專利名稱：同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種永磁同步平面電機(jī)，屬于電機(jī)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，且存在傳動(dòng)精度和速度都受到限制，以及在使用過程中需經(jīng)常調(diào)校，造成成本高、可靠性差、體積較大的缺點(diǎn)。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，該種平面驅(qū)動(dòng)裝置采用層疊式驅(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。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)ο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19和20所示為現(xiàn)有的一種永磁同步平面電機(jī)結(jié)構(gòu)。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、平面運(yùn)動(dòng)的范圍小、繞組的利用率低、推力密度小、系統(tǒng)效率低等問題。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有永磁同步平面電機(jī)存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、平面運(yùn)動(dòng)的范圍小、繞組的利用率低、推力密度小、系統(tǒng)效率低等問題，本發(fā)明提出一種同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)。本發(fā)明所述的一種同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)由初級(jí)、次級(jí)和氣隙構(gòu)成， 所述初級(jí)包括初級(jí)基板和電樞繞組，次級(jí)包括次級(jí)軛板和永磁體，初級(jí)和次級(jí)之間為氣隙， 定義該平面電機(jī)的動(dòng)子能夠沿XOY平面運(yùn)動(dòng)，
電樞繞組固定在平板形的初級(jí)基板的氣隙側(cè)，每個(gè)相電樞繞組由若干同心的矩形線圈構(gòu)成，每相鄰的兩個(gè)矩形線圈相鄰邊的中心線之間的距離L1與次級(jí)永磁體極距τ m相等，所述若干個(gè)矩形線圈由里到外依次串聯(lián)連接，每相鄰的兩個(gè)矩形線圈的繞向相反，每個(gè)矩形線圈相對(duì)的兩條線圈邊的中心線之間的距離與次級(jí)永磁體極距τ 間滿足如下關(guān)系L。= (2k+l) τ m，其中，k為自然數(shù)。上述同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)的次級(jí)為表面永磁體結(jié)構(gòu)、內(nèi)嵌永磁體結(jié)構(gòu)或Halbach永磁體陣列結(jié)構(gòu)。上述同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)的次級(jí)結(jié)構(gòu)還可以是下述五種結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)一所述次級(jí)包括次級(jí)軛板和多個(gè)磁極單元，所述磁極單元是底面為正方形的立方體，每個(gè)磁極單元的氣隙側(cè)表面的對(duì)角線均平行于X軸或Y軸，多個(gè)磁極單元緊密排列并固定在次級(jí)軛板的氣隙側(cè)，相鄰的磁極單元的充磁方向相反；每個(gè)磁極單元由一塊徑向充磁的永磁體和中心磁極組成，所述中心磁極為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，該中心磁極的軸截面為兩個(gè)矩形組成的多邊形，并且氣隙側(cè)的矩形小于另一個(gè)矩形，所述中心磁極的對(duì)稱軸垂直于次級(jí)軛板的表面，所述中心磁極嵌入在徑向充磁的永磁體的中心，所述中心磁極的高度與徑向充磁的永磁體的高度相同，所述中心磁極的為徑向充磁。