一種永磁懸浮支承圓筒型直線電機制造技術

本發明專利技術公開了一種永磁懸浮支承圓筒型直線電機。該直線電機包括永磁軸承定子永磁環、動子永磁環、圓筒型直線電機定子及動子永磁環陣列、直線位移傳感器、緊固螺釘及相應直線電機驅動系統。采用被動型軸向永磁軸承支承直線電機動子，靠徑向永磁軸承的自動定心和斥力作用使動子與定子之間沒有機械接觸，減小了摩擦（理論上沒有摩擦），無需提供潤滑油，無主動控制線圈，不會發熱，比機械軸承支承電機具有更好的動態性能，易于維護，壽命長。但被動磁軸承一旦設計定型，磁軸承剛度確定，剛度會隨移動距離而變化，且比主動磁軸承低，精度有限。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種電機，特別是涉及一種永磁懸浮支承圓筒型直線電機。
技術介紹
在一些微電子制造及生物制造領域，對設備運動的熱變化和作業潔凈度都提出了 很高要求。機械直線軸承中機械摩擦帶來的磨損、低速爬行、潤滑液污染不利影響，系統的 運動精度和動態響應能力低。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種可實現無接觸的磁浮直線運動，能有效提 高系統的運動精度和動態響應能力的永磁懸浮支承圓筒型直線電機。為了解決上述技術問題，本專利技術提供的永磁懸浮支承圓筒型直線電機，包括直線 電機定子鐵芯、直線電機長定子線圈繞組、電機動子主軸和環形永久磁鐵陣列，所述的直線 電機定子鐵芯的左端設有左內支承座和左外壓板，右端設有右內支承座和右外壓板，在所 述的左內支承座內設有左端磁軸承定子永磁環，所述的電機動子主軸的左端設有與所述的 左端磁軸承定子永磁環相互作用的左永磁軸承動子永磁環，在所述的電機動子主軸上所述 的左端磁軸承定子永磁環與所述的環形永久磁鐵陣列之間設有隔磁擋塊，所述的右內支承 座內設有右端磁軸承定子永磁環，所述的電機動子主軸的右端上設有與所述的右端磁軸承 定子永磁環相互作用的右永磁軸承動子永磁環。所述的電機動子主軸上設有直線光柵標尺，在所述的右外壓板上設有讀取所述的 直線光柵標尺的直線光柵讀數頭。所述的左內支承座和左外壓板通過左緊固螺釘安裝在所述的直線電機定子鐵芯 的左端上。所述的右內支承座和右外壓板通過右緊固螺釘安裝在所述的直線電機定子鐵芯 的右端上。所述的左永磁軸承動子永磁環通過左側軸向緊固螺釘安裝在所述的電機動子主 軸的左端上。所述的右永磁軸承動子永磁環通過右側軸向緊固螺釘安裝在所述的電機動子主 軸的右端上。所述的直線光柵讀數頭通過緊固螺釘安裝在所述的右外壓板上。所述的直線電機定子鐵芯和所述的電機動子主軸采用長定子、短動子結構。采用上述技術方案的永磁懸浮支承圓筒型直線電機，是一種被動式永磁懸浮軸承 與直線電機相結合的磁浮直線電機驅動技術。其中磁浮軸承為一種無控制的永磁軸承，無 需要提供主動控制系統，只靠定子和動子間永磁環的相互靜磁作用力即可保持動子在徑向 方向處于懸浮支承狀態。直線電機可設計為三相或兩相驅動圓筒型直線電機，與軸向直線 電機的主動控制相結合，可保持直線運動時系統處于穩定懸浮狀態。被動永磁軸承通過動子和定子上安裝的至少兩對永磁環的磁作用力，可保持動子相對定子在徑向具有自動定心 作用，從而使動子懸浮起來，使動子和定子之間沒有任何機械接觸，具有無摩擦、無磨損、無 需潤滑、壽命長、永磁軸承不發熱等一系列優點。