專利名稱：集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及到一種集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面電機(jī)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代精密、超精密加工裝備對(duì)高響應(yīng)、高速度、高精度的平面驅(qū)動(dòng)裝置有著迫切的需求，如機(jī)械加工、電子產(chǎn)品生產(chǎn)、機(jī)械裝卸、制造自動(dòng)化儀表設(shè)備甚至機(jī)器人驅(qū)動(dòng)等。通常這些裝置由旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，再由皮帶、滾珠絲桿等機(jī)械裝置，轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。由于機(jī)械裝置復(fù)雜，傳動(dòng)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(dòng)裝置是由兩臺(tái)直接驅(qū)動(dòng)的直線電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，采用層疊式驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)增加了傳動(dòng)系統(tǒng)的復(fù)雜性，從本質(zhì)上沒有擺脫低維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)疊加形成高維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的模式。對(duì)于底層的直線電機(jī)，要承載上層直線電機(jī)及其相關(guān)機(jī)械部件的總質(zhì)量，從而嚴(yán)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(yùn)動(dòng)的平面電機(jī)，具有出力密度高、低熱耗、高速度、高精度和高可靠性的特點(diǎn)，因省去了從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到直線運(yùn)動(dòng)再到平面運(yùn)動(dòng)的中間轉(zhuǎn)換裝置，可把控制對(duì)象同電機(jī)做成一體化結(jié)構(gòu)，具有反應(yīng)快、靈敏度高、隨動(dòng)性好及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)平面電機(jī)電磁推力的產(chǎn)生原理，可以將平面電機(jī)分為變磁阻型、同步型和感應(yīng)型。其中，同步型平面電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、推力大、效率高和響應(yīng)速度快等良好的綜合性能，在二維平面驅(qū)動(dòng)裝置、特別是精密二維平面驅(qū)動(dòng)裝置中具有廣闊的應(yīng)用前景。 圖8所示為現(xiàn)有的一種永磁同步平面電機(jī)結(jié)構(gòu)，圖9是所述平面電機(jī)的永磁體陣列結(jié)構(gòu)示意圖。該電機(jī)中包括定子和動(dòng)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(jī)，定子包含鐵心和4個(gè)相互垂直放置的推力繞組，每個(gè)繞組有獨(dú)立的3個(gè)相，X向推力繞組用于驅(qū)動(dòng)動(dòng)子沿X方向運(yùn)動(dòng)，Y向推力繞組用于驅(qū)動(dòng)動(dòng)子沿Y方向運(yùn)動(dòng)。動(dòng)子包含動(dòng)子平臺(tái)和4個(gè)永磁體陣列，永磁體陣列排列在動(dòng)子平臺(tái)的下表面，通過控制相應(yīng)的三相繞組電流，動(dòng)子平臺(tái)就可以在平面上做定位運(yùn)動(dòng)。但是，該永磁同步平面電機(jī)存在電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、繞組的利用率低、損耗大、效率低、控制難度大以及行程范圍小等問題。
圖10為一種層疊繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)。該電機(jī)中包括初級(jí)和次級(jí)兩大部件，次級(jí)包含次級(jí)平臺(tái)和4個(gè)永磁體陣列，永磁體陣列排列在次級(jí)平臺(tái)的下表面。初級(jí)包含鐵心和沿Z軸分三層布置的電樞繞組，每層繞組有獨(dú)立的3個(gè)相，三層電樞繞組通電以后，分別與次級(jí)永磁體陣列相互作用，產(chǎn)生X方向、Y方向和Z方向的電磁力，驅(qū)動(dòng)動(dòng)子沿X方向、Y方向和Z方向運(yùn)動(dòng)。該電機(jī)的特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電機(jī)行程不受限制。但是，該平面電機(jī)存在電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、繞組的利用率低、損耗大、效率低等問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有平面電機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、繞組利用率低、損耗大、行程受限的問題，本發(fā)明提出一種集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面電機(jī)。 本發(fā)明的單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面電機(jī)，所述平面電機(jī)包括電樞
