一種用于軸向進(jìn)給的混合勵(lì)磁開關(guān)磁通直線電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于軸向進(jìn)給的混合勵(lì)磁開關(guān)磁通直線電機(jī)，定子小齒環(huán)，定子大齒環(huán)，磁鋼，電樞繞組，勵(lì)磁繞組，定子軛部套環(huán)沿軸向排放在定子安裝套筒組成直線電機(jī)的初級(jí)定子。動(dòng)子齒環(huán)沿軸向逐個(gè)嵌套在進(jìn)給軸外徑上組成直線電機(jī)的次級(jí)動(dòng)子。本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)組合式定子模塊結(jié)構(gòu)，使直線電機(jī)組裝方便簡(jiǎn)單；設(shè)置磁鋼和繞組在電機(jī)定子上，降低直線電機(jī)材料用量和造價(jià)；電機(jī)動(dòng)子只存在動(dòng)子齒環(huán)，驅(qū)動(dòng)魯棒性強(qiáng)，慣量低。通過(guò)設(shè)置勵(lì)磁繞組，調(diào)節(jié)電機(jī)磁場(chǎng)，改善直線電機(jī)低速負(fù)載和高速進(jìn)給的性能。另外，本發(fā)明通過(guò)設(shè)置簡(jiǎn)單的冷卻液螺管，使得磁鋼、電樞繞組和勵(lì)磁繞組共同散熱，大大提高電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性。
【專利說(shuō)明】一種用于軸向進(jìn)給的混合勵(lì)磁開關(guān)磁通直線電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)床進(jìn)給用伺服直驅(qū)電機(jī)領(lǐng)域，特別涉及一種用于軸向進(jìn)給的混合勵(lì) 磁開關(guān)磁通直線電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)今高檔數(shù)控加工機(jī)床中用圓筒型永磁直線電動(dòng)機(jī)替代"旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)+滾珠絲 杠"的主軸軸向進(jìn)給方式具有直線速度高，瞬時(shí)響應(yīng)快，線性定位精度高等優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越得 到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有的正弦波永磁直線同步電機(jī)具有高功率密度和精確的控制性能，使其 成為軸向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)用圓筒型直線電機(jī)的首選。該直線電機(jī)通常分為動(dòng)圈式和動(dòng)磁式兩種結(jié) 構(gòu)，動(dòng)圈式結(jié)構(gòu)電機(jī)存在永磁磁鋼用量大，電機(jī)線路連接復(fù)雜等問(wèn)題；動(dòng)磁式結(jié)構(gòu)電機(jī)銅耗 大，效率低，磁鋼易損壞。
[0003] 鑒于以上技術(shù)問(wèn)題，實(shí)有必要提供一種可以克服上述缺陷的新型的圓筒型直線電 機(jī)，用于機(jī)床主軸的軸向進(jìn)給，降低伺服直線進(jìn)給系統(tǒng)的造價(jià)，提高機(jī)電設(shè)備工作效率，穩(wěn) 定性和魯棒性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 針對(duì)上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提出一種用于軸向進(jìn) 給的混合勵(lì)磁開關(guān)磁通直線電機(jī)，通過(guò)將永磁磁鋼和繞組線圈設(shè)置在電機(jī)短初級(jí)定子上， 長(zhǎng)次級(jí)動(dòng)子只設(shè)置齒環(huán)，使電機(jī)材料用量大大降低，魯棒性增強(qiáng)；通過(guò)設(shè)置勵(lì)磁繞組，使電 機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)可控調(diào)節(jié)，改善直線電機(jī)低速負(fù)載和高速進(jìn)給性能。