[发明专利]节能型永磁悬浮无尘传送装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种节能型永磁悬浮无尘传送装置，采用永磁悬浮技术实现恒温、超洁净空间的非接触传送，并在装置结构上创造性地实现了传统永磁悬浮系统所不能实现的磁路极性可变功能，属于机电一体化技术领域。

背景技术

无尘传送装置通常应用与半导体生产车间及生物实验室，用于半导体器件及生物样本的无尘搬运、传送，传统的机械装置由于齿轮、轴承、链条等接触摩擦零件的存在，装置长时间运行将迅速摩擦磨损，必须进行充分的润滑，此类机械运行过程中，接触摩擦金属件会产生金属屑粉尘，且润滑油将泄漏、挥发，这些都会不同程度的污染产品或样本，降低产品质量及样品纯度。

磁悬浮技术是利用磁力作为支撑力的非接触支撑技术，因此磁悬浮技术具有无接触，无磨损，不需要润滑等一系列优势，特别适用超洁净空间中应用装置的开发。

电磁悬浮技术在目前磁悬浮技术应用中占主导地位，但电磁悬浮装置中的磁力由电磁线圈提供，电磁线圈的体积较大、能量密度较低，且发热量较大，这些弊端致使电磁悬浮技术不适用于有结构紧凑、恒温等要求的应用领域。

近些年，稀土永磁材料的迅速发展使单位体积的永磁体所产生的磁力大幅提高，使得永磁悬浮技术在在无尘、恒温应用领域比传统的机械装置及电磁悬浮技术更有优势，但现有永磁悬浮技术存在着一些不足。

首先就是永磁系统的接触吸附问题，该问题只出现在吸力悬浮情况下即悬浮导轨在上，悬浮物和永磁体固定在一起悬挂于导轨之下，永磁体和导轨间产生的磁场吸力克服悬浮物的重力使其无接触的悬挂在悬浮导轨下面，但是系统产生的磁力与导轨和永磁体之间的间隙存在反比关系，一旦受到某种扰动使得间隙变小，磁力增大，悬浮物就会向着导轨方向产生正向位移，进一步减小间隙，最后导致永磁铁和导轨产生吸附接触，由于永磁体磁力较大且不会消失，这就使得发生吸附后的悬浮系统无法自动恢复悬浮状态，严重影响了系统的正常运行。

其次是永磁系统的极性不可变问题，现有永磁系统在不改变机械结构的前提下无法改变系统的磁路极性，也即其无法时时改变系统极性，但是在很多应用场合，却需要系统极性方向随着应用的改变而改变，以达到最佳使用效果，例如多自由度磁悬浮装置和磁悬浮轴承的开发，同时系统极性方向和永磁铁在有效力方向所产生的磁力存在函数关系，现有系统无法通过随时改变系统的极性方向改变磁力去适应不同重量的悬浮物。

最后是永磁系统实现节能悬浮是以牺牲悬浮导轨和永磁体间的间隙为条件，所谓节能悬浮又叫零功率悬浮，是指当悬浮系统稳定时，系统不再需要外界能量来源而能保持悬浮的特性，此时系统功率为零。上文中已提到永磁体产生的悬浮力是和其与悬浮导轨之间的间隙大小成反比，现有悬浮系统当载荷加大时，只有减小此间隙才能保证稳定悬浮，而现实应用中导轨和永磁体之间通常存在相对运动，间隙减小就增大了两者发生接触碰撞的可能性，进而增加了系统运行时的危险系数。

发明内容

发明目的：本发明提供一种节能型永磁悬浮无尘传送装置，其目的是解决传统永磁系统的接触吸附问题以及变气隙的零功率或准零功率悬浮问题。

技术方案：

节能型永磁悬浮无尘传送装置，其特征在于：包括悬浮导轨、悬浮失效保护轮、“F”形磁性体、盘形永磁铁、永磁铁连接盘、伺服电机和箱体；悬浮导轨、悬浮失效保护轮、“F”形磁性体、盘形永磁铁、永磁铁连接盘和伺服电机均设置在箱体上；悬浮导轨为设置在箱体上方的平行钢质导轨；悬浮失效保护轮分为水平方向失效保护轮和竖直方向失效保护轮，竖直方向失效保护轮布置在导轨上方，水平方向失效保护轮布置在导轨旁边靠近导轨内侧方向；“F”形磁性体为两片一组，F”形磁性体倒置并相向放置，两倒置“F”形磁性体内形成圆形空腔，盘形永磁铁置于该圆形空腔内并与该圆形空腔同轴放置；盘形永磁铁通过永磁铁连接盘与伺服电机连接；两倒置“F”形磁性体和盘形永磁铁布置在导轨正下方，盘形永磁铁的直径方向和导轨平行。

F”形磁性体、永磁铁连接盘和伺服电机构成一个悬浮单元，该悬浮单元共有四个，两行并列均布在箱体的四个边角；四个伺服电机共用一套DSP控制器控制电机运转；在水平方向失效保护轮旁边安放一个检测悬浮位置的电涡流传感器，电涡流传感器处于导轨正下方。

伺服电机带动盘形永磁铁旋转，盘形永磁铁通过旋转改变极性进而改变悬浮导轨和盘形永磁铁间形成的悬浮力的大小；当盘形永磁铁的N极在正上方或正下方时，无悬浮力产生，系统处于零悬浮力状态，当永盘形永磁铁的N极转到正左方或正右方，生成的悬浮力最大。

在伺服电机上还设置有编码器。