專利名稱：集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電機領域，尤其涉及一種短行程直流平面電機。
背景技術：
現(xiàn)代精密、超精密加工裝備對高響應、高速度、高精度的平面驅(qū)動裝置有著迫切的需求，如機械加工、電子產(chǎn)品生產(chǎn)、機械裝卸、制造自動化儀表設備甚至機器人驅(qū)動等。通 常這些裝置由旋轉(zhuǎn)式電動機產(chǎn)生動力驅(qū)動，再由皮帶、滾珠絲桿等機械裝置，轉(zhuǎn)換為直線運 動。由于機械裝置復雜，傳動精度和速度都受到限制，且需經(jīng)常調(diào)校，造成成本高、可靠性 差、體積較大。最初的平面驅(qū)動裝置是由兩臺直接驅(qū)動的直線電機來實現(xiàn)的，采用層疊式驅(qū) 動結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)增加了傳動系統(tǒng)的復雜性，從本質(zhì)上沒有擺脫低維運動機構(gòu)疊加形成高 維運動機構(gòu)的模式。對于底層的直線電機，要承載上層直線電機及其相關機械部件的總質(zhì) 量，從而嚴重影響了定位和控制精確度。而直接利用電磁能產(chǎn)生平面運動的平面電機，具有 出力密度高、低熱耗、高速度、高精度和高可靠性的特點，因省去了從旋轉(zhuǎn)運動到直線運動 再到平面運動的中間轉(zhuǎn)換裝置，可把控制對象同電機做成一體化結(jié)構(gòu)，具有反應快、靈敏度 高、隨動性好及結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。根據(jù)平面電機電磁推力的產(chǎn)生原理，可以將平面電機分為 變磁阻型、同步型和感應型。其中，同步型平面電機具有結(jié)構(gòu)簡單、推力大、效率高和響應速 度快等良好的綜合性能，在二維平面驅(qū)動裝置、特別是精密二維平面驅(qū)動裝置中具有廣闊 的應用前景。圖11所示為現(xiàn)有的一種平面電機結(jié)構(gòu)，圖12是所述平面電機的永磁體陣列的結(jié) 構(gòu)示意圖。該電機中包括定子和動子兩大部件，它的工作原理類似于三相旋轉(zhuǎn)永磁同步電 機，定子包含鐵心和4個相互垂直放置的推力繞組，每個繞組有獨立的3個相，X向推力繞組 用于驅(qū)動動子沿X方向運動，Y向推力繞組用于驅(qū)動動子沿Y方向運動。動子包含動子平臺 和4個永磁體陣列，永磁體陣列排列在動子平臺的下表面，通過控制相應的三相繞組電流， 動子平臺就可以在平面上做定位運動。但是，該永磁同步平面電機存在電機結(jié)構(gòu)復雜、繞組的利用率低、損耗大、效率低、 控制復雜以及定位精度低等問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有平面電機存在的結(jié)構(gòu)復雜、繞組利用率低、損耗大、效率低、控制復 雜以及定位精度低的問題，本發(fā)明提出一種集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機。本發(fā)明提供了四種結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機的結(jié)構(gòu)，具體為結(jié)構(gòu)一單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機，它由電樞部件和永磁體 勵磁部件組成，電樞部件和永磁體勵磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組和電 樞鐵心，永磁體勵磁部件包括永磁體陣列和永磁體軛板，所述電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4線圈組成，每個線圈為正方形，且繞 向相同，所述4個線圈組成“田”字形固定在電樞鐵心上，所述4個線圈所在平面為XY平面，每個線圈的邊平行于XY平面的X軸或Y軸，每個線圈為一相繞組，永磁體陣列包括4塊正方形永磁體和12塊垂直充磁永磁體，所述包括4塊正方形 永磁體和12塊垂直充磁永磁體組成“#，，字形，所述永磁體陣列固定在永磁體軛板上，并且 所述永磁體陣列所在平面與XY平面平行，所述“#”字形的四個交叉點分別與4個線圈的中 心位置相對應；4塊正方形永磁體分別位于“#”字形的四個交叉點處，平且每個正方形永磁體的 邊與線圈的邊相平行， 12塊垂直充磁永磁體分別位于所述4塊正方形充磁平板形永磁體的四周，所述正方形永磁體的充磁方向與其正方形端面的對角線平行，平行相鄰的兩塊正方形永磁體的充磁方向相差90°度，并且對角相鄰的兩塊正方形永磁體的充磁方向相反，與每一個正方形永磁體相鄰的4個垂直充磁永磁體中，與正方形永磁體的磁力線 所指向的兩條邊相鄰的2塊垂直充磁永磁體為N極，另外2塊垂直充磁永磁體為S極，電樞繞組的線圈中心距τ t與永磁體陣列的極距τ p之間滿足關系、=τ p。