5部件和永磁體勵(lì)磁部件，電樞部件和永磁體勵(lì)磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞
繞組和繞組基板，永磁體勵(lì)磁部件包括永磁體陣列和平板形永磁體軛板； 電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4m個(gè)繞向相同的正方形線圈組成，每4個(gè)
線圈排列成"田"形單元四相繞組單元，每個(gè)四相繞組中的四個(gè)線圈組成四相繞組，所述4m
個(gè)線圈組成m個(gè)四相繞組串聯(lián)或并聯(lián)連接，所述電樞繞組中的所有線圈位于XY平面上，線
圈邊或平行于X軸，或平行于Y軸；所述線圈寬度lt與永磁體陣列極距、之間滿足關(guān)系lt
=Tp;線圈中心距、與永磁體陣列極距、之間滿足關(guān)系、=1.5、； 永磁體軛板分為nXn個(gè)正方形單元格，永磁體陣列包括n2/2塊垂直充磁的平板
形永磁體，所述n2/2塊平板形永磁體均勻分布固定在永磁體軛板上的單元格中，并且對(duì)角
相鄰的單元格中的永磁體充磁方向相反，位于同一行或列的水磁體的充磁方向相同，每塊
平板形永磁體均為正方形，且大小與永磁體軛板上的單元格相同，n為大于等于4的整數(shù)，m
為大于0的整數(shù)。 基于上述單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面電機(jī)的雙邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面點(diǎn)機(jī)包括電樞部件和兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件，兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件相互平行，所述電樞部件位于兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件之間，電樞部件和永磁體勵(lì)磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組和繞組基板，兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件結(jié)構(gòu)相同，所述永磁體勵(lì)磁部件包括永磁體陣列和永磁體軛板； 電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4m個(gè)繞向相同的正方形線圈組成，每4個(gè)線圈排列成"田"形單元四相繞組單元，每個(gè)四相繞組中的四個(gè)線圈組成四相繞組，所述4m個(gè)線圈組成m個(gè)四相繞組串聯(lián)或并聯(lián)連接，所述電樞繞組中的所有線圈位于XY平面上，線圈邊或平行于X軸，或平行于Y軸；所述線圈寬度lt與永磁體陣列極距、之間滿足關(guān)系lt=Tp;線圈中心距、與永磁體陣列極距、之間滿足關(guān)系、=1.5、；
永磁體軛板分為nXn個(gè)正方形單元格，永磁體陣列由n2/2塊垂直充磁的平板形永磁體構(gòu)成，所述n2/2塊平板形永磁體均勻分布固定在永磁體軛板上的單元格中，并且對(duì)角相鄰的單元格中的永磁體充磁方向相反，位于同一行或列的永磁體的充磁方向相同，每塊平板形永磁體均為正方形，且大小與永磁體軛板上的單元格相同，n為大于等于4的整數(shù)，m為大于0的整數(shù)， 兩個(gè)勵(lì)磁永磁體部件中，位置相同的垂直充磁的永磁體的充磁方向相同；位置相同平行充磁的永磁體的充磁方向相反。 本發(fā)明還提供一種單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面電機(jī)，所述平面電機(jī)包括電樞部件和永磁體勵(lì)磁部件，電樞部件和永磁體勵(lì)磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組和繞組基板，永磁體勵(lì)磁部件包括永磁體陣列和平板形永磁體軛板；
電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4m個(gè)繞向相同的正方形線圈組成，每相鄰的4個(gè)線圈排列成"田"字形四相繞組單元，m個(gè)四相繞組單元并聯(lián)或串聯(lián)連接，所有線圈位于XY平面上，每個(gè)線圈邊平行于X軸，或平行于Y軸；所述線圈寬度lt與永磁體陣列極距Tp之間滿足關(guān)系lt二 、；線圈中心距、與永磁體陣列極距、之間滿足關(guān)系、=l."p; 平板形永磁體軛板分為nXn個(gè)正方形單元格，永磁體陣列由(n+l)2/4塊垂直充磁的平板形永磁體和多塊平行充磁的平板形永磁體構(gòu)成，(n+l) 74塊垂直充磁的平板形永磁體分別位于第1、3……(n+l)/2行、第1、3 (n+l)/2列相交的永磁體軛板上的單元格