結(jié)構(gòu)二 所述次級(jí)包括次級(jí)軛板和多個(gè)磁極單元，所述次級(jí)單元為底面為正方形的立方體，每個(gè)磁極單元的對(duì)角線均平行于X軸或Y軸，多個(gè)磁極單元緊密排列并固定在次級(jí)軛板的氣隙側(cè)，相鄰的磁極單元的充磁方向相反；每個(gè)磁極單元由四塊平行充磁永磁體、 一塊垂直充磁永磁體和一塊聚磁體構(gòu)成，所述平行充磁是指充磁方向平行于永磁體氣隙側(cè)表面，所述垂直充磁是指充磁方向垂直于永磁體氣隙側(cè)表面，垂直充磁永磁體和聚磁體均為底面為正方形的立方體，所述聚磁體的底面小于垂直充磁永磁體的底面，該聚磁體堆疊在垂直充磁永磁體的正上方組成中心磁極，該中心磁極位于磁極單元的中心位置，四塊平行充磁永磁體為底面投影為等腰梯形的不規(guī)則形狀，所述等腰梯形的地角為45°，所述平行充磁永磁體的高度與中心磁極的高度相等，所述四塊平行充磁永磁體分別位于中心磁極的四周，并與中心磁極的外表面緊密接觸，所述四塊平行充磁的永磁體的充磁方向均為指向或者背離中心磁極，且所述充磁方向與X軸或Y軸平行。結(jié)構(gòu)三所述次級(jí)包括次級(jí)軛板和多個(gè)磁極單元，所述次級(jí)單元為底面為正方形的立方體，每個(gè)磁極單元的對(duì)角線均平行于X軸或Y軸，多個(gè)磁極單元緊密排列并固定在次級(jí)軛板的氣隙側(cè)，相鄰的磁極單元的充磁方向相反；每個(gè)磁極單元由四塊徑向充磁永磁體、 一塊垂直充磁永磁體和一塊聚磁體構(gòu)成，所述徑向充磁是指充磁方向平行于永磁體氣隙側(cè)表面并且均指向磁極單元的中心，所述垂直充磁是指充磁方向垂直于永磁體氣隙側(cè)表面， 垂直充磁永磁體和聚磁體均為底面為正方形的立方體，所述聚磁體的底面小于垂直充磁永磁體的底面，該聚磁體堆疊在垂直充磁永磁體的正上方組成中心磁極，該中心磁極位于磁極單元的中心位置，四塊平行充磁永磁體為底面投影為等腰梯形的不規(guī)則形狀，所述等腰梯形的地角為45°，所述平行充磁永磁體的高度與中心磁極的高度相等，所述四塊平行充磁永磁體分別位于中心磁極的四周，并與中心磁極的外表面緊密接觸，所述四塊平行充磁的永磁體的充磁方向均為指向或者背離中心磁極，且所述充磁方向與X軸或Y軸平行。結(jié)構(gòu)四所述次級(jí)包括次級(jí)軛板和多個(gè)磁極單元，所述次級(jí)單元為底面為正方形的立方體，每個(gè)磁極單元的對(duì)角線均平行于X軸或Y軸，多個(gè)磁極單元緊密排列并固定在次級(jí)軛板的氣隙側(cè)，相鄰的磁極單元的充磁方向相反；每個(gè)磁極單元由四塊徑向充磁永磁體和兩塊垂直充磁永磁體構(gòu)成，所述徑向充磁是指充磁方向平行于永磁體氣隙側(cè)表面并且均指向磁極單元的中心，所述垂直充磁是指充磁方向垂直于永磁體氣隙側(cè)表面，所述兩塊垂直充磁永磁體均為底面為正方形的立方體，其中一塊垂直充磁永磁體的底面小于另一塊垂直充磁永磁體的底面，兩塊垂直充磁永磁體堆疊在一起組成中心磁極，其中地面小的垂直永磁體位于上方，該中心磁極位于磁極單元的中心位置，四塊平行充磁永磁體為底面投影為等腰梯形的不規(guī)則形狀，所述等腰梯形的地角為45°，所述平行充磁永磁體的高度與中心磁極的高度相等，所述四塊平行充磁永磁體分別位于中心磁極的四周，并與中心磁極的外表面緊密接觸，所述四塊平行充磁的永磁體的充磁方向均為指向或者背離中心磁極，且所述充磁方向與X軸或Y軸平行。
結(jié)構(gòu)五所述次級(jí)包括次級(jí)軛板和多個(gè)磁極單元，所述次級(jí)單元為底面為正方形的立方體，每個(gè)磁極單元的對(duì)角線均平行于X軸或Y軸，多個(gè)磁極單元緊密排列并固定在次級(jí)軛板的氣隙側(cè)，相鄰的磁極單元的充磁方向相反；每個(gè)磁極單元由四塊平行充磁永磁體和兩塊垂直充磁永磁體構(gòu)成，所述平行充磁是指充磁方向平行于永磁體氣隙側(cè)表面，所述垂直充磁是指充磁方向垂直于永磁體氣隙側(cè)表面，所述兩塊垂直充磁永磁體均為底面為正方形的立方體，其中一塊垂直充磁永磁體的底面小于另一塊垂直充磁永磁體的底面，兩塊垂直充磁永磁體堆疊在一起組成中心磁極，其中地面小的垂直永磁體位于上方，該中心磁極位于磁極單元的中心位置，四塊平行充磁永磁體為底面投影為等腰梯形的不規(guī)則形狀， 所述等腰梯形的地角為45°，所述平行充磁永磁體的高度與中心磁極的高度相等，所述四塊平行充磁永磁體分別位于中心磁極的四周，并與中心磁極的外表面緊密接觸，所述四塊平行充磁的永磁體的充磁方向均為指向或者背離中心磁極，且所述充磁方向與X軸或Y軸平行。
本發(fā)明所述的平面電機(jī)采用同心式電樞繞組，利用復(fù)合電流驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)動(dòng)子的X、Y 二維平面運(yùn)動(dòng)，具有平面運(yùn)動(dòng)范圍無限制、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、推力密度大、動(dòng)態(tài)特性好、 繞組的利用率高、溫度分布均勻、熱變形小、定位精度高等特點(diǎn)。同時(shí)，本發(fā)明容易構(gòu)成大推力平面電機(jī)，次級(jí)設(shè)計(jì)的自由度大、相間連線少、可靠性高。