結(jié)構(gòu)二基于結(jié)構(gòu)一的雙邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機，它包括電 樞部件和兩個永磁體勵磁部件，所述兩個永磁體勵磁部件相互平行，電樞部件位于兩個永 磁體勵磁部件的中間，電樞部件和永磁體勵磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組，永磁體勵磁部件包括永磁體陣列和永磁體軛板，兩 個永磁體勵磁部件的結(jié)構(gòu)相同；所述電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4線圈組成，每個線圈為正方形，且繞 向相同，所述4個線圈組成“田”字形排列固定，所述4個線圈所在平面為XY平面，每個線 圈的邊平行于XY平面的X軸或Y軸，每個線圈為一相繞組，永磁體陣列包括4塊正方形永磁體和12塊垂直充磁永磁體，所述包括4塊正方形 永磁體和12塊垂直充磁永磁體組成“#”字形，所述永磁體陣列固定在永磁體軛板上，并且 所述永磁體陣列所在平面與XY平面平行，所述“#”字形的四個交叉點分別與4個線圈的中 心位置相對應；4塊正方形永磁體分別位于“#”字形的四個交叉點處，平且每個正方形永磁體的 邊與線圈的邊相平行， 12塊垂直充磁永磁體分別位于所述4塊正方形充磁平板形永磁體的四周，所述正 方形永磁體的充磁方向與其正方形端面的對角線平行，平行相鄰的兩塊正方形永磁體的充磁方向相差90°度，并且對角相鄰的兩塊正方 形永磁體的充磁方向相反，與每一個正方形永磁體相鄰的4個垂直充磁永磁體中，與正方形永磁體的磁力線 所指向的兩條邊相鄰的2塊垂直充磁永磁體為N極，另外2塊垂直充磁永磁體為S極，電樞繞組的線圈中心距τ t與永磁體陣列的極距τ p之間滿足關系、=τ p，兩個永磁體勵磁部件的永磁體陣列中，位置相同的兩塊垂直充磁永磁體的充磁方 向相同，位置相同的兩塊平行充磁永磁體的充磁方向相反。結(jié)構(gòu)三基于結(jié)構(gòu)一的多個電機單元的單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面 電機，它由2η個電機單元構(gòu)成，所述2η個電機單元排成2列，每個電機單元包括電樞部件和永磁體勵磁部件，電樞部件和永磁體勵磁部件之間為氣隙，每個電機單元的電樞部件包括電樞繞組和電樞鐵心，2η個電機單元的電樞鐵心固 定連接在一起；每個電機單元的電樞繞組由4線圈組成，每個線圈為正方形，且繞向相同， 對角相鄰的2個線圈反向串聯(lián)連接成一個線圈組，所述4個線圈組成“田”字形固定在電樞 鐵心上，所述4個線圈所在平面為XY平面，每個線圈的邊平行于XY平面的X軸或Y軸，位 于同一列的η個電機單元中，對應位置的線圈組串聯(lián)連接組成一相繞組，2η個電機單元中 的所有線圈組共組成四相繞組，每個電機單元的永磁體勵磁部件包括永磁體陣列和永磁體軛板，2η個電機單元的 永磁體軛板固定連接在一起，每個電機單元的永磁體陣列包括4塊正方形永磁體和12塊垂直充磁永磁體，所述 包括4塊正方形永磁體和12塊垂直充磁永磁體組成“#”字形，所述永磁體陣列固定在永磁 體軛板上，并且所述永磁體陣列所在平面與XY平面平行，所述“#”字形的四個交叉點分別 與4個線圈的中心位置相對應；4塊正方形永磁體分別位于“#”字形的四個交叉點處，平且每個正方形永磁體的 邊與線圈的邊相平行， 12塊垂直充磁永磁體分別位于所述4塊正方形充磁平板形永磁體的四周，所述正方形永磁體的充磁方向與其正方形端面的對角線平行，平行相鄰的兩塊正方形永磁體的充磁方向相差90°度，并且對角相鄰的兩塊正方 形永磁體的充磁方向相反，與每一個正方形永磁體相鄰的4個垂直充磁永磁體中，與正方形永磁體的磁力線 所指向的兩條邊相鄰的2塊垂直充磁永磁體為N極，另外2塊垂直充磁永磁體為S極，相鄰兩個電機單元的永磁體陣列結(jié)構(gòu)相同；電樞繞組的線圈中心距τ t與永磁體陣列的極距τ p之間滿足關系、=τ p，η為自然數(shù)。結(jié)構(gòu)四單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機，它由4個電機單元構(gòu)成， 每個電機單元包括電樞部件和永磁體勵磁部件，電樞部件和永磁體勵磁部件之間為氣隙， 其中電樞部件包括電樞繞組和電樞鐵心，永磁體勵磁部件包括永磁體陣列和永磁體軛板，每個電機單元的電樞繞組由1個線圈組成，所述線圈為正方形，每個電機單元中 的電樞繞組單獨控制，4個電機單元的4個線圈對角相鄰組成“十”字形，每個電機單元的永磁體軛板平行于電樞繞組的線圈所在平面，每個電機單元的永 磁體陣列包括1塊正方形永磁體和4塊垂直充磁永磁體，所述1塊正方形永磁體和4塊垂 直充磁永磁體組成“十”字形永磁體陣列，所述4塊垂直充磁永磁體分別位于正方形永磁體 的四周，并且分別與正方形永磁體的四條邊相鄰，所述正方形永磁體與線圈的中心位置相 對應，與正方形永磁體相互平行的兩條邊相鄰的兩塊垂直充磁永磁體的充磁方向相反，所 述正方形永磁體平行充磁，充磁方向為與正方形端面的對角線平行的方向，并且所述充磁 方向為由與其相鄰的S極永磁體指向N極永磁體， 平行相鄰的兩個電機單元中的正方形永磁體的充磁方向相差90°，并且對角相鄰 的兩個電機單元中的正方形永磁體的充磁方向相同，電樞繞組的線圈中心距τ t與永磁體陣列的極距τ p之間滿足關系、=τ p。