中，平行和垂直相鄰的兩塊垂直充磁的平板形永磁體的充磁方向相反，每?jī)蓚€(gè)相鄰的垂直充磁的平板形永磁體之間的永磁體軛板上的單元格中均固定有一個(gè)平行充磁的平板形永磁體，所述平行充磁的平板形永磁體的充磁方向是由與其相鄰的S極指向N極，n為大于等于4的整數(shù)，m為大于0的整數(shù)。 基于上述單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面電機(jī)的雙邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面電機(jī)，所述平面電機(jī)所述平面電機(jī)包括電樞部件和兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件，兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件相互平行，所述電樞部件位于兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件之間，電樞部件和永磁體勵(lì)磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組和繞組基板，兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件結(jié)構(gòu)相同，所述永磁體勵(lì)磁部件包括永磁體陣列和永磁體軛板； 電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4m個(gè)繞向相同的正方形線圈組成，每相鄰的4個(gè)線圈排列成"田"字形四相繞組單元，m個(gè)四相繞組單元并聯(lián)或串聯(lián)連接，所有線圈位于XY平面上，每個(gè)線圈邊平行于X軸，或平行于Y軸；所述線圈寬度lt與永磁體陣列極距Tp之間滿足關(guān)系lt二 、；線圈中心距、與永磁體陣列極距、之間滿足關(guān)系、=l."p; 平板形永磁體軛板分為nXn個(gè)正方形單元格，永磁體陣列由(n+l)2/4塊垂直充磁的平板形永磁體和多塊平行充磁的平板形永磁體構(gòu)成，(n+1) 74塊垂直充磁的平板形永磁體分別位于第1、3……(n+l)/2行、第1、3 (n+l)/2列相交的永磁體軛板上的單元格
中，平行和垂直相鄰的兩塊垂直充磁的平板形永磁體的充磁方向相反，每?jī)蓚€(gè)相鄰的垂直充磁的平板形永磁體之間的永磁體軛板上的單元格中均固定有一個(gè)平行充磁的平板形永磁體，所述平行充磁的平板形永磁體的充磁方向是由與其相鄰的S極指向N極，n為大于等于4的整數(shù)，m為大于0的整數(shù)； 兩個(gè)勵(lì)磁永磁體部件中，位置相同的垂直充磁的永磁體的充磁方向相同；位置相同平行充磁的永磁體的充磁方向相反。 本發(fā)明的平面電機(jī)的X向驅(qū)動(dòng)與Y向驅(qū)動(dòng)共用一套繞組，通過控制電機(jī)各個(gè)線圈電流的方向與大小，即可控制作用在動(dòng)子上電磁力的方向與大小，實(shí)現(xiàn)電機(jī)動(dòng)子的X、 Y 二維平面運(yùn)動(dòng)以及繞Z軸的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 本發(fā)明平面電機(jī)繞組的利用率高，功率密度、效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制容易。同時(shí)，能夠使定子與動(dòng)子之間的相互作用力均勻分布，減小定子、動(dòng)子因相互作用力引起的形變，從而可以提高電機(jī)的定位精度。由于是各個(gè)方向的推力是由所有線圈與永磁體相互作用產(chǎn)生的合力，所以能夠減小每個(gè)線圈流過的電流，進(jìn)而抑制每個(gè)線圈的發(fā)熱，避免由線圈發(fā)熱引起的精度降低。由于整個(gè)電機(jī)是由結(jié)構(gòu)相同的電機(jī)單元組成，因此動(dòng)子的行程不受限制，可以到達(dá)定子上的任何位置。


圖1為本實(shí)施方式中一個(gè)電機(jī)單元的電樞繞組和永磁體陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為具體實(shí)施方式
二所述的一個(gè)電機(jī)單元的永磁體陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是具體實(shí)施方式
三所述的一個(gè)電機(jī)單元的永磁體陣列結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為具體實(shí)施方式
一所描述的由四個(gè)電機(jī)單元組成的平面電機(jī)的電樞繞組和永磁體陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是具體實(shí)施方式
二
7所述的，由四個(gè)電機(jī)單元組成的平面電機(jī)的永磁體陣列結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是具體實(shí)施方式
九所述的，當(dāng)n = 7時(shí)一個(gè)電機(jī)單元的電樞繞組和永磁體陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是圖6 中的永磁體陣列結(jié)構(gòu)示意圖。圖8所示為現(xiàn)有的一種永磁同步平面電機(jī)結(jié)構(gòu)，圖9是所述
平面電機(jī)的永磁體陣列結(jié)構(gòu)示意圖。圖io為現(xiàn)有一種層疊繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一 本實(shí)施方式所述的一種單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平 面電機(jī)，包括電樞部件和永磁體勵(lì)磁部件，電樞部件和永磁體勵(lì)磁部件之間為氣隙，其中電 樞部件包括電樞繞組和繞組基板，永磁體勵(lì)磁部件包括永磁體陣列和平板形永磁體軛板；
電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4m個(gè)繞向相同的正方形線圈組成，每4個(gè) 線圈排列成"田"形單元四相繞組單元，每個(gè)四相繞組中的四個(gè)線圈組成四相繞組，所述4m 個(gè)線圈組成m個(gè)四相繞組串聯(lián)或并聯(lián)連接，所述電樞繞組中的所有線圈位于XY平面上，線 圈邊或平行于X軸，或平行于Y軸；所述線圈寬度lt與永磁體陣列極距、之間滿足關(guān)系lt =Tp;線圈中心距、與永磁體陣列極距、之間滿足關(guān)系、=1.5、；
