其中，在两侧布置初级部分 4a、 4b的布置方案并不局限于图16所示的初级部分4a的实施例，在这个实 施例中，永磁体17嵌在一软磁材料119中。初级部分也可实施为在极孰上 具有永;兹体(例如如图IO所示)。图18示范性地显示了一具有两个初级部分3a、 3b与一个次级部分5的 电才几1中的f兹场分布。初级部分3a和3b具有多个7JOf兹体17与一绕组9。图 18中显示了由一电流产生的磁通86,所述电流由初级部分中用虚线表示的 绕组9产生。图18所示的磁通86中并不包括由永磁体产生的磁通。与图18相同，图19示范性地显示了一具有两个初级部分3a、 3b与一 次级部分5的电机1中的;兹场分布，其中，图19所示的;兹场分布只源于永 磁体17。图19所示的磁通86中并不包括由初级部分可加载电流的绕组9 所产生的；兹通。与图18、 19相同，图20示范性地显示了一电机1中的磁场分布，其中，
永》兹体17的磁场与通电绕组9的》兹场叠加在一起。也就是说，图20显示的 是图18和19中单独显示的;兹场的叠加。此外，图20还显示了次级部分5 布置在两个初级部分3a和3b之间，其中，这种布置用于形成一涉及两个初 级部分3a、 3b和次级部分5的共同磁路。图21至图24显示的是线性直接驱动装置在木工机床上的基本布置方式。图21显示的是一支承结构200,其固定在实施为齿状铁制结构的次级部 分6上。由于支承结构200呈U形，因而其上下两个边脚上分别布置有一次 级部分6，在此情况下，具有未详细图示的绕组和i"兹体的初级部分3可在中 间进行一如箭头211所示的线性运动。支承结构200也可如图22所示具有两个初级部分3，这两个初级部分围 绕一位于中间的双齿型次级部分6布置。支承结构200与布置在其边脚上的 初级部分3 —起进行一线性运动211。这两种带有对称结构的布置方式的优点在于，由于磁引力，特别是侧向 力的相互抵消而使直线引导机构的负荷有所减轻。机械引导元件的负荷有所 减轻。也可实现一种例如用于分板锯床的双轨式或多轨式电动机布置方式，其 中， 一初级部分支架采耳又可动的布置方式，各初级部分均位于次级部分上方， 因而可进行一线性运动。初级部分支架上可布置工具。用作木工机床工具的有铣刀、砂轮机、边缘成型机、钻头、锯和仿形机。 工件是木板或刨花板、未经加工的圆木、大方木料、木条。这些工件的输送 通过夹钳、抽吸钟罩或其他类型的已知器具而实现。工具和工件均可由线性 直接驱动装置定位、输送和加工。图23显示的是一种将初级部分3布置在一 T形支承结构200上的布置 方式。根据这一原理也可实现多轨式布置方式。至少一个线性直接驱动装置 驱动一上面布置有多个工具的支承结构向前移动。为实现自主加工，可为每 个轨道设置一个直接驱动装置。图24显示的是一种双轨式布置方式的原理图，其中，每个初级部分分 别与一次级部分构成一直线电动机，初级部分之间不存在机械连接。每个初 级部分均进4亍一 自主运动。但也可将两个初级部分电耦合。下面以上文所述的几种布置方式及其与各种需求相匹配的更改方案为 基础对木工机床进行说明。线性直接驱动装置所做的各种运动用动作箭头 311表示。鉴于线性直接驱动装置的简易性，工件输送，无论是将工件运离 木工机床、运往木工机床，还是在木工机床内部输送工件，当然均可通过线 性直接驱动装置而实现。初级部分承载的主要是木工机床的工具。如果初级部分如图29所示具有一传感器300,就特别有利。无^r环境条 件如何，借此均可以简单的方式与次级部分一起对速度和位置实际值进行精 确检测。次级部分可以较高的精度制备而成，因而可进行直接检测。在此情 况下，通过降低木工机床发生故障的概率，可提高木工机床的可用性。借此可以更筒单的方式实现测量系统的一体化。由于具有齿状结构的次级部分十 分坚固，因而无需再对所述传感器进行繁复的封装。此外，机床的启动也很 简单，因为无需在实物量具和次级部分之间进行校准。线性直接驱动装置特别适用于例如为一刳刨机(图25为其原理图)的 加工中心，因为其工具架建构为十字滑座，其中，引导机构和工具架分别通 过一 次级部分与 一初级部分而实现。必要时也可将初级部分建构为加工中心 的引导才几构，将次级部分建构为工具架。这一点特别有利，其原因在于可节 省拖曳电缆16,从而达到降低整个木工机床制备成本的目的。在图26所示的边缘加工机中也可通过一个或一个以上的线性直接驱动 装置对木工机床进行宽度调节，以达到使其与工件尺寸(例如一刨花板)相 匹配的目的。引导机构通过一次级部分而实现，其中，机座固定在初级部分 上。视j几器的具体构造而定，也可由次级部分构成才几座，由初级部分构成引 导机构。在机器长度较大的情况下，可在具有初级部分的机座中实现多轴同 步运转。在图27所示的销孔钻床中，也可将用于对钻床刀架进行纵向定位的定 位^/L构和用于对垂直钻孔及水平钻孔的钻头进flHt向定位的定位^L构布置 在一个或一个以上的初级部分上。引导机构则由次级部分构成。其中可存在 一共用次级部分或一单个次级部分。在图28所示的分板锯床中，引导机构有利地由次级部分构成，初级部 分则发挥夹钳架和工具架的作用。对锯座的锯切引导和返回输送同样通过次 级部分而实现，锯座则定位初级部分上。线性直接驱动装置还可用在其他类型的木工机床上，例如分割锯和桥 锯、仿形机床、边缘上胶机和边缘加工机。某些专用木工机床也可整合在加 工中心内。其中也可^f吏用多个在一个和/或多个平面内依序和/或同时对工件 进行加工的线性直接驱动装置。
