阅读说明：本技术 一种初级铁芯交错式驱动结构、直线电机及数控设备 (Primary iron core staggered driving structure, linear motor and numerical control equipment ) 是由 郑立章 谢芳 焦雷 刘伟健 郜曦 张智超 赖奕霖 张海斌 刘建国 于 2019-09-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种初级铁芯交错式驱动结构、直线电机及数控设备,包括依次叠加设置的第一驱动组件和第二驱动组件,以及用于连接第一驱动组件和第二驱动组件的连接件；所述第一驱动组件和第二驱动组件构成直线驱动机构,且直线驱动机构至少具有一个。本发明中第一驱动组件和第二驱动组件依次交错叠加,可成倍增加铁芯的数量,且两个驱动组件在与动子运动方向垂直的方向上反向设置,使得初级铁芯在竖直方向上交错排布,不仅可以减小电机尺寸,还能有效地提高推力密度,降低直线电机的齿槽力,提高运行稳定性,另一方面,交错叠加的第一驱动组件和第二驱动组件还可以有效地抵消法向磁吸力。(The invention relates to a primary iron core staggered driving structure, a linear motor and numerical control equipment, which comprise a first driving component, a second driving component and a connecting piece, wherein the first driving component and the second driving component are sequentially overlapped; the first driving assembly and the second driving assembly form a linear driving mechanism, and the linear driving mechanism is provided with at least one linear driving mechanism. According to the linear motor, the first driving assemblies and the second driving assemblies are sequentially overlapped in a staggered mode, the number of the iron cores can be increased by times, the two driving assemblies are reversely arranged in the direction perpendicular to the moving direction of the rotor, so that primary iron cores are arranged in a staggered mode in the vertical direction, the size of the linear motor can be reduced, the thrust density can be effectively improved, the tooth socket force of the linear motor is reduced, the operation stability is improved, and on the other hand, the first driving assemblies and the second driving assemblies which are overlapped in a staggered mode can effectively offset the normal magnetic attraction force.)

一种初级铁芯交错式驱动结构、直线电机及数控设备

技术领域

本发明涉及智能装备机床直线驱动进给技术领域，具体涉及一种初级铁芯交错式驱动结构、直线电机及数控设备。

背景技术

直线电机也称线性电机、线性马达、直线马达、推杆马达，是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置，可用于实现直线传动、定位、导向等，与旋转电机相比具有推力密度高、响应速度快、系统刚度高和结构简单等特点，在高档数控机床，高速轨道交通和IT产业装备等领域上应用越来越广泛。为了提高直线电机的推力密度，一般可以增加初级铁芯的叠高尺寸来实现，常见的单边型直线电机一般是在铁芯下设置永磁体作为定子，在定子上设置带有电枢绕组的另一铁芯作为动子，该类单边型直线电机的法向吸力会随着叠高尺寸的增加而增大，严重影响了直线电机的运行稳定性。双边型直线电机（也即单边型直线电机的结构对称设置）通过增加初级铁芯个数来提高推力密度，虽然该电机的单个铁芯产生的法向吸力相互抵消，但动子最多为2个，而由于两个动子处于同一平面，电机纵向尺寸与原尺寸相比增大了一倍。还有通过在横向和纵向增加动子的个数来提高推力密度的方式，但这种方式法向吸力却成倍增加。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种可成倍增加铁芯个数，推力密度高、稳定性好的初级铁芯交错式驱动结构，同时还提供了包含该初级铁芯交错式驱动结构的直线电机，以及包含该直线电机的数控设备。

本发明采用如下方案实现：

一种初级铁芯交错式驱动结构，包括依次叠加设置的第一驱动组件和第二驱动组件，以及用于连接第一驱动组件和第二驱动组件的连接件；相邻的第一驱动组件和第二驱动组件构成直线驱动机构，且直线驱动机构具有至少一个；所述第一驱动组件和第二驱动组件均包括定子，设置在定子一侧的用于驱动可动物体沿定子直线运动的动子；定义动子的运动方向为X轴方向，则在水平面上与X轴方向垂直的方向为Y轴方向，所述第一驱动组件和第二驱动组件在Y轴方向上反向设置；定义所述第一驱动组件的定子所在的一侧为Y轴方向的负方向，第一驱动组件的动子所在一侧为Y轴方向的正方向，则第二驱动组件的定子位于Y轴方向的正方向，第二驱动组件的动子位于Y轴方向的负方向。

