专利名称：一种永磁直线驱动器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种应用于数控机床、半导体设备制造等领域的的高精度永磁直线驱动器。
背景技术：
传统机床系统中的部件的直线运动，大多数是将旋转电机转动通过齿轮、滚珠丝杠副类的传动机构转化为直线运动，这种传动结构存在齿隙、摩擦，导致电机加速性能低、 反冲、机构复杂以及冲击载荷能力低等问题，很难进行高精度的定位。直线驱动器是一种将电能直接转换成直线运动机械能而不需通过任何中间转换机构的新型直线驱动装置，可以弥补传统传动方式的不足，其速度高，加速度快，最大可达10倍重力加速度，定位精度和重复定位精度可达到微米级，甚至纳米级。传统直线驱动器设计中，相邻永磁体间的磁化方向旋转180°，在无背铁的情况下，永磁阵列两侧的磁场是对称的。在一些驱动器设计中，绕组处于永磁阵列的一侧，希望该侧的磁场能够得到加强；在另外一些应用中，磁屏蔽是必须的(例如在磁悬浮列车应用中，车厢里必须实现磁屏蔽，否则会对乘客的健康造成负面影响)，因此具有单边磁特性的永磁阵列或者绕组结构很有实用价值。MST (multi-segmented)多分段永磁阵列是对标准的海尔贝克永磁阵列(即 Halbach永磁阵列)的修改。每个阵列在MST磁铁磁铁的形状和尺寸都可以不同而标准的 Halbach永磁阵列具有相同规格；与常规磁体阵列和标准的Halbach永磁阵列相比，同样大小的直线驱动器的MST阵列可以产生更大的驱动力。MST阵列相邻永磁体间的磁化方向旋转90°，具有明显的“磁单极子”特性，在无背铁引导磁路的情况下，MST阵列也能在强侧形成足够大的磁场。无铁MST驱动器不仅质量轻，而且铁耗小，驱动器效率高.普通永磁式直线驱动器在次级磁体上不能提供沿空间正弦分布的磁场，因此谐波磁场将产生谐波悬浮力，使得直线驱动器产生波动，且采用三相控制，绕组排列复杂，绕组端部效应大，散热条件差，影响直线驱动器的运行性能。
实用新型内容技术问题本实用新型提供了一种电磁力波动小，控制精度高，运行平稳，绕组端部效应低，散热性能好的永磁直线驱动器。技术方案一种永磁直线驱动器，其特征在于，该直线驱动器设置有基座，所述基座上设置有两个相互平行的竖板支架，所述两竖板支架之间设置有相互平行的定子和动子，所述动子与定子之间有气隙；所述定子包括初级无铁芯绕组，所述初级无铁芯绕组的两端连接固定在竖板支架上的固定槽中；所述动子包括基板和设置在所述基板两侧的水平支架，所述水平支架的一端与基板连接，另一端连接有滑块，所述滑块与竖板支架上设置的导轨滑动配合连接；基座上设置有MST多分段永磁阵列，所述MST多分段永磁阵列沿与导轨平行方向排列，MST多分段永磁阵列中各永磁体的充磁方向排列顺序为在其排列方向上从左向右依次顺时针旋转90度。本实用新型中，所述初级无铁芯绕组(2)为两相绕组。所述的气隙为初级永磁体和初级无铁芯绕组之间1至3毫米的空气隙。本实用新型的永磁直线驱动器用MST多分段永磁阵列做动子，无铁芯两相环形绕组做定子，当给定子环形绕组通相位已控制好的两相电流，产生行波磁场，与永磁体动子之间作用产生牵引力，从而拖动永磁体动子，在球型直线导轨作用下作直线运动。有益效果本实用新型的永磁直线驱动器采用MST阵列结构，MST磁体阵列的边缘效应很小，磁场谐波小，提供比Halbach阵列结构更强的基波(正弦波)主磁场，使直线驱动器的电磁力大而平稳，控制精度高，并提高直线驱动器的效率和承载能力；MST永磁体阵列的下方产生强磁场，而在磁体的上方磁场较弱，可提供稳定且谐波小沿空间正弦分布的磁场。初级无铁芯绕组内部不加铁芯，直接利用空气导磁，利用空气导磁率为常数性质， 不仅可以减低绕组的端部效应，且避免了非线性及磁场饱和现象，提高驱动器精密控制能力；绕组分为A、B两相，构成两相系统，绕组排列简单，散热条件好，电流容易控制。初级无铁芯绕组的横向宽度比次级MST永磁体宽，且初级无铁芯绕组绕线方式为环形绕组，可降低绕组端部效应，散热条件好。
