[实用新型]一种永磁直线驱动器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种应用于数控机床、半导体设备制造等领域的的高精度永磁直线驱动器。

背景技术

传统机床系统中的部件的直线运动，大多数是将旋转电机转动通过齿轮、滚珠丝杠副类的传动机构转化为直线运动，这种传动结构存在齿隙、摩擦，导致电机加速性能低、反冲、机构复杂以及冲击载荷能力低等问题，很难进行高精度的定位。直线驱动器是一种将电能直接转换成直线运动机械能而不需通过任何中间转换机构的新型直线驱动装置，可以弥补传统传动方式的不足，其速度高，加速度快，最大可达10倍重力加速度，定位精度和重复定位精度可达到微米级，甚至纳米级。

传统直线驱动器设计中，相邻永磁体间的磁化方向旋转180°，在无背铁的情况下，永磁阵列两侧的磁场是对称的。在一些驱动器设计中，绕组处于永磁阵列的一侧，希望该侧的磁场能够得到加强；在另外一些应用中，磁屏蔽是必须的（例如在磁悬浮列车应用中，车厢里必须实现磁屏蔽，否则会对乘客的健康造成负面影响），因此具有单边磁特性的永磁阵列或者绕组结构很有实用价值。

MST（multi-segmented）多分段永磁阵列是对标准的海尔贝克永磁阵列（即Halbach永磁阵列）的修改。每个阵列在MST磁铁磁铁的形状和尺寸都可以不同而标准的Halbach永磁阵列具有相同规格；与常规磁体阵列和标准的Halbach永磁阵列相比，同样大小的直线驱动器的MST阵列可以产生更大的驱动力。MST阵列相邻永磁体间的磁化方向旋转90°，具有明显的“磁单极子”特性，在无背铁引导磁路的情况下，MST阵列也能在强侧形成足够大的磁场。无铁MST驱动器不仅质量轻，而且铁耗小，驱动器效率高.

普通永磁式直线驱动器在次级磁体上不能提供沿空间正弦分布的磁场，因此谐波磁场将产生谐波悬浮力，使得直线驱动器产生波动，且采用三相控制，绕组排列复杂，绕组端部效应大，散热条件差，影响直线驱动器的运行性能。

实用新型内容

技术问题：本实用新型提供了一种电磁力波动小，控制精度高，运行平稳，绕组端部效应低，散热性能好的永磁直线驱动器。

技术方案：一种永磁直线驱动器，其特征在于，该直线驱动器设置有基座，所述基座上设置有两个相互平行的竖板支架，所述两竖板支架之间设置有相互平行的定子和动子，所述动子与定子之间有气隙；所述定子包括初级无铁芯绕组，所述初级无铁芯绕组的两端连接固定在竖板支架上的固定槽中；所述动子包括基板和设置在所述基板两侧的水平支架，所述水平支架的一端与基板连接，另一端连接有滑块，所述滑块与竖板支架上设置的导轨滑动配合连接；基座上设置有MST多分段永磁阵列，所述MST多分段永磁阵列沿与导轨平行方向排列，MST多分段永磁阵列中各永磁体的充磁方向排列顺序为：在其排列方向上从左向右依次顺时针旋转90度。

本实用新型中，所述初级无铁芯绕组（2）为两相绕组。所述的气隙为初级永磁体和初级无铁芯绕组之间1 至3毫米的空气隙。

本实用新型的永磁直线驱动器用MST多分段永磁阵列做动子，无铁芯两相环形绕组做定子，当给定子环形绕组通相位已控制好的两相电流，产生行波磁场，与永磁体动子之间作用产生牵引力，从而拖动永磁体动子，在球型直线导轨作用下作直线运动。

有益效果：本实用新型的永磁直线驱动器采用MST阵列结构，MST磁体阵列的边缘效应很小，磁场谐波小，提供比Halbach阵列结构更强的基波（正弦波）主磁场，使直线驱动器的电磁力大而平稳，控制精度高，并提高直线驱动器的效率和承载能力；MST永磁体阵列的下方产生强磁场，而在磁体的上方磁场较弱，可提供稳定且谐波小沿空间正弦分布的磁场。

初级无铁芯绕组内部不加铁芯，直接利用空气导磁，利用空气导磁率为常数性质，不仅可以减低绕组的端部效应，且避免了非线性及磁场饱和现象，提高驱动器精密控制能力；绕组分为A、B两相，构成两相系统，绕组排列简单，散热条件好，电流容易控制。

初级无铁芯绕组的横向宽度比次级MST永磁体宽，且初级无铁芯绕组绕线方式为环形绕组，可降低绕组端部效应，散热条件好。

附图说明

图1是本实用新型永磁直线驱动器的结构示意图。

图2是本实用新型中MST多分段永磁阵列布置方向图。

图3是图1的A-A剖视图。

图4是初级无铁芯绕组展开图。

以上图中有：MST多分段永磁阵列1、初级无铁芯绕组2、竖板支架3、基板4、基座5、水平支架 6、滑块7、导轨9、固定槽10、定子11、动子12。