永磁體軛板分為nXn個(gè)正方形單元格，永磁體陣列包括n2/2塊垂直充磁的平板 形永磁體構(gòu)成，所述n2/2塊平板形永磁體均勻分布固定在永磁體軛板上的單元格中，并且 對(duì)角相鄰的單元格中的永磁體充磁方向相反，位于同一行或列的永磁體的充磁方向相同， 每塊平板形永磁體均為正方形，且大小與永磁體軛板上的單元格相同，n為大于等于4的整 數(shù)，m為大于0的整數(shù)。 本實(shí)施方式所述的平面電機(jī)既可為動(dòng)次級(jí)結(jié)構(gòu)，也可為動(dòng)初級(jí)結(jié)構(gòu)。 圖1為本實(shí)施方式中一個(gè)電機(jī)單元的電樞繞組和永磁體陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4
為由四個(gè)電機(jī)單元組成的平面電機(jī)的電樞繞組和永磁體陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
二 參見圖2和圖5說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與
具體實(shí)施例方式
一所述的單邊結(jié)構(gòu)集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面電機(jī)的不同在于，所述永磁體陣列中還包
括多個(gè)直角三角形永磁體，在每個(gè)永磁體軛板的沒有永磁體的空閑的單元格中固定有4個(gè)
形狀相同的直角三角形永磁體，所述4個(gè)直角三角形永磁體組成大小與永磁體軛板上的單
元格相同的正方形，每個(gè)直角三角形永磁體平行充磁，且與N極永磁體相鄰的直角三角形
永磁體的充磁方向?yàn)橹赶蛩鯪極永磁體，與S極永磁體相鄰的直角三角形永磁體的充磁
方向?yàn)楸诚蛩鯯極永磁體，并且對(duì)角相鄰的兩塊直角三角形永磁體的充磁方向相反。 本實(shí)施方式所述的平面電機(jī)既可為動(dòng)次級(jí)結(jié)構(gòu)，也可為動(dòng)初級(jí)結(jié)構(gòu)。 圖2為本實(shí)施方式所述的一個(gè)電機(jī)單元的永磁體陣列的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是四個(gè)
電機(jī)單元的永磁體陣列結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一所述的單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu) 長(zhǎng)行程同步平面電機(jī)的不同在于，在每個(gè)永磁體軛的沒有永磁體的空閑的單元格中固定有 4塊形狀相同的平行充磁永磁體，所述4個(gè)平行充磁永磁體組成大小與永磁體軛板上的單 元格相同的正方形，每塊平行充磁的永磁體的充磁方向與其端面的對(duì)角線相平行，且由于 其相鄰的S極永磁體指向N極永磁體，對(duì)角相鄰的兩塊平行充磁永磁體的充磁方向相反。
圖3表示一個(gè)電機(jī)單元中的，本實(shí)施方式所述的永磁體陣列結(jié)構(gòu)示意圖。
本實(shí)施方式所述的平面電機(jī)既可為動(dòng)次級(jí)結(jié)構(gòu)，也可為動(dòng)初級(jí)結(jié)構(gòu)。
8
具體實(shí)施方式
二和三，都是在每個(gè)沒有永磁體的空閑的的永磁體軛板的單元格中 增加平行充磁的永磁體，增強(qiáng)永磁體陣列的磁場(chǎng)強(qiáng)度，并且使永磁體陣列的磁場(chǎng)分布更均 勻。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二或三所述的單邊結(jié)構(gòu)的集成 繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面電機(jī)的區(qū)別在于，所述平面電機(jī)中它還包括1個(gè)或多個(gè)電樞部 件，多個(gè)電樞部件可分別獨(dú)立工作，也可同步工作。 對(duì)于獨(dú)立工作的各個(gè)電樞部件中的電樞繞組之間沒有連接關(guān)系。 對(duì)于需要同步工作的多個(gè)電樞部件，所述多個(gè)電樞部件中的電樞繞組采用串聯(lián)或
者并聯(lián)的方式連接。 本實(shí)施方式中的多個(gè)電樞部件作為動(dòng)子，各電樞繞組之間不相連，因此都是單獨(dú) 控制，即，本實(shí)施方式中的平面電機(jī)實(shí)現(xiàn)多個(gè)動(dòng)子的目的。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式所述的是雙邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同平面電 機(jī)，它是在具體實(shí)施方式
一所述的單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同平面電機(jī)基礎(chǔ)之上實(shí) 現(xiàn)的，即在具體實(shí)施方式