进一步的，所述动子包括初级铁芯，设置于初级铁芯朝向定子的一侧的多个绕线部，相邻绕线部之间具有间隔，每个绕线部上均缠绕有线圈，在绕线部内还埋设有永磁体。

进一步的，所述永磁体两个磁极的朝向与动子的运动方向一致。

进一步的，所述永磁体的截面为平行四边形，且平行四边形具有锐角。

进一步的，所述第一驱动组件的永磁体和第二驱动组件的永磁体均相对于水平面倾斜设置，第一驱动组件的永磁体与第二驱动组件的永磁体朝向相反的方向倾斜，且第一驱动组件的永磁体与相对应位置处的第二驱动组件的永磁体之间的夹角小于180°。

进一步的，设所述初级铁芯与绕线部的总长度为L，所述第二驱动组件的绕线部的端面与第一驱动组件的初级铁芯朝向第二驱动组件的定子一侧的端面之间的距离为a，则0≤a≤L。

进一步的，所述定子包括次级铁芯，以及设置在所述的次级铁芯朝向动子一侧的多个齿部。

进一步的，所述初级铁芯交错式驱动结构还包括用于支撑固定定子的具有多个构件的填充件；所述连接件和填充件均为非铁磁性材料。

进一步的，所述连接件包括用于分隔第一驱动组件和第二驱动组件的分隔板，设置于分隔板上端面的用于固定第二驱动组件的动子的上连接部，设置于分隔板下端面的用于固定第一驱动组件的动子的下连接部。

一种数控设备，包前述的直线电机。

对比现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明中第一驱动组件和第二驱动组件依次交错叠加，可成倍增加铁芯的数量，且两个驱动组件在与动子运动方向垂直的方向上反向设置，使得初级铁芯在竖直方向上交错排布，不仅可以减小电机尺寸，还能有效地提高推力密度，降低直线电机的齿槽力，提高运行稳定性，另一方面，交错叠加的第一驱动组件和第二驱动组件还可以有效地抵消法向磁吸力。

附图说明

图1为本发明提供的一种初级铁芯交错式驱动结构及直线电机实施例1的结构示意图。

图2为实施例1另一角度示意图示意图。

图3为图1的另一状态示意图，该状态下隐藏了线圈、连接件、填充件。

图4为实施例1中连接件的结构示意图。

图5为实施例1中第一驱动组件和第二驱动组件的位置关系示意图。

图6为实施例1中第一驱动组件和第二驱动组件的绕线部截面结构图。

图7为实施例2第一驱动组件和第二驱动组件的叠加结构示意图，该状态下隐藏了连接件和填充件。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本发明，下面将结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细描述。

实施例1

参照图1至图6,本发明提供的一种初级铁芯交错式驱动结构包括依次叠加设置的第一驱动组件1和第二驱动组件2，以及用于连接第一驱动组件和第二驱动组件的连接件3。相邻第一驱动组件和第二驱动组件构成直线驱动机构，直线驱动机构具有至少一个（若具有两个直线驱动机构则是2个第一驱动组件和2个第二驱动组件交错叠加，以此类推）；所述第一驱动组件和第二驱动组件的结构相同，均包括定子11，设置在定子一侧的用于驱动可动物体沿定子直线运动的动子12，所述第一驱动组件和第二驱动组件反向设置，定义动子的运动方向为X轴方向，则在水平面上与X轴方向垂直的方向为Y轴方向，所述第一驱动组件和第二驱动组件在Y轴方向上反向设置；定义所述第一驱动组件的定子所在的一侧为Y轴方向的负方向，第一驱动组件的动子所在一侧为Y轴方向的正方向，则第二驱动组件的定子位于Y轴方向的正方向，第二驱动组件的动子位于Y轴方向的负方向。从图2的视图角度看，也即第一驱动组件的定子在左侧，动子在右侧，第二驱动组件的动子在左侧，定子在右侧。

所述动子12包括初级铁芯121，设置于初级铁芯朝向定子的一侧的多个绕线部123，相邻绕线部之间具有间隔，每个绕线部上均缠绕有线圈122，在绕线部内还埋设有永磁体124。。具体地，也可以采用大体呈“凵”状的铁芯件（端部的铁芯采用“L”型铁芯件），相邻铁芯件将永磁体夹在中间，并一起构成绕线部。