將磁軸承代替機械軸承形成一種新型磁浮 直線驅動電機，可消除動子與定子間機械摩擦的影響，提高電機動態響應能力，并且因為無 機械磨損，無需潤滑油，特別適應于潔凈度要求高的工作環境。應用電機現代交流伺服控制 技術，可使系統在軸向達到極高的運動精度和運動速度。綜上所述，本專利技術是一種可實現無接觸的磁浮直線運動，能有效提高系統的運動 精度和動態響應能力的永磁懸浮支承圓筒型直線電機。附圖說明圖1是本專利技術的結構示意圖。 具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步說明。參見圖1，直線電機定子鐵芯9上設有直線電機長定子線圈繞組12、電機動子主軸 3上設有環形永久磁鐵陣列10和隔磁環11，直線電機定子鐵芯9和所述的電機動子主軸3 采用長定子、短動子結構，直線電機定子鐵芯9的左端通過右緊固螺釘15設有左內支承座 7和左外壓板6，右端通過右緊固螺釘15設有右內支承座16和右外壓板18，在左內支承座 7內設有左端磁軸承定子永磁環4，電機動子主軸3的左端通過左側軸向緊固螺釘1設有與 左端磁軸承定子永磁環4相互作用的左永磁軸承動子永磁環2，在電機動子主軸3上左端磁 軸承定子永磁環4與環形永久磁鐵陣列10之間設有隔磁擋塊8，右內支承座16內設有右端 磁軸承定子永磁環14，電機動子主軸3的右端通過右側軸向緊固螺釘17設有與右端磁軸承 定子永磁環14相互作用的右永磁軸承動子永磁環13，電機動子主軸3上設有直線光柵標尺 19，在右外壓板18上通過緊固螺釘21設有讀取直線光柵標尺19的直線光柵讀數頭20。參見圖1，左永磁軸承動子永磁環2和右永磁軸承動子永磁環13為高磁能積永久 磁鐵，如釹鐵硼、釤鈷合金等，磁環長度可分塊制造，然后疊在一起，可形成無限長磁環。電 機動子主軸3為非導磁材料如高強度鋁合金、奧氏體不銹鋼等，左端磁軸承定子永磁環4和 右端磁軸承定子永磁環14可徑向或軸向磁化，其磁極化方向與相應的動子永磁環一致。左 外壓板6與右外壓板18分別為固定定子永磁環的外壓板，為非導磁材料。左內支承座7與 右內支承座16分別為固定定子永磁環的內支承座，為非導磁材料。隔磁擋塊8為非導磁材 料，直線電機定子鐵芯9為高磁導率軟磁材料(如硅鋼疊片或工業純鐵、低碳鋼等)，內側開 有放置線圈的環形槽。本專利技術采用長定子、短動子結構。環形永久磁鐵陣列10的極化方向 如圖箭頭所示，相鄰磁環極化方向交錯排列，磁環為鐵氧體永久磁鐵或釹鐵硼、釤鈷等高磁 能積稀土永磁鐵。磁化方向可以是徑向或軸向，磁極布置方式按圖示箭頭所示極化方向相 間排列。如果極距需要加長，可將多個極性相同的同尺寸磁環疊加在一起，代替整體難以加 工和裝配的長軸向距離磁環。隔磁環11為非導磁材料(如輕金屬鋁合金、聚碳酸酯PC、聚 四氟乙烯等)。直線電機長定子線圈繞組12為120°電角度差對稱可控三相電流。通過對 三相繞組電流大小及相序的控制，實現直線精密運動。本專利技術的主要特點為1、取消了機械接觸式直線移動軸承，代之以兩個以上可在軸向滑移的被動式徑向 永磁懸浮軸承。由于磁軸承定子與動子之間無機械接觸，靠控制其電磁吸力使電機動子處 于穩定懸浮狀態，具有無摩擦、無磨損、無需潤滑、壽命長、剛度可變，安裝維護方便等優點。2、由于直線電機線圈電流采用交流驅動，而磁軸承為直流驅動，且磁軸承系統與 直線電機系統在結構設計上保持了相距較遠的距離，兩者之間的相互耦合影響很小，永磁 軸承與直線驅動系統可獨立設計。由于永磁軸承靜態時不能獨立穩定懸浮，設計中需要考 慮無電伺服時的機械限位。