一所述的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)永磁體勵(lì)磁部件即可。本實(shí)施方 式所述的平面電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)為 所述平面電機(jī)由電樞部件和兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件構(gòu)成，兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件相互 平行，所述電樞部件位于兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件之間，電樞部件和永磁體勵(lì)磁部件之間為氣 隙，其中電樞部件包括電樞繞組和繞組基板，兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件結(jié)構(gòu)相同，所述永磁體勵(lì) 磁部件包括永磁體陣列和永磁體軛板； 電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4m個(gè)繞向相同的正方形線圈組成，每4個(gè) 線圈排列成"田"形單元四相繞組單元，每個(gè)四相繞組中的四個(gè)線圈組成四相繞組，所述4m 個(gè)線圈組成m個(gè)四相繞組串聯(lián)或并聯(lián)連接，所述電樞繞組中的所有線圈位于XY平面上，線 圈邊或平行于X軸，或平行于Y軸；所述線圈寬度lt與永磁體陣列極距、之間滿足關(guān)系lt =Tp;線圈中心距、與永磁體陣列極距、之間滿足關(guān)系、=1.5、；
永磁體軛板分為nXn個(gè)正方形單元格，永磁體陣列由n2/2塊垂直充磁的平板形 永磁體構(gòu)成，所述n2/2塊平板形永磁體均勻分布固定在永磁體軛板上的單元格中，并且對(duì) 角相鄰的單元格中的永磁體充磁方向相反，位于同一行或列的永磁體的充磁方向相同，每 塊平板形永磁體均為正方形，且大小與永磁體軛板上的單元格相同，n為大于等于4的整 數(shù)，m為大于0的整數(shù)， 兩個(gè)勵(lì)磁永磁體部件中，位置相同的垂直充磁的永磁體的充磁方向相同；位置相 同平行充磁的永磁體的充磁方向相反。 本實(shí)施方式所述的平面電機(jī)既可為動(dòng)次級(jí)結(jié)構(gòu)，也可為動(dòng)初級(jí)結(jié)構(gòu)。 具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五所述的雙邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)
長(zhǎng)行程同平面電機(jī)的不同在于，在每個(gè)永磁體軛的沒有永磁體的空閑的單元格中固定有4
個(gè)形狀相同的直角三角形永磁體，所述4個(gè)直角三角形永磁體組成大小與永磁體軛板上的
單元格相同的正方形，每個(gè)直角三角形永磁體平行充磁，且與N極永磁體相鄰的直角三角
形永磁體的充磁方向?yàn)橹赶蛩鯪極永磁體，與S極永磁體相鄰的直角三角形永磁體的充
磁方向?yàn)楸诚蛩鯯極永磁體，并且對(duì)角相鄰的兩塊直角三角形永磁體的充磁方向相反。 本實(shí)施方式是在具體實(shí)施方式
二所述的單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同平面電機(jī)基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)的，即在具體實(shí)施方式
二所述的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)永磁體勵(lì)磁部 件即可。
本實(shí)施方式所述的平面電機(jī)既可為動(dòng)次級(jí)結(jié)構(gòu)，也可為動(dòng)初級(jí)結(jié)構(gòu)。 具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五所述的雙邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)
長(zhǎng)行程同步平面電機(jī)的不同在于，在每個(gè)永磁體軛的沒有永磁體的空閑的單元格中固定有
4塊形狀相同的平行充磁永磁體，所述4個(gè)平行充磁永磁體組成大小與永磁體軛板上的單
元格相同的正方形，每塊平行充磁的永磁體的充磁方向與其端面的對(duì)角線相平行，且由于
其相鄰的S極永磁體指向N極永磁體，對(duì)角相鄰的兩塊平行充磁永磁體的充磁方向相反。 本實(shí)施方式是在具體實(shí)施方式
三所述的單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同平面
電機(jī)基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)的，即在具體實(shí)施方式
三所述的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)永磁體勵(lì)磁部
件即可。
本實(shí)施方式所述的平面電機(jī)既可為動(dòng)次級(jí)結(jié)構(gòu)，也可為動(dòng)初級(jí)結(jié)構(gòu)。 具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五、六或七所述的雙邊結(jié)構(gòu)的集成
繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面電機(jī)的不同在于，它還包括1個(gè)或多個(gè)電樞部件。 本實(shí)施方式是在具體實(shí)施方式
四所述的單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同平面
電機(jī)基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)的，即在具體實(shí)施方式
一所述的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)永磁體勵(lì)磁部
件即可。 本實(shí)施方式中的電樞部件為動(dòng)子，所述多個(gè)電樞部件可分別獨(dú)立工作，也可同步 工作，實(shí)現(xiàn)多個(gè)動(dòng)子的目的。 對(duì)于獨(dú)立工作的各個(gè)電樞部件中的電樞繞組之間沒有連接關(guān)系。 對(duì)于需要同步工作的多個(gè)電樞部件，所述多個(gè)電樞部件中的電樞繞組采用串聯(lián)或
