專利名稱：帶氣浮導軌的永磁直線同步電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種帶氣浮導軌的永磁直線同步電機，屬于直線電機技術領域。
背景技術：
永磁直線同步電機驅動的XY氣浮工作臺，在半導體光刻、PC板檢查和鉆孔、晶片處理加工、離子注入、電子裝配及坐標測量等精密伺服領域具有廣泛的應用。作為XY氣浮工作臺的驅動電機，永磁直線同步電機具有大慣性、高速度、高精度及大推力等特點，同時， 電機的溫升也能夠實現良好的控制，以阻止電機的銅耗散熱到外界環境，影響整個系統的分辨率。與驅動XY氣浮工作臺運動所用的無鐵芯永磁直線電機相比較，動電樞型永磁直線同步電機具有推力密度大及單位尺寸的作用力大的優勢。這種永磁直線同步電機采用單邊磁鋼排列，成本更低；更重要的是，永磁直線同步電機的鐵芯與電樞繞組直接接觸，其散熱表面積增大，同時，它的初級軛部很容易布置水冷卻結構，這使得它的散熱性能很好。對永磁直線同步電機通過合理的結構設計、電磁設計和電機優化設計，能夠有效降低齒槽效應的影響，同時，電機的動子通過氣浮導軌支撐，能夠消除摩擦力，提高直線電機的定位精度。現有永磁直線同步電機的主要劣勢是其初級與次級之間存在法向吸引力，這種力不能被有效的利用，并且造成其安裝結構復雜。當所述電機采用臥式放置時，電機動子的重力相當于吸力，可為其提供預加載，但是在電機為立式放置或傾斜放置時，通過重力實現預加載的方法則無法實現。
發明內容
本發明的目的是解決現有永磁直線同步電機存在的單邊法向吸引力沒有被有效的利用的問題，提供一種帶氣浮導軌的永磁直線同步電機。本發明所述帶氣浮導軌的永磁直線同步電機，它包括電機底座、動子和定子，它還包括一對氣浮導軌、四個緩沖件和拖鏈，定子固定在電機底座的縱向中心位置，電機底座上有一對氣浮導軌，該對氣浮導軌中的兩根氣浮導軌對稱分布在定子的兩側，每根氣浮導軌的兩端分別設置一個緩沖件， 動子位于一對氣浮導軌上，動子與定子之間為氣隙；拖鏈的一端固定在動子上，拖鏈內用于布置電機的電纜及冷卻水管。每根氣浮導軌的結構為所述氣浮導軌是由導軌與滑塊組成的滑動副，導軌與滑塊之間通過氣膜潤滑，動子與滑塊固定連接，導軌與電機底座固定連接。所述滑塊為下開口的左右對稱結構，滑塊的頂面和兩個立面上分別設置有節流孔。所述定子由次級軛部和永磁體組成，所述動子由初級鐵芯和電樞繞組組成，初級鐵芯的軛部設置有水冷卻管路。本發明的優點是本發明所述電機動子通過氣浮導軌支撐，有效利用了直線電機的初級與次級之間存在的法向吸引力，使該吸引力相當于負氣壓把滑塊吸附在導軌的氣浮面上，克服了直線電機單邊法向吸引力的缺陷，化劣勢為優勢。滑塊上的節流孔能夠提供正氣壓，它產生的浮力與所述吸力相互平衡，即可實現電機動子的懸浮。本發明所述電機的結構，通過氣浮導軌實現了電機法向吸引力的預加載，也提高了氣浮導軌的承載能力與剛度，它有效的解決了電機為非臥式放置，即為立式放置或傾斜放置時，電機動子的重力不能提供預加載的問題，通過法向吸引力有效實現了預加載。本發明的法向力預加載方式與真空預加載和磁力預加載相比較，具有結構簡單、 加工制造難度小和節約滑塊、導軌的氣浮工作面的面積等優點，能夠有效縮小帶氣浮導軌的永磁直線同步電機的整體尺寸與體積。本發明所述的帶氣浮導軌的永磁直線同步電機實現了氣浮導軌與直線電機結合于一體，具有推力密度大、整體尺寸和體積小等突出優點，應用于先進電子制造裝備及光學儀器等需要精密運動系統的裝備制造領域，也可應用于日新月異的微納技術制造及微檢測裝備中。
