專利名稱：用于數(shù)控進(jìn)給平臺(tái)的直接磁懸浮永磁直線同步電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于數(shù)控進(jìn)給平臺(tái)的直接磁懸浮永磁直線同步電動(dòng)機(jī)，特別是涉 及一種用于數(shù)控機(jī)床的無(wú)摩擦、直接進(jìn)給伺服系統(tǒng)的磁懸浮永磁直線同步電動(dòng)機(jī)，屬于電 動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
數(shù)控機(jī)床加工中的摩擦阻力，特別是在低速時(shí)的非線性摩擦不可避免地影響伺服 系統(tǒng)的精度，導(dǎo)致進(jìn)給系統(tǒng)產(chǎn)生爬行以及造成反向死區(qū)。摩擦是引起數(shù)控機(jī)床熱變形的原 因之一，是影響加工精度的重要因素。此外，摩擦也是引起磨損、產(chǎn)生噪音的因素，需要良好 的潤(rùn)滑來(lái)提高機(jī)床壽命。因此，如何有效的減小或消除摩擦成為制約數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)性 能的技術(shù)瓶頸?，F(xiàn)有的磁懸浮進(jìn)給系統(tǒng)沒(méi)有利用永磁直線電動(dòng)機(jī)的法向磁拉力來(lái)消除摩 擦，而是采用另外單獨(dú)的永磁直線電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，附加電磁鐵進(jìn)行懸浮，需要多點(diǎn)支 撐懸浮，裝置復(fù)雜，特別是在機(jī)床本體設(shè)計(jì)時(shí)就需要考慮懸浮問(wèn)題，影響運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠 性，限制了磁懸浮進(jìn)給系統(tǒng)的使用和推廣。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明提供一種用于數(shù)控進(jìn)給平臺(tái)的直接磁懸浮永磁直線同步電動(dòng) 機(jī)，其目的是解決以往利用附加電磁鐵多點(diǎn)支撐懸浮的方法解決摩擦問(wèn)題時(shí)效果不好、結(jié) 構(gòu)復(fù)雜、穩(wěn)定性和可靠性差的技術(shù)問(wèn)題。技術(shù)方案本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種用于數(shù)控進(jìn)給平臺(tái)的直接磁懸浮永磁直線同步電動(dòng)機(jī)，包括定子鐵心和使用 時(shí)沿著定子鐵心移動(dòng)的動(dòng)子鐵心，其特征在于在所述動(dòng)子鐵心內(nèi)設(shè)置有兩套電氣上相互 獨(dú)立的繞組，其中一套為用于產(chǎn)生電磁推力的推力繞組，另一套為用于調(diào)節(jié)磁懸浮力的懸 浮繞組，所述懸浮繞組設(shè)置在推力繞組與定子鐵心之間；在所述定子鐵心上朝向動(dòng)子鐵心 一面設(shè)置有永磁體。所述懸浮繞組與推力繞組為具有相同相數(shù)、相同連接方式和相同極對(duì)數(shù)的交流繞 組；所述推力繞組與產(chǎn)生推力的逆變器相連，所述懸浮繞組與產(chǎn)生磁懸浮的逆變器相連。所述定子鐵心設(shè)置在不導(dǎo)磁的電動(dòng)機(jī)底座上。推力繞組的電流采用id = 0的控制方式，提供電磁推力，懸浮繞組的電流采用iq =0的控制方式，提供可調(diào)節(jié)的磁懸浮力，懸浮繞組電流的増磁或去磁作用由懸浮高度決 定，在磁懸浮力作用下動(dòng)子鐵心直接自動(dòng)懸浮。所述永磁體為釹鐵硼、鐵氧體和稀土鈷。優(yōu)點(diǎn)及效果本發(fā)明提供一種用于數(shù)控進(jìn)給平臺(tái)的直接磁懸浮永磁直線同步電動(dòng) 機(jī)，包括定子鐵心和使用時(shí)沿著定子鐵心移動(dòng)的動(dòng)子鐵心，在所述動(dòng)子鐵心內(nèi)設(shè)置有兩套 電氣上相互獨(dú)立的繞組，其中一套為用于產(chǎn)生電磁推力的推力繞組，另一套為用于調(diào)節(jié)磁 懸浮力的懸浮繞組，所述懸浮繞組設(shè)置在推力繞組與定子鐵心之間；在所述定子鐵心上朝向動(dòng)子鐵心一面設(shè)置有永磁體。