圖1是具體實(shí)施方式
一所述的一種初級(jí)的氣隙側(cè)的視圖，該次級(jí)的每相電樞繞組由兩個(gè)同心的正方形線圈組成。
圖2是具體實(shí)施方式
一所述的一種初級(jí)的氣隙側(cè)的視圖，該次級(jí)的每相電樞繞組由三個(gè)同心的正方形線圈組成。
圖3是具體實(shí)施方式
一所述的一種初級(jí)的氣隙側(cè)的視圖，該次級(jí)的每相電樞繞組由兩個(gè)同心的長(zhǎng)方形線圈組成。
圖4是圖1和圖3的A-A剖視圖。
圖5是圖2的D-D剖視圖。
圖6是具體實(shí)施方式
二所述的一種初級(jí)的氣隙側(cè)的視圖，該次級(jí)的每相電樞繞組由三個(gè)同心的正方形線圈組成，并且還包括有四個(gè)X向偏擺控制繞組和四個(gè)Y向偏擺控制繞組。
圖7是圖6的B-B剖視圖。
圖8是具體實(shí)施方式
六和七所述的次級(jí)中的一個(gè)磁極單元5的俯視圖。
圖9是當(dāng)磁極單元5是具體實(shí)施方式
七所述的由永磁體和聚磁體組成時(shí)的C-C剖視圖。
圖10是當(dāng)磁極單元5是具體實(shí)施方式
六所述的僅由永磁體組成時(shí)的C-C剖視圖。
圖11是具體實(shí)施方式
六所述的次級(jí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12是圖11的G-G剖視圖。
圖13是具體實(shí)施方式
五所述的磁極單元5的結(jié)構(gòu)示意圖14是當(dāng)圖13中的中心磁極52是由兩塊圓柱形永磁體組成時(shí)的E-E剖面圖15是當(dāng)圖13中的中心磁極52是一塊永磁體時(shí)的E-E剖面圖16是具體實(shí)施方式
五所述的次級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖17是圖16的F-F剖面圖18是具體實(shí)施方式
十所述的次級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖19是一種現(xiàn)有永磁同步平面電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖20是圖19所示永磁同步平面電機(jī)的次級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施方式一本實(shí)施方式所述的同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)由初級(jí)、次級(jí)和氣隙構(gòu)成所述初級(jí)包括初級(jí)基板2和電樞繞組，次級(jí)包括次級(jí)軛板4和永磁體，初級(jí)和次級(jí)之間為氣隙，定義該平面電機(jī)的動(dòng)子能夠沿XOY平面運(yùn)動(dòng)，
電樞繞組固定在平板形的初級(jí)基板2的氣隙側(cè)，每個(gè)相電樞繞組由若干同心的矩形線圈1構(gòu)成，每相鄰的兩個(gè)矩形線圈1相鄰邊的中心線之間的距離L1與次級(jí)永磁體極距 τω相等，所述若干個(gè)矩形線圈1由里到外依次串聯(lián)連接，每相鄰的兩個(gè)矩形線圈1的繞向相反，每個(gè)矩形線圈1相對(duì)的兩條線圈邊的中心線之間的距離與次級(jí)永磁體極距τω之間滿足如下關(guān)系L。= (2k+l) τ m，其中，k為自然數(shù)。
參見圖1、2、3、4和圖，是本實(shí)施方式所述的初級(jí)結(jié)構(gòu)的三種具體結(jié)構(gòu)，其中
圖1是本實(shí)施方式所述的一種初級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是圖1的A-A剖視圖，該種結(jié)構(gòu)中的每相電樞繞組均是由兩個(gè)同心的正方形線圈組成。
圖2是本實(shí)施方式所述的一種初級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是圖2的D-D剖視圖，該種結(jié)構(gòu)中的每相電樞繞組均是由三個(gè)同心的正方形線圈組成。
圖3是本實(shí)施方式所述的一種初級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是圖3的A-A剖視圖，該種結(jié)構(gòu)中的每相電樞繞組均是由兩個(gè)同心的長(zhǎng)方形線圈組成。
