[發明專利]磁通反向平面電機

有效

• 申請號: 201110244432.3
• 申請日: 2011-08-25
• 公開（公告）號: CN102290961A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 寇寶泉;謝大綱;張魯;張赫
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02K41/03
• 分類號: H02K41/03
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張宏威

技術領域

本發明涉平面電機，屬于電機領域。具體涉及到一種高推力密度平面電機。

背景技術

現代精密、超精密加工裝備對高響應、高速度、高精度的平面驅動、直線旋轉驅動裝置有著迫切的需求，如機械加工、電子產品生產、機械裝卸、機械加工、制造自動化儀表設備甚至機器人驅動等。通常這些裝置由旋轉式電動機產生動力驅動，再由皮帶、滾珠絲桿等機械裝置將電動機所產生的旋轉動力轉換為直線運動。由于機械裝置結構復雜，傳動精度和速度都受到限制，且需經常調校，具有成本高、可靠性差、體積大、維護復雜的缺點。

現有的平面驅動電機避免了上述采用電動機和機械裝置配合實現平面運動系統所具有的缺點，但仍存在繞組的利用率低、推力密度低、系統效率低以及控制難度大等問題。

最初的平面驅動裝置是由兩臺直接驅動的直線電機來實現的，采用層疊式驅動結構，這種結構增加了傳動系統的復雜性，從本質上沒有擺脫低維運動機構疊加形成高維運動機構的模式。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，因省去了從旋轉運動到直線運動再到平面運動的中間轉換裝置，可把控制對象同電機做成一體化結構，具有反應快、靈敏度高、隨動性好及結構簡單等優點。根據平面電機電磁推力的產生原理，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構簡單、推力大、效率高和響應速度快等良好的綜合性能，在二維平面驅動裝置、特別是精密二維平面驅動裝置中具有廣闊的應用前景。

圖18和圖19所示為現有的一種永磁同步平面電機結構。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向推力繞組用于驅動動子沿X方向運動，Y向推力繞組用于驅動動子沿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。

該永磁同步平面電機能夠實現平面的定位運動，但存在電機結構復雜、平面運動的范圍小、繞組的利用率低、推力密度低、系統效率低等問題。

發明內容

為了解決現有平面電機中存在的結構復雜、運動范圍小、繞組利用率低的問題，本發明設計了磁通反向平面電機。

本發明所述的第一種磁通反向平面電機由初級、次級和氣隙構成，初級由若干個初級單元構成，每個初級單元包括初級單元鐵心、初級繞組和永磁體；

次級包括次級鐵心，在次級鐵心的氣隙側沿X向和沿Y向開有相互垂直的槽，使得次級鐵心的氣隙側表面形成矩陣型排布的次級齒，沿X向或沿Y向相鄰的次級齒的中心之間的距離為次級齒的齒距τ_p；

初級單元鐵心為平板形，在其面向氣隙側沿X向和沿Y向開有相互垂直的槽，使得所述初級單元鐵心的氣隙側表面形成矩陣型排布的初級齒，每個初級齒上繞有線圈，所有初級齒上的線圈組成該初級單元的初級繞組，

每個初級齒的面向氣隙的齒表面均勻分成2n×2n個單元格，沿X向或沿Y向相鄰兩個單元格的中心距為τ_m，其中，n為自然數；在對角相鄰的單元格中固定有一塊永磁體，并且位于每個初級齒的面相氣隙側的表面上的所有永磁體平行不相鄰、垂直也不相鄰；每塊永磁體為平行充磁，并且充磁方向垂直于初級齒表面；

位于所有初級齒的面向氣隙側齒表面的所有永磁體中，位于同一行或列的永磁體的充磁方向相同，位于相鄰行或相鄰列的永磁體的充磁方向相反；

參數τ_m與τ_p之間滿足關系2τ_m＝τ_p。

本發明提供的第二種磁通反向平面電機由初級、次級和氣隙構成，初級由一個或多個初級單元構成，每個初級單元包括初級單元鐵心、初級繞組和永磁體；

次級包括次級鐵心，在次級鐵心的氣隙側沿X向和沿Y向開有多個相互垂直的槽，使得次級鐵心的氣隙側表面形成矩陣型排布的次級齒，沿X向或沿Y向相鄰的次級齒的中心之間的距離為次級齒的齒距τ_p；

初級單元鐵心為平板形，在其面向氣隙側沿X向和沿Y向開有相互垂直的槽，使得所述初級單元鐵心的氣隙側表面形成矩陣型排布的次級初級齒，每個初級齒上繞有線圈，所有初級齒上的線圈組成該初級單元的初級繞組，