本發(fā)明所述的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機既可為單邊永磁體結(jié)構(gòu)，也可為 雙邊永磁體結(jié)構(gòu)。當電機為雙邊永磁體結(jié)構(gòu)時，雙邊的次級連接在一起，雙邊次級將無鐵心 電樞繞組夾在中間。雙邊次級對應位置的Z軸方向平行充磁永磁體的充磁方向相同；斜向 充磁永磁體的充磁方向相反。所述雙邊結(jié)構(gòu)的平面電機既可為動次級結(jié)構(gòu)，也可為動初級 結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的直流平面電機的X向驅(qū)動與Y向驅(qū)動共用一套繞組，通過控制電機各個 線圈電流的方向與大小，即可控制作用在動子上電磁力的方向與大小，實現(xiàn)電機動子的X、 Y 二維平面運動以及繞Z軸的偏轉(zhuǎn)運動。本發(fā)明平面電機繞組的利用率高，功率密度、效率 高，結(jié)構(gòu)簡單、控制容易。同時，能夠使定子與動子之間的相互作用力均勻分布，減小定子、 動子因相互作用力引起的形變，從而可以提高電機的定位精度。由于是各個方向的推力是由所有電樞線圈與永磁體相互作用產(chǎn)生的合力，所以能 夠減小每個線圈流過的電流，進而抑制每個線圈的發(fā)熱，避免由線圈發(fā)熱引起的精度降低。本發(fā)明所述的平面電機定位精度高，適用于二維平面驅(qū)動裝置，尤其適用于特別 是精密二維平面驅(qū)動裝置。


圖1是具體實施方式
一所述的單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機的 電樞繞組和永磁體陣列的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1中的永磁體陣列的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是具 體實施方式二、三所述的永磁體陣列的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是具體實施方式
七所述的，當η = 2 時的平面電機的電樞繞組和永磁體陣列的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是圖4中的永磁體陣列的結(jié)構(gòu) 示意圖，圖6是具體實施方式
八所述的永磁體陣列的結(jié)構(gòu)示意圖，圖7是具體實施方式
十四 所述的雙邊結(jié)構(gòu)的電機結(jié)構(gòu)示意圖，圖8是圖7中的電樞部件的結(jié)構(gòu)示意圖，圖9是具體實 施方式十二所述的平面電機的電樞繞組和永磁體陣列的結(jié)構(gòu)示意圖，圖10是具體實施方 式十三所述的永磁體陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。圖11所示為現(xiàn)有的一種平面電機結(jié)構(gòu)，圖12是 圖11所示平面電機的永磁體陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一參見圖1說明本實施方式。本實施方式所述的集成繞組結(jié)構(gòu)短 行程直流平面電機是整體式的直流平面電機，它由電樞部件和永磁體勵磁部件組成，電樞 部件和永磁體勵磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組和電樞鐵心，永磁體勵磁 部件包括永磁體陣列和永磁體軛板，所述電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4線圈組成，每個線圈為正方形，且繞 向相同，所述4個線圈組成“田”字形固定在電樞鐵心上，所述4個線圈所在平面為XY平面， 每個線圈的邊平行于XY平面的X軸或Y軸，每個線圈為一相繞組，永磁體陣列包括4塊正方形永磁體和12塊垂直充磁永磁體，所述包括4塊正方形 永磁體和12塊垂直充磁永磁體組成“#，，字形，所述永磁體陣列固定在永磁體軛板上，并且 所述永磁體陣列所在平面與XY平面平行，所述“#”字形的四個交叉點分別與4個線圈的中 心位置相對應；4塊正方形永磁體分別位于“#”字形的四個交叉點處，平且每個正方形永磁體的邊與線圈的邊相平行，12塊垂直充磁永磁體分別位于所述4塊正方形充磁平板形永磁體的四周，所述正方形永磁體的充磁方向與其正方形端面的對角線平行，平行相鄰的兩塊正方形永磁體的充磁方向相差90°度，并且對角相鄰的兩塊正方形永磁體的充磁方向相反，與每一個正方形永磁體相鄰的4個垂直充磁永磁體中，與正方形永磁體的磁力線 所指向的兩條邊相鄰的2塊垂直充磁永磁體為N極，另外2塊垂直充磁永磁體為S極，電樞繞組的線圈中心距τ t與永磁體陣列的極距τ p之間滿足關系、=τ p。
具體實施方式
二 參見圖3說明本實施方式。本實施方式與具體實施方式
一所述 的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機的區(qū)別在于，所述永磁體陣列還包括4塊正方形永磁 體，所述4塊正方形永磁體組成一個正方形，并嵌入“#”字形永磁體陣列的中心位置，所述 4塊正方形永磁體為平行充磁，且充磁方向與其正方形端面的對角線平行，所述充磁方向是 由與其相鄰的S極永磁體指向N極永磁體。
具體實施方式
三參見圖3說明本實施方式。本實施方式與具體實施方式
