專利名稱：差動(dòng)式并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)磁懸浮直線導(dǎo)軌的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種差動(dòng)式并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)磁懸浮直線導(dǎo)軌，屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，直線運(yùn)動(dòng)體的支承方式主要有直線滑動(dòng)軸承、直線滾動(dòng)軸承、直線導(dǎo)軌以及 直線氣浮導(dǎo)軌，其中直線滑動(dòng)軸承和直線滾動(dòng)軸承只適合短行程運(yùn)動(dòng)體的支承；直線導(dǎo)軌 又稱直線導(dǎo)軌副、滑軌、線性運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、線性滑軌或直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，它具有定位精度高、承載 能力強(qiáng)、磨損小、適應(yīng)高速運(yùn)動(dòng)、行程不受限制以及組裝容易并具互換性等優(yōu)點(diǎn)，已成為各 種機(jī)床、數(shù)控加工中心、精密電子機(jī)械中不可缺少的重要功能部件；直線氣浮導(dǎo)軌具有高速 度、高精度、無摩擦力、無磨損、無噪音以及不需要潤(rùn)滑油等優(yōu)點(diǎn)。但是，直線導(dǎo)軌和直線氣 浮導(dǎo)軌不能在真空、超凈環(huán)境中應(yīng)用。磁懸浮直線導(dǎo)軌是靠磁場(chǎng)力支承載荷或懸浮平臺(tái)的一種新型導(dǎo)軌，其定子、動(dòng)子 之間不存在機(jī)械接觸，動(dòng)子可以達(dá)到很高的運(yùn)行速度和支承精度。與傳統(tǒng)的機(jī)床導(dǎo)軌相比， 磁懸浮直線導(dǎo)軌具有無摩擦、無磨損、無需潤(rùn)滑、能耗低、噪聲小、壽命長(zhǎng)、無油污染、維護(hù)簡(jiǎn) 單和工作溫度范圍大等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高速、真空、超凈等特殊環(huán)境。同時(shí)，由于相對(duì)運(yùn)動(dòng) 表面間沒有接觸，因而徹底消除了爬行現(xiàn)象，沒有因磨損和接觸疲勞所產(chǎn)生的精度下降和 壽命問題，又由于電子元件的可靠性優(yōu)于機(jī)械零件，使得其可靠性高于傳統(tǒng)的導(dǎo)軌；磁懸浮 支承方式采用主動(dòng)控制，可提高機(jī)床的信息處理能力，如工況檢測(cè)、預(yù)報(bào)和故障診斷?，F(xiàn)有磁懸浮直線導(dǎo)軌由于電勵(lì)磁的安匝數(shù)大，造成其體積和重量大，同時(shí)會(huì)增高 其損耗和溫升，這直接影響到磁懸浮直線導(dǎo)軌的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和控制精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有磁懸浮直線導(dǎo)軌由于電勵(lì)磁的安匝數(shù)大造成其體 積和重量大的問題，提供一種差動(dòng)式并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)磁懸浮直線導(dǎo)軌。本發(fā)明第一種技術(shù)方案所述的差動(dòng)式并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)磁懸浮直線導(dǎo)軌，它由初級(jí)和 次級(jí)組成，所述初級(jí)由n+1個(gè)鐵心、2η個(gè)平板形永磁體和n+1個(gè)控制線圈組成，其中η為正整 數(shù)，n+1個(gè)鐵心相互平行、并列排布，每個(gè)鐵心的截橫面呈直角C形，每個(gè)鐵心的背側(cè) 纏繞一個(gè)控制線圈，相鄰鐵心上的控制線圈的繞向相反，初級(jí)的所有控制線圈串聯(lián)連接，所述次級(jí)包括導(dǎo)磁軛，次級(jí)為沿運(yùn)動(dòng)方向狹長(zhǎng)的長(zhǎng)方體，并且位于所述所有鐵心 的C形開口所形成的空間內(nèi)，相鄰的兩個(gè)鐵心之間固定有兩塊平板形永磁體，所述兩塊平板形永磁體分別位于 次級(jí)的上下兩側(cè)，每塊平板形永磁體與鐵心相銜接的端面與該鐵心的相應(yīng)端面形狀相同， 每塊平板形永磁體均為沿次級(jí)運(yùn)動(dòng)方向平行充磁，所述兩塊平板形永磁體的充磁方向相 同，位于次級(jí)同一側(cè)的相鄰平板形永磁體的充磁方向相反。
4