权利要求
1.一种木工机床，具有至少一个线性直接驱动装置，所述线性直接驱动装置具有一初级部分(3，3a，3b，4，4a，4b)与一次级部分(5，6，6a，6b)，所述初级部分具有一用于产生一第一磁场的第一构件(9，10，12，14)和至少一个用于产生一其他磁场的其他构件(17，18，20，27，28，29，30)，其中，特别是所述用于产生第一磁场的第一构件(9)相对于所述用于产生其他磁场的其他构件(17，18，20，27，28，29，30)的布置方案为，可实现所述第一磁场与所述其他磁场的叠加，所述次级部分具有用于提供一磁回路的构件，并不具有磁源，其中，所述初级部分(3，3a，3b，4，4a，4b)和/或所述次级部分(5，6，6a，6b)适用于引导或进给至少一个工件和/或引导或进给至少一个用于对所述工件进行加工的工具。
2. 根据权利要求1所述的木工机床，其特征在于， 所述初级部分(3, 3a, 3b， 4， 4a, 4b )具有至少一个位置传感器(300 )，所述位置传感器与所述次级部分(5， 6， 6a, 6b)发生相互作用以形成一防 污测量系统。
3. 根据权利要求1或2所述的木工机床，其特征在于， 所述初级部分(3， 3a， 3b, 4， 4a， 4b)为封装式初级部分。
4. 根据上述权利要求中任一项权利要求所述的木工机床，其特征在于， 所述次级部分(5， 6, 6a， 6b)实施为具有叠片结构的组件或实心组件。
5. 根据上述权利要求中任一项权利要求所述的木工机床，其特征在于， 所述初》及部分(3， 3a， 3b， 4, 4a， 4b)与所述次纟及部分(5， 6， 6a,6b)之间形成一气隙，其中，所述气隙(21)具有至少两个不同的宽度。
6. 根据上述权利要求中任一项权利要求所述的木工机床，其特征在于， 所述次级部分(5， 6， 6a， 6b)的齿距为所述初级部分(3， 3a， 3b, 4，4a， 4b)的磁距的整数倍。
7. 根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的木工机床，其特征在于，所述次级部分(5, 6， 6a， 6b)的齿距并非为所述初级部分(3， 3a, 3b, 4， 4a， 4b)的石兹距的整凄t倍。
8. 根据上述权利要求中任一项权利要求所述的木工机床，其特征在于， 所述初级部分(3， 3a， 3b, 4， 4a, 4b)布置在两个次级部分(5, 6,6a, 6b)之间，其中，这种布置用于形成一涉及所述两个次级部分(5， 6, 6a, 6b)和所述初级部分(3， 3a， 3b， 4， 4a， 4b)的共同石兹^各。
9. 根据上述权利要求中任一项权利要求所述的木工机床，其特征在于， 通过所述线性直接驱动装置可在所述木工机床的一个或一个以上的平面内对所述工件进^f亍加工。
10. 根据上述权利要求中任一项权利要求所述的木工机床，其特征在于， 所述线性直接驱动装置自主工作，或者彼此间可机械或电气耦合。
全文摘要
本发明涉及一种简单而又坚固的木工机床，其具有至少一个线性直接驱动装置，所述线性直接驱动装置具有一初级部分(3，3a，3b，4，4a，4b)与一次级部分(5，6，6a，6b)，所述初级部分具有一用于产生一第一磁场的第一构件(9，10，12，14)和至少一个用于产生一其他磁场的其他构件(17，18，20，27，28，29，30)，其中，特别是所述用于产生第一磁场的第一构件(9)相对于所述用于产生其他磁场的其他构件(17，18，20，27，28，29，30)的布置方案为，可实现所述第一磁场与所述其他磁场的叠加，所述次级部分具有用于提供一磁回路的构件，并不具有磁源，其中，所述初级部分(3，3a，3b，4，4a，4b)和/或所述次级部分(5，6，6a，6b)适用于引导或进给至少一个工件和/或引导或进给至少一个用于对所述工件进行加工的工具。
文档编号B27B25/10GK101120500SQ200680005039
公开日2008年2月6日 申请日期2006年2月7日 优先权日2005年2月17日
发明者哈特穆特·希尔德万, 安德烈亚斯·拉斯特, 拉尔夫·伯格斯塔勒, 斯蒂芬·希尔, 汉斯-乌尔里克·阿梅特, 泽尔杰科·贾杰蒂克, 罗兰·舒尔特海斯, 马库斯·诺尔 申请人:西门子公司