[发明专利]磁悬浮双边磁阻驱动式直接线性传动装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种直驱式传动、直线磁阻电机和磁悬浮技术等领域，具体涉及一种磁悬浮双边磁阻驱动式直接线性传动装置。

背景技术

直线电机直接驱动系统的“零传动”特性，消除了传统直线往复运动由机械传动带来的间隙、柔度以及与之相关的其它问题，精简了装置结构，提高了传动精度和速度，受到了人们的普遍重视。

目前，大功率直接线性传动常采用的交流感应式直线电机和永磁同步直线电机，存在起动困难、调速设备复杂、功率因数和效率低、整机制造成本高、容错运行能力差等问题。磁阻式直线电机作为一种新型驱动电机，具有制造成本低、起动性能好(大推力小电流)、功率密度高、无极调速性能好、机电效率高、易四象限运行、可适应恶劣环境等，欧美日等发达工业国正在竞相开发相关的技术。如俄罗斯Emetron公司与德国Paderborn大学合作研制了基于6相12/10结构磁阻式直线电机驱动的“RailCab”铁路机车样机；美国维吉尼亚州立理工学院Hong S L等人研制了基于3相6/4结构磁阻式直线电机驱动的垂直驱动电力提升机样机；日本横滨国立大学Sato Y等人讨论并理论验证了3相6/4结构磁阻式直线电机作为2自由度精密定位工作平台驱动电机的可行性等。但综合文献可知，现有磁阻式直线电机的结构形式主要为旋转型磁阻电机的直线展开方式，该种结构导致电机定子与动子间的电磁磁通回路路径长，需要机座导磁，且磁路开放，由此形成了相间电磁耦合度高、磁滞损耗大和对外电磁干扰强的不良特性，因此，有必要进一步改进磁阻式直线电机的结构形式，以减小磁通路径和封闭磁路。

另外，在直线电机直接驱动方式的线性传动装置中，移动部件与传统机械支承导轨之间的摩擦是影响驱动性能的主要因素，因此，消除导轨摩擦产生的不良影响是提高直接线性传动的关键。应用磁悬浮形式的支承导轨是消除摩擦的常用方式，例如专利文献ZL200310107945.5中提出的一种工业应用型主动磁悬浮机床导轨直线电机进给平台，专利文献ZL200710026069.1中提出的一种智能型磁悬浮直线进给单元，均采用6自由度的磁悬浮支承导轨来消除直接线性传动过程中的摩擦。但此类磁悬浮系统由于引入了机械结构上相对独立的磁悬浮功能部件，如专用的承载电磁铁、导向电磁铁以及这些电磁铁的导磁回路等，导致了装置的体积和总质量增大，机械结构趋于复杂，机械部件增多，功率体积比下降；同时，由于运动部件的质量和体积增加，引起动态响应速度降低，并在理论上抑制了临界运动线速度的进一步提高。因此，依据磁悬浮支承电磁结构和直线电机定子电磁结构的相似性，研究磁悬浮支承导磁回路和直线电机定转子导磁回路复用的，紧凑结构的磁悬浮直接线性传动装置，具有良好的工程实用意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单紧凑，电磁推力大，磁路路径短且相间封闭性好，容错能力强的磁悬浮双边磁阻驱动式直接线性传动装置。

本发明的技术解决方案是：

一种磁悬浮双边磁阻驱动式直接线性传动装置，其特征是：双边长定子直线磁阻电机的定子通过定子机座固定连接杆与直线型双边长机座连接；双边长定子直线磁阻电机的动子通过动子相间连接杆与运动承载台连接；直线运动位移传感尺的动尺部件和静尺部件分别与运动承载台和直线型双边长机座连接；运动承载台与直线型双边长机座之间的两侧各安装一套辅助支承导轨副，其中，辅助支承导轨副的静导轨与直线型双边长机座固定安装，辅助支承导轨副的动导轨与运动承载台固定安装，直线型双边长机座的始末两端均安装一组散热风扇；所述双边长定子直线磁阻电机的每相定子由一个“E”形的定子铁心和绕在该定子铁心上的4套相互独立的定子线圈绕组组成，每个“E”形定子铁心由一组“E”形截面的电工钢片叠压而成，在“E”形定子铁心开口处的3个断截面末端各安装1个悬浮气隙检测传感器；所述双边长定子直线磁阻电机的每相动子仅由一个矩形的动子铁心组成，每个矩形动子铁心由一组矩形截面的电工钢片叠压而成。

一套辅助支承导轨副的静导轨纵截面为“凹”形。

所述双边长定子直线磁阻电机的定子为双边n相，n≥4，动子为双边n-1相；定子和动子的安装布局为左右两边对称结构，同一纵截面下两边的一对“E”形定子铁心开口相向；在动子前后运动方向上，各相定子等间距排列，各相动子也等间距排列，各相定子间的间距长度与各相动子间的间距长度之比等于动子相数与定子相数之比。

所述定子机座固定连接杆和动子相间连接杆均由非导磁材料制成。所述双边长定子直线磁阻电机的磁路封闭于各相定子铁心和动子铁心之内。