本發(fā)明第二種技術(shù)方案所述的差動(dòng)式并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)磁懸浮直線導(dǎo)軌，它由初級(jí)和 次級(jí)組成，所述初級(jí)由兩個(gè)鐵心、兩個(gè)平板形永磁體和六個(gè)控制線圈組成，每個(gè)鐵心由C形導(dǎo)磁軛和三個(gè)鐵心極構(gòu)成，兩個(gè)C形導(dǎo)磁軛開口相對(duì)設(shè)置，兩個(gè)C形導(dǎo)磁軛的兩個(gè)相對(duì)應(yīng)的端面之間分別固 定一個(gè)平板形永磁體，所述平板形永磁體與C形導(dǎo)磁軛相銜接的端面與該C形導(dǎo)磁軛的相 應(yīng)端面形狀相同，平板形永磁體沿次級(jí)水平運(yùn)動(dòng)方向平行充磁，兩個(gè)平板形永磁體的充磁 方向相同；所述次級(jí)包括導(dǎo)磁軛，次級(jí)設(shè)置于兩個(gè)C形導(dǎo)磁軛和兩個(gè)平板形永磁體所形成的 空間的中心位置，并且使得該次級(jí)的外表面與兩個(gè)C形導(dǎo)磁軛的內(nèi)表面之間為等間隙，每 個(gè)C形導(dǎo)磁軛的內(nèi)側(cè)的兩個(gè)近端口處分別設(shè)置一個(gè)垂向直齒形的鐵心極，每個(gè)C形導(dǎo)磁軛 的內(nèi)側(cè)的背中部設(shè)置一個(gè)水平直齒形的鐵心極，每個(gè)鐵心極的末端與次級(jí)之間的間隙相 等；每個(gè)鐵心極上纏繞一個(gè)控制線圈，其中位于一個(gè)C形導(dǎo)磁軛上的兩個(gè)垂向直齒形 的鐵心極上的控制線圈的繞向相同，并且與位于另一個(gè)C形導(dǎo)磁軛上的兩個(gè)垂向直齒形的 鐵心極上的控制線圈的繞向相反，四個(gè)垂向直齒形的鐵心極上的控制線圈串聯(lián)連接；兩個(gè) 水平直齒形的鐵心極上的控制線圈串聯(lián)連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明提出一種差動(dòng)式并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)磁懸浮直線導(dǎo)軌，它通過將高性能的永磁體 利用于磁懸浮直線導(dǎo)軌中，在直線導(dǎo)軌的磁路中產(chǎn)生直流磁通偏置，來有效地減少電勵(lì)磁 的安匝數(shù)，進(jìn)而減小直線導(dǎo)軌的體積及重量，同時(shí)降低直線導(dǎo)軌的損耗和溫升，提高了直線 導(dǎo)軌的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和控制精度。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)次級(jí)相對(duì)兩側(cè)氣隙磁場(chǎng)的差動(dòng)控制，控制特性好、體積小、重量輕； 所需要的功率放大器的數(shù)量少、損耗及溫升低，并且控制簡(jiǎn)單、成本低，具有廣闊的應(yīng)用前
旦
ο


圖1為本發(fā)明實(shí)施方式一所述差動(dòng)式并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)磁懸浮直線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)示意 圖；圖2為圖1的右視圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施方式五所述差動(dòng)式并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)磁懸浮直線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)示意 圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施方式六所述差動(dòng)式并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)磁懸浮直線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)示意 圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1和圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的差動(dòng)式 并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)磁懸浮直線導(dǎo)軌，它由初級(jí)和次級(jí)組成，所述初級(jí)由n+1個(gè)鐵心ll、2n個(gè)平板形永磁體12和n+1個(gè)控制線圈13組成，其中η為正整數(shù)，η+1個(gè)鐵心11相互平行、并列排布，每個(gè)鐵心11的截橫面呈直角C形，每個(gè)鐵心 