實(shí)施方式二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一所述的同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)的區(qū)別在于，所述初級(jí)還包括偏擺控制繞組，
偏擺控制繞組固定在平板形的初級(jí)基板2的氣隙側(cè)，且位于電樞繞組的四周，偏擺控制繞組由X向偏擺控制繞組和Y向偏擺控制繞組組成，其中，
X向偏擺控制繞組由偶數(shù)個(gè)線圈組成，所述偶數(shù)個(gè)線圈均勻分成兩組，屬于同一組的兩個(gè)線圈的中心線位于一條直線上，且平行于X軸，所述線圈的有效邊均平行于X軸，屬于同一組的多個(gè)線圈中相鄰線圈的繞向相反，兩組線圈分別位于電樞繞組的Y向兩側(cè)，且對(duì)稱分布，位于電樞繞組兩側(cè)同一位置的兩個(gè)線圈的繞向相反，
Y向偏擺控制繞組由偶數(shù)個(gè)線圈組成，所述偶數(shù)個(gè)線圈均勻分成兩組，屬于同一組的兩個(gè)線圈的中心線位于一條直線上，且平行于Y軸，所述線圈的有效邊均平行于Y軸，屬于同一組的多個(gè)線圈中相鄰線圈的繞向相反，兩組線圈分別位于電樞繞組的X向兩側(cè)，且對(duì)稱分布，位于電樞繞組兩側(cè)同一位置的兩個(gè)線圈的繞向相反，
構(gòu)成偏擺控制繞組的每個(gè)線圈的兩個(gè)有效邊中心線之間的距離與次級(jí)永磁體極距τω相等，位于基板同一端兩個(gè)線圈的中心線之間的距離、=(〗+ $、，其中i為大于2的自然數(shù)。
所述偏擺控制繞組用于控制次級(jí)的偏轉(zhuǎn)角度和水平角度的，所述偏擺控制繞組可以采用一個(gè)驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)控制，也可采用多個(gè)控制器來控制。
當(dāng)采用一個(gè)控制器控制時(shí)，可以將X向偏擺控制繞組的多個(gè)線圈順次首尾相連后與控制器連接，然后將Y向偏擺控制繞組的多個(gè)線圈順次首尾相連后與控制器連接，所述控制器根據(jù)實(shí)際需要同時(shí)控制X向偏擺控制繞組和Y向偏擺控制繞組。
當(dāng)需要將X向或Y向偏擺控制繞組分別控制時(shí)，則可以將X向或Y向偏擺控制繞組中的每個(gè)線圈分別采用驅(qū)動(dòng)器控制。
參見圖6和7所示，圖6和7所示是本實(shí)施方式所述的一種初級(jí)結(jié)構(gòu)，該種結(jié)構(gòu)中， X向偏擺控制繞組由四個(gè)跑道形線圈組成，每?jī)蓚€(gè)線圈為一組，屬于同一組的兩個(gè)線圈的中心線位于一條直線上，且平行于X軸，所述兩個(gè)線圈的有效邊均平行于X軸，屬于同一組的兩個(gè)線圈的繞向相反，兩組線圈分別位于電樞繞組的Y向兩側(cè)，且對(duì)稱分布，位于初級(jí)基板 2對(duì)角上的兩個(gè)線圈的繞向相反，
Y向偏擺控制繞組由四個(gè)跑道形線圈組成，每?jī)蓚€(gè)線圈為一組，屬于同一組的兩個(gè)線圈的中心線位于一條直線上，且平行于Y軸，所述兩個(gè)線圈的有效邊均平行于Y軸，屬于同一組的兩個(gè)線圈的繞向相反，兩組線圈分別位于電樞繞組的X軸兩側(cè)，且對(duì)稱分布，位于初級(jí)基板2對(duì)角上的兩個(gè)線圈的繞向相反，
具體實(shí)施方式
一或二中所述的、構(gòu)成電樞繞組的矩形線圈1，可以為長(zhǎng)方形線圈， 還可以是正方形線圈，為了工藝方便，所述線圈的拐角處可以圓角。
具體實(shí)施方式
一或二中所述的初級(jí)基板2可以由非磁性材料構(gòu)成，也可以由磁性材料構(gòu)成。
實(shí)施方式三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二所述的同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)的區(qū)別在于，所述的偏擺控制繞組線圈為長(zhǎng)方形或跑道形，每個(gè)線圈兩個(gè)端部之間的距離Le與次級(jí)永磁體極距τ m之間滿足如下關(guān)系Le = 2η τ m，其中n為正整數(shù)，所述兩個(gè)端部是指線圈中的非有效邊。
實(shí)施方式四具體實(shí)施方式
一、二或三所述的次級(jí)為表面永磁體結(jié)構(gòu)、內(nèi)嵌永磁體結(jié)構(gòu)、Halbach永磁體陣列結(jié)構(gòu)或其它次級(jí)永磁體結(jié)構(gòu)。
次級(jí)永磁體采用高性能的稀土永磁體。
具體實(shí)施方式
一、二或三所述的相數(shù)可以為二相，也可以為三相、五相、六相等多相。所述電機(jī)既可以為動(dòng)初級(jí)結(jié)構(gòu)，也可以為動(dòng)次級(jí)結(jié)構(gòu)。
