一种具有负载平衡结构的Z轴直线电机模组的制作方法

本技术属于直线电机领域，特别涉及一种具有负载平衡结构的z轴直线电机模组。

背景技术：

1、直驱电机是一种省去所有中间机构，通过直线导轨或转动轴承导向，直接把力/力矩从动力源传送到负载的运动控制结构。由于取消了机械传动部件(滚珠丝杠副、齿轮、齿条、同步带以及齿轮箱等)，传动结构上消除了由机械传动带来的反向间隙、柔度、磨损以及与之相关的其它问题。直驱电机包含直驱直线电机(ddl)、直驱力矩电机(ddr)。

2、直驱直线电机(ddl)是直驱电机的一种。通过将封闭式磁场展开为开放式磁场，将电能直接转化为直线运动的机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。直线电动机的结构可以看作是将一台旋转电动机沿径向剖开，并将电动机的圆周展开成直线而形成的。

3、直线电机模组由基座、导向机构(直线导轨、直线导套)、动力机构(直线电机动子、直线电机磁轨)、位置反馈(光/磁栅编码器组件、霍尔、光电传感器)、防护组件(盖板、限位块)等组成。通过导轨导向，由直线电机输出动力直接作用在负载上，位置反馈实现闭环控制。整个结构可实现高精度、高响应定位。相比于旋转电机，具有结构简单、定位精度高、反应速度快、灵敏度高、随动性好、工作安全可靠、寿命长、行程长度不受限制、多动子可独立运行等优点。

4、直线电机模组在结构上虽然相比丝杆模组和同步带模组较为简化且精度高。但由于其动力直接作用于负载的优势，直线电机与磁轨必须在模组的行程范围内，这样电机才能产生稳定的闭环磁场，提供稳定的推力。因此，直线电机模组不能够做到体积小，扁平化结构。另外，垂直应用场合下，直线电机不具备自锁功能。因此其使用会受限(负载会在电机断电时做自由落体)。若直线电机需要应用在垂直场合，需增加自锁装置或重力平衡系统。以防止电机在异常断电时，负载发生撞击事件。

5、目前，应用于直线电机垂直使用场合下平衡重力有以下几种方案：

6、1、增加导轨自锁装置：使用导轨钳制器，在设备断电时，导轨钳制器闭合抱住导轨，使模组具有自锁功能。但导轨钳制器成本很高且需匹配相应规格的导轨。且使用导轨钳制器，模组电机垂直向上运动时，电机还需平衡负载的重力做功。需增加相应推力的电机来满足工况需求。增加了模组的体积与重量。此外导轨钳制器需使用独立的控制源来工作。其工作时没有信号反馈，不能产生闭环来让系统判定其是否有抱闸的状态。

7、2、重力平衡系统：

8、伸缩弹簧：伸缩弹簧可平衡一些轻负载，短行程的应用。其性价比高。但由于弹簧长期工作会产生疲劳失效。故弹簧需要做成易损件定期更换。

9、气杆平衡：通过气缸产生一个垂直向上的力来平衡负载的自重。其行程可达到500mm。但气缸占用较大的空间，增加模组的体积。且气缸在产生的推力不能满足高速、高加速运动。

10、磁力弹簧：目前磁力弹簧应用于z轴场合具有高精度，高响应等优势。但由于其价格成本偏高。目前应用场合并没有大范围的推广。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本实用新型的首要目的在于提供一种具有负载平衡结构的z轴直线电机模组，利用磁弹簧的工作原理，在垂直应用场合时，能够稳定地平衡负载，避免断电时发生自由落体撞击；

2、本实用新型的又一个目的在于提供一种具有负载平衡结构的z轴直线电机模组，工作性能优异、结构稳定、精度高、经济性好，便于使用和推广。

3、为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

4、本实用新型提供一种具有负载平衡结构的z轴直线电机模组，包括有基体、动子组，所述动子组的左右两侧设置滑动机构，动子组通过滑动机构滑动安装在基体上，所述基体的一端安装有第一磁性件，所述动子组的一端安装有第二磁性件，所述第一磁性件与第二磁性件磁性相斥，且第一磁性件与第二磁性件紧邻设置形成负载平衡结构。在本技术中，电机模组断电后，动子组在自由落体复位时，第一磁性件能够与第二磁性件相互排斥，形成一个平衡动子组负载重力的无源磁弹簧，缓冲动子组自由落体产生的冲击力，避免动子组发生撞击。本技术的负载平衡结构简单，可以自主选配不同强度磁场的磁铁作为磁性件，方便不同负载应用于垂直场合。