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0006] 一種用于軸向進(jìn)給的混合勵(lì)磁開關(guān)磁通直線電機(jī)，包括進(jìn)給軸，設(shè)置在進(jìn)給軸外 周的次級(jí)動(dòng)子以及設(shè)置在次級(jí)動(dòng)子外周的初級(jí)定子，所述次級(jí)動(dòng)子由沿軸向依次嵌套在進(jìn) 給軸外徑上的動(dòng)子齒環(huán)組成；所述初級(jí)定子包括定子大齒環(huán)、定子小齒環(huán)、電樞繞組、勵(lì)磁 繞組，以及磁鋼，所述磁鋼將一對(duì)定子大齒環(huán)一分為二，每一個(gè)定子大齒環(huán)通過(guò)凸緣連接有 定子小齒環(huán)，所述定子小齒環(huán)和凸緣以及定子大齒環(huán)之間的空間設(shè)置所述勵(lì)磁繞組，所述 電樞繞組設(shè)置在定子小齒環(huán)的外側(cè)且與定子大齒環(huán)接觸；所述初級(jí)定子設(shè)置在所述次級(jí)動(dòng) 子外側(cè)，所述進(jìn)給軸被機(jī)座支撐，所述次級(jí)動(dòng)子通過(guò)直線軸承與機(jī)座連接；所述磁鋼沿軸向 充磁，且軸向相鄰的兩個(gè)磁鋼的充磁方向相反；所述軸向相鄰的兩個(gè)電樞繞組的繞線方向 相反；所述磁鋼兩側(cè)的電樞繞組串聯(lián)連接成對(duì)，沿軸向依次設(shè)置為A，B，C三相；所述軸向相 鄰的兩個(gè)勵(lì)磁繞組的繞線方向相反，所述磁鋼兩側(cè)勵(lì)磁繞組串聯(lián)連接成對(duì)；所述磁鋼，兩對(duì) 定子大齒環(huán)和定子小齒環(huán)，一對(duì)電樞繞組，一對(duì)勵(lì)磁繞組組成一個(gè)定子模塊，所述兩個(gè)定子 模塊外側(cè)之間設(shè)置有用于軸向固定的所述定子軛部套環(huán)。
[0007] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述定子安裝套筒外側(cè)設(shè)置有冷卻液螺管。
[0008] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述機(jī)座外側(cè)設(shè)置有軸承端蓋，所述定子安裝套筒外 側(cè)設(shè)置有定子端蓋，所述進(jìn)給軸軸向兩端分別設(shè)置有定位環(huán)和鎖緊螺母。
[0009] 本發(fā)明用于軸向進(jìn)給的混合勵(lì)磁開關(guān)磁通直線電機(jī)至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明通 過(guò)設(shè)計(jì)組合式定子模塊結(jié)構(gòu)，使直線電機(jī)組裝方便簡(jiǎn)單；設(shè)置磁鋼和繞組在電機(jī)定子上，降 低直線電機(jī)材料用量和造價(jià)；電機(jī)動(dòng)子只存在動(dòng)子齒環(huán)，驅(qū)動(dòng)魯棒性強(qiáng)，慣量低。通過(guò)設(shè) 置勵(lì)磁繞組，調(diào)節(jié)電機(jī)磁場(chǎng)，改善直線電機(jī)低速負(fù)載和高速進(jìn)給的性能。另外，本發(fā)明通過(guò) 設(shè)置簡(jiǎn)單的冷卻液螺管，使得磁鋼、電樞繞組和勵(lì)磁繞組共同散熱，大大提高電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定 性。因此，相比現(xiàn)有的直線電機(jī)，本發(fā)明直線電機(jī)作為主軸軸向進(jìn)給的伺服直驅(qū)動(dòng)力源更具 有優(yōu)勢(shì)，工作性能更佳。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1是本發(fā)明一種用于軸向進(jìn)給的混合勵(lì)磁開關(guān)磁通直線電機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0011] 圖2是圖1中電機(jī)定子模塊的組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖3是圖1中動(dòng)子齒環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖4是本發(fā)明一種用于軸向進(jìn)給的混合勵(lì)磁開關(guān)磁通直線電機(jī)的工作特性曲線 圖；
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明一種用于軸向進(jìn)給的混合勵(lì)磁開關(guān)磁通直線電機(jī)的組成 結(jié)構(gòu)及其電磁性能作具體介紹：
[0015] 參閱圖1所示，本發(fā)明一種用于軸向進(jìn)給的混合勵(lì)磁開關(guān)磁通直線電機(jī)，主要由 進(jìn)給軸1，定子安裝套筒2,機(jī)座3,定子大齒環(huán)4,定子小齒環(huán)5,電樞繞組6,磁鋼7,勵(lì)磁繞 組8,定子軛部套環(huán)9,動(dòng)子齒環(huán)10等組成。所述定子小齒環(huán)5,定子大齒環(huán)4,磁鋼7,電樞 繞組6,勵(lì)磁繞組8,定子軛部套環(huán)9沿軸向排放在所述定子安裝套筒組成直線電機(jī)的初級(jí) 定子。