實(shí)施方式五本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一二、或三所述的同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)的次級(jí)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步限定。本實(shí)施方式所述的次級(jí)包括次級(jí)軛板4和多個(gè)磁極單元5，所述磁極單元5是底面為正方形的立方體，每個(gè)磁極單元5的氣隙側(cè)表面的對(duì)角線均平行于X軸或Y軸，多個(gè)磁極單元5緊密排列并固定在次級(jí)軛板4的氣隙側(cè)，相鄰的磁極單元5的充磁方向相反；
每個(gè)磁極單元5由一塊徑向充磁的永磁體和中心磁極52組成，所述中心磁極52 為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，該中心磁極52的軸截面為兩個(gè)矩形組成的多邊形，并且氣隙側(cè)的矩形小于另一個(gè)矩形，所述中心磁極52的對(duì)稱軸垂直于次級(jí)軛板4的表面，所述中心磁極52嵌入在徑向充磁的永磁體的中心，所述中心磁極52的高度與徑向充磁的永磁體的高度相同，所述中心磁極52的為徑向充磁。
參見圖16，是一種本實(shí)施方式所述的次級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施方式中的中心磁極 52是有兩塊圓柱形永磁體疊加組成，參見圖13和圖14所示，所述兩塊圓柱形永磁體還可以做成一體結(jié)構(gòu)，即所述中心次級(jí)采用一塊永磁體實(shí)現(xiàn)，參見圖13和圖15所示。
實(shí)施方式六參見圖8、10、11和12說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一二、或三所述的同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)的次級(jí)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步限定。本實(shí)施方式所述的次級(jí)包括次級(jí)軛板4和多個(gè)磁極單元5，所述次級(jí)單元為底面為正方形的立方體，每個(gè)磁極單元5的對(duì)角線均平行于X軸或Y軸，多個(gè)磁極單元5緊密排列并固定在次級(jí)軛板4的氣隙側(cè)，相鄰的磁極單元5的充磁方向相反；
每個(gè)磁極單元5由四塊平行充磁永磁體51、一塊垂直充磁永磁體和一塊聚磁體構(gòu)成，所述平行充磁是指充磁方向平行于永磁體氣隙側(cè)表面，所述垂直充磁是指充磁方向垂直于永磁體氣隙側(cè)表面，垂直充磁永磁體和聚磁體均為底面為正方形的立方體，所述聚磁體的底面小于垂直充磁永磁體的底面，該聚磁體堆疊在垂直充磁永磁體的正上方組成中心磁極52，該中心磁極52位于磁極單元5的中心位置，四塊平行充磁永磁體51為底面投影為等腰梯形的不規(guī)則形狀，所述等腰梯形的地角為45°，所述平行充磁永磁體51的高度與中心磁極52的高度相等，所述四塊平行充磁永磁體51分別位于中心磁極52的四周，并與中心磁極52的外表面緊密接觸，所述四塊平行充磁的永磁體的充磁方向均為指向或者背離中心磁極52，且所述充磁方向與X軸或Y軸平行。
實(shí)施方式七參見圖8、9、11和12說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一或二所述的同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)的次級(jí)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步限定。本實(shí)施方式所述的次級(jí)包括次級(jí)軛板4和多個(gè)磁極單元5，所述次級(jí)單元為底面為正方形的立方體，每個(gè)磁極單元5的對(duì)角線均平行于X軸或Y軸，多個(gè)磁極單元5緊密排列并固定在次級(jí)軛板 4的氣隙側(cè)，相鄰的磁極單元5的充磁方向相反；
每個(gè)磁極單元5由四塊徑向充磁永磁體、一塊垂直充磁永磁體和一塊聚磁體構(gòu)成，所述徑向充磁是指充磁方向平行于永磁體氣隙側(cè)表面并且均指向磁極單元5的中心， 所述垂直充磁是指充磁方向垂直于永磁體氣隙側(cè)表面，垂直充磁永磁體和聚磁體均為底面為正方形的立方體，所述聚磁體的底面小于垂直充磁永磁體的底面，該聚磁體堆疊在垂直充磁永磁體的正上方組成中心磁極52，該中心磁極52位于磁極單元5的中心位置，四塊平行充磁永磁體51為底面投影為等腰梯形的不規(guī)則形狀，所述等腰梯形的地角為45°，所述平行充磁永磁體51的高度與中心磁極52的高度相等，所述四塊平行充磁永磁體51分別位于中心磁極52的四周，并與中心磁極52的外表面緊密接觸，所述四塊平行充磁的永磁體的充磁方向均為指向或者背離中心磁極52，且所述充磁方向與X軸或Y軸平行。