图1是本实用新型永磁直线驱动器的结构示意图。图2是本实用新型中MST多分段永磁阵列布置方向图。图3是图1的A-A剖视图。图4是初级无铁芯绕组展开图。以上图中有MST多分段永磁阵列1、初级无铁芯绕组2、竖板支架3、基板4、基座 5、水平支架6、滑块7、导轨9、固定槽10、定子11、动子12。
具体实施方式
一种永磁直线驱动器，其特征在于，该直线驱动器设置有基座5，所述基座5上设置有两个相互平行的竖板支架3，所述两竖板支架之间设置有相互平行的定子11和动子 12，所述动子12与定子11之间有气隙；所述定子11包括初级无铁芯绕组2，所述初级无铁芯绕组2的两端连接固定在竖板支架3上的固定槽10中；所述动子12包括基板4和设置在所述基板4两侧的水平支架6，所述水平支架的一端与基板连接，另一端连接有滑块7，所述滑块7与竖板支架3上设置的导轨9滑动配合连接；基座4上设置有MST多分段永磁阵列，所述MST多分段永磁阵列沿与导轨平行方向排列，MST多分段永磁阵列中各永磁体的充磁方向排列顺序为在其排列方向上从左向右依次顺时针旋转90度，其中的左右方向以面向永磁阵列在其排列方向上断面的观测者为基准来确定。所述初级无铁芯绕组2为两相绕组。如图1所示的永磁直线驱动器，采用MST永磁阵列做动子，无铁芯的两相环形绕组做初级定子。所述的MST永磁体阵列是由多个稀土永磁钕铁硼组成，由多块三角形和梯形永磁体单元按图中顺序组成，每块永磁体之间的充磁方向成一定的角度，形成阵列，图2列出的充磁方向夹角为90度。相邻间的次级永磁体充磁方向相差，不仅能使磁场沿空间按正弦分布，而且使得永磁体阵列靠近初级无铁心绕组的一侧磁场很强，固定在动子基座上的一侧磁场很弱。所述的初级无铁心绕组为两相环形绕组，绕组分为A、B两相，构成成两相系统，使得绕组易于排列，绕组横向宽度比永磁体的宽，能使直线驱动器降低绕组端部效应， 提高散热性能。 此直线驱动器在定子环形绕组通两相激励电流时，在气隙上产生行波，与次级单层MST永磁体之间作用下产生电磁力，使得MST永磁体在该电磁力作用下，钢球在球形直线导轨里滚动，带动永磁体做直线运动。可在永磁体运动直线上放置一激光测距仪，用于控制永磁直线驱动器运动的距离，实现高精度控制。
权利要求1.一种永磁直线驱动器，其特征在于，该直线驱动器设置有基座(5)，所述基座(5)上设置有两个相互平行的竖板支架(3)，所述两竖板支架之间设置有相互平行的定子(11)和动子(12)，所述定子(11)与动子(12)之间有气隙；所述定子(11)包括初级无铁芯绕组(2)，所述初级无铁芯绕组(2)的两端连接固定在竖板支架(3)上的固定槽(10)中；所述动子(12)包括基板(4)和设置在所述基板(4)两侧的水平支架(6)，所述水平支架 (6)的一端与基板(4)连接，另一端连接有滑块(7)，所述滑块(7)与竖板支架(3)上设置的导轨(9)滑动配合连接；基座(4)上设置有MST多分段永磁阵列(1)，所述MST多分段永磁阵列(1)沿与导轨(9)平行方向排列，MST多分段永磁阵列(1)中各永磁体的充磁方向排列顺序为在其排列方向上从左向右依次顺时针旋转90度。
2.根据权利要求1所述的永磁直线驱动器，其特征在于，所述初级无铁芯绕组(2)为两相绕组。
专利摘要一种永磁直线驱动器，其特征在于，该直线驱动器包括基座，所述基座上设置有两个相互平行的竖板支架，所述两竖板支架之间设置有相互平行的定子和动子，所述动子与定子之间有气隙；所述定子包括初级无铁芯绕组，所述初级无铁芯绕组的两端连接固定在竖板支架上的固定槽中；所述动子包括基板和设置在所述基板两侧的水平支架，所述水平支架的一端与基板连接，另一端连接有滑块，所述滑块与竖板支架上设置的导轨配合连接；基座上设置有MST多分段永磁阵列，所述MST永磁阵列沿与导轨平行方向排列，MST永磁阵列中各永磁体的充磁方向排列顺序为在其排列方向上从左向右依次顺时针旋转90度。本实用新型可提高散热性能，降低绕组端部效应，提高驱动器的效率。
文档编号H02K41/02GK202085059SQ20112019054
公开日2011年12月21日 申请日期2011年6月8日 优先权日2011年6月8日
发明者周赣, 洪丽, 王鹴, 蒋浩, 黄学良 申请人:东南大学