5、进一步地，所述第一磁性件与第二磁性件采用同磁极的磁铁，动子组处于初始位置时，由同极互相排斥形成一个平衡负载重力的无源磁弹簧。

6、进一步地，所述基体包括有依次并排排列的第一基板、第二基板、第三基板，所述动子组包括有第一动子、第二动子，第一动子、第二动子分别设置在第二基板的两侧并与第二基板滑动连接，且第一动子夹持在第一基板与第二基板之间，第二动子夹持在第二基板与第三基板之间。第一基板、第二基板、第三基板通过螺钉固定连接，动子采用一体式灌胶而成，整体结构具有体积、质量轻、结构扁平化且高响应、高速度性能。

7、进一步地，所述第一动子采用无铁芯的结构，第一基板与第二基板在靠近第一动子的一面均设置有第一磁轨安装槽，第一动子的磁轨安装在第一基板与第二基板的第一磁轨安装槽内形成闭合的磁场。

8、进一步地，所述第二动子采用有铁芯的结构，第三基板在靠近第二动子的一面设置有第二磁轨安装槽，所述第二动子的磁轨安装在第二磁轨安装槽内形成闭合的磁场。

9、进一步地，所述滑动机构包括有钢轨和回流器，所述钢轨与回流器相对滑动，钢轨安装在第一动子、第二动子的外侧，所述回流器安装在第二基板的两侧。在本技术中，回流器内滚珠能够在钢轨上滚动，能够使第一动子、第二动子与第二基板之间形成滑动连接，保证第一动子和第二动子能够顺利地进行z轴直线运动。

10、进一步地，所述第一基板和第三基板上均设置有光栅安装槽，所述光栅安装槽安装有光栅组件，所述光栅组件外还安装有透明防尘板，所述第一基板和第三基板上还分别安装有与其光栅组件相配合使用光电传感器。能够为动子组的运动提供位置反馈。

11、进一步地，所述基体的侧边设置有散热风扇。散热风扇能够使电机持续工作在一个稳定的温度环境，证电机推力的稳定输出。

12、进一步地，所述基体上还设置有限位销，所述第一动子和第二动子上均设置有与所述限位销相配合的限位槽，所述限位销穿过限位槽形成限位结构，能够保证第一动子和第二动子在模组正常行程内运动。

13、进一步地，所述第一动子和第二动子上还设置有限位块，能够在第一动子和第二动子运动过程中对其进行限位，避免超出正常行程。

14、本实用新型的优势在于，相比于现有技术：

15、工作性能优异：动子由直线电机提供动力，导轨提供导向作用，光栅组件形成闭环位置反馈，具有高精度，高响应，高速度等优点；利用磁弹簧的工作原理，在垂直应用场合时，能够稳定地平衡负载，避免断电时发生自由落体撞击；采用散热风扇保证电机持续工作在一个稳定的温度环境，保证电机推力的稳定输出。

16、结构稳定、精度高：电机采用一体灌胶形式，减小了模组的尺寸的同时也减轻了整个运动组件的质量，使模组运动响应更快；采用内嵌式导轨，使模组具有更小的体积同时，钢轨与电机装配后再上磨床加工，在增强模组刚性的同时，保证了模组的精度；光栅尺读数头设有透明防尘板，可时刻观测光栅尺读数头是否正常工作。

17、经济性好：模组采用内嵌式导轨，所有机械精度均可在机加工时同时完成，免去了导轨装配的工序，同时相比市面上的标准导轨，内嵌式导轨完全自主加工，可大规模地批量生产；通过自主选配不同强度磁场的磁铁，替代标准的磁弹簧，可匹配不同负载应用于垂直场合的应用。