另外，該發(fā)明還具有以下特征推力繞組與懸浮繞組是具有相同相數(shù)、相同連接方 式和相同極對(duì)數(shù)的交流繞組；推力繞組電流采用id = 0的控制方式提供電磁推力，懸浮繞 組電流采用、=0的控制方式，提供可調(diào)節(jié)的磁懸浮力，懸浮繞組電流的増磁或去磁作用 由懸浮高度決定；所使用的永磁材料為釹鐵硼、鐵氧體和稀土鈷；所使用永磁材料的工作 溫度滿足運(yùn)行時(shí)對(duì)熱穩(wěn)定性的要求，以防止不可逆失磁。在電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，永磁體的最大去磁 工作點(diǎn)應(yīng)該在所用永磁材料最大工作溫度和最大去磁磁勢(shì)時(shí)退磁曲線拐點(diǎn)以上，并留有一 定余量，當(dāng)然，對(duì)于對(duì)鐵氧體永磁材料為最低工作溫度和最大去磁磁勢(shì)時(shí)退磁曲線拐點(diǎn)以 上，并留有一定余量。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、該電動(dòng)機(jī)的動(dòng)子上有一套繞組專門用于對(duì)氣隙磁場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而改變磁拉力 的大小使動(dòng)子直接自動(dòng)懸浮。2、與以往的應(yīng)用電勵(lì)磁直線同步電動(dòng)機(jī)的進(jìn)給平臺(tái)比較，由永磁體提供與動(dòng)子鐵 心之間的主要的磁拉力，充分利用了永磁直線電動(dòng)機(jī)的法向力，效率高節(jié)約能量。3、與以往的應(yīng)用純永磁直線同步電動(dòng)機(jī)的進(jìn)給平臺(tái)比較，克服了氣隙磁場(chǎng)難以調(diào) 節(jié)的缺點(diǎn)。4、與以往的應(yīng)用永磁和電勵(lì)磁混合勵(lì)磁直線同步電動(dòng)機(jī)的進(jìn)給平臺(tái)比較，所發(fā)明 的電動(dòng)機(jī)具有磁路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氣隙磁場(chǎng)調(diào)節(jié)容易的特點(diǎn)。該發(fā)明在使用的時(shí)候?qū)⑦M(jìn)給平臺(tái)直接設(shè)置在動(dòng)子鐵心上，且在該電動(dòng)機(jī)的動(dòng)子鐵 心上有兩套電氣上相互獨(dú)立的繞組，一套繞組是用于產(chǎn)生電磁推力的推力繞組，另一套繞組 是用于調(diào)節(jié)磁懸浮力的懸浮繞組，專門用于對(duì)氣隙磁場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而改變磁拉力的大小，使 永磁直線電動(dòng)機(jī)靠自身產(chǎn)生的磁懸浮力來(lái)運(yùn)行，這樣一來(lái)就不需要再附加電磁鐵，能夠克服 以往的進(jìn)給平臺(tái)電磁鐵多點(diǎn)支撐懸浮，裝置復(fù)雜，影響運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性的技術(shù)問(wèn)題。該發(fā)明采用直接磁懸浮永磁直線同步電動(dòng)機(jī)，在實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)的同時(shí)能夠從根本 上消除摩擦實(shí)現(xiàn)無(wú)摩擦進(jìn)給，不用像以往那樣單獨(dú)增設(shè)電動(dòng)機(jī)和電磁鐵進(jìn)行無(wú)摩擦處理， 對(duì)進(jìn)一步提高數(shù)控機(jī)床的加工精度具有重要意義。


圖1為本發(fā)明的用于數(shù)控進(jìn)給平臺(tái)的直接磁懸浮永磁直線同步電動(dòng)機(jī)局部結(jié)構(gòu) 示意圖；圖2為本發(fā)明的用于數(shù)控進(jìn)給平臺(tái)的直接磁懸浮永磁直線同步電動(dòng)機(jī)定子結(jié)構(gòu) 示意圖；圖3為本發(fā)明的用于數(shù)控進(jìn)給平臺(tái)的直接磁懸浮永磁直線同步電動(dòng)機(jī)與數(shù)控進(jìn) 給平臺(tái)連接時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1、懸浮繞組；2、推力繞組；3、動(dòng)子鐵心；4、永磁體；5、定子鐵心；6、輔助導(dǎo) 軌；7、電動(dòng)機(jī)底座；8、進(jìn)給平臺(tái)；9、平臺(tái)基座。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明
