對稱式永磁同步直線電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種對稱式永磁同步直線電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]高速高精的直線運(yùn)動，一般會用直線電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，例如磁懸浮列車、物料輸送機(jī)、先進(jìn)機(jī)床等等。1840年英國人惠斯頓發(fā)明了世界上第一臺直線電機(jī)，但由于理論與技術(shù)上的缺陷，直到20世紀(jì)中葉，直線電機(jī)才進(jìn)入新的發(fā)展階段。
[0003]直線電機(jī)伺服系統(tǒng)是一種直接將電能轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動的機(jī)械能的動力裝置，它沒有旋轉(zhuǎn)電機(jī)的中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，能有效克服傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的體積大、精度低、效率低、響應(yīng)慢、噪音大等諸多缺點(diǎn)。直線電機(jī)可以看作是旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿著徑向刨開，并拉直展開。由定子演變而來的一側(cè)稱為初級，由轉(zhuǎn)子演變而來的一側(cè)稱為次級?？紤]到實(shí)際情況，一般將初級和次級制造成不同的長度，以保證在所需要的行程范圍內(nèi)初級與次級的之間能有效的進(jìn)行耦合。對于直線電機(jī)，一般將運(yùn)動的一級稱為動子，靜止的一級稱為定子。
[0004]對于很多種類的直線電機(jī)，僅在一邊安放初級，對于這樣的結(jié)構(gòu)單邊式直線電機(jī)，最大的特點(diǎn)是在初級與初級之間存在一個很大的法向吸力，在剛次級時約為推力的10倍左右，這樣會導(dǎo)致單邊式直線電機(jī)的運(yùn)行的不穩(wěn)定。對于絕大多數(shù)直線電機(jī)懸浮力都是用的電磁鐵的斥力或者吸力:斥浮型的直線電機(jī)采用電磁圈相互感應(yīng)產(chǎn)生斥力，同時會產(chǎn)生渦流效應(yīng)，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生大量的熱量，需要冷卻裝置，由于懸浮力無法準(zhǔn)確控制，導(dǎo)致運(yùn)行不穩(wěn)定，同時也會產(chǎn)生強(qiáng)磁場，對人體以及其他環(huán)境的影響尚不清楚，直線電機(jī)的加速運(yùn)動時阻力大，并且需要在靜止和加速時提供輔助懸浮力，需要加入輔助電流補(bǔ)償線路，。吸浮型的直線電機(jī)采用U型結(jié)構(gòu)，懸浮高度非常小，對軌道的加工精度和裝修工作要求高，動子必須有帶有勵磁電源，導(dǎo)致運(yùn)行動子的質(zhì)量大而且不方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有直線電機(jī)存在的上述缺陷，本發(fā)明提供一種能夠有效避免電機(jī)的發(fā)熱，運(yùn)行穩(wěn)定，對軌道的質(zhì)量要求低以及能夠準(zhǔn)確控制電機(jī)動子的對稱式永磁同步直線電機(jī)。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]對稱式永磁同步直線電機(jī)，其特征在于:包括動子和若干對稱式布置在動子兩側(cè)的定子導(dǎo)軌，若干所述的定子導(dǎo)軌構(gòu)成動子運(yùn)動的運(yùn)動軌道；所述的動子的底部兩側(cè)分別對稱布置有三組陣列式永磁體，所述的定子導(dǎo)軌具有U字形結(jié)構(gòu)，并且兩側(cè)所述的定子導(dǎo)軌的U字形結(jié)構(gòu)的開口端相對；所述的U字形結(jié)構(gòu)的開口端的上、下位置均固定安裝有結(jié)構(gòu)相同的牽引力線圈，所述的U字形結(jié)構(gòu)的底部的內(nèi)側(cè)固定安裝有懸浮力線圈；
[0008]位于所述的U字形結(jié)構(gòu)的底部內(nèi)側(cè)的懸浮力線圈與位于所述的動子的底部對應(yīng)位置的陣列式永磁體相互作用同時產(chǎn)生動子向上懸浮的牽引力以及法向吸力，動子兩側(cè)對稱式布置的定子導(dǎo)軌上的懸浮力線圈與陣列式永磁體產(chǎn)生的法向吸力相互作用使直線電機(jī)的動子始終在導(dǎo)軌中間運(yùn)動；