實(shí)施方式八本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一或二所述的同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)的次級(jí)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步限定。本實(shí)施方式所述的次級(jí)包括次級(jí)軛板4和多個(gè)磁極單元5，所述次級(jí)單元為底面為正方形的立方體，每個(gè)磁極單元5的對(duì)角線均平行于X軸或 Y軸，多個(gè)磁極單元5緊密排列并固定在次級(jí)軛板4的氣隙側(cè)，相鄰的磁極單元5的充磁方向相反；
每個(gè)磁極單元5由四塊徑向充磁永磁體和兩塊垂直充磁永磁體構(gòu)成，所述徑向充磁是指充磁方向平行于永磁體氣隙側(cè)表面并且均指向磁極單元5的中心，所述垂直充磁是指充磁方向垂直于永磁體氣隙側(cè)表面，所述兩塊垂直充磁永磁體均為底面為正方形的立方體，其中一塊垂直充磁永磁體的底面小于另一塊垂直充磁永磁體的底面，兩塊垂直充磁永磁體堆疊在一起組成中心磁極52，其中地面小的垂直永磁體位于上方，該中心磁極52位于磁極單元5的中心位置，四塊平行充磁永磁體51為底面投影為等腰梯形的不規(guī)則形狀，所述等腰梯形的地角為45°，所述平行充磁永磁體51的高度與中心磁極52的高度相等，所述四塊平行充磁永磁體51分別位于中心磁極52的四周，并與中心磁極52的外表面緊密接觸，所述四塊平行充磁的永磁體的充磁方向均為指向或者背離中心磁極52，且所述充磁方向與X軸或Y軸平行。
實(shí)施方式九本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一或二所述的同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)的次級(jí)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步限定。本實(shí)施方式所述的次級(jí)包括次級(jí)軛板4和多個(gè)磁極單元5，所述次級(jí)單元為底面為正方形的立方體，每個(gè)磁極單元5的對(duì)角線均平行于X軸或 Y軸，多個(gè)磁極單元5緊密排列并固定在次級(jí)軛板4的氣隙側(cè)，相鄰的磁極單元5的充磁方向相反；
每個(gè)磁極單元5由四塊平行充磁永磁體51和兩塊垂直充磁永磁體構(gòu)成，所述平行充磁是指充磁方向平行于永磁體氣隙側(cè)表面，所述垂直充磁是指充磁方向垂直于永磁體氣隙側(cè)表面，所述兩塊垂直充磁永磁體均為底面為正方形的立方體，其中一塊垂直充磁永磁體的底面小于另一塊垂直充磁永磁體的底面，兩塊垂直充磁永磁體堆疊在一起組成中心磁極52，其中地面小的垂直永磁體位于上方，該中心磁極52位于磁極單元5的中心位置，四塊平行充磁永磁體51為底面投影為等腰梯形的不規(guī)則形狀，所述等腰梯形的地角為45°，所述平行充磁永磁體51的高度與中心磁極52的高度相等，所述四塊平行充磁永磁體51分別位于中心磁極52的四周，并與中心磁極52的外表面緊密接觸，所述四塊平行充磁的永磁體的充磁方向均為指向或者背離中心磁極52，且所述充磁方向與X軸或Y軸平行。
具體實(shí)施方式
五至九所述的電機(jī)結(jié)構(gòu)中，組成中心磁極52的兩塊永磁體可以做成一體結(jié)構(gòu)。
實(shí)施方式十本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一、二或三所述的同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)的次級(jí)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步限定。本實(shí)施方式所述的次級(jí)參見圖18所示，該次級(jí)包括次級(jí)軛板6和永磁體7，所述次級(jí)軛板6為平板結(jié)構(gòu)，所述次級(jí)軛板6上均勻分有 2iX2h個(gè)永磁體單元格，其中i、h均為大于1的整數(shù)，永磁體7嵌入在所述永磁體單元格中，并且所有永磁體7平行、垂直均不相鄰，位于同一行或列的永磁體7的充磁方向相同，位于相鄰行或列的永磁體7的充磁方向相反。
權(quán)利要求
