專利名稱：短行程高響應直線電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直線電機，應用于高速往返、小位移的加工場合和精密機床的進給系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著精密制造技術(shù)和數(shù)控技術(shù)等先進制造技術(shù)的發(fā)展，高速、高效、高精成為當前數(shù)控機床的發(fā)展方向，這對機床各功能部件的性能提出了更高的要求。以進給驅(qū)動部件為例，對小位移、高往復頻率加工場合，如電火花成型加工機床、活塞型面加工機床和激光加工機床等，則要求系統(tǒng)具有快速的加減速性能(加速度2g)和極高的頻率響應特性(100Hz)。目前國內(nèi)短行程高響應直線電機的動子采用的是單個片狀彈簧結(jié)構(gòu)，其行程僅限于±1mm以內(nèi)。因此，開發(fā)新型的高性能進給驅(qū)動部件成為解決問題的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種短行程高響應直線電機，以提高現(xiàn)有直線電機的速度、加速度、推力、定位精度、瞬態(tài)性能等性能指標。
本發(fā)明所提出的一種短行程高響應直線電機，包括定子和動子兩部分，其動子部分在伺服驅(qū)動器的控制下進行往返直線運動，其特征是(1)定子采用永磁磁鋼內(nèi)圓嵌入式環(huán)形結(jié)構(gòu)，以增強氣隙磁場的的強度；(2)動子由線圈骨架、連接于線圈骨架軸心的連軸和繞制在線圈骨架上的線圈組成；連軸通過兩個直線軸承分別支承在端罩和定子上；(3)動子兩側(cè)的連軸上分別套有彈簧、兩彈簧的端部分別頂在端罩和定子上，以保證動子靜止狀態(tài)下零點定位和在行程內(nèi)動子推力的線性化。
所述的短行程高響應直線電機，其進一步特征是定子的兩處偏心位置分別裝有直線軸承和光柵尺，直線軸承內(nèi)活動嵌有導向桿，光柵讀頭固定連接連軸的一端和導向桿，以保證動子部分在軸向直線運動時不發(fā)生旋轉(zhuǎn)運動，并實現(xiàn)電機軸向運動與測量的系統(tǒng)化。
所述的短行程高響應直線電機，動子的線圈骨架可以采用輕型材料并具有透空孔洞，以減輕動子慣量。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新之處在于(1)為保證靜止狀態(tài)下零點定位和在行程內(nèi)動子推力的線性化，本電機采用雙彈簧動力平衡的動子動力結(jié)構(gòu)。
(2)為保證動子部分在軸向直線運動時不發(fā)生周向旋轉(zhuǎn)運動，本電機采用三直線軸承偏心導向機構(gòu)方式。
(3)為實現(xiàn)電機軸向運動與測量的系統(tǒng)化，本電機采用光柵尺、光柵讀頭與電機一體化結(jié)構(gòu)。
(4)為增強氣隙磁場的的強度，本電機定子采用永磁磁鋼內(nèi)圓嵌入式環(huán)形結(jié)構(gòu)。
(5)為減輕動子慣性，本電機的動子線圈骨架采用輕型材料，以減小動子的質(zhì)量。
本發(fā)明為提高推力和速度指標，降低了動子質(zhì)量，減少電機尺寸；在位移控制與驅(qū)動方面提高了響應速度和控制精度；采用電機位置檢測與控制一體化技術(shù)；體現(xiàn)了高速、高加速度、高精度和高動態(tài)特性，可應用在三維振鏡動態(tài)聚焦系統(tǒng)、非圓加工和高速磨床等場合。


圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為動子移動線圈與定子磁鋼配合結(jié)構(gòu)圖；圖3為定子永磁磁鋼內(nèi)圓嵌入式環(huán)形結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為動子線圈骨架結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖4(A)為正面視圖，圖4(B)為側(cè)面剖視圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施狀態(tài)進一步說明。
圖1表示本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)，作為一個實施例該短行程高響應直線直流電機的有效行程為±5mm；結(jié)合圖2和圖3可以看到，定子1表面開有嵌入式環(huán)形槽5、里面嵌有的外環(huán)形磁鋼2和內(nèi)環(huán)形磁鋼3均采用高性能永磁材料釹鐵硼；動子線圈9置入外環(huán)形磁鋼2和內(nèi)環(huán)形磁鋼3之間、兩邊會形成氣隙4；動子6的骨架7材料為硬鋁合金LY12；動子線圈9為192匝平繞；動子兩側(cè)彈簧11的彈性系數(shù)為5N/mm 連軸8兩端及定子偏心位置的直線軸承10的型號為LMF6GUU；光柵尺采用德國NUMERLK公司生產(chǎn)的JENA開放式光柵尺，光柵讀頭13型號為LIE5 2PL5FDO，光柵尺帶12型號為MV51-40BP00020；光柵讀頭13固定連接連軸8的一端和導向桿14。
圖4(A)為動子線圈骨架正面視圖，圖4(B)為動子線圈骨架側(cè)面剖視圖，線圈骨架表面具有透空孔洞15，以減輕線圈骨架自身重量。
權(quán)利要求
1.一種短行程高響應直線電機，包括定子和動子兩部分，動子部分在伺服驅(qū)動器的控制下進行往返直線運動，其特征是(1)定子采用永磁磁鋼內(nèi)圓嵌入式環(huán)形結(jié)構(gòu)，以增強氣隙磁場的的強度；(2)動子由線圈骨架、連接于線圈骨架軸心的連軸和繞制在線圈骨架上的線圈組成；連軸通過兩個直線軸承分別支承在端罩和定子上；(3)動子兩側(cè)的連軸上分別套有彈簧、兩彈簧的端部分別頂在端罩和定子上，以保證動子靜止狀態(tài)下零點定位和在行程內(nèi)動子推力的線性化。
2.如權(quán)利要求1所述的短行程高響應直線電機，其特征是定子的兩處偏心位置分別裝有直線軸承和光柵尺，直線軸承內(nèi)活動嵌有導向桿，光柵讀頭固定連接連軸的一端和導向桿，以保證動子部分在軸向直線運動時不發(fā)生旋轉(zhuǎn)運動，并實現(xiàn)電機軸向運動與測量的系統(tǒng)化。
3.如權(quán)利要求1或2所述的短行程高響應直線電機，其特征是動子的線圈骨架采用輕型材料并具有透空孔洞，以減輕動子慣量。
全文摘要
本發(fā)明的短行程高響應直線電機，涉及一種直線電機，本發(fā)明包括定子和動子兩部分，定子采用永磁磁鋼內(nèi)圓嵌入式環(huán)形結(jié)構(gòu)；動子由線圈骨架、連軸和線圈組成，在伺服驅(qū)動器的控制下進行往返直線運動；連軸通過兩個直線軸承分別支承在端罩和定子上；動子兩側(cè)的連軸上分別套有彈簧、兩彈簧的端部分別頂在端罩和定子上。本發(fā)明為提高推力和速度指標，降低了動子質(zhì)量，減少電機尺寸；在位移控制與驅(qū)動方面提高了響應速度和控制精度；采用電機位置檢測與控制一體化技術(shù)；體現(xiàn)了高速、高加速度、高精度和高動態(tài)特性，可應用在高速往返、小位移的三維振鏡動態(tài)聚焦系統(tǒng)、非圓加工和高速磨床等場合。
文檔編號H02K33/02GK1595774SQ200410013449
公開日2005年3月16日 申請日期2004年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月10日
發(fā)明者艾武, 金振榮, 陳幼平, 杜志強, 常雪峰, 謝經(jīng)明, 余文勇, 金穎琦 申請人:華中科技大學