一种恒流源励磁的磁悬浮磁阻直线电机制造技术

本发明专利技术公开了一种恒流源励磁的磁悬浮磁阻直线电机，包括定子和动子，所述动子包括动子轴，M个沿轴向排列的动子铁心套接在动子轴的周面上，所述定子包括三个定子铁心，所述定子铁心为与动子同轴线的空心圆柱形结构，动子位于定子铁心的内圈，定子铁心的内周均布有4N+4个定子齿，位于X方向和Y方向上的定子齿上均绕制有恒流源绕组和悬浮绕组，其余的定子齿上绕制轴向控制绕组；该结构的磁悬浮磁阻直线电机实现了动子无接触悬浮支撑直线运动，极大地提高了系统的灵敏度、快速性和随动性。

【技术实现步骤摘要】
一种恒流源励磁的磁悬浮磁阻直线电机
本专利技术涉及电机制造领域，具体涉及一种无摩擦磨损，控制简单，运行可靠，带负载能力强，响应速度快，结构紧凑，功耗低的一种恒流源励磁的磁悬浮磁阻直线电机。
技术介绍
随着自动控制技术和微型计算机的高速发展，对直线运动控制系统的定位精度提出了更高要求，传统的旋转电机再加上一套变换机构组成的直线运动驱动装置，已经难以满足现代直线控制系统的性能需求，由直线电机直接驱动直线运动负载具有如下优点：①.结构简单，由于直线振动马达不需要将旋转运动变成直线运动的附加装置，因而使得系统本身结构大为简化，重量和体积大大下降。②.定位精度高，在需要直线运动领域，直线振动马达可实现直接传动，因而可以消除中间环节带来的各种定位误差，精度高，如采用高性能控制策略，还可以进一步提高定位精度，因此直线电机具有广阔的应用前景。但是由于传统直线电机定子和动子之间存在机械摩擦与磨损，限制了普通直线电机优良性能的发挥，而磁悬浮直线电机是利用磁悬浮技术实现动子悬浮无接触支承，动子和定子之间始终保持一定的气隙，消除了定子和动子之间的摩擦阻力，大大提高系统的灵敏度、快速性和随动性。且实现了磁悬浮直线电机无接触传递力，机械摩擦损耗几乎为零，所有故障少，免维护，工作安全可靠、寿命长。磁悬浮轴承主要分为主动磁轴承、被动磁轴承和混合磁轴承，特别是其中的混合磁轴承采用永磁体产生偏置磁通，悬浮绕组产生悬浮控制磁通，两者相互作用产生悬浮力，具有低功耗、体积小，能够产生跟大悬浮力的一种新型轴承，但是，其在高温环境下的永磁体退磁难题，导致其的工业应用领域受到限制。
技术实现思路
本专利技术克服现有缺陷提供一种恒流源励磁的磁悬浮磁阻直线电机，无摩擦磨损，控制简单，运行可靠，响应速度快，功耗低，结构简单。一种恒流源励磁的磁悬浮磁阻直线电机，包括定子和动子，所述动子包括动子轴，M个沿轴向排列的动子铁心套接在动子轴的周面上，M个动子铁心周面的X和Y方向上设置有延伸整个动子轴长的矩形吸力盘、其余周面上均布有4N个动子齿；所述定子包括三个定子铁心，所述定子铁心为与动子同轴线的空心圆柱形结构，动子位于定子铁心的内圈，所述定子铁心的内周均布有4N+4定子齿，所述定子齿与动子齿及矩形吸力盘一一对应设置，位于X方向和Y方向上的定子齿上均绕制有恒流源绕组和悬浮绕组，所述恒流源绕组位于悬浮绕组（8）的内侧，其余的定子齿上绕制轴向控制绕组，所述恒流源绕组由恒流源供电、所述悬浮绕组由直流电源供电；定子齿的宽度和厚度以及动子齿的宽度和厚度均为A，相邻定子铁心之间的间距为A，相邻动子铁心之间的间距为2A。本专利技术进一步的改进方案是，所述M为自然数且M>3，所述N为自然数且N>1。本专利技术进一步的改进方案是，在X方向和Y方向上的定子齿长度大于其他方向上的定子齿长度。