1.同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)，它由初級(jí)、次級(jí)和氣隙構(gòu)成，所述初級(jí)包括初級(jí)基板( 和電樞繞組，次級(jí)包括次級(jí)軛板(4)和永磁體，初級(jí)和次級(jí)之間為氣隙，定義該平面電機(jī)的動(dòng)子能夠沿XOY平面運(yùn)動(dòng)，其特征在于電樞繞組固定在平板形的初級(jí)基板O)的氣隙側(cè)，每個(gè)相電樞繞組由若干同心的矩形線圈(1)構(gòu)成，每相鄰的兩個(gè)矩形線圈(1)相鄰邊的中心線之間的距離L1與次級(jí)永磁體極距τω相等，所述若干個(gè)矩形線圈(1)由里到外依次串聯(lián)連接，每相鄰的兩個(gè)矩形線圈(1) 的繞向相反，每個(gè)矩形線圈(1)相對(duì)的兩條線圈邊的中心線之間的距離與次級(jí)永磁體極距 τ m之間滿足如下關(guān)系L。= (2k+l) τω，其中，k為自然數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)，其特征在于所述初級(jí)還包括偏擺控制繞組，偏擺控制繞組固定在平板形的初級(jí)基板O)的氣隙側(cè)，且位于電樞繞組的四周，偏擺控制繞組由X向偏擺控制繞組和Y向偏擺控制繞組組成，其中，X向偏擺控制繞組由偶數(shù)個(gè)線圈組成，所述偶數(shù)個(gè)線圈均勻分成兩組，屬于同一組的兩個(gè)線圈的中心線位于一條直線上，且平行于X軸，所述線圈的有效邊均平行于X軸，屬于同一組的多個(gè)線圈中相鄰線圈的繞向相反，兩組線圈分別位于電樞繞組的Y向兩側(cè)，且對(duì)稱分布，位于電樞繞組兩側(cè)同一位置的兩個(gè)線圈的繞向相反，Y向偏擺控制繞組由偶數(shù)個(gè)線圈組成，所述偶數(shù)個(gè)線圈均勻分成兩組，屬于同一組的兩個(gè)線圈的中心線位于一條直線上，且平行于Y軸，所述線圈的有效邊均平行于Y軸，屬于同一組的多個(gè)線圈中相鄰線圈的繞向相反，兩組線圈分別位于電樞繞組的X向兩側(cè)，且對(duì)稱分布，位于電樞繞組兩側(cè)同一位置的兩個(gè)線圈的繞向相反，構(gòu)成偏擺控制繞組的每個(gè)線圈的兩個(gè)有效邊中心線之間的距離與次級(jí)永磁體極距τ m相等，位于基板同一端兩個(gè)線圈的中心線之間的距離、=(〗+ $、，其中i為大于2的自然數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)，其特征在于，所述的偏擺控制繞組線圈為長(zhǎng)方形或跑道形，每個(gè)線圈兩個(gè)端部之間的距離Le與次級(jí)永磁體極距 τω之間滿足如下關(guān)系Le = 2η τ m，其中n為正整數(shù)，所述兩個(gè)端部是指線圈中的非有效邊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)，其特征在于，所述次級(jí)為表面永磁體結(jié)構(gòu)、內(nèi)嵌永磁體結(jié)構(gòu)或Halbach永磁體陣列結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)，其特征在于，所述的次級(jí)包括次級(jí)軛板(4)和多個(gè)磁極單元(5)，所述磁極單元( 是底面為正方形的立方體，每個(gè)磁極單元(5)的氣隙側(cè)表面的對(duì)角線均平行于X軸或Y軸，多個(gè)磁極單元( 緊密排列并固定在次級(jí)軛板的氣隙側(cè)，相鄰的磁極單元(5)的充磁方向相反；每個(gè)磁極單元(5)由一塊徑向充磁的永磁體和中心磁極(52)組成，所述中心磁極(52) 為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，該中心磁極(52)的軸截面為兩個(gè)矩形組成的多邊形，并且氣隙側(cè)的矩形小于另一個(gè)矩形，所述中心磁極(5 的對(duì)稱軸垂直于次級(jí)軛板的表面，所述中心磁極 (52)嵌入在徑向充磁的永磁體的中心，所述中心磁極(5 的高度與徑向充磁的永磁體的高度相同，所述中心磁極(5 的為徑向充磁，所述中心磁極(5 為一塊永磁體或者有兩塊永磁體組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)，其特征在于，所述的次級(jí)包括次級(jí)軛板(4)和多個(gè)磁極單元(5)，所述次級(jí)單元為底面為正方形的立方體，每個(gè)磁極單元(5)的對(duì)角線均平行于X軸或Y軸，多個(gè)磁極單元(5)緊密排列并固定在次級(jí)軛板的氣隙側(cè)，相鄰的磁極單元(5)的充磁方向相反；每個(gè)磁極單元(5)由四塊平行充磁永磁體(51)、一塊垂直充磁永磁體和一塊聚磁體構(gòu)成，所述平行充磁是指充磁方向平行于永磁體氣隙側(cè)表面，所述垂直充磁是指充磁方向垂直于永磁體氣隙側(cè)表面，垂直充磁永磁體和聚磁體均為底面為正方形的立方體，所述聚磁體的底面小于垂直充磁永磁體的底面，該聚磁體堆疊在垂直充磁永磁體的正上方組成中心磁極(52)，該中心磁極(5 