[0016] 結(jié)合圖1和圖2所不，所述磁鋼7沿軸向充磁，軸向相鄰兩個(gè)磁鋼7充磁方向相 反，所述磁鋼7軸向兩側(cè)設(shè)置有所述定子大齒環(huán)4,所述定子大齒環(huán)4通過(guò)凸緣與所述定子 小齒環(huán)5連接（具體地說(shuō)，所述定子大齒環(huán)設(shè)置有凸緣，所述定子小齒環(huán)的截面為L(zhǎng)形結(jié) 構(gòu)，剛好搭在前述凸緣上，所述定子大齒環(huán)和定子小齒環(huán)沿徑向形成有凹槽，所述勵(lì)磁繞組 8正好容置在該凹槽內(nèi)）。所述定子小齒環(huán)5徑向外側(cè)設(shè)置所述電樞繞組6,軸向相鄰的兩 個(gè)電樞繞組6的繞線方向相反。所述磁鋼7兩側(cè)電樞繞組6串聯(lián)連接成對(duì)，沿軸向依次設(shè) 置為A，B，C三相結(jié)構(gòu)。
[0017] 所述勵(lì)磁繞組8設(shè)置在所述定子大齒環(huán)4和定子小齒環(huán)5形成的徑向凹槽內(nèi)，軸 向相鄰的兩個(gè)勵(lì)磁繞組8的繞線方向相反。所述磁鋼7兩側(cè)勵(lì)磁繞組8串聯(lián)連接成對(duì)。調(diào) 節(jié)電機(jī)磁場(chǎng)時(shí)每對(duì)繞組同時(shí)并行通入勵(lì)磁直流電。
[0018] 所述一個(gè)磁鋼7,兩對(duì)定子大齒環(huán)4和定子小齒環(huán)5, 一對(duì)電樞繞組6, 一對(duì)勵(lì)磁繞 組8組成一個(gè)定子模塊，所述兩個(gè)定子模塊外側(cè)之間設(shè)置有用于軸向固定的所述定子軛部 套環(huán)9。
[0019] 結(jié)合圖1和圖3所示，所述動(dòng)子齒環(huán)10沿軸向逐個(gè)嵌套在所述進(jìn)給軸1外徑上組 成直線電機(jī)的次級(jí)動(dòng)子。所述初級(jí)定子設(shè)置在所述次級(jí)動(dòng)子外側(cè)，嵌套在所述機(jī)座3內(nèi)，所 述次級(jí)動(dòng)子前端外側(cè)設(shè)置有直線軸承11，所述直線軸承11與所述機(jī)座3連接。
[0020] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述定子安裝套筒2內(nèi)側(cè)沿周向依次放置有6個(gè)定子 模塊，對(duì)應(yīng)軸向長(zhǎng)度上設(shè)置動(dòng)子齒環(huán)10的最佳個(gè)數(shù)為19,再根據(jù)直線電機(jī)軸向行程的要 求，添加相應(yīng)數(shù)量的動(dòng)子齒環(huán)10。可根據(jù)應(yīng)用需要，設(shè)置定子模塊的個(gè)數(shù)為6的倍數(shù)，并選 擇行程對(duì)應(yīng)的動(dòng)子齒環(huán)10的個(gè)數(shù)。
[0021] 參閱圖4所示，利用有限元仿真分析，研究所述勵(lì)磁繞組8對(duì)本發(fā)明直線電機(jī)磁場(chǎng) 的調(diào)節(jié)性能。作為本發(fā)明電機(jī)的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，設(shè)定直線電機(jī)額定速度為0. 5m/s，額定推力 為8000N。本發(fā)明電機(jī)主磁場(chǎng)由所述磁鋼7和勵(lì)磁繞組8共同作用構(gòu)成混合勵(lì)磁磁場(chǎng)，屬于 一種混合勵(lì)磁電機(jī)。所述電樞繞組6在混合勵(lì)磁磁場(chǎng)下產(chǎn)生感應(yīng)磁通從而產(chǎn)生電磁推力。 當(dāng)所述勵(lì)磁繞組8不通入電流時(shí)，電磁磁場(chǎng)完全由所述磁鋼7產(chǎn)生，直線電機(jī)在額定速度以 下產(chǎn)生額定推力8000N，由電機(jī)學(xué)知識(shí)可知，在其他電磁參數(shù)不變的情況下，提高電機(jī)磁場(chǎng) 強(qiáng)度，電機(jī)輸出推力越大，負(fù)載能力越強(qiáng)。因此，對(duì)所述勵(lì)磁繞組8通入一定方向和幅值的 直流電流，使電機(jī)磁場(chǎng)增大，能使電樞繞組6的感應(yīng)磁通增大，從而使輸出推力增大。作為 本發(fā)明電機(jī)的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，當(dāng)通入最大勵(lì)磁電流時(shí)，電機(jī)輸出推力達(dá)到20000N，為額度推 力的2. 5倍，特別適合主軸運(yùn)行在低速軸向負(fù)載進(jìn)給時(shí)提供足夠大的驅(qū)動(dòng)力，因此本發(fā)明 電機(jī)設(shè)計(jì)在進(jìn)給速度〇. 3m/s以下能通過(guò)混合勵(lì)磁的作用輸出推力20000N。