[0009]位于所述的U字形結(jié)構(gòu)的開口端上、下位置的牽引力線圈分別與位于動子的底部對應(yīng)位置的陣列式永磁體相互作用同時產(chǎn)生沿運(yùn)動導(dǎo)軌的長度方向移動的導(dǎo)向力以及法向吸力；并且位于開口端上端位置的牽引力線圈與位于動子的底部對應(yīng)位置的陣列式永磁體相互作用產(chǎn)生的法向吸力和位于開口端下端位置的牽引力線圈與位于動子的底部對應(yīng)位置的陣列式永磁體相互作用產(chǎn)生的法向吸力相互抵消。
[0010]所述的動子的底部兩側(cè)分別開設(shè)有放置陣列式永磁體的永磁體固定槽。
[0011]所述的U字形結(jié)構(gòu)的開口端的上下位置分別開設(shè)有放置牽引力線圈的牽引力線圈固定槽。
[0012]所述的U字形結(jié)構(gòu)的底部的內(nèi)側(cè)開設(shè)有放置懸浮力線圈的懸浮力線圈固定槽。
[0013]所述的運(yùn)動軌道由若干所述的定子導(dǎo)軌可拆卸式地連接。
[0014]使用時，控制懸浮力線圈供電，作為直線電機(jī)的初級，采用陣列式永磁體使永磁體下方的磁場大大加強(qiáng)，而其上方的磁場減弱，這樣能更充分的利用磁場能提供動子行引力，有效提高了能源的使用率，有效降低了能耗；且永磁體無需相關(guān)的控制部件，有效簡化了動子供電控制設(shè)備。陣列式永磁體由不同方向角度的永磁塊組成，永磁塊采用Halbach排列方式陣列，作為直線電機(jī)的次級，控制懸浮力線圈的通電區(qū)域以及電壓頻率、大小，懸浮力線圈與陣列式永磁體相互作用產(chǎn)生動子向上懸浮的牽引力，產(chǎn)生向上懸浮的牽引力的同時會產(chǎn)生法向吸力，但是由于有二個對稱的定子導(dǎo)軌，另一邊也會提供相反方向的法向吸力，這就會抵消這種力，同時這二個法向吸力相互作用，最終會使得動子始終在二個定子導(dǎo)軌的中間位置運(yùn)動，起到直線電機(jī)動子運(yùn)動導(dǎo)向力的作用。
[0015]控制牽引力線圈供電，作為直線電機(jī)的初級，陣列式永磁體由不同方向角度的永磁塊組成，永磁塊采用Halbach排列方式陣列，作為直線電機(jī)的次級，控制牽引力線圈的通電區(qū)域以及電壓頻率、大小，牽引力線圈與陣列式永磁體相互作用產(chǎn)生動子的牽引力。其中，安裝在動子底部的陣列式永磁體起勵磁線圈作用，牽引力線圈起電樞作用，由變頻裝置給在定子軌道內(nèi)側(cè)的懸浮力線圈和牽引力線圈供電，動子的運(yùn)行速度與供給牽引力線圈的電流頻率成正比，其推力的大小又與該電流的幅值成正比。
[0016]同時，位于開口端上端位置的牽引力線圈與位于動子的底部對應(yīng)位置的陣列式永磁體相互作用產(chǎn)生的法向吸力和位于開口端下端位置的牽引力線圈與位于動子的底部對應(yīng)位置的陣列式永磁體相互作用產(chǎn)生的法向吸力相互抵消。因此懸浮力線圈與陣列式永磁體產(chǎn)生的向上的牽引力，只需抵消動子的重力，一般動子的質(zhì)量不會變，這就使得動子懸浮控制的簡便有效，由相互對稱的牽引力線圈和陣列式永磁體相互作用產(chǎn)生運(yùn)行的牽引力能極大改變動子的運(yùn)行精度和速度。
[0017]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0018]1，直線電機(jī)的動子的懸浮力由一組線圈與永磁體產(chǎn)生的牽引力提供，不再是傳統(tǒng)的靠電磁感應(yīng)的斥力或者U型電磁感應(yīng)的吸力而提供直線電機(jī)的懸浮力，能有效的避免電機(jī)的發(fā)熱，運(yùn)行不穩(wěn)定，對軌道的質(zhì)量要求高，無法準(zhǔn)確控制電機(jī)動子的弊端。
[0019]2，本發(fā)明永磁體采用汝鐵硼材料，釹鐵硼磁性材料，作為稀土永磁材料發(fā)展的最新結(jié)果，由于其優(yōu)異的磁性能而被稱為“磁王”。使得本發(fā)明不僅具有永磁電機(jī)的特點(diǎn)，且兼有直線電機(jī)的性能，作為永磁電機(jī)，省去了勵磁線圈，不存在勵磁線圈，能提高電機(jī)的效率降低直線電機(jī)的溫升。同時汝鐵硼永磁具有強(qiáng)磁力和高矯頑力，能有效的減少電機(jī)的體積和重量，永磁體代替勵磁，使得電機(jī)結(jié)構(gòu)更為簡單，能有效的改善直線同步電機(jī)的啟動性能。-
[0020]3，直線電機(jī)采用對稱式導(dǎo)軌，定子導(dǎo)軌是可以自由拆卸的，可以方便移動，隨時組裝在一起。
[0021]4，采用對稱式的結(jié)構(gòu)，對稱分布的陣列式永磁體與懸浮力線圈產(chǎn)生的法向力保證動子始終在定子導(dǎo)軌中間運(yùn)動，控制動子的導(dǎo)向，陣列式永磁體與牽引力線圈產(chǎn)生的法向吸力等無用力都可以相互抵消，使得電機(jī)動子運(yùn)行更穩(wěn)定，控制起來更加簡單。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)剖視圖