如圖1和2所示，本發(fā)明提供一種用于數(shù)控進(jìn)給平臺(tái)的直接磁懸浮永磁直線同步 電動(dòng)機(jī)，包括定子鐵心5和使用時(shí)沿著定子鐵心5移動(dòng)的動(dòng)子鐵心3，定子鐵心5設(shè)置在不 導(dǎo)磁的電動(dòng)機(jī)底座7上。在所述定子鐵心5上朝向動(dòng)子鐵心3 —面設(shè)置永磁體4。在所述動(dòng)子鐵心3內(nèi)設(shè)置有兩套電氣上相互獨(dú)立的繞組，其中一套為用于產(chǎn)生電 磁推力的推力繞組2，另一套為用于調(diào)節(jié)磁懸浮力的懸浮繞組1 ；推力繞組2在使用的時(shí)候 可以使得動(dòng)子鐵心3相對(duì)于定子鐵心5移動(dòng)，懸浮繞組1可以使得動(dòng)子鐵心3在定子鐵心5 下懸浮，從而使得動(dòng)子鐵心3相對(duì)于定子鐵心5懸浮移動(dòng)；如圖1所示，所述推力繞組2和 懸浮繞組1的布線方向與動(dòng)子鐵心3沿著定子鐵心5運(yùn)動(dòng)的方向垂直。如圖3所示，該發(fā)明在使用的時(shí)候不導(dǎo)磁的電動(dòng)機(jī)底座7固定在平臺(tái)基座9下方， 在使用的時(shí)候動(dòng)子鐵心3與進(jìn)給平臺(tái)8固定相連，這樣一來(lái)就不用象以往那樣通過(guò)電磁鐵 多點(diǎn)支撐，從而使得整個(gè)裝置的穩(wěn)定性和可靠性大大提高。而在使用的時(shí)候推力繞組2用 于產(chǎn)生電磁推力，實(shí)現(xiàn)直接磁懸浮永磁直線同步電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)進(jìn)給平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，而懸浮 繞組1是用于調(diào)節(jié)磁懸浮力使進(jìn)給平臺(tái)在動(dòng)子鐵心3的帶動(dòng)下自動(dòng)懸浮，從而大大減小摩 擦，提高工作效率。在所述平臺(tái)基座9上設(shè)置有輔助導(dǎo)軌6，動(dòng)子鐵心3在使用的時(shí)候同進(jìn) 給平臺(tái)8—起沿著輔助導(dǎo)軌6移動(dòng)，當(dāng)該直接磁懸浮永磁直線同步電動(dòng)機(jī)不工作時(shí)，停在輔 助導(dǎo)軌6上。在具體實(shí)施的時(shí)候，因進(jìn)給平臺(tái)8和電動(dòng)機(jī)的動(dòng)子鐵心3固定相連，因此，進(jìn) 給平臺(tái)8和該直接磁懸浮永磁直線同步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)子鐵心3共用一套輔助導(dǎo)軌6，而不用在 直接磁懸浮永磁直線同步電動(dòng)機(jī)上另設(shè)一套輔助導(dǎo)軌，節(jié)省了材料、制造工序和成本。所述懸浮繞組1與推力繞組2為具有相同相數(shù)、相同連接方式和相同極對(duì)數(shù)的交 流繞組；所述推力繞組2與產(chǎn)生推力的逆變器相連，在推力繞組中通入三相對(duì)稱正弦電流 后，對(duì)推力繞組電流采用id = 0的控制方式，在氣隙中產(chǎn)生行波磁場(chǎng)，與在定子鐵心5上的 永磁體4的勵(lì)磁磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁推力從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)子鐵心3帶動(dòng)進(jìn)給平臺(tái)8的運(yùn)動(dòng)； 所述懸浮繞組1與產(chǎn)生磁懸浮電流的逆變器相連，懸浮繞組采用iq = 0的控制方式，通過(guò) 改變電流的大小實(shí)現(xiàn)増磁和去磁作用從而對(duì)氣隙磁場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，改變磁拉力的大小。増磁 和去磁狀態(tài)由懸浮高度決定。所述懸浮繞組1設(shè)置在推力繞組2與定子鐵心5之間。所述永磁體為釹鐵硼、鐵氧體和稀土鈷。所使用永磁材料的工作溫度滿足運(yùn)行時(shí) 對(duì)熱穩(wěn)定性的要求，以防止不可逆失磁。