[發明專利]一種具有超導磁懸浮結構的長行程磁浮平面電機

有效

• 申請號: 201310012685.7
• 申請日: 2013-01-14
• 公開（公告）號: CN103296862B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 李立毅;王明義;曹繼偉;劉家曦;張成明
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02K55/02
• 分類號: H02K55/02;H02N15/00
• 代理公司: 北京英特普羅知識產權代理有限公司11015
• 代理人: 齊永紅,常春

技術領域

本發明涉及電機領域，尤其涉及一種具有超導磁懸浮結構的長行程磁浮平面電機。

背景技術

隨著高溫超導材料(HTS)的不斷發展，特別是高溫超導線圈具有高電流密度，使得高溫超導線圈能在穩定磁場中提供高承載力，高溫超導磁懸浮應用研究工作具有前所未有的發展前景。

長行程磁浮平面電機具有無機械支撐結構、長行程二維移動的優點，主要應用于制造設備和機器人領域。目前長行程磁浮平面電機的工作模式都是以電樞繞組既提供驅動力又提供懸浮力為主，由于驅動和懸浮的耦合存在，對電機的模型建立和控制策略都要求較高，而且由于繞組線圈載流量的限制，使得電機的驅動力和懸浮力受限，對于大負載高精度的平面電機應用場合，這些長行程磁浮平面電機應用受到一定限制。

發明內容

本發明是為了解決傳統長行程磁浮平面電機存在的懸浮力與驅動力耦合、承載力能力低等問題，提出了一種具有超導磁懸浮結構的長行程磁浮平面電機。

為實現上述目的，所述具有超導磁懸浮結構的長行程磁浮平面電機，包括動子和定子，所述動子包括平臺、以及設置于平臺底部四邊的四組常導線圈組；所述定子包括基臺、以及安裝在基臺頂部的由兩種極性的永磁體交錯排列而成的二維永磁陣列，所述二維永磁陣列的磁化方向垂直于永磁體表面，其特點是，

所述動子還包括設置于平臺底部四角的四組外圍超導線圈組、以及設置于平臺底部且位于四組外圍超導線圈組內側的四組內圍超導線圈組；其中，四組外圍超導線圈組的幾何中心、四組內圍超導線圈組的幾何中心以及動子平臺的幾何中心重合，四組內圍超導線圈組分別與四組外圍超導線圈組一一對應，每個內圍超導線圈組鄰近與其相對應的外圍超導線圈組設置；位于動子平臺同一對角線上的兩組外圍超導線圈組以及位于另一對角線上的兩組內圍超導線圈組形成第一懸浮力單元組，其余超導線圈組形成第二懸浮力單元組；并且，

每組外圍/內圍超導線圈組各包括四個獨立無鐵芯超導線圈；

所述外圍/內圍超導線圈組中的超導線圈完全位于二維永磁陣列的永磁體的上方時，該超導線圈通電工作；否則，所述外圍/內圍超導線圈組中的超導線圈部分位于永磁體的上方或全部位于永磁體的外部時，該超導線圈斷電不工作；

當所述動子在定子上方移動時，第一懸浮力單元組與第二懸浮力單元組中至少有一組工作，且處于工作狀態的第一或第二懸浮力單元組中的各超導線圈組中處于工作狀態的超導線圈的個數相同。

優選的是，相鄰兩組外圍超導線圈組之間的距離為(6n+1/2)τ，彼此相對應的外圍超導線圈組和內圍超導線圈組在X軸方向的距離為τ/2，在Y軸方向的距離為τ；并且，所述常導線圈的寬度為τ；所述常導線圈的長度為2τ，動子平臺的面積至少為7τ×7τ；其中，

n為大于等于1的整數；τ為所述二維永磁陣列中彼此相鄰的兩個同極性的永磁體在X軸/Y軸方向的距離，彼此相鄰的兩個不同極性的永磁體在X軸/Y軸方向的距離為τ/2。

優選的是，相鄰兩組外圍超導線圈組之間的距離為(6n+1/2)τ，彼此相對應的外圍超導線圈組和內圍超導線圈組在Y軸方向的距離為τ/2，在X軸方向的距離為τ；并且，所述常導線圈的寬度為τ；所述常導線圈的長度為2τ，動子平臺的面積至少為7τ×7τ；其中，

n為大于等于1的整數；τ為所述二維永磁陣列中彼此相鄰的兩個同極性的永磁體在X軸/Y軸方向的距離，彼此相鄰的兩個不同極性的永磁體在X軸/Y軸方向的距離為τ/2。

優選的是，每組常導線圈組包括三個無鐵芯常導線圈，每個常導線圈為一相繞組，位于動子平臺底部兩相鄰側邊的兩組常導線圈組相互垂直，且相對于所述動子平臺的幾何中心對稱分布。

優選的是，所述超導線圈由釔系高溫超導帶材制成。

本發明的有益效果在于，本發明使平面電機在長行程運動的同時，實現懸浮機構與驅動機構空間完全獨立，使懸浮和驅動部分完全解耦，通過判斷超導線圈在二維永磁陣列中所處永磁體上方的位置，改變超導線圈的導通狀態，實現超導線圈跨極運動，單獨提供懸浮力，提高平面電機的控制精度；利用超導線圈的高電流密度，使得平面電機具有高承載力。

附圖說明

圖1示出了本發明所述的具有超導磁懸浮結構的長行程磁浮平面電機的三維結構示意圖。

圖2示出了圖1所示的具有超導磁懸浮結構的長行程磁浮平面電機的側面視圖。

圖3示出了圖1中所示的動子以及其上設置的線圈組的示意圖。