11的背側(cè)纏繞一個(gè)控制線圈13，相鄰鐵心11上的控制線圈13的繞向相反，初級(jí)的所有控 制線圈13串聯(lián)連接，所述次級(jí)包括導(dǎo)磁軛14，次級(jí)為沿運(yùn)動(dòng)方向狹長(zhǎng)的長(zhǎng)方體，并且位于所述所有鐵 心11的C形開口所形成的空間內(nèi)，相鄰的兩個(gè)鐵心11之間固定有兩塊平板形永磁體12，所述兩塊平板形永磁體12 分別位于次級(jí)的上下兩側(cè)，每塊平板形永磁體12與鐵心11相銜接的端面與該鐵心11的相 應(yīng)端面形狀相同，每塊平板形永磁體12均為沿次級(jí)運(yùn)動(dòng)方向平行充磁，所述兩塊平板形永 磁體12的充磁方向相同，位于次級(jí)同一側(cè)的相鄰平板形永磁體12的充磁方向相反。本實(shí)施方式中次級(jí)還包括支撐軌，支撐軌可采用結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高的材料制成，導(dǎo)磁軛 14可采用高導(dǎo)磁金屬材料制成，將支撐軌作為導(dǎo)磁軛14的支撐，將二者結(jié)合在一起，可同 時(shí)起到支撐和提供磁路的作用。支撐軌和導(dǎo)磁軛14可以采用相同的金屬高導(dǎo)磁材料制成。本實(shí)施方式所述的差動(dòng)式并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)磁懸浮直線導(dǎo)軌，實(shí)現(xiàn)了次級(jí)的單自由度 控制，即次級(jí)只能實(shí)現(xiàn)X方向的控制。若要對(duì)次級(jí)實(shí)施Y方向控制，可將另一套相同的初級(jí) 與本實(shí)施方式所述的初級(jí)正交布置，并與所述初級(jí)共同一個(gè)次級(jí)即可。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式一的進(jìn)一步說明，所述導(dǎo)磁軛14采用 合金鋼、硅鋼片或SMC材料制作。其它組成及連接關(guān)系與實(shí)施方式一相同。本實(shí)施方式中導(dǎo)磁軛14由磁性材料制成。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式一或二的進(jìn)一步說明，所述平板形永 磁體12采用稀土永磁體材料制作。其它組成及連接關(guān)系與實(shí)施方式一或二相同。本實(shí)施方式中平板形永磁體12采用稀土永磁體材料，可利用稀土永磁體材料的 高性能進(jìn)一步減少電勵(lì)磁的安匝數(shù)。
具體實(shí)施方式
四下面結(jié)合圖3和圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式差動(dòng)式并聯(lián)磁 路結(jié)構(gòu)磁懸浮直線導(dǎo)軌，它由初級(jí)和次級(jí)組成，所述初級(jí)由兩個(gè)鐵心21、兩個(gè)平板形永磁體22和六個(gè)控制線圈23組成，每個(gè)鐵心21由C形導(dǎo)磁軛211和三個(gè)鐵心極212構(gòu)成，兩個(gè)C形導(dǎo)磁軛211開口相對(duì)設(shè)置，兩個(gè)C形導(dǎo)磁軛211的兩個(gè)相對(duì)應(yīng)的端面之 間分別固定一個(gè)平板形永磁體22，所述平板形永磁體22與C形導(dǎo)磁軛211相銜接的端面與 該C形導(dǎo)磁軛211的相應(yīng)端面形狀相同，平板形永磁體22沿次級(jí)水平運(yùn)動(dòng)方向平行充磁， 兩個(gè)平板形永磁體22的充磁方向相同；所述次級(jí)包括導(dǎo)磁軛24，次級(jí)設(shè)置于兩個(gè)C形導(dǎo)磁軛211和兩個(gè)平板形永磁體22 所形成的空間的中心位置，并且使得該次級(jí)的外表面與兩個(gè)C形導(dǎo)磁軛211的內(nèi)表面之間 為等間隙，每個(gè)C形導(dǎo)磁軛211的內(nèi)側(cè)的兩個(gè)近端口處分別設(shè)置一個(gè)垂向直齒形的鐵心極 212，每個(gè)C形導(dǎo)磁軛211的內(nèi)側(cè)的背中部設(shè)置一個(gè)水平直齒形的鐵心極212，每個(gè)鐵心極 212的末端與次級(jí)之間的間隙相等；每個(gè)鐵心極212上纏繞一個(gè)控制線圈23，其中位于一個(gè)C形導(dǎo)磁軛211上的兩個(gè) 垂向直齒形的鐵心極212上的控制線圈23的繞向相同，并且與位于另一個(gè)C形導(dǎo)磁軛211
6上的兩個(gè)垂向直齒形的鐵心極212上的控制線圈23的繞向相反，四個(gè)垂向直齒形的鐵心極 212上的控制線圈23串聯(lián)連接；兩個(gè)水平直齒形的鐵心極212上的控制線圈23串聯(lián)連接。本實(shí)施方式中次級(jí)還包括支撐軌，支撐軌可采用結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高的材料制成，導(dǎo)磁軛 24可采用高導(dǎo)磁金屬材料制成，將支撐軌作為導(dǎo)磁軛24的支撐，將二者結(jié)合在一起，可同 時(shí)起到支撐和提供磁路的作用。支撐軌和導(dǎo)磁軛24可以采用相同的金屬高導(dǎo)磁材料制成。本實(shí)施方式中次級(jí)可實(shí)現(xiàn)水平與豎直方向兩自由度的控制。