者并聯(lián)的方式連接。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式所述的單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面電 機(jī)由多個(gè)電機(jī)單元構(gòu)成，每個(gè)電機(jī)單元的結(jié)構(gòu)為 每個(gè)電機(jī)單元由電樞部件和永磁體勵(lì)磁部件構(gòu)成，電樞部件和永磁體勵(lì)磁部件之 間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組和繞組基板，永磁體勵(lì)磁部件包括永磁體陣列和永 磁體軛板； 電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4m個(gè)繞向相同的正方形線圈組成，每相鄰 的4個(gè)線圈排列成"田"字形四相繞組單元，m個(gè)四相繞組單元并聯(lián)或串聯(lián)連接，所有線圈 位于XY平面上，每個(gè)線圈邊平行于X軸，或平行于Y軸；所述線圈寬度lt與永磁體陣列極 距Tp之間滿足關(guān)系lt二 、；線圈中心距、與永磁體陣列極距、之間滿足關(guān)系、= l."p; 平板形永磁體軛板分為nXn個(gè)正方形單元格，永磁體陣列由(n+l)2/4塊垂直充 磁的平板形永磁體和多塊平行充磁的平板形永磁體構(gòu)成，(n+l) 74塊垂直充磁的平板形永 磁體分別位于第1、3……(n+l)/2行、第1、3 (n+l)/2列相交的永磁體軛板上的單元格
中，平行和垂直相鄰的兩塊垂直充磁的平板形永磁體的充磁方向相反，每?jī)蓚€(gè)相鄰的垂直 充磁的平板形永磁體之間的永磁體軛板上的單元格中均固定有一個(gè)平行充磁的平板形永 磁體，所述平行充磁的平板形永磁體的充磁方向是由與其相鄰的S極指向N極，n為大于等 于4的整數(shù)，m為大于0的整數(shù)。
圖6是本實(shí)施方式所述的，一個(gè)電機(jī)單元的電樞繞組和永磁體陣列的結(jié)構(gòu)示意 圖。圖7是圖6中的永磁體陣列結(jié)構(gòu)示意圖。 本實(shí)施方式所述的平面電機(jī)既可為動(dòng)次級(jí)結(jié)構(gòu)，也可為動(dòng)初級(jí)結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式所述的雙邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面電 機(jī)是在具體實(shí)施方式
九所述的單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同平面電機(jī)基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn) 的，即在具體實(shí)施方式
九所述的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)永磁體勵(lì)磁部件即可。本實(shí)施方式 所述的平面電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)為所述平面電機(jī)包括電樞部件和兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件，兩個(gè) 永磁體勵(lì)磁部件相互平行，所述電樞部件位于兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件之間，電樞部件和永磁 體勵(lì)磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組和繞組基板，兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件結(jié) 構(gòu)相同，所述永磁體勵(lì)磁部件包括永磁體陣列和永磁體軛板； 電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4m個(gè)繞向相同的正方形線圈組成，每相鄰 的4個(gè)線圈排列成"田"字形四相繞組單元，m個(gè)四相繞組單元并聯(lián)或串聯(lián)連接，所有線圈 位于XY平面上，每個(gè)線圈邊平行于X軸，或平行于Y軸；所述線圈寬度lt與永磁體陣列極 距Tp之間滿足關(guān)系lt二 、；線圈中心距、與永磁體陣列極距、之間滿足關(guān)系、= l."p; 平板形永磁體軛板分為nXn個(gè)正方形單元格，永磁體陣列由(n+l)2/4塊垂直充 磁的平板形永磁體和多塊平行充磁的平板形永磁體構(gòu)成，(n+l) 74塊垂直充磁的平板形永 磁體分別位于第1、3……(n+l)/2行、第1、3 (n+l)/2列相交的永磁體軛板上的單元格
中，平行和垂直相鄰的兩塊垂直充磁的平板形永磁體的充磁方向相反，每?jī)蓚€(gè)相鄰的垂直 充磁的平板形永磁體之間的永磁體軛板上的單元格中均固定有一個(gè)平行充磁的平板形永 磁體，所述平行充磁的平板形永磁體的充磁方向是由與其相鄰的S極指向N極，n為大于等 于4的整數(shù)，m為大于0的整數(shù)； 兩個(gè)勵(lì)磁永磁體部件中，位置相同的垂直充磁的永磁體的充磁方向相同；位置相 同平行充磁的永磁體的充磁方向相反。 本實(shí)施方式所述的平面電機(jī)既可為動(dòng)次級(jí)結(jié)構(gòu)，也可為動(dòng)初級(jí)結(jié)構(gòu)。
上述各實(shí)施方式中的繞組基板既可以為磁性材料，也可以為非磁性材料。
1權(quán)利要求
