專利名稱：數(shù)控機床用永磁式直線電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型有關(guān)一種直線電機，尤其是一種用于數(shù)控機床的永磁式直線電機。
技術(shù)背景機械運動具有兩種基本形式直線運動及旋轉(zhuǎn)運動。由于電動機的廣泛應(yīng)用，快速而穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)運動容易得到，而在實際應(yīng)用中的直線運動的需求也很強烈，為了得到高質(zhì)量的直線運動。通常做法是由伺服電機通過滾珠絲杠副傳動，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動。如中國專利第01268034.9號揭示了一種現(xiàn)有的滾珠絲杠副，其即是用來將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為需要的直線運動，此種傳動方式的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，傳動精度較高。然而，其存在如下幾個問題首先，結(jié)構(gòu)太過復(fù)雜，就使得制造成本較高，且磨擦環(huán)節(jié)多，精度保持壽命較短，從而機器的整體壽命不高；其次，通過滾珠絲杠副的運動速度較低，現(xiàn)有高精度的滾珠絲杠副的最高線速度為60米/分鐘，這不能適應(yīng)當(dāng)今高速加工的要求；再次，運動平衡性較低，特別是在高速運行的時候，穩(wěn)定性極低且噪聲較大，容易發(fā)熱；最后，其精度及重復(fù)定位精度不易保證。
為了解決上述問題，現(xiàn)在多采用永磁式直線電機來直接產(chǎn)生數(shù)控機床用的直線運動。如果中國專利申請第96246158.X號所示，其直流永磁式直線電機由直線電機和控制電路組成，其中直線電機由主軸、殼體、線圈、大動鐵心、小動鐵心、銅套等部件組成，主軸為不銹鋼，小動鐵心由A#-[3]鋼環(huán)與釹鐵硼磁環(huán)組合構(gòu)成，大動鐵心由三片環(huán)體組成，其中二片為鑲裝永磁體和裝配緩沖彈簧的大鐵心，另一片為中間鋼環(huán)，將上述組件順序裝入殼體，配合控制電路制成直流永磁式直線電機。該直線電機結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，可以直接應(yīng)用于需要往復(fù)直線運動的機械設(shè)備之中。然而，結(jié)構(gòu)仍然較為復(fù)雜，具有較多的磨擦力，運動不夠平穩(wěn)。
因此，需要制造一種結(jié)構(gòu)簡單，運動速度范圍較寬，運動平衡且制造精度及重復(fù)定位精度均較高的永磁式直線電機。
技術(shù)內(nèi)容本實用新型即是為了提供一種數(shù)控機床用記磁式直線電機，其通過行波磁場的作用，不需要中間環(huán)節(jié)，直接產(chǎn)生直線運動，從而為數(shù)控機床提供穩(wěn)定，高質(zhì)量的直線運動。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的數(shù)控機床用永磁式直線電機包括機床工作臺，其設(shè)置于直線電機的上方；電機底座；設(shè)置于電機底座上的軟鐵底板；設(shè)置于軟鐵底板上的次級磁材料；與次級磁材料相對設(shè)置于工作臺下方的初級磁材料，兩個磁材料中間形成氣隙；初級與次級磁材料之間靠直線線滾動導(dǎo)軌相連；進行定位用的位置檢測裝置及電機控制系統(tǒng)。
本實用新型的數(shù)控機床用永磁式直線電機還包括有一個冷卻系統(tǒng)，設(shè)置于工作臺與初級磁材料之間。上述的初級磁材料由硅鋼鐵芯及交流線圈組成，而次級磁材料是永磁鐵，其由多塊永磁鐵拼接而成，并粘貼于軟鐵底板上。上述次級磁材料長于初級磁材料。
本實用新型的位置檢測裝置可以為光柵尺或磁尺構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)。電機控制系統(tǒng)包括工控機與數(shù)字信號處理器，可以形成上下位機的分層控制。
由于本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，以一個運動部件實現(xiàn)直線運動，只有在直線導(dǎo)軌處有磨擦力，同時維護簡單，使用壽命長，精度保持時間長。由于除了初次級磁材料間的直線導(dǎo)軌，沒有其它的機械部件，所以運動平衡。由于直接獲得直線運動，沒有中間環(huán)節(jié)，因而制造精度及重復(fù)定位精度高，可達(dá)到亞微米級，比一般伺服電機及滾珠絲杠副傳動的精度和重復(fù)定位精度提高7-10倍。同時，本機運動速度范圍寬，適合高速切削。
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述。


圖1為本實用新型數(shù)控機床用永磁式直線電機結(jié)構(gòu)示意圖。其中1為電機底座，2為軟鐵底板，3為次級永久磁鐵，4為工作臺，5為冷卻水系統(tǒng)，6為初級鐵芯和交流線圈，7為直線滾動導(dǎo)軌，8為光柵尺，9為氣隙。