本专利技术进一步的改进方案是，所述定子、动子均由导磁材料制成，连接体为非导磁材料制成。本专利技术和现有技术相比具有以下优点：一、X和Y方向的定子齿上分别设置有恒流源绕组和悬浮绕组，两者相互作用产生X和Y方向径向悬浮力；实现了动子无接触悬浮支撑，大大提高系统的灵敏度、快速性和随动性。且实现了磁悬浮直线电机无接触传递力，机械摩擦损耗几乎为零，所有故障少，免维护，工作安全可靠、寿命长。二、X和Y方向的定子齿上的励磁绕组和悬浮绕组单独设置，建立X和Y方向位移闭环控制系统，根据X和Y方向位移传感器检测到的偏移量分别控制X和Y方向悬浮绕组电流，产生X和Y方向悬浮力，X和Y方向位移控制无耦合，控制简单。三、当动子偏离平衡位置时，悬浮绕组和励磁绕组一起通电产生悬浮力，动子在平衡位置时，两套绕组中无电流，因此功耗低。四、动子铁心的X和Y方向为连成为整体的四个长条状的矩形吸力盘，能够在动子做直线运动的同时产生稳定可靠的径向悬浮力。五、X和Y方向的定子齿上分别设置有励磁绕组和悬浮绕组，两者相互作用产生X和Y方向径向悬浮力；其余定子齿上设置有轴向控制绕组，用于控制动子沿着轴向运动，直线运动控制与悬浮控制之间无耦合、独立控制，控制简单、可靠。六、X和Y方向的定子齿长度要大于其余齿的长度，即X和Y方向定子齿和动子齿之间的气隙要小于其他位置的气隙，悬浮控制磁路和直线运动控制磁路相互隔离，悬浮控制磁通和励磁磁通仅经过X和Y方向的定子齿和动子齿形成闭合回路，对轴向直线运动无影响，控制简单。附图说明图1为本专利技术侧视图。图2为本专利技术正视图。图3为本专利技术X方向励磁磁场分布图。图4为本专利技术X方向悬浮绕组磁场分布图。图5为本专利技术Y方向励磁磁场分布图。图6为本专利技术Y方向悬浮绕组磁场分布图。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图1-6对本专利技术作进一步详细说明。一种恒流源励磁的磁悬浮磁阻直线电机，包括定子1和动子2，所述动子2包括动子轴3，M个沿轴向排列的动子铁心4套接在动子轴3的周面上，M个动子铁心4周面的X和Y方向上设置有延伸整个动子轴长的矩形吸力盘14、其余周面上均布有4N个动子齿5，所述定子1包括三个定子铁心6，所述定子铁心6为与动子2同轴线的空心圆柱形结构，动子2位于定子铁心6的内圈，所述定子铁心6的内周均布有4N+4定子齿13，所述定子齿13与动子齿5及矩形吸力盘14一一对应设置，位于X方向和Y方向上的定子齿13上均绕制有恒流源绕组7和悬浮绕组8，恒流源绕组7位于悬浮绕组8的内侧，所述恒流源绕组7由恒流源供电、所述悬浮绕组8由直流电源供电，此两套绕组用于产生X方向径向悬浮力；其余的定子齿13上绕制轴向控制绕组12，用于控制动子沿着轴向运动；定子齿13的宽度和厚度以及动子齿5的宽度和厚度均为A，相邻定子铁心6之间的间距为A，相邻动子铁心4之间的间距为2A。本实施例中，所述M为自然数且M>3，动子铁心的数量远远多于定子铁心的数量，动子铁心的数量取决于电机轴向长度，当动子铁心很长时，可以采用两个以上的定子一起使用。所述N为自然数且N>1，定子齿与动子齿一一对应，磁路不饱和。在X方向和Y方向上的定子齿13长度大于其他方向上的定子齿13长度，悬浮控制磁路和直线运动控制磁路相互隔离，悬浮控制磁通和励磁磁通仅经过X和Y方向的定子齿和动子齿形成闭合回路，对轴向直线运动无影响，控制简单。