一種單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面電機(jī)，包括電樞部件和永磁體勵(lì)磁部件，電樞部件和永磁體勵(lì)磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組和繞組基板，永磁體勵(lì)磁部件包括永磁體陣列和平板形永磁體軛板；其特征在于，電樞部件中的電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4m個(gè)繞向相同的正方形線圈組成，每4個(gè)線圈排列成“田”形單元四相繞組單元，每個(gè)四相繞組中的四個(gè)線圈組成四相繞組，所述4m個(gè)線圈組成m個(gè)四相繞組串聯(lián)或并聯(lián)連接，所述電樞繞組中的所有線圈位于XY平面上，線圈邊或平行于X軸，或平行于Y軸；所述線圈寬度lt與永磁體陣列極距τp之間滿足關(guān)系lt＝τp；線圈中心距τt與永磁體陣列極距τp之間滿足關(guān)系τt＝1.5τp；永磁體軛板分為n×n個(gè)正方形單元格，永磁體陣列包括n2/2塊垂直充磁的平板形永磁體，所述n2/2塊平板形永磁體均勻分布固定在永磁體軛板上的單元格中，并且對(duì)角相鄰的單元格中的永磁體充磁方向相反，位于同一行或列的永磁體的充磁方向相同，每塊平板形永磁體均為正方形，且大小與永磁體軛板上的單元格相同，n為大于等于4的整數(shù)，m為大于0的整數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面電機(jī)，其特征在 于，所述永磁體陣列中還包括多個(gè)直角三角形永磁體，在每個(gè)永磁體軛的沒有永磁體的空 閑的單元格中固定有4個(gè)形狀相同的直角三角形永磁體，所述4個(gè)直角三角形永磁體組成 大小與永磁體軛板上的單元格相同的正方形，每個(gè)直角三角形永磁體平行充磁，且與N極 永磁體相鄰的直角三角形永磁體的充磁方向?yàn)橹赶蛩鯪極永磁體，與S極永磁體相鄰的 直角三角形永磁體的充磁方向?yàn)楸诚蛩鯯極永磁體，并且對(duì)角相鄰的兩塊直角三角形永 磁體的充磁方向相反。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面電機(jī)，其特征在 于，在每個(gè)永磁體軛的沒有永磁體的空閑的單元格中固定有4塊形狀相同的平行充磁永磁 體，所述4個(gè)平行充磁永磁體組成大小與永磁體軛板上的單元格相同的正方形，每塊平行 充磁的永磁體的充磁方向與其端面的對(duì)角線相平行，且由于其相鄰的S極永磁體指向N極 永磁體，對(duì)角相鄰的兩塊平行充磁永磁體的充磁方向相反。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面電機(jī)，其特 征在于，它還包括1個(gè)或多個(gè)電樞部件，各個(gè)電樞部件中的電樞繞組串聯(lián)或并聯(lián)連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面電機(jī)，其特 征在于，它還包括1個(gè)或多個(gè)電樞部件，各個(gè)電樞部件中的電樞繞組獨(dú)立工作。
6. 雙邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面電機(jī)，所述平面電機(jī)包括電樞部件和兩個(gè) 永磁體勵(lì)磁部件，兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件相互平行，所述電樞部件位于兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件 之間，電樞部件和永磁體勵(lì)磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組和繞組基板，兩 個(gè)永磁體勵(lì)磁部件結(jié)構(gòu)相同，所述永磁體勵(lì)磁部件包括永磁體陣列和永磁體軛板；其特征在于，電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4m個(gè)繞向相同的正方形線圈組 成，每4個(gè)線圈排列成"田"形單元四相繞組單元，每個(gè)四相繞組中的四個(gè)線圈組成四相繞 組，所述4m個(gè)線圈組成m個(gè)四相繞組串聯(lián)或并聯(lián)連接，所述電樞繞組中的所有線圈位于XY 平面上，線圈邊或平行于X軸，或平行于Y軸；所述線圈寬度lt與永磁體陣列極距t p之間滿足關(guān)系lt = T p ;線圈中心距T t與永磁體陣列極距T p之間滿足關(guān)系T t = 1. 5 、；永磁體軛板分為nXn個(gè)正方形單元格，永磁體陣列由n2/2塊垂直充磁的平板形永磁 體構(gòu)成，所述n2/2塊平板形永磁體均勻分布固定在永磁體軛板上的單元格中，并且對(duì)角相 鄰的單元格中的永磁體充磁方向相反，位于同一行或列的永磁體的充磁方向相同，每塊平 板形永磁體均為正方形，且大小與永磁體軛板上的單元格相同，n為大于等于4的整數(shù)，m為 大于0的整數(shù)，兩個(gè)勵(lì)磁永磁體部件中，位置相同的垂直充磁的永磁體的充磁方向相同；位置相同平 行充磁的永磁體的充磁方向相反。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面電機(jī)，其特征在 于，在每個(gè)永磁體軛的沒有永磁體的空閑的單元格中固定有4個(gè)形狀相同的直角三角形永 磁體，所述4個(gè)直角三角形永磁體組成大小與永磁體軛板上的單元格相同的正方形，每個(gè) 直角三角形永磁體平行充磁，且與N極永磁體相鄰的直角三角形永磁體的充磁方向?yàn)橹赶?所述N極永磁體，與S極永磁體相鄰的直角三角形永磁體的充磁方向?yàn)楸诚蛩鯯極永磁 體，并且對(duì)角相鄰的兩塊直角三角形永磁體的充磁方向相反。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面電機(jī)，其特征在 于，其特征在于，在每個(gè)永磁體軛的沒有永磁體的空閑的單元格中固定有4塊形狀相同的 平行充磁永磁體，所述4個(gè)平行充磁永磁體組成大小與永磁體軛板上的單元格相同的正方 形，每塊平行充磁的永磁體的充磁方向與其端面的對(duì)角線相平行，且由于其相鄰的S極永 磁體指向N極永磁體，對(duì)角相鄰的兩塊平行充磁永磁體的充磁方向相反。