[0022] 另一方面，當(dāng)對(duì)勵(lì)磁繞組8通入與增磁作用相反方向的直流電流時(shí)，使電樞繞組6 的感應(yīng)磁鏈幅值降低，在電樞繞組輸入額定電流不變的情況下，降低了電機(jī)輸出推力，提高 了電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速，起到弱磁升速的作用，能提高電機(jī)的調(diào)速范圍，特別適合主軸運(yùn)行在高速 進(jìn)給，回退等空載過(guò)程，提高工作效率。作為本發(fā)明電機(jī)的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，當(dāng)通入最大弱磁 電流時(shí)，電機(jī)直線進(jìn)給速度最大能達(dá)到1. 8m/s，為額定速度的3. 6倍，大大擴(kuò)大了直線電機(jī) 的運(yùn)行速度范圍。使電機(jī)操作運(yùn)行更為靈活，適應(yīng)性更強(qiáng)。綜述所述，混合勵(lì)磁的作用使得 本發(fā)明直線電機(jī)在機(jī)床軸向進(jìn)給伺服直驅(qū)系統(tǒng)中的應(yīng)用具有顯著的優(yōu)越性。
[0023] 再次參閱圖1所不，所述定子安裝套筒2外側(cè)設(shè)置有冷卻液螺管16,所述機(jī)座3外 側(cè)設(shè)置有軸承端蓋12,所述定子安裝套筒2外側(cè)設(shè)置有定子端蓋13,所述進(jìn)給軸1軸向兩 端分別設(shè)置有定位環(huán)14和鎖緊螺母15。
[0024] 以上所述僅為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，不是全部或唯一的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員通過(guò)閱讀本發(fā)明說(shuō)明書而對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明 的權(quán)利要求所涵。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于軸向進(jìn)給的混合勵(lì)磁開關(guān)磁通直線電機(jī)，其特征在于：包括：進(jìn)給軸（1)， 設(shè)置在進(jìn)給軸（1)外周的次級(jí)動(dòng)子以及設(shè)置在次級(jí)動(dòng)子外周的初級(jí)定子，所述次級(jí)動(dòng)子由 沿軸向依次嵌套在進(jìn)給軸（1)外徑上的動(dòng)子齒環(huán)（10)組成；所述初級(jí)定子包括定子大齒環(huán) (4)、定子小齒環(huán)（5)、電樞繞組（6)、勵(lì)磁繞組（8)，以及磁鋼（7)，所述磁鋼（7)將一對(duì)定子 大齒環(huán)（4) 一分為二，每一個(gè)定子大齒環(huán)（4)通過(guò)凸緣連接有定子小齒環(huán)（5)，所述定子小 齒環(huán)（5)和凸緣以及定子大齒環(huán)⑷之間的空間設(shè)置所述勵(lì)磁繞組（8)，所述電樞繞組（6) 設(shè)置在定子小齒環(huán)（5)的外側(cè)且與定子大齒環(huán)（4)接觸；所述初級(jí)定子設(shè)置在所述次級(jí)動(dòng) 子外側(cè)，所述進(jìn)給軸（1)被機(jī)座（3)支撐，所述次級(jí)動(dòng)子通過(guò)直線軸承（11)與機(jī)座（3)連 接； 所述磁鋼（7)沿軸向充磁，且軸向相鄰的兩個(gè)磁鋼（7)的充磁方向相反；所述軸向相鄰 的兩個(gè)電樞繞組（6)的繞線方向相反；所述磁鋼（7)兩側(cè)的電樞繞組（6)串聯(lián)連接成對(duì)，沿 軸向依次設(shè)置為A，B，C三相；所述軸向相鄰的兩個(gè)勵(lì)磁繞組（8)的繞線方向相反，所述磁 鋼（7)兩側(cè)勵(lì)磁繞組（8)串聯(lián)連接成對(duì)； 所述磁鋼（7)，兩對(duì)定子大齒環(huán)（4)和定子小齒環(huán)（5)，一對(duì)電樞繞組￠)，一對(duì)勵(lì)磁繞 組（8)組成一個(gè)定子模塊，所述兩個(gè)定子模塊外側(cè)之間設(shè)置有用于軸向固定的所述定子軛 部套環(huán)（9)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于軸向進(jìn)給的混合勵(lì)磁開關(guān)磁通直線電機(jī)，其特征在 于：所述定子安裝套筒（2)外側(cè)設(shè)置有冷卻液螺管（16)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于軸向進(jìn)給的混合勵(lì)磁開關(guān)磁通直線電機(jī)，其特征在 于：所述機(jī)座（3)外側(cè)設(shè)置有軸承端蓋（12)，所述定子安裝套筒（2)外側(cè)設(shè)置有定子端蓋 (13)，所述進(jìn)給軸（1)軸向兩端分別設(shè)置有定位環(huán)（14)和鎖緊螺母（15)。
【文檔編號(hào)】H02K41/03GK104113181SQ201410344150
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】趙升噸, 梁錦濤, 朱牧之, 李泳嶧 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)