具體實(shí)施方式
五下面結(jié)合圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式四的 進(jìn)一步說明，所述C形導(dǎo)磁軛211為直角C形，所述次級(jí)為沿運(yùn)動(dòng)方向狹長(zhǎng)的長(zhǎng)方體。其它 組成及連接關(guān)系與實(shí)施方式四相同。本實(shí)施方式中次級(jí)為長(zhǎng)方體，則鐵心極212的端面為平面，由此在次級(jí)與各鐵心 極212之間形成等間隙的氣隙。
具體實(shí)施方式
六下面結(jié)合圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式四的 進(jìn)一步說明，所述C形導(dǎo)磁軛211為半圓C形，所述次級(jí)為沿運(yùn)動(dòng)方向的圓柱體。其它組成 及連接關(guān)系與實(shí)施方式四相同。本實(shí)施方式中次級(jí)為圓柱體，則鐵心極212的端面為與次級(jí)相對(duì)應(yīng)的圓弧面，由 此在次級(jí)與各鐵心極212之間形成等間隙的氣隙。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式四、五或六的進(jìn)一步說明，所述導(dǎo)磁軛 24采用合金鋼、硅鋼片或SMC材料制作。其它組成及連接關(guān)系與實(shí)施方式四、五或六相同。本實(shí)施方式中導(dǎo)磁軛24由磁性材料制成。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式四、五或六的進(jìn)一步說明，所述平板形 永磁體22采用稀土永磁體材料制作。其它組成及連接關(guān)系與實(shí)施方式四、五或六相同。本實(shí)施方式中平板形永磁體22采用稀土永磁體材料，可利用稀土永磁體材料的 高性能進(jìn)一步減少電勵(lì)磁的安匝數(shù)。
權(quán)利要求
一種差動(dòng)式并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)磁懸浮直線導(dǎo)軌，其特征在于它由初級(jí)和次級(jí)組成，所述初級(jí)由n+1個(gè)鐵心(11)、2n個(gè)平板形永磁體(12)和n+1個(gè)控制線圈(13)組成，其中n為正整數(shù)，n+1個(gè)鐵心(11)相互平行、并列排布，每個(gè)鐵心(11)的截橫面呈直角C形，每個(gè)鐵心(11)的背側(cè)纏繞一個(gè)控制線圈(13)，相鄰鐵心(11)上的控制線圈(13)的繞向相反，初級(jí)的所有控制線圈(13)串聯(lián)連接，所述次級(jí)包括導(dǎo)磁軛(14)，次級(jí)為沿運(yùn)動(dòng)方向狹長(zhǎng)的長(zhǎng)方體，并且位于所述所有鐵心(11)的C形開口所形成的空間內(nèi)，相鄰的兩個(gè)鐵心(11)之間固定有兩塊平板形永磁體(12)，所述兩塊平板形永磁體(12)分別位于次級(jí)的上下兩側(cè)，每塊平板形永磁體(12)與鐵心(11)相銜接的端面與該鐵心(11)的相應(yīng)端面形狀相同，每塊平板形永磁體(12)均為沿次級(jí)運(yùn)動(dòng)方向平行充磁，所述兩塊平板形永磁體(12)的充磁方向相同，位于次級(jí)同一側(cè)的相鄰平板形永磁體(12)的充磁方向相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差動(dòng)式并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)磁懸浮直線導(dǎo)軌，其特征在于所述導(dǎo) 磁軛(14)采用合金鋼、硅鋼片或SMC材料制作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的差動(dòng)式并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)磁懸浮直線導(dǎo)軌，其特征在于所 述平板形永磁體(12)采用稀土永磁體材料制作。