一或二 所述的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機的區(qū)別在于，所述永磁體陣列還包括4塊直角三 角形永磁體，所述4塊直角三角形永磁體分別位于“#”字形永磁體陣列的四個角、并嵌在對 角相鄰的兩塊垂直充磁永磁體之間，每個直角三角形永磁體的兩個直角邊分別與一個垂直 永磁體相鄰，所述每個直角三角形永磁體為平行充磁，且充磁方向和與其對角相鄰的正方 形永磁體的充磁方向相同。
具體實施方式
四本實施方式所述的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機是雙邊結(jié) 構(gòu)整體式直流平面電機，電機中的電樞繞組和永磁體勵磁部件的結(jié)構(gòu)與具體實施方式
一相 同，具體結(jié)構(gòu)為它包括電樞部件和兩個永磁體勵磁部件，所述兩個永磁體勵磁部件相互平 行，電樞部件位于兩個永磁體勵磁部件的中間，電樞部件和永磁體勵磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組，永磁體勵磁部件包括永磁體陣列和永磁體軛板，兩 個永磁體勵磁部件的結(jié)構(gòu)相同；所述電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4線圈組成，每個線圈為正方形，且繞 向相同，所述4個線圈組成“田”字形排列固定，所述4個線圈所在平面為XY平面，每個線 圈的邊平行于XY平面的X軸或Y軸，每個線圈為一相繞組，永磁體陣列包括4塊正方形永磁體和12塊垂直充磁永磁體，所述包括4塊正方形 永磁體和12塊垂直充磁永磁體組成“#，，字形，所述永磁體陣列固定在永磁體軛板上，并且 所述永磁體陣列所在平面與XY平面平行，所述“#”字形的四個交叉點分別與4個線圈的中 心位置相對應；4塊正方形永磁體分別位于“#”字形的四個交叉點處，平且每個正方形永磁體的 邊與線圈的邊相平行，12塊垂直充磁永磁體分別位于所述4塊正方形充磁平板形永磁體的四周，所述正方形永磁體的充磁方向與其正方形端面的對角線平行，平行相鄰的兩塊正方形永磁體的充磁方向相差90°度，并且對角相鄰的兩塊正方 形永磁體的充磁方向相反，與每一個正方形永磁體相鄰的4個垂直充磁永磁體中，與正方形永磁體的磁力線所指向的兩條邊相鄰的2塊垂直充磁永磁體為N極，另外2塊垂直充磁永磁體為S極，電樞繞組的線圈中心距τ t與永磁體陣列的極距τ p之間滿足關系、<formula>formula see original document page 10</formula>，兩個永磁體勵磁部件的永磁體陣列中，位置相同的兩塊垂直充磁永磁體的充磁方 向相同，位置相同的兩塊平行充磁永磁體的充磁方向相反。
具體實施方式
五、本實施方式與具體實施方式
四所述的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流 平面電機的區(qū)別在于，所述永磁體勵磁部件的結(jié)構(gòu)采用具體實施方式
二所述的結(jié)構(gòu)，具體 結(jié)構(gòu)為所述永磁體陣列還包括4塊正方形永磁體，所述4塊正方形永磁體組成一個正方 形，并嵌入“#”字形永磁體陣列的中心位置，所述4塊正方形永磁體為平行充磁，且充磁方 向與其正方形端面的對角線平行，所述充磁方向是由與其相鄰的S極永磁體指向N極永磁 體。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
四或五所述的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程 直流平面電機的區(qū)別在于，所述永磁體勵磁部件的結(jié)構(gòu)采用具體實施方式
三所述的結(jié)構(gòu)， 具體結(jié)構(gòu)為所述永磁體陣列還包括4塊直角三角形永磁體，所述4塊直角三角形永磁體分 別位于“#”字形永磁體陣列的四個角、并嵌在對角相鄰的兩塊垂直充磁永磁體之間，每個直 角三角形永磁體的兩個直角邊分別與一個垂直永磁體相鄰，所述每個直角三角形永磁體為 平行充磁，且充磁方向和與其對角相鄰的正方形永磁體的充磁方向相同。
具體實施方式
七本實施方式所述的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機是整體式 直流平面電機，它由2η個電機單元構(gòu)成，所述2η個電機單元排成2列，每個電機單元包括 電樞部件和永磁體勵磁部件，電樞部件和永磁體勵磁部件之間為氣隙，每個電機單元的電樞部件包括電樞繞組和電樞鐵心，2η個電機單元的電樞鐵心固 定連接在一起；每個電機單元的電樞繞組由4線圈組成，每個線圈為正方形，且繞向相同， 對角相鄰的2個線圈反向串聯(lián)連接成一個線圈組，所述4個線圈組成“田”字形固定在電樞 鐵心上，所述4個線圈所在平面為XY平面，每個線圈的邊平行于XY平面的X軸或Y軸，位 于同一列的η個電機單元中，對應位置的線圈組串聯(lián)連接組成一相繞組，2η個電機單元中 的所有線圈組共組成四相繞組，每個電機單元的永磁體勵磁部件包括永磁體陣列和永磁體軛板，2η個電機單元的 永磁體軛板固定連接在一起，每個電機單元的永磁體陣列包括4塊正方形永磁體和12塊垂直充磁永磁體，所述 包括4塊正方形永磁體和12塊垂直充磁永磁體組成“#”字形，所述永磁體陣列固定在永磁 體軛板上，并且所述永磁體陣列所在平面與XY平面平行，所述“#”字形的四個交叉點分別 與4個線圈的中心位置相對應；4塊正方形永磁體分別位于“#”字形的四個交叉點處，平且每個正方形永磁體的 邊與線圈的邊相平行，12塊垂直充磁永磁體分別位于所述4塊正方形充磁平板形永磁體的四周，所述正方形永磁體的充磁方向與其正方形端面的對角線平行，平行相鄰的兩塊正方形永磁體的充磁方向相差90°度，并且對角相鄰的兩塊正方 形永磁體的充磁方向相反，與每一個正方形永磁體相鄰的4個垂直充磁永磁體中，與正方形永磁體的磁力線 所指向的兩條邊相鄰的2塊垂直充磁永磁體為N極，另外2塊垂直充磁永磁體為S極，
