[發(fā)明專利]適用于平面電機(jī)的非等高二維削角Halbach永磁陣列

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010105773.1
• 申請(qǐng)日: 2020-02-19
• 公開（公告）號(hào): CN111404350B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張魯;寇寶泉;韋堅(jiān);張赫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02K41/03
• 分類號(hào): H02K41/03;H02K1/06
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 張利明

適用于平面電機(jī)的非等高二維削角Halbach永磁陣列，屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有平面電機(jī)中的永磁陣列結(jié)構(gòu)復(fù)雜，氣隙磁密正弦性差，造成電機(jī)推力穩(wěn)定性差的問題。包括主永磁體和輔助永磁體，主永磁體和輔助永磁體相互連接排布成近似正方形的永磁陣列；主永磁體沿正方形的對(duì)角線方向等間隔排列，形成沿一個(gè)對(duì)角線方向的多行及沿另一個(gè)對(duì)角線方向的多列；主永磁體沿水平方向的截面為正方形；主永磁體的充磁方向垂直于所述正方形，并且相鄰主永磁體的充磁方向相反；相鄰主永磁體之間設(shè)置輔助永磁體，并使每個(gè)主永磁體的四個(gè)側(cè)面均連接一個(gè)輔助永磁體；輔助永磁體沿水平方向平行充磁。本發(fā)明使用于平面電機(jī)中，有助于電機(jī)獲得更優(yōu)異的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及適用于平面電機(jī)的非等高二維削角Halbach永磁陣列，屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。

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、高精度的二維平面驅(qū)動(dòng)裝置有著迫切的需求，如精密機(jī)械加工、半導(dǎo)體電子芯片生產(chǎn)、機(jī)械裝卸、制造自動(dòng)化儀表甚至機(jī)器人驅(qū)動(dòng)等方面。傳統(tǒng)的二維平面驅(qū)動(dòng)裝置通常是由兩組旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)疊加而成的。由于直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置(一般為絲桿—螺母機(jī)構(gòu))結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動(dòng)精度和速度都受到一定的制約，并且存在摩擦、側(cè)隙、變形等一系列問題，使得傳統(tǒng)二維平面驅(qū)動(dòng)裝置很難滿足現(xiàn)代加工裝備的需求。近10年來，隨著直線電機(jī)技術(shù)和產(chǎn)品的迅速發(fā)展，直線電機(jī)開始在二維平面定位裝置中獲得應(yīng)用。由于不存在傳統(tǒng)定位裝置中存在的摩擦、側(cè)隙、變形等影響運(yùn)動(dòng)精度的不利因素，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的平面定位裝置的精度有了很大的提高。但是，這種定位裝置仍然未擺脫“低維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)疊加成高維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)”的模式，對(duì)于底層直線電機(jī)而言，頂層驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其相關(guān)機(jī)械連接件的總質(zhì)量，仍然是一個(gè)很大的“負(fù)擔(dān)”。

平面電機(jī)是一種可以直接將電磁能轉(zhuǎn)換為二維平面運(yùn)動(dòng)的電磁裝置，該裝置具有精度高、損耗低、運(yùn)動(dòng)范圍大等優(yōu)點(diǎn)。由于不需要轉(zhuǎn)換裝置將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換到直線運(yùn)動(dòng)再到平面運(yùn)動(dòng)，由平面電機(jī)驅(qū)動(dòng)的二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可將控制對(duì)象同電機(jī)做成一體化結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、損耗低、精度高、反應(yīng)快等一系列優(yōu)點(diǎn)。所以，由平面電機(jī)驅(qū)動(dòng)的二維平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在精密機(jī)械加工、半導(dǎo)體電子芯片生產(chǎn)等現(xiàn)代精密、超精密加工裝備中具有廣闊的應(yīng)用前景，特別是永磁同步型平面電機(jī)。

永磁同步平面電機(jī)的電磁推力是永磁陣列產(chǎn)生的磁場(chǎng)與線圈陣列中的電流相互作用的結(jié)果。永磁陣列所產(chǎn)生的磁場(chǎng)直接決定了永磁同步平面電機(jī)的性能。此外，永磁同步平面電機(jī)中永磁體的用量通常較大，永磁陣列的結(jié)構(gòu)簡單與否，是否便于裝配，在一定程度上也直接影響電機(jī)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

現(xiàn)有永磁同步平面電機(jī)中的永磁陣列存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，產(chǎn)生的氣隙磁密正弦性差的缺陷，這會(huì)造成電機(jī)產(chǎn)生較大的推力波動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有平面電機(jī)中的永磁陣列結(jié)構(gòu)復(fù)雜，氣隙磁密正弦性差，造成電機(jī)推力穩(wěn)定性差的問題，提供了一種適用于平面電機(jī)的非等高二維削角Halbach永磁陣列。

本發(fā)明所述適用于平面電機(jī)的非等高二維削角Halbach永磁陣列，包括主永磁體和輔助永磁體，

所述主永磁體和輔助永磁體相互連接排布成近似正方形的永磁陣列；其中主永磁體沿正方形的對(duì)角線方向等間隔排列，形成沿一個(gè)對(duì)角線方向的多行及沿另一個(gè)對(duì)角線方向的多列；主永磁體沿水平方向的截面為正方形；主永磁體的充磁方向垂直于所述正方形，并且相鄰主永磁體的充磁方向相反；

相鄰主永磁體之間設(shè)置輔助永磁體，并使每個(gè)主永磁體的四個(gè)側(cè)面均連接一個(gè)輔助永磁體；所述輔助永磁體沿水平方向平行充磁；

對(duì)于相鄰主永磁體，其中一個(gè)主永磁體連接的四個(gè)輔助永磁體的充磁方向均指向所述一個(gè)主永磁體本身，則另一個(gè)主永磁體連接的四個(gè)輔助永磁體的充磁方向分別指向與另一個(gè)主永磁體相鄰的四個(gè)主永磁體；

所述主永磁體和輔助永磁體的厚度不同。

根據(jù)本發(fā)明所述的適用于平面電機(jī)的非等高二維削角Halbach永磁陣列，