圖1為本發明的結構示意圖2為圖1的仰視圖3為本發明氣浮導軌的實物結構示意圖4為本發明氣浮導軌的工作原理示意圖5為本發明氣浮導軌采用法向力預加載的結構示意圖
圖6為平面封閉型氣浮導軌的示意圖7為負壓平衡型氣浮導軌的示意圖8為氣浮導軌采用真空預加載的結構示意圖9為氣浮導軌采用磁力預加載的結構示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結合圖1至圖5說明本實施方式，本實施方式所述帶氣浮導軌的永磁直線同步電機，它包括電機底座1、動子2和定子3，它還包括一對氣浮導軌4、四個緩沖件5和拖鏈6，定子3固定在電機底座1的縱向中心位置，電機底座1上有一對氣浮導軌4，該對氣浮導軌4中的兩根氣浮導軌對稱分布在定子3的兩側，每根氣浮導軌4的兩端分別設置一個緩沖件5，動子2位于一對氣浮導軌4上，動子2與定子3之間為氣隙；拖鏈6的一端固定在動子2上，拖鏈6內用于布置電機的電纜及冷卻水管。本實施方式中的緩沖件5是用來限制動子2的運動范圍，并且緩沖所述動子2運行到氣浮導軌末端時產生的沖擊力。拖鏈6的另一端可與電機底座1固定連接，也可采用其它的固定方式。
具體實施方式
二 下面結合圖1至圖5說明本實施方式，本實施方式為對實施方式一的進一步說明，每根氣浮導軌的結構為所述氣浮導軌是由導軌4-1與滑塊4-2組成的滑動副，導軌4-1與滑塊4-2之間通過氣膜潤滑，動子2與滑塊4-2固定連接，導軌4-1與電機底座1固定連接。
具體實施方式
三下面結合圖5說明本實施方式，本實施方式為對實施方式二的進一步說明，所述滑塊4-2為下開口的左右對稱結構，滑塊4-2的頂面和兩個立面上分別設置有節流孔4-20。所述滑塊4-2兩個立面上的節流孔4-20在導軌4_1的兩側呈對稱設置，滑塊4_2 的頂平面上的節流孔4-20在頂平面上呈鏡向對稱分布。本發明中直線電機的單邊法向吸引力相當于負氣壓提供吸力，把滑塊4-2吸附在導軌4-1的氣浮面上，由節流孔4-20通入的氣流產生的浮力作用于滑塊4-2的氣浮工作面上，當浮力和吸力平衡時，即形成穩定的工作氣膜，實現電機動子的懸浮。圖5所示，直線電機的初級和次級之間的法向吸引力比較平穩，約為電機額定推力的數倍。這種能夠實現法向吸引力預加載的電機結構，能明顯地節約滑塊、導軌的氣浮工作面的面積。
具體實施方式
四本實施方式為對實施方式一、二或三的進一步說明，所述定子3 由次級軛部和永磁體組成，所述動子2由初級鐵芯和電樞繞組組成，初級鐵芯的軛部設置有水冷卻管路。下面闡述現有氣浮導軌的結構，并與本申請所述的氣浮導軌相對比圖6所示的是現有平面封閉型氣浮導軌，該種氣浮導軌能在兩個方向上都得到比較理想的氣膜剛度，但是其加工制造難度大，滑塊、導軌的氣浮工作面的面積要求較大，同時，各個氣浮工作面的平行度和垂直度要求較高。圖7所示的是現有負壓平衡型氣浮導軌，該種氣浮導軌為利用氣流產生浮力，使用真空泵產生負壓以實現懸浮狀態，其實現方式較復雜，必需配合真空泵一起使用，并且要求真空泵能提供非常平穩的負壓，同時，滑塊氣浮工作面上的凹槽部分加工精度要求高，加工制造難度增大。