相鄰兩個電機單元的永磁體陣列結(jié)構(gòu)相同；電樞繞組的線圈中心距τ t與永磁體陣列的極距τ p之間滿足關系、=τ p，η為自然數(shù)。本實施方式中，相鄰電機單元的永磁體陣列中相鄰的兩塊垂直充磁永磁體可以采用一塊垂直充磁永磁體實現(xiàn)。參見圖4，是當η = 2時，本實施方式所述的平面電機的電樞繞組和永磁體陣列的 結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是永磁體陣列的結(jié)構(gòu)示意圖，相鄰電機單元的永磁體陣列相連接處的、充 磁方向相同的兩塊永磁體采用一塊永磁體實現(xiàn)。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
七所述的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流 平面電機的區(qū)別在于，每個電機單元中的永磁陣列還包括4塊正方形永磁體，所述4塊正方 形永磁體組成一個正方形，并嵌入“#”字形永磁體陣列的中心位置，所述4塊正方形永磁體 為平行充磁，且充磁方向與正方形永磁體的正方形端面的對角線平行，所述充磁方向是由 與其相鄰的S極永磁體指向N極永磁體。圖6是當η = 2，本實施方式所述的永磁體陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
九、本實施方式所述的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機是雙邊結(jié) 構(gòu)整體式直流平面電機，它的電樞部件和勵磁部件的結(jié)構(gòu)與具體實施方式
七所描述的相 同，具體結(jié)構(gòu)為它由2η個電機單元構(gòu)成，所述2η個電機單元排成2列，每個電機單元包括 電樞部件和兩個永磁體勵磁部件，所述兩個永磁體勵磁部件相互平行，電樞部件位于兩個 永磁體勵磁部件的中間，電樞部件和永磁體勵磁部件之間為氣隙，每個電機單元的電樞部件包括電樞繞組，每個電機單元的電樞繞組由4線圈組 成，每個線圈為正方形，且繞向相同，對角相鄰的2個線圈反向串聯(lián)連接成一個線圈組，所 述4個線圈組成“田”字形排列固定，所述4個線圈所在平面為XY平面，每個線圈的邊平行 于XY平面的X軸或Y軸，位于同一列的η個電機單元中，對應位置的線圈組串聯(lián)連接組成 一相繞組，2η個電機單元中的所有線圈組共組成四相繞組，每個電機單元的兩個永磁體勵磁部件的結(jié)構(gòu)相同，永磁體勵磁部件包括永磁體陣 列和永磁體軛板，位于同一平面上的2η個電機單元的永磁體軛板固定連接在一起，每個電機單元的永磁體陣列由平板形永磁體組成“#”字形，所述平板形永磁體包 括4塊正方形永磁體和12塊垂直充磁永磁體，所述永磁體陣列固定在永磁體軛板上，并且 所述永磁體陣列所在平面與XY平面平行，所述“#”字形的四個交叉點分別與4個線圈的中 心位置相對應；4塊正方形永磁體分別位于“#”字形的四個交叉點處，平且每個正方形永磁體的 邊與線圈的邊相平行，12塊垂直充磁永磁體分別位于所述4塊正方形充磁平板形永磁體的四周，所述正方形永磁體的充磁方向與其正方形端面的對角線平行，平行相鄰的兩塊正方形永磁體的充磁方向相差90°度，并且對角相鄰的兩塊正方 形永磁體的充磁方向相反，與每一個正方形永磁體相鄰的4個垂直充磁永磁體中，與正方形永磁體的磁力線 所指向的兩條邊相鄰的2塊垂直充磁永磁體為N極，另外2塊垂直充磁永磁體為S極，電樞繞組的線圈中心距τ t與永磁體陣列的極距τ p之間滿足關系、=τ p，
兩個永磁體勵磁部件的永磁體陣列中，位置相同的兩塊垂直充磁永磁體的充磁方 向相同，位置相同的兩塊平行充磁永磁體的充磁方向相反；相鄰兩個電機單元的永磁體陣列結(jié)構(gòu)相同；η為自然數(shù)。
具體實施方式
十、本實施方式與具體實施方式
九所述的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流 平面電機的區(qū)別在于，所述永磁體勵磁部件的結(jié)構(gòu)采用具體實施方式
八所述的結(jié)構(gòu)，具體 結(jié)構(gòu)為每個電機單元中的永磁陣列還包括4塊正方形永磁體，所述4塊正方形永磁體組成 一個正方形，并嵌入“#”字形永磁體陣列的中心位置，所述4塊正方形永磁體為平行充磁， 且充磁方向與正方形永磁體的正方形端面的對角線平行，所述充磁方向是由與其相鄰的S 極永磁體指向N極永磁體。
具體實施方式
十一、本實施方式與具體實施方式
九或十所述的集成繞組結(jié)構(gòu)短行 程直流平面電機的區(qū)別在于，所述永磁體勵磁部件的結(jié)構(gòu)采用具體實施方式