3、本專利技術只設計了一維直線運動。由于采用了線性反饋元件(光柵尺)，為防止動 子軸扭轉，動子軸后端及定子后端設計了帶方型軸和孔相配合，以確保移動軸只有軸向平 移運動，而無法旋轉。方型孔和軸之間的氣隙略大于磁懸浮氣隙。4、由于動子與定子之間無機械接觸，磁浮力與直線驅動力作用方向相互垂直，相 互間無耦合影響，無摩擦和反向間隙作用，故系統直線運動響應迅速，系統運動精度高。但 徑向永磁軸承剛度較低，且徑向間隙無主動控制，軸向移動會因動子磁環與定子的相對位 置變化，剛度也會變化，因而系統整體運動精度有限。5、為提高運動加速度，減少動子質量，本專利技術采用長定子、短動子結構，加長行程 靠增加定子長度和直線磁軸承動子長度，動子上非導磁材料采用輕金屬(如鋁、鎂合金)或 非金屬材料(如橡膠、塑料等)。6、磁浮直線運動系統無機械磨損產生的顆粒，無需潤滑系統，特別適于高速、高潔 凈度要求直線進給運動系統。7、永磁懸浮直線電機至少在有兩個永磁軸承，通常布置在兩端。為了提高支承穩 定性，永磁軸承軸向布置數量可以無限增加，但受幾何約束和材料的限制。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種永磁懸浮支承圓筒型直線電機，包括直線電機定子鐵芯（９）、直線電機長定子線圈繞組（１２）、電機動子主軸（３）和環形永久磁鐵陣列（１０），其特征是：所述的直線電機定子鐵芯（９）的左端設有左內支承座（７）和左外壓板（６），右端設有右內支承座（１６）和右外壓板（１８），在所述的左內支承座（７）內設有左端磁軸承定子永磁環（４），所述的電機動子主軸（３）的左端設有與所述的左端磁軸承定子永磁環（４）相互作用的左永磁軸承動子永磁環（２），在所述的電機動子主軸（３）上所述的左端磁軸承定子永磁環（４）與所述的環形永久磁鐵陣列（１０）之間設有隔磁擋塊（８），所述的右內支承座（１６）內設有右端磁軸承定子永磁環（１４），所述的電機動子主軸（３）的右端上設有與所述的右端磁軸承定子永磁環（１４）相互作用的右永磁軸承動子永磁環（１３）。

【技術特征摘要】
一種永磁懸浮支承圓筒型直線電機，包括直線電機定子鐵芯(9)、直線電機長定子線圈繞組(12)、電機動子主軸(3)和環形永久磁鐵陣列(10)，其特征是所述的直線電機定子鐵芯(9)的左端設有左內支承座(7)和左外壓板(6)，右端設有右內支承座(16)和右外壓板(18)，在所述的左內支承座(7)內設有左端磁軸承定子永磁環(4)，所述的電機動子主軸(3)的左端設有與所述的左端磁軸承定子永磁環(4)相互作用的左永磁軸承動子永磁環(2)，在所述的電機動子主軸(3)上所述的左端磁軸承定子永磁環(4)與所述的環形永久磁鐵陣列(10)之間設有隔磁擋塊(8)，所述的右內支承座(16)內設有右端磁軸承定子永磁環(14)，所述的電機動子主軸(3)的右端上設有與所述的右端磁軸承定子永磁環(14)相互作用的右永磁軸承動子永磁環(13)。2.根據權利要求1所述的永磁懸浮支承圓筒型直線電機，其特征是所述的左內支承 座(7)和左外壓板(6)通過左緊固螺釘(5)安裝在所述的直線電機定子鐵芯(9)的左端上。3.根據權利要求1或2所述的永磁懸浮支承圓筒型直線電機，其特征...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李群明，鄧華，韓雷，周英，
申請(專利權)人：中南大學，
類型：發明
國別省市：43[中國|湖南]