圖8所示的是現有采用真空預加載方式的氣浮導軌的結構，該種氣浮導軌是用真空泵把滑塊氣浮工作面上的凹槽內的部分空氣從氣孔抽出，使真空腔內形成負壓，把滑塊吸附在導軌的氣浮面上，與節流孔的氣流產生的浮力相互平衡以實現懸浮狀態。這種方式需要真空泵能提供平穩的負壓，增加使用成本，凹槽部分加工精度要求高，加工制造難度增大。圖9所示的是現有采用磁力預加載方式的氣浮導軌的結構，該種氣浮導軌是把導軌的氣浮工作面上嵌入永磁體，靠磁吸力把滑塊吸附在導軌的氣浮面上。這種方式加工制造復雜、成本高，由于氣浮導軌存在磁場，可能產生電磁干擾，影響電機的性能。圖4所示的本發明所述的氣浮導軌，實現氣浮導軌與直線電機結合于一體，該種氣浮導軌在本發明所述的技術方案中，直線電機的法向吸引力相當于負氣壓產生吸力，與氣流產生的浮力相互平衡，以形成穩定的工作氣膜，實現了電機動子的懸浮狀態。在精密伺服領域、微納技術制造領域中，氣浮工作臺的體積有限，并且嚴格地限制永磁直線同步電機和氣浮導軌的尺寸和體積，相對于真空預加載方法和磁力預加載方法而言，本發明的氣浮導軌采用的法向力預加載方法，實現方法簡單，加工制造難度小，成本低， 節約氣浮工作面的面積，明顯地縮小帶氣浮導軌的永磁直線同步電機的整體尺寸和體積。
權利要求
1.一種帶氣浮導軌的永磁直線同步電機，它包括電機底座(1)、動子( 和定子(3)，其特征在于它還包括一對氣浮導軌G)、四個緩沖件( 和拖鏈(6)，定子(3)固定在電機底座(1)的縱向中心位置，電機底座(1)上有一對氣浮導軌G)， 該對氣浮導軌中的兩根氣浮導軌對稱分布在定子(3)的兩側，每根氣浮導軌的兩端分別設置一個緩沖件(5)，動子( 位于一對氣浮導軌(4)上，動子O)與定子C3)之間為氣隙；拖鏈(6)的一端固定在動子( 上，拖鏈㈩)內用于布置電機的電纜及冷卻水管。
2.根據權利要求1所述的帶氣浮導軌的永磁直線同步電機，其特征在于每根氣浮導軌的結構為所述氣浮導軌是由導軌(4-1)與滑塊(4-2)組成的滑動副，導軌(4-1)與滑塊 (4-2)之間通過氣膜潤滑，動子(2)與滑塊G-2)固定連接，導軌與電機底座⑴固定連接。
3.根據權利要求2所述的帶氣浮導軌的永磁直線同步電機，其特征在于所述滑塊(4- 為下開口的左右對稱結構，滑塊G-2)的頂面和兩個立面上分別設置有節流孔 (4-20)。
4.根據權利要求1、2或3所述的帶氣浮導軌的永磁直線同步電機，其特征在于所述定子C3)由次級軛部和永磁體組成，所述動子( 由初級鐵芯和電樞繞組組成，初級鐵芯的軛部設置有水冷卻管路。
全文摘要
帶氣浮導軌的永磁直線同步電機，屬于直線電機技術領域。它解決了現有永磁直線同步電機存在的單邊法向吸引力沒有被有效的利用的問題。本發明所述帶氣浮導軌的永磁直線同步電機，它包括電機底座、動子和定子，它還包括一對氣浮導軌、四個緩沖件和拖鏈，定子固定在電機底座的縱向中心位置，電機底座上有一對氣浮導軌，該對氣浮導軌中的兩根氣浮導軌對稱分布在定子的兩側，每根氣浮導軌的兩端分別設置一個緩沖件，動子位于一對氣浮導軌上，動子與定子之間為氣隙；拖鏈的一端固定在動子上，拖鏈內用于布置電機的電纜及冷卻水管。本發明適用于直線同步電機。
文檔編號H02K41/03GK102255472SQ201110216609
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月29日 優先權日2011年7月29日
發明者唐勇斌, 寇寶泉, 李立毅, 潘東華 申請人:哈爾濱工業大學