九所述的結(jié) 構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)為每個電機單元中的永磁體陣列還包括4塊直角三角形永磁體，所述4塊直 角三角形永磁體分別位于“#”字形永磁體陣列的四個角、并嵌在對角相鄰的兩塊垂直充磁 永磁體之間，每個直角三角形永磁體的兩個直角邊分別與一個垂直永磁體相鄰，所述每個 直角三角形永磁體為平行充磁，且充磁方向和與其對角相鄰的正方形永磁體的充磁方向相 同。
具體實施方式
十二、參見圖9說明本實施方式。本實施方式所述的集成繞組結(jié)構(gòu) 短行程直流平面電機是分體式直流平面電機，它由4個電機單元構(gòu)成，每個電機單元包括 電樞部件和永磁體勵磁部件，電樞部件和永磁體勵磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括 電樞繞組和電樞鐵心，永磁體勵磁部件包括永磁體陣列和永磁體軛板，每個電機單元的電樞繞組由1個線圈組成，所述線圈為正方形，每個電機單元中 的電樞繞組單獨控制，4個電樞繞組對角相鄰組成“十”字形，每個電機單元的永磁體軛板平行于電樞繞組的線圈所在平面，每個電機單元的永 磁體陣列是由5塊永磁體組成的“十”字形永磁體陣列，所述5塊永磁體分別是1塊正方形 永磁體和4塊垂直充磁永磁體，所述4塊垂直充磁永磁體分別位于正方形永磁體的四周，并 且分別與正方形永磁體的四條邊相鄰，所述正方形永磁體與線圈的中心位置相對應，與正 方形永磁體相互平行的兩條邊相鄰的兩塊垂直充磁永磁體的充磁方向相反，所述正方形永 磁體平行充磁，充磁方向為與正方形端面的對角線平行的方向，并且所述充磁方向為由與 其相鄰的S極永磁體指向N極永磁體，平行相鄰的兩個電機單元中的正方形永磁體的充磁方向相差90°，并且對角相鄰 的兩個電機單元中的正方形永磁體的充磁方向相同，電樞繞組的線圈中心距τ t與永磁體陣列的極距τ p之間滿足關系、=τ p。
具體實施方式
十三、參見圖10說明本實施方式。本實施方式與具體實施方式
十二 所述的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機的區(qū)別在于，每個電機單元的永磁體陣列中還包 括2個直角三角形永磁體，所述2個直角三角形永磁體分別與正方形永磁體相對的兩個角 相鄰，每個直角三角形永磁體的兩條直角邊分別與兩塊垂直充磁永磁體相鄰，并且所述兩 塊垂直充磁永磁體的充磁方向相反，兩個直角三角形永磁體的充磁方向與正方形永磁體的 充磁方向相同。
具體實施方式
十四、參見圖7、8說明本實施方式。本實施方式所述的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機是雙邊形分體式直流平面電機，所述電機的電樞部件與勵磁部件與具體實施方式
十二相同，具體結(jié)構(gòu)為它由4個電機單元構(gòu)成，每個電機單元包括電樞部件 和兩個永磁體勵磁部件，所述兩個永磁體勵磁部件相互平行，電樞部件位于兩個永磁體勵 磁部件的中間，電樞部件和永磁體勵磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組，兩個 永磁體勵磁部件的結(jié)構(gòu)相同，永磁體勵磁部件包括永磁體陣列和永磁體軛板，每個電機單元的電樞繞組由1個線圈組成，所述線圈為正方形，每個電機單元中 的電樞繞組單獨控制，4個電樞繞組對角相鄰組成“十”字形，每個電機單元的永磁體軛板平行于電樞繞組的線圈所在平面，每個電機單元的永 磁體陣列包括1塊正方形永磁體和4塊垂直充磁永磁體，所述1塊正方形永磁體和4塊垂 直充磁永磁體組成“十”字形永磁體陣列，所述4塊垂直充磁永磁體分別位于正方形永磁體 的四周，并且分別與正方形永磁體的四條邊相鄰，所述正方形永磁體與線圈的中心位置相 對應，與正方形永磁體相互平行的兩條邊相鄰的兩塊垂直充磁永磁體的充磁方向相反，所 述正方形永磁體平行充磁，充磁方向為與正方形端面的對角線平行的方向，并且所述充磁 方向為由與其相鄰的S極永磁體指向N極永磁體，平行相鄰的兩個電機單元中的正方形永磁體的充磁方向相差90°，并且對角相鄰 的兩個電機單元中的正方形永磁體的充磁方向相同，電樞繞組的線圈中心距τ t與永磁體陣列的極距τ p之間滿足關系、=τρ；兩個永磁體勵磁部件的永磁體陣列中位置相對的兩塊垂直充磁永磁體的充磁方 向相同，兩個永磁體勵磁部件的永磁體陣列中位置相對的兩塊平行充磁永磁體的充磁方向 相反。
具體實施方式
十五、本實施方式與具體實施方式
十四所述的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程 直流平面電機的區(qū)別在于，所述永磁體勵磁部件與具體實施方式
十三所述相同，具體結(jié)構(gòu) 為每個永磁體陣列中還包括2個直角三角形永磁體，所述2個直角三角形永磁體分別與正 方形永磁體相對的兩個角相鄰，每個直角三角形永磁體的兩條直角邊分別與兩塊垂直充磁 永磁體相鄰，并且所述兩塊垂直充磁永磁體的充磁方向相反，兩個直角三角形永磁體的充 磁方向與正方形永磁體的充磁方向相同。
權利要求
