[實(shí)用新型]一種多相嵌套繞組式永磁同步平面電機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420563351.9
• 申請(qǐng)日: 2014-09-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN204205908U
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭亮;丁浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02K41/03
• 分類號(hào): H02K41/03
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及電機(jī)，尤其是涉及一種多相嵌套繞組式永磁同步平面電機(jī)。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，高速度、高精度成為機(jī)械加工的重要發(fā)展方向，在微電子封裝設(shè)備如共晶粘片機(jī)、全自動(dòng)金絲球焊機(jī)和IC芯片制作設(shè)備，對(duì)驅(qū)動(dòng)器定位精度、運(yùn)行速度、驅(qū)動(dòng)維數(shù)都提出了越來(lái)越高的要求。由于電磁驅(qū)動(dòng)方法與其它驅(qū)動(dòng)方法如靜電驅(qū)動(dòng)、壓電驅(qū)動(dòng)和形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)方法相比，能同時(shí)兼顧位移、速度和驅(qū)動(dòng)力等多方面要求，具有操作范圍廣、自由度多、驅(qū)動(dòng)力大、相應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，因此成為目前國(guó)際公認(rèn)的可實(shí)現(xiàn)大范圍多自由度的精密驅(qū)動(dòng)方法。

而電磁驅(qū)動(dòng)中的平面電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法，由于摒棄了從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到直線運(yùn)動(dòng)再到平面運(yùn)動(dòng)的絲杠、螺桿等中間轉(zhuǎn)換裝置，消除了累積誤差的存在；采用了集成式的磁鋼陣列和電樞繞組結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)范圍更加容易擴(kuò)展；磁懸浮驅(qū)動(dòng)方法降低了運(yùn)動(dòng)面約束，消除了摩擦損耗，進(jìn)一步提高了驅(qū)動(dòng)精度；簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)使其與其他電磁驅(qū)動(dòng)方法相比在精密加工領(lǐng)域具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。永磁平面電機(jī)與感應(yīng)式和磁阻式平面電機(jī)相比，更是具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、定位精度高、系統(tǒng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，在光刻機(jī)等現(xiàn)代精密、超精密制造裝備領(lǐng)域中表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。

現(xiàn)有的永磁平面電機(jī)結(jié)構(gòu)主要分為以下幾類：1、組合式：平面電機(jī)由多個(gè)一維直線電機(jī)相組合而成；2、集中繞組式：平面電機(jī)包括二維永磁體和集中繞組線圈陣列兩大部分；3、層疊繞組式：平面電機(jī)包括二維永磁體和層疊繞組線圈兩大部分。其中組合繞組式電機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜不利于系統(tǒng)擴(kuò)展；集中繞組式雖然使得平面電機(jī)結(jié)構(gòu)更加緊湊，但繞組系數(shù)較低，各自由度間的電磁力耦合和繞組切換為控制增加了難度；層疊繞組式電樞繞組采用X、Y方向繞組層疊放置的方式，該結(jié)構(gòu)其不僅易實(shí)現(xiàn)解耦控制，且繞組系數(shù)相對(duì)較高，但現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中仍存在繞組端部過(guò)長(zhǎng)，利用率偏低，X、Y方向繞組由于等效氣隙高度不同，電磁特性不對(duì)稱的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有平面電機(jī)繞組系數(shù)以及利用率低的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種多相嵌套繞組式永磁同步平面電機(jī)，在盡可能實(shí)現(xiàn)解除各自由度間電磁力耦合的同時(shí)，進(jìn)一步提高平面電機(jī)推力密度。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

本實(shí)用新型包括永磁勵(lì)磁部分和正交嵌套式的電樞繞組部分，兩者均為平板式結(jié)構(gòu)，永磁勵(lì)磁部分和電樞繞組部分疊加后留有氣隙；其特征在于：永磁勵(lì)磁部分包括N極勵(lì)磁模塊和S極勵(lì)磁模塊組合而成的二維永磁體陣列和軛部，所述勵(lì)磁模塊尺寸相同，且均包含有一個(gè)處于中心位置的垂直勵(lì)磁主磁極、四個(gè)邊部的輔助磁極和四個(gè)角部的輔助磁極；電樞繞組包括沿X方向放置的繞組和沿Y方向放置的繞組，共兩套雙層空心繞組，其中一套繞組正交嵌套于另一套繞組之中，沿X方向放置的繞組和沿Y方向放置的繞組各自以平面電機(jī)動(dòng)子部分Y向和X向中心線為分割點(diǎn)分為兩個(gè)部分，四個(gè)部分間繞組相互獨(dú)立，四個(gè)部分的繞組電流能分別控制。

所述二維永磁體陣列粘貼在軛部靠近氣隙的一面，勵(lì)磁模塊橫截面為邊長(zhǎng)為τ_p的正方形，處于中心的垂直勵(lì)磁主磁極橫截面為邊長(zhǎng)τ_pc的正方形，四個(gè)邊部輔助磁極橫截面為邊長(zhǎng)分別是τ_pc和（τ_p-τ_pc）的矩形，四個(gè)角部輔助磁極橫截面為邊長(zhǎng)為（τ_p-τ_pc）的正方形。

所述N極勵(lì)磁模塊中，從繞組側(cè)觀察，主磁極充磁方向?yàn)榇怪避棽科矫嫦蛲饣蛘逽極勵(lì)磁模塊中，從繞組側(cè)觀察，主磁極充磁方向?yàn)榇怪避棽科矫嫦騼?nèi)；邊部輔助磁極充磁方向與軛部表面相平行，由S極指向N極方向；角部輔助磁極充磁方向與軛部表面相平行，為邊對(duì)角線方向，磁場(chǎng)矢量分別與X軸或Y軸平行，且含有由S極指向N極的磁場(chǎng)分量。

所述N極勵(lì)磁模塊中，從繞組側(cè)觀察，邊部輔助磁極充磁方向采用邊對(duì)角線方向，磁場(chǎng)矢量中同時(shí)含有由S極指向N極和垂直軛部平面向外的磁場(chǎng)分量；或者S極勵(lì)磁模塊中，從繞組側(cè)觀察，邊部輔助磁極充磁方向采用邊對(duì)角線方向，磁場(chǎng)矢量中同時(shí)含有由S極指向N極和垂直軛部平面向內(nèi)的磁場(chǎng)分量。

所述N極勵(lì)磁模塊中，從繞組側(cè)觀察，角部輔助磁極充磁方向采用點(diǎn)對(duì)角線方向，磁場(chǎng)矢量中同時(shí)含有與X軸或Y軸平行的分量，由S極指向N極的磁場(chǎng)分量，以及垂直軛部平面向外的磁場(chǎng)分量；或者S極勵(lì)磁模塊中，從繞組側(cè)觀察，角部輔助磁極充磁方向采用點(diǎn)對(duì)角線方向，磁場(chǎng)矢量中同時(shí)含有與X軸或Y軸平行的分量，由S極指向N極的磁場(chǎng)分量，以及垂直軛部平面向內(nèi)的磁場(chǎng)分量。