4.一種差動(dòng)式并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)磁懸浮直線導(dǎo)軌，其特征在于它由初級(jí)和次級(jí)組成，所 述初級(jí)由兩個(gè)鐵心(21)、兩個(gè)平板形永磁體(22)和六個(gè)控制線圈(23)組成，每個(gè)鐵心(21)由C形導(dǎo)磁軛(211)和三個(gè)鐵心極(212)構(gòu)成，兩個(gè)C形導(dǎo)磁軛(211)開口相對(duì)設(shè)置，兩個(gè)C形導(dǎo)磁軛(211)的兩個(gè)相對(duì)應(yīng)的端面之 間分別固定一個(gè)平板形永磁體(22)，所述平板形永磁體(22)與C形導(dǎo)磁軛(211)相銜接的 端面與該C形導(dǎo)磁軛(211)的相應(yīng)端面形狀相同，平板形永磁體(22)沿次級(jí)水平運(yùn)動(dòng)方向 平行充磁，兩個(gè)平板形永磁體(22)的充磁方向相同；所述次級(jí)包括導(dǎo)磁軛(24)，次級(jí)設(shè)置于兩個(gè)C形導(dǎo)磁軛(211)和兩個(gè)平板形永磁體(22)所形成的空間的中心位置，并且使得該次級(jí)的外表面與兩個(gè)C形導(dǎo)磁軛(211)的內(nèi) 表面之間為等間隙，每個(gè)C形導(dǎo)磁軛(211)的內(nèi)側(cè)的兩個(gè)近端口處分別設(shè)置一個(gè)垂向直齒 形的鐵心極(212)，每個(gè)C形導(dǎo)磁軛(211)的內(nèi)側(cè)的背中部設(shè)置一個(gè)水平直齒形的鐵心極 (212)，每個(gè)鐵心極(212)的末端與次級(jí)之間的間隙相等；每個(gè)鐵心極(212)上纏繞一個(gè)控制線圈(23)，其中位于一個(gè)C形導(dǎo)磁軛(211)上的兩 個(gè)垂向直齒形的鐵心極(212)上的控制線圈(23)的繞向相同，并且與位于另一個(gè)C形導(dǎo)磁 軛(211)上的兩個(gè)垂向直齒形的鐵心極(212)上的控制線圈(23)的繞向相反，四個(gè)垂向直 齒形的鐵心極(212)上的控制線圈(23)串聯(lián)連接；兩個(gè)水平直齒形的鐵心極(212)上的控 制線圈(23)串聯(lián)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的差動(dòng)式并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)磁懸浮直線導(dǎo)軌，其特征在于所述C 形導(dǎo)磁軛(211)為直角C形，所述次級(jí)為沿運(yùn)動(dòng)方向狹長(zhǎng)的長(zhǎng)方體。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的差動(dòng)式并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)磁懸浮直線導(dǎo)軌，其特征在于所述C 形導(dǎo)磁軛(211)為半圓C形，所述次級(jí)為沿運(yùn)動(dòng)方向的圓柱體。
7.根據(jù)權(quán)利要求4、5或6所述的差動(dòng)式并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)磁懸浮直線導(dǎo)軌，其特征在于所述導(dǎo)磁軛(24)采用合金鋼、硅鋼片或SMC材料制作。
8.根據(jù)權(quán)利要求4、5或6所述的差動(dòng)式并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)磁懸浮直線導(dǎo)軌，其特征在于 所述平板形永磁體(22)采用稀土永磁體材料制作。
全文摘要
差動(dòng)式并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)磁懸浮直線導(dǎo)軌，屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有磁懸浮直線導(dǎo)軌由于電勵(lì)磁的安匝數(shù)大造成其體積和重量大的問題。方案一中每個(gè)鐵心的背側(cè)纏繞一個(gè)控制線圈，所有控制線圈相串聯(lián)，n+1個(gè)鐵心相互平行并列排布，次級(jí)位于所有鐵心的C形開口空間內(nèi)，相鄰的兩個(gè)鐵心之間固定有兩塊平板形永磁體，并且分別位于次級(jí)的上下兩側(cè)；方案二中每個(gè)鐵心由C形導(dǎo)磁軛和三個(gè)鐵心極構(gòu)成，兩個(gè)C形導(dǎo)磁軛開口相對(duì)設(shè)置，其相對(duì)應(yīng)端面之間分別固定一個(gè)平板形永磁體，每個(gè)C形導(dǎo)磁軛上設(shè)置兩個(gè)垂向直齒形的鐵心極和一個(gè)水平直齒形的鐵心極，每個(gè)鐵心極上纏繞一個(gè)控制線圈，次級(jí)設(shè)置于初級(jí)形成的開口中心。本發(fā)明用于磁懸浮直線導(dǎo)軌中。
文檔編號(hào)B60M1/30GK101966824SQ20101051218
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)明者寇寶泉, 張赫, 張魯 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)