[发明专利]长行程直流直线电机及其控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流直线电机及其控制系统。

背景技术

基于安培力原理制造的直流直线电机，因其结构简单、体积小、推力波动小，且可靠性高、能量转换效率高，越来越多地用在各种直线运动控制系统中。再加上直流直线电机的快速、平滑、无齿槽效应、无滞后响应等特性，使直流直线电机可以很好地应用在需要高速、高加速度、高推力响应的伺服控制系统中。在传统的直流直线电机结构中，永磁体为平板形，平行充磁，固定于一个“日”字形导磁轭的上轭板的下侧以及下轭板的上侧，上下轭板上永磁体的充磁方向相反，如图1所示。方筒形线圈套在导磁轭的中心轭上。永磁体形成沿与运动方向垂直方向上的气隙磁场，通电线圈与磁场相互作用，产生沿运动方向的电磁力。该电机的结构简单，成本低。

但是，传统结构的直流直线电机存在如下问题：

(1)电机为动初级结构，动子运动过程中，需要拖动供电电缆，因此，系统所受的干扰强，难以实现高精度控制；

(2)只有一套绕组和一个驱动控制器，难以同时实现大功率与高精度；

(3)气隙磁场不均匀，电机的推力波动大；

(4)电机绕组的电感大，电流控制的频响低，系统的动态特性差；

(5)电机的体积、重量大。

发明内容

本发明为了解决传统直流直线电机及其控制系统存在的只有一套绕组和一个驱动控制器，难以同时实现大功率与高精度的问题，而提出的长行程直流直线电机及其控制系统。

长行程直流直线电机，它由初级和次级组成；所述初级与次级之间留有气隙；所述初级由导磁轭部件、偶数个平板形恒磁永磁体、控制绕组、功率绕组和偶数个补偿绕组组成；所述导磁轭部件由上导磁轭、中导磁轭、下导磁轭和两个侧向导磁轭组成；上导磁轭、中导磁轭和下导磁轭相互平行设置；上导磁轭、中导磁轭和下导磁轭的设置方向均与运动方向相平行；上导磁轭、中导磁轭、下导磁轭和两个侧向导磁轭合围成一矩形导磁轭部件；所述偶数个平板形恒磁永磁体分别设置在导磁轭部件上；所述控制绕组均匀地绕在中导磁轭的外表面上；所述控制绕组为单相绕组；所述功率绕组均匀地分为多段功率绕组；所述多段功率绕组均匀紧密地缠绕在控制绕组的外表面上；所述偶数个补偿绕组分别绕设导磁轭部件上；所述次级采用双边次级，上边次级位于上导磁轭和中导磁轭之间；下边次级位于下导磁轭和中导磁轭之间；所述上边次级与下边次级的结构相同；所述上边次级由主永磁体、四根长条形辅助永磁体和永磁体保持架组成；所述主永磁体为平板形永磁体；四根长条形辅助永磁体以环绕的方式分别设置在主永磁体的四个边上；永磁体保持架以环绕的方式紧固地装设在四根长条形辅助永磁体的四周。

上述长行程直流直线电机的控制系统，所述控制系统由长行程直流直线电机、精密控制部件、多个切换开关和功率控制部件组成；所述长行程直流直线电机由初级和次级组成；所述初级与次级之间留有气隙；所述初级由导磁轭部件、偶数个平板形恒磁永磁体、控制绕组、功率绕组和偶数个补偿绕组组成；所述导磁轭部件由上导磁轭、中导磁轭、下导磁轭和两个侧向导磁轭组成；上导磁轭、中导磁轭和下导磁轭相互平行设置；上导磁轭、中导磁轭和下导磁轭的设置方向均与运动方向相平行；上导磁轭、中导磁轭、下导磁轭和两个侧向导磁轭合围成一矩形导磁轭部件；所述偶数个平板形恒磁永磁体分别设置在导磁轭部件上；所述控制绕组均匀地绕在中导磁轭的外表面上；所述控制绕组为单相绕组；所述偶数个补偿绕组分别绕设导磁轭部件上；所述次级采用双边次级，上边次级位于上导磁轭和中导磁轭之间；下边次级位于下导磁轭和中导磁轭之间；所述上边次级与下边次级的结构相同；所述上边次级由主永磁体、四根长条形辅助永磁体和永磁体保持架组成；所述主永磁体为平板形永磁体；四根长条形辅助永磁体以环绕的方式分别设置在主永磁体的四个边上；永磁体保持架以环绕的方式紧固地装设在四根长条形辅助永磁体的四周；所述功率绕组均匀地分为多段功率绕组；所述多段功率绕组均匀紧密地缠绕在控制绕组的外表面上；所述功率控制部件的引入端通过多个切换开关同时与功率绕组的每段功率绕组的引出端相连；所述精密控制部件的引入端与控制绕组的引出端相连。