所述永磁体124两个磁极的朝向与动子的运动方向一致，如图6所示，图中的左右方向为动子的运动方向，则永磁体的其中一个磁极（N极或S极）朝向左侧，另一个磁极（N极或S极）朝向右侧。永磁体124的截面为平行四边形，且该平行四边形具有锐角。所述第一驱动组件的永磁体和第二驱动组件的永磁体均相对于水平面倾斜设置，第一驱动组件的永磁体与第二驱动组件的永磁体朝向相反的方向倾斜，且第一驱动组件的永磁体与相对应位置处的第二驱动组件的永磁体之间的夹角大于0°且小于180°，从附图2和附图5所示的视角看，也即第一驱动组件的动子和第二驱动组件的动子左右反向设置，上下相对应的两个永磁铁之间（第一驱动组件的永磁铁永磁体靠近左侧的面的延长线、与第二驱动组件的永磁铁永磁体靠近左侧的面的延长线之间）形成夹角α1，夹角α1大于0°且小于180°，形成“V”型。这样的结构可以有效降低电机的齿槽力，提高电机运行稳定性。本实施例中，α1的角度为170°，永磁体的锐角α2为85°，具体实施时α1和α2的角度可根据具体需求设置为前述取值范围内的其他值。

设所述初级铁芯121与绕线部123的总长度为L（从图的角度看，也即动子的总长度为L，传统的双边型直线电机总长度至少为2L），所述第二驱动组件2的绕线部的端面与第一驱动组件的初级铁芯朝向第二驱动组件的定子一侧的端面之间的距离为a，则0≤a≤L，由于两个驱动组件的初级铁芯交错排布，电机纵向尺寸与传统的双边型直线电机相比可以减小

，有效减小了电机的体积，提高了电机的推力密度。

所述定子11包括次级铁芯111，以及设置在次级铁芯朝向动子一侧的多个齿部112。

所述初级铁芯交错式驱动结构还包括用于支撑固定定子11的具有多个构件的填充件4，填充件与第一驱动组件的定子、第二驱动组件的定子连接组合成侧面为“凵”状的结构。本实施例中，连接件和填充件均为非铁磁性材料，可采用环氧树脂。

所述连接件3包括用于分隔第一驱动组件1和第二驱动组件2的分隔板31，设置于分隔板上端面的用于固定第二驱动组件的动子的上连接部32，设置于分隔板下端面的用于固定第一驱动组件的动子的下连接部33。本实施例中连接件大体呈“Z”型，上连接部与第二驱动组件的动子连接，下连接部与第一驱动组件的动子连接。

在具体装配时，第一驱动组件的定子和动子之间的间距为δ1，第二驱动组件的定子和动子之间的间距为δ2，当δ1=δ2时，第一驱动组件的定子和动子之间的法向磁吸力，第二驱动组件的定子和动子之间的磁吸力大小相等，方向相反，可相互抵消，即使装配过程中出现误差导致δ1≠δ2， 磁吸力虽然会存在一个增大，一个减小的情况，但两者方向仍相反，仍然可以起到相互抑制的作用。具体工作时，动子可通过另外的连接部件和其他设备连接。

本发明还提供了一种直线电机（附图未表示），该直线电机包括前述的初级铁芯交错式驱动结构。此外本发明还提供了一种数控设备，包括前述的直线电机。

实施例2

本实施例中直线驱动机构叠加设置有2个，也即第一驱动组件和第二驱动组件均设置有2个，且依次交错叠加。除此之外，本实施例的其他部分结构均与实施例1相同，在此不再做累赘叙述。具体实施时直线驱动机构可叠加设置有n个，第一驱动组件和第二驱动组件的数量也对应为n个，进而可以成倍增加铁芯（初级铁芯和次级铁芯）的数量。如直线驱动机构叠加设置有4个时，第一驱动组件和第二驱动组件也分别设置有4个。填充料的构件可根据具体的实施方式进行设置。

本发明还提供了一种直线电机（附图未表示），该直线电机包括前述的初级铁芯交错式驱动结构。此外本发明还提供了一种数控设备，包括前述的直线电机。

本发明中第一驱动组件和第二驱动组件依次交错叠加，可成倍增加铁芯的数量，且两个驱动组件在与动子运动方向垂直的方向上反向设置，使得初级铁芯在竖直方向上交错排布，不仅可以减小电机尺寸，还能有效地提高推力密度，降低直线电机的齿槽力，提高运行稳定性，另一方面，交错叠加的第一驱动组件和第二驱动组件还可以有效地抵消法向磁吸力。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上， 除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语 “连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化，是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的范围内。