三个定子铁心6的X方向和Y方向上安装有检测动子铁心径向位移的位移传感器，用于检测动子在X和Y方向偏移量。在X和Y方向上分别用连接体11将三个定子铁心6连为一体，做成长条块状，分别建立X和Y方向位移闭环控制系统，控制悬浮绕组电流，产生使动子稳定悬浮的悬浮力。定子1、动子2均由导磁材料制成，本实施例中是采用铸铁做成，连接体11为非导磁材料制成。同一定子铁心上的X方向恒流源绕组同向串联，由一个恒流源供电，同一定子铁心上的X方向悬浮绕组反向串联，由一个直流电源供电；同理，同一定子铁心上的Y方向恒流源绕组同向串联，由一个恒流源供电，同一铁心上的Y方向悬浮绕组反向串联，由一个直流电源供电。以其中一个铁心为例来说明本专利技术的悬浮原理：如图3，X方向恒流源绕组通电，在定子铁心、定子齿、动子铁心和动子齿中形成闭合的X方向恒流源磁通；如图4，X方向悬浮绕组通电，在定子铁心、定子齿、动子铁心和动子齿中形成闭合的X方向悬浮控制磁通；图3和图4的两个磁场相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种恒流源励磁的磁悬浮磁阻直线电机，其特征是：包括定子（1）和动子（2），所述动子（2）包括动子轴（3），M个沿轴向排列的动子铁心（4）套接在动子轴（3）的周面上，M个动子铁心（4）周面的X和Y方向上设置有延伸整个动子轴长的矩形吸力盘（14）、其余周面上均布有4N个动子齿（5）；所述定子（1）包括三个定子铁心（6），所述定子铁心（6）为与动子（2）同轴线的空心圆柱形结构，动子（2）位于定子铁心（6）的内圈，所述定子铁心（6）的内周均布有4N+4定子齿（13），所述定子齿（13）与动子齿（5）及矩形吸力盘（14）一一对应设置，位于X方向和Y方向上的定子齿（13）上均绕制有恒流源绕组（7）和悬浮绕组（8），所述恒流源绕组（7）位于悬浮绕组（8）的内侧，其余的定子齿（13）上绕制轴向控制绕组（12），所述恒流源绕组（7）由恒流源供电、所述悬浮绕组（8）由直流电源供电；定子齿（13）的宽度和厚度以及动子齿（5）的宽度和厚度均为A，相邻定子铁心（6）之间的间距为A，相邻动子铁心（4）之间的间距为2A；所述M为自然数且M>3，所述N为自然数且N>1；所述定子（1）、动子（2）均由导磁材料制成，连接体（11）为非导磁材料制成。...

【技术特征摘要】
1.一种恒流源励磁的磁悬浮磁阻直线电机，其特征是：包括定子（1）和动子（2），所述动子（2）包括动子轴（3），M个沿轴向排列的动子铁心（4）套接在动子轴（3）的周面上，M个动子铁心（4）周面的X和Y方向上设置有延伸整个动子轴长的矩形吸力盘（14）、其余周面上均布有4N个动子齿（5）；所述定子（1）包括三个定子铁心（6），所述定子铁心（6）为与动子（2）同轴线的空心圆柱形结构，动子（2）位于定子铁心（6）的内圈，所述定子铁心（6）的内周均布有4N+4定子齿（13），所述定子齿（13）与动子齿（5）及矩形吸力盘（14）一一对应设置，位于X方向和Y方向上的定子齿（13）上均绕制有恒流源绕组（7）和悬浮...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，叶小婷，莫丽红，鲁庆，桑英军，王业琴，夏鑫，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32