9. 單邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面電機(jī)，所述平面電機(jī)包括電樞部件和永磁 體勵(lì)磁部件，電樞部件和永磁體勵(lì)磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組和繞組 基板，永磁體勵(lì)磁部件包括永磁體陣列和平板形永磁體軛板；其特征在于，電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4m個(gè)繞向相同的正方形線圈組 成，每相鄰的4個(gè)線圈排列成"田"字形四相繞組單元，m個(gè)四相繞組單元并聯(lián)或串聯(lián)連接， 所有線圈位于XY平面上，每個(gè)線圈邊平行于X軸，或平行于Y軸；所述線圈寬度lt與永磁 體陣列極距Tp之間滿足關(guān)系lt二 、；線圈中心距、與永磁體陣列極距、之間滿足關(guān) 系、=1.5、；平板形永磁體軛板分為nXn個(gè)正方形單元格，永磁體陣列由(n+l) 2/4塊垂直充磁的 平板形永磁體和多塊平行充磁的平板形永磁體構(gòu)成，(n+l) 74塊垂直充磁的平板形永磁體 分別位于第1、3 (n+l)/2行、第1、3 (n+l)/2列相交的永磁體軛板上的單元格中，平行和垂直相鄰的兩塊垂直充磁的平板形永磁體的充磁方向相反，每?jī)蓚€(gè)相鄰的垂直充磁的 平板形永磁體之間的永磁體軛板上的單元格中均固定有一個(gè)平行充磁的平板形永磁體，所 述平行充磁的平板形永磁體的充磁方向是由與其相鄰的S極指向N極，n為大于等于4的 整數(shù)，m為大于0的整數(shù)。
10. 雙邊結(jié)構(gòu)的集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面電機(jī)，所述平面電機(jī)包括電樞部件和兩 個(gè)永磁體勵(lì)磁部件，兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件相互平行，所述電樞部件位于兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部 件之間，電樞部件和永磁體勵(lì)磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組和繞組基板， 兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件結(jié)構(gòu)相同，所述永磁體勵(lì)磁部件包括永磁體陣列和永磁體軛板；其特征在于，電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4m個(gè)繞向相同的正方形線圈組 成，每相鄰的4個(gè)線圈排列成"田"字形四相繞組單元，m個(gè)四相繞組單元并聯(lián)或串聯(lián)連接，所有線圈位于XY平面上，每個(gè)線圈邊平行于X軸，或平行于Y軸；所述線圈寬度lt與永磁體陣列極距Tp之間滿足關(guān)系lt二 、；線圈中心距、與永磁體陣列極距、之間滿足關(guān) 系、=1.5、；平板形永磁體軛板分為nXn個(gè)正方形單元格，永磁體陣列由(n+1) 2/4塊垂直充磁的 平板形永磁體和多塊平行充磁的平板形永磁體構(gòu)成，(n+1) 74塊垂直充磁的平板形永磁體 分別位于第1、3 (n+l)/2行、第1、3 (n+l)/2列相交的永磁體軛板上的單元格中，平行和垂直相鄰的兩塊垂直充磁的平板形永磁體的充磁方向相反，每?jī)蓚€(gè)相鄰的垂直充磁的 平板形永磁體之間的永磁體軛板上的單元格中均固定有一個(gè)平行充磁的平板形永磁體，所 述平行充磁的平板形永磁體的充磁方向是由與其相鄰的S極指向N極，n為大于等于4的 整數(shù)，m為大于0的整數(shù)；兩個(gè)勵(lì)磁永磁體部件中，位置相同的垂直充磁的永磁體的充磁方向相同；位置相同平 行充磁的永磁體的充磁方向相反。
全文摘要
集成繞組結(jié)構(gòu)長(zhǎng)行程同步平面電機(jī)，屬于電機(jī)領(lǐng)域，它解決了現(xiàn)有平面電機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、繞組利用率低、損耗大、行程受限的問題。本發(fā)明的平面電機(jī)由若干個(gè)電機(jī)單元構(gòu)成。每個(gè)電機(jī)單元中的線圈寬度lt與永磁體陣列極距τp之間滿足關(guān)系lt＝τp；線圈中心距τt與永磁體陣列極距τp之間滿足關(guān)系τt＝1.5τp。每個(gè)電機(jī)單元的電樞繞組由4個(gè)繞向相同的正方形線圈構(gòu)成，線圈呈“田”字形固定布置在平板形的繞組基板上，每個(gè)電機(jī)單元的永磁體陣列中的永磁體均勻分布在永磁體軛板上，對(duì)角相鄰的永磁體充磁方向相反，同一行或列的充磁方向相同。本發(fā)明平面電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制容易，控制精度高，行程不受限制。適用于二維平面驅(qū)動(dòng)裝置，尤其是精密二維平面驅(qū)動(dòng)裝置。
文檔編號(hào)H02K41/02GK101710779SQ20091007349
公開日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者寇寶泉, 張赫, 張魯 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)