較佳實施例請參閱圖1所示，本實用新型數(shù)控機床用永磁式直線電機包括電機底座1、設(shè)置于電機底座1上的軟鐵底板2，軟鐵底板2上具有一個由多塊永磁鐵并列形成的次級磁材料3，上述永磁鐵粘貼于軟鐵底板2上。自電機底座1上向上延伸出金屬導(dǎo)軌7，其位于次級磁材料3的兩側(cè)，其上承托著電機工作臺4。每一側(cè)的金屬導(dǎo)軌7均具有兩對設(shè)置的兩根，且在上的一根與在下的一根間可相對運動。工作臺4下方具有一個為了防止發(fā)熱的水冷卻系統(tǒng)5，而水冷卻系統(tǒng)5下方設(shè)置有一個由初級鐵芯和交流線圈組成的初級磁材料6，該初級磁材料6與上述次級磁材料3相對設(shè)置，且長度比次級磁材料3小。在上述兩個磁材料3、6之間形成有具有一定寬度的氣隙9。在工作臺之一側(cè)具有一個光柵尺8，可以提供準(zhǔn)確的位置檢測。本實用新型數(shù)控機床用永磁式直線電機具有一個控制系統(tǒng)，由工控機及數(shù)字信號處理器等組成，能夠形成上、下位機的分層控制。在電機底板上形成有固定孔，可以將直線電機固定于機床或其它裝置上。
在使用中，將上述初級磁材料6中通入三相正弦電流后，在初級磁材料6與次級磁材料3之間形成的氣隙9就會產(chǎn)生磁場，由于這個磁場是平移的，而不是旋轉(zhuǎn)的，稱為行波磁場，在行波磁場與次級磁材料3的作用下，產(chǎn)生電磁推力，從而使次級產(chǎn)生直線運動。
由于本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，以一個運動部件實現(xiàn)直線運動，只有在直線導(dǎo)軌處有磨擦力，同時維護簡單，使用壽命長，精度保持時間長。由于除了初次級磁材料間的直線導(dǎo)軌，沒有其它的機械部件，所以運動平衡。由于直接獲得直線運動，沒有中間環(huán)節(jié)，因而制造精度及重復(fù)定位精度高，可達(dá)到亞微米級，比一般伺服電機及滾珠絲杠副傳動的精度和重復(fù)定位精度提高7-10倍。同時，本機運動速度范圍寬，適合高速切削。
權(quán)利要求1.一種數(shù)控機床用永磁式直線電機包括機床工作臺，其設(shè)置于直線電機的上方；電機底座；設(shè)置于電機底座上的軟鐵底板；設(shè)置于軟鐵底板上的次級磁材料；與次級磁材料相對設(shè)置于工作臺下方的初級磁材料，兩個磁材料中間形成氣隙；初級與次級磁材料之間靠直線滾動導(dǎo)軌相連；進行定位用的位置檢測裝置及電機控制系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控機床用永磁式直線電機，其特征在于還包括有一個為了防止發(fā)熱而設(shè)置于工作臺與初級磁材料之間的冷卻系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控機床用永磁式直線電機，其特征在于上述的初級磁材料由硅鋼鐵芯及交流線圈組成，而次級磁材料是永磁鐵。
4.如權(quán)利要求3所述的數(shù)控機床用永磁式直線電機，其特征在于上述次級磁材料長于初級磁材料。
5.如權(quán)利要求4所述的數(shù)控機床用永磁式直線電機，其特征在于上述次級磁材料是由多塊永磁鐵拼接而成，并粘貼于軟鐵底板上。
6.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控機床用永磁式直線電機，其特征在于上述位置檢測裝置可以為光柵尺或磁尺構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控機床用永磁式直線電機，其特征在于上述電機控制系統(tǒng)包括工控機與數(shù)字信號處理器，可以形成上下位機的分層控制。
8.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控機床用永磁式直線電機，其特征在于上述電機底座上有固定孔可以固定在機床上或其他裝置上。
9.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控機床用永磁式直線電機，其特征在于上述直線滾動導(dǎo)軌由兩根組成，用以保證運動的平衡性，直線度及氣隙的均勻，兩根導(dǎo)軌間可相對移動。
專利摘要本實用新型有關(guān)一種數(shù)控機床用永磁式直線電機，具有機床工作臺，電機底座；設(shè)置于電機底座上的軟鐵底板；設(shè)置于軟鐵底板上的次級磁材料；與次級磁材料相對設(shè)置于工作臺下方的初級磁材料，兩個磁材料中間形成氣隙；初級與次級磁材料之間靠直線滾動導(dǎo)軌相連；進行定位用的位置檢測裝置及電機控制系統(tǒng)。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、運動速度范圍寬、運動平穩(wěn)而且精度較高，能夠提供高質(zhì)量的數(shù)控機床所需要的直線運動。
文檔編號H02K23/04GK2666024SQ0321023
公開日2004年12月22日 申請日期2003年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月1日
發(fā)明者周建偉, 張國梁 申請人:周建偉, 張國梁