在電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，永磁體的最大去磁工作點(diǎn)應(yīng)該在所 用永磁材料最大工作溫度和最大去磁磁勢(shì)時(shí)退磁曲線拐點(diǎn)以上，并留有一定余量，而對(duì)于 鐵氧體永磁材料的最大去磁工作點(diǎn)應(yīng)該在最低工作溫度和最大去磁磁勢(shì)時(shí)退磁曲線拐點(diǎn) 以上，并留有一定余量。該發(fā)明采用的直接磁懸浮永磁直線同步電動(dòng)機(jī)，在實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)的同時(shí)能夠從根 本上消除摩擦實(shí)現(xiàn)無(wú)摩擦進(jìn)給，對(duì)進(jìn)一步提高數(shù)控機(jī)床的加工精度具有重要意義。
權(quán)利要求
一種用于數(shù)控進(jìn)給平臺(tái)的直接磁懸浮永磁直線同步電動(dòng)機(jī)，包括定子鐵心(5)和使用時(shí)沿著定子鐵心(5)移動(dòng)的動(dòng)子鐵心(3)，其特征在于在所述動(dòng)子鐵心(3)內(nèi)設(shè)置有兩套電氣上相互獨(dú)立的繞組，其中一套為用于產(chǎn)生電磁推力的推力繞組(2)，另一套為用于調(diào)節(jié)磁懸浮力的懸浮繞組(1)，所述懸浮繞組(1)設(shè)置在推力繞組(2)與定子鐵心(5)之間；在所述定子鐵心(5)上朝向動(dòng)子鐵心(3)一面設(shè)置有永磁體(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于數(shù)控進(jìn)給平臺(tái)的直接磁懸浮永磁直線同步電動(dòng)機(jī)，其特 征在于所述懸浮繞組(1)與推力繞組(2)為具有相同相數(shù)、相同連接方式和相同極對(duì)數(shù)的 交流繞組；所述推力繞組(2)與產(chǎn)生推力的逆變器相連，所述懸浮繞組(1)與產(chǎn)生磁懸浮的 逆變器相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于數(shù)控進(jìn)給平臺(tái)的直接磁懸浮永磁直線同步電動(dòng)機(jī)， 其特征在于所述定子鐵心(5)設(shè)置在不導(dǎo)磁的電動(dòng)機(jī)底座(7)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于數(shù)控進(jìn)給平臺(tái)的直接磁懸浮永磁直線同步電動(dòng)機(jī)，其特 征在于推力繞組(2)的電流采用id = 0的控制方式，提供電磁推力，懸浮繞組(1)的電流 采用iq = 0的控制方式，提供可調(diào)節(jié)的磁懸浮力，懸浮繞組電流的增磁或去磁作用由懸浮 高度決定，在磁懸浮力作用下動(dòng)子鐵心直接自動(dòng)懸浮。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于數(shù)控進(jìn)給平臺(tái)的直接磁懸浮永磁直線同步電動(dòng)機(jī)，其特 征在于所述永磁體(4)為釹鐵硼、鐵氧體和稀土鈷。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于數(shù)控進(jìn)給平臺(tái)的直接磁懸浮永磁直線同步電動(dòng)機(jī)，包括定子鐵心和使用時(shí)圍繞定子鐵心運(yùn)動(dòng)的動(dòng)子鐵心，其特征在于在所述動(dòng)子鐵心內(nèi)設(shè)置有兩套電氣上相互獨(dú)立的繞組，其中一套為用于產(chǎn)生電磁推力的推力繞組，另一套為用于調(diào)節(jié)磁懸浮力的懸浮繞組，所述懸浮繞組設(shè)置在推力繞組與定子鐵心之間；在所述定子鐵心上朝向動(dòng)子鐵心一面設(shè)置有永磁體。該發(fā)明采用的直接磁懸浮永磁直線同步電動(dòng)機(jī)，在實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)的同時(shí)能夠從根本上消除摩擦實(shí)現(xiàn)無(wú)摩擦進(jìn)給，對(duì)進(jìn)一步提高數(shù)控機(jī)床的加工精度具有重要意義。
文檔編號(hào)H02K41/03GK101860173SQ20101012702
公開(kāi)日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者藍(lán)宏宣, 藍(lán)益鵬 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)