單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機，它包括電樞部件和永磁體勵磁部件，電樞部件和永磁體勵磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組和電樞鐵心，永磁體勵磁部件包括永磁體陣列和永磁體軛板，其特征在于，所述電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4線圈組成，每個線圈為正方形，且繞向相同，所述4個線圈組成“田”字形固定在電樞鐵心上，所述4個線圈所在平面為XY平面，每個線圈的邊平行于XY平面的X軸或Y軸，每個線圈為一相繞組，永磁體陣列包括4塊正方形永磁體和12塊垂直充磁永磁體，所述包括4塊正方形永磁體和12塊垂直充磁永磁體組成“#”字形，所述永磁體陣列固定在永磁體軛板上，并且所述永磁體陣列所在平面與XY平面平行，所述“#”字形的四個交叉點分別與4個線圈的中心位置相對應；4塊正方形永磁體分別位于“#”字形的四個交叉點處，平且每個正方形永磁體的邊與線圈的邊相平行，12塊垂直充磁永磁體分別位于所述4塊正方形充磁平板形永磁體的四周，所述正方形永磁體的充磁方向與其正方形端面的對角線平行，平行相鄰的兩塊正方形永磁體的充磁方向相差90°度，并且對角相鄰的兩塊正方形永磁體的充磁方向相反，與每一個正方形永磁體相鄰的4個垂直充磁永磁體中，與正方形永磁體的磁力線所指向的兩條邊相鄰的2塊垂直充磁永磁體為N極，另外2塊垂直充磁永磁體為S極，電樞繞組的線圈中心距τt與永磁體陣列的極距τp之間滿足關系τt＝τp。
2.根據(jù)權利要求1所述的單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機，其特征在 于，所述永磁體陣列還包括4塊正方形永磁體，所述4塊正方形永磁體組成一個正方形，并 嵌入“#”字形永磁體陣列的中心位置，所述4塊正方形永磁體為平行充磁，且充磁方向與其 正方形端面的對角線平行，所述充磁方向是由與其相鄰的S極永磁體指向N極永磁體。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機，其特征 在于，所述永磁體陣列還包括4塊直角三角形永磁體，所述4塊直角三角形永磁體分別位于 “#，，字形永磁體陣列的四個角、并嵌在對角相鄰的兩塊垂直充磁永磁體之間，每個直角三角 形永磁體的兩個直角邊分別與一個垂直永磁體相鄰，所述每個直角三角形永磁體為平行充 磁，且充磁方向和與其對角相鄰的正方形永磁體的充磁方向相同。
4.雙邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機，它包括電樞部件和兩個永磁體勵磁 部件，所述兩個永磁體勵磁部件相互平行，電樞部件位于兩個永磁體勵磁部件的中間，電樞 部件和永磁體勵磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組，永磁體勵磁部件包括永磁體陣列和永磁體軛板，兩個永 磁體勵磁部件的結(jié)構(gòu)相同；其特征在于，所述電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4線圈組成，每個線圈為正方 形，且繞向相同，所述4個線圈組成“田”字形排列固定，所述4個線圈所在平面為XY平面， 每個線圈的邊平行于XY平面的X軸或Y軸，每個線圈為一相繞組，永磁體陣列包括4塊正方形永磁體和12塊垂直充磁永磁體，所述包括4塊正方形永磁 體和12塊垂直充磁永磁體組成“#，，字形，所述永磁體陣列固定在永磁體軛板上，并且所述 永磁體陣列所在平面與XY平面平行，所述“#”字形的四個交叉點分別與4個線圈的中心位置相對應；4塊正方形永磁體分別位于“#”字形的四個交叉點處，平且每個正方形永磁體的邊與 線圈的邊相平行，12塊垂直充磁永磁體分別位于所述4塊正方形充磁平板形永磁體的四周， 所述正方形永磁體的充磁方向與其正方形端面的對角線平行， 平行相鄰的兩塊正方形永磁體的充磁方向相差90°度，并且對角相鄰的兩塊正方形永 磁體的充磁方向相反，與每一個正方形永磁體相鄰的4個垂直充磁永磁體中，與正方形永磁體的磁力線所指 向的兩條邊相鄰的2塊垂直充磁永磁體為N極，另外2塊垂直充磁永磁體為S極， 電樞繞組的線圈中心距、與永磁體陣列的極距％之間滿足關系、=xp, 兩個永磁體勵磁部件的永磁體陣列中，位置相同的兩塊垂直充磁永磁體的充磁方向相 同，位置相同的兩塊平行充磁永磁體的充磁方向相反。
5.根據(jù)權利要求4所述的雙邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機，其特征在 于，所述永磁體陣列還包括4塊正方形永磁體，所述4塊正方形永磁體組成一個正方形，并 嵌入“#”字形永磁體陣列的中心位置，所述4塊正方形永磁體為平行充磁，且充磁方向與其 正方形端面的對角線平行，所述充磁方向是由與其相鄰的S極永磁體指向N極永磁體。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的雙邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機，其特征 在于，所述永磁體陣列還包括4塊直角三角形永磁體，所述4塊直角三角形永磁體分別位于 “#”字形永磁體陣列的四個角、并嵌在對角相鄰的兩塊垂直充磁永磁體之間，每個直角三角 形永磁體的兩個直角邊分別與一個垂直永磁體相鄰，所述每個直角三角形永磁體為平行充 磁，且充磁方向和與其對角相鄰的正方形永磁體的充磁方向相同。
7.單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機，它由2n個電機單元構(gòu)成，所述2n個 電機單元排成2列，每個電機單元包括電樞部件和永磁體勵磁部件，電樞部件和永磁體勵 磁部件之間為氣隙，每個電機單元的電樞部件包括電樞繞組和電樞鐵心，2n個電機單元的電樞鐵心固定連 接在一起；每個電機單元的電樞繞組由4線圈組成，每個線圈為正方形，且繞向相同，對角 相鄰的2個線圈反向串聯(lián)連接成一個線圈組，所述4個線圈組成“田”字形固定在電樞鐵心 上，所述4個線圈所在平面為XY平面，每個線圈的邊平行于XY平面的X軸或Y軸，位于同 一列的n個電機單元中，對應位置的線圈組串聯(lián)連接組成一相繞組，2n個電機單元中的所 有線圈組共組成四相繞組，每個電機單元的永磁體勵磁部件包括永磁體陣列和永磁體軛板，2n個電機單元的永磁 體軛板固定連接在一起，每個電機單元的永磁體陣列包括4塊正方形永磁體和12塊垂直充磁永磁體，所述包括 4塊正方形永磁體和12塊垂直充磁永磁體組成“#，，字形，所述永磁體陣列固定在永磁體軛 板上，并且所述永磁體陣列所在平面與XY平面平行，所述“#”字形的四個交叉點分別與4 個線圈的中心位置相對應；4塊正方形永磁體分別位于“#”字形的四個交叉點處，平且每個正方形永磁體的邊與 線圈的邊相平行，12塊垂直充磁永磁體分別位于所述4塊正方形充磁平板形永磁體的四周，所述正方形永磁體的充磁方向與其正方形端面的對角線平行， 平行相鄰的兩塊正方形永磁體的充磁方向相差90°度，并且對角相鄰的兩塊正方形永 磁體的充磁方向相反，與每一個正方形永磁體相鄰的4個垂直充磁永磁體中，與正方形永磁體的磁力線所指 向的兩條邊相鄰的2塊垂直充磁永磁體為N極，另外2塊垂直充磁永磁體為S極， 相鄰兩個電機單元的永磁體陣列結(jié)構(gòu)相同；電樞繞組的線圈中心距、與永磁體陣列的極距％之間滿足關系、=xp, n為自然數(shù)。
8.根據(jù)權利要求7所述的單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機，其特征在 于，每個電機單元中的永磁陣列還包括4塊正方形永磁體，所述4塊正方形永磁體組成一個 正方形，并嵌入“#”字形永磁體陣列的中心位置，所述4塊正方形永磁體為平行充磁，且充 磁方向與正方形永磁體的正方形端面的對角線平行，所述充磁方向是由與其相鄰的S極永 磁體指向N極永磁體。
9.單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機，它由4個電機單元構(gòu)成，每個電機 單元包括電樞部件和永磁體勵磁部件，電樞部件和永磁體勵磁部件之間為氣隙，其中電樞 部件包括電樞繞組和電樞鐵心，永磁體勵磁部件包括永磁體陣列和永磁體軛板，其特征在于，每個電機單元的電樞繞組由1個線圈組成，所述線圈為正方形，每個電機 單元中的電樞繞組單獨控制，4個電樞繞組對角相鄰組成“十”字形，每個電機單元的永磁體軛板平行于電樞繞組的線圈所在平面，每個電機單元的永磁體 陣列包括1塊正方形永磁體和4塊垂直充磁永磁體，所述1塊正方形永磁體和4塊垂直充 磁永磁體組成“十”字形永磁體陣列，所述4塊垂直充磁永磁體分別位于正方形永磁體的四 周，并且分別與正方形永磁體的四條邊相鄰，所述正方形永磁體與線圈的中心位置相對應， 與正方形永磁體相互平行的兩條邊相鄰的兩塊垂直充磁永磁體的充磁方向相反，所述正方 形永磁體平行充磁，充磁方向為與正方形端面的對角線平行的方向，并且所述充磁方向為 由與其相鄰的S極永磁體指向N極永磁體，平行相鄰的兩個電機單元中的正方形永磁體的充磁方向相差90°，并且對角相鄰的兩 個電機單元中的正方形永磁體的充磁方向相同，電樞繞組的線圈中心距、與永磁體陣列的極距％之間滿足關系、=xpD
10.根據(jù)權利要求9所述的單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機，其特征在 于，每個電機單元的永磁體陣列中還包括2個直角三角形永磁體，所述2個直角三角形永磁 體分別與正方形永磁體相對的兩個角相鄰，每個直角三角形永磁體的兩條直角邊分別與兩 塊垂直充磁永磁體相鄰，并且所述兩塊垂直充磁永磁體的充磁方向相反，兩個直角三角形 永磁體的充磁方向與正方形永磁體的充磁方向相同。
全文摘要
集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機，屬于電機領域，它解決了現(xiàn)有平面電機存在的結(jié)構(gòu)復雜、繞組利用率低、損耗大、效率低、控制復雜以及定位精度低的問題。所述平面電機由一個或多個電機單元組成，每個電機單元中由四個正方形線圈組成電樞繞組，永磁體勵磁部件中的永磁體陣列包括平行充磁的正方形永磁體和垂直充磁永磁體，四個線圈呈“田”字形排列，永磁體陣列為由四個正方形永磁體和十二個垂直充磁永磁體組成的“#”字形陣列，正方形永磁體和垂直充磁永磁體間隔排列，位于四個交叉點的為正方形永磁體，并且所述四個正方形永磁體與四個線圈的中心位置相對應。本發(fā)明適用于二維平面驅(qū)動裝置，尤其是精密二維平面驅(qū)動裝置。
文檔編號H02K41/02GK101800460SQ20091007349
公開日2010年8月11日 申請日期2009年12月23日 優(yōu)先權日2009年12月23日
發(fā)明者寇寶泉, 張千帆 申請人:哈爾濱工業(yè)大學