位于磁極單元( 的中心位置，四塊平行充磁永磁體(51)為底面投影為等腰梯形的不規(guī)則形狀，所述等腰梯形的地角為45°，所述平行充磁永磁體(51) 的高度與中心磁極(5 的高度相等，所述四塊平行充磁永磁體(51)分別位于中心磁極 (52)的四周，并與中心磁極(5 的外表面緊密接觸，所述四塊平行充磁的永磁體的充磁方向均為指向或者背離中心磁極(5 ，且所述充磁方向與X軸或Y軸平行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)，其特征在于，所述的次級(jí)包括次級(jí)軛板(4)和多個(gè)磁極單元(5)，所述次級(jí)單元為底面為正方形的立方體，每個(gè)磁極單元(5)的對(duì)角線均平行于X軸或Y軸，多個(gè)磁極單元(5)緊密排列并固定在次級(jí)軛板的氣隙側(cè)，相鄰的磁極單元(5)的充磁方向相反；每個(gè)磁極單元(5)由四塊徑向充磁永磁體、一塊垂直充磁永磁體和一塊聚磁體構(gòu)成， 所述徑向充磁是指充磁方向平行于永磁體氣隙側(cè)表面并且均指向磁極單元(5)的中心，所述垂直充磁是指充磁方向垂直于永磁體氣隙側(cè)表面，垂直充磁永磁體和聚磁體均為底面為正方形的立方體，所述聚磁體的底面小于垂直充磁永磁體的底面，該聚磁體堆疊在垂直充磁永磁體的正上方組成中心磁極(52)，該中心磁極(5 位于磁極單元(5)的中心位置， 四塊平行充磁永磁體(51)為底面投影為等腰梯形的不規(guī)則形狀，所述等腰梯形的地角為 45°，所述平行充磁永磁體(51)的高度與中心磁極(5 的高度相等，所述四塊平行充磁永磁體(51)分別位于中心磁極(52)的四周，并與中心磁極(52)的外表面緊密接觸，所述四塊平行充磁的永磁體的充磁方向均為指向或者背離中心磁極(52)，且所述充磁方向與X軸或Y軸平行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)，其特征在于，所述的次級(jí)包括次級(jí)軛板(4)和多個(gè)磁極單元(5)，所述次級(jí)單元為底面為正方形的立方體，每個(gè)磁極單元(5)的對(duì)角線均平行于X軸或Y軸，多個(gè)磁極單元(5)緊密排列并固定在次級(jí)軛板的氣隙側(cè)，相鄰的磁極單元(5)的充磁方向相反；每個(gè)磁極單元(5)由四塊徑向充磁永磁體和兩塊垂直充磁永磁體構(gòu)成，所述徑向充磁是指充磁方向平行于永磁體氣隙側(cè)表面并且均指向磁極單元(5)的中心，所述垂直充磁是指充磁方向垂直于永磁體氣隙側(cè)表面，所述兩塊垂直充磁永磁體均為底面為正方形的立方體，其中一塊垂直充磁永磁體的底面小于另一塊垂直充磁永磁體的底面，兩塊垂直充磁永磁體堆疊在一起組成中心磁極(52)，其中地面小的垂直永磁體位于上方，該中心磁極(52) 位于磁極單元( 的中心位置，四塊平行充磁永磁體(51)為底面投影為等腰梯形的不規(guī)則形狀，所述等腰梯形的地角為45°，所述平行充磁永磁體(51)的高度與中心磁極(52)的高度相等，所述四塊平行充磁永磁體(51)分別位于中心磁極(5 的四周，并與中心磁極(52)的外表面緊密接觸，所述四塊平行充磁的永磁體的充磁方向均為指向或者背離中心磁極(52)，且所述充磁方向與X軸或Y軸平行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)，其特征在于，所述的次級(jí)包括次級(jí)軛板(4)和多個(gè)磁極單元(5)，所述次級(jí)單元為底面為正方形的立方體，每個(gè)磁極單元(5)的對(duì)角線均平行于X軸或Y軸，多個(gè)磁極單元(5)緊密排列并固定在次級(jí)軛板的氣隙側(cè)，相鄰的磁極單元(5)的充磁方向相反；每個(gè)磁極單元( 由四塊平行充磁永磁體(51)和兩塊垂直充磁永磁體構(gòu)成，所述平行充磁是指充磁方向平行于永磁體氣隙側(cè)表面，所述垂直充磁是指充磁方向垂直于永磁體氣隙側(cè)表面，所述兩塊垂直充磁永磁體均為底面為正方形的立方體，其中一塊垂直充磁永磁體的底面小于另一塊垂直充磁永磁體的底面，兩塊垂直充磁永磁體堆疊在一起組成中心磁極(52)，其中地面小的垂直永磁體位于上方，該中心磁極(5 位于磁極單元(5)的中心位置，四塊平行充磁永磁體(51)為底面投影為等腰梯形的不規(guī)則形狀，所述等腰梯形的地角為45°，所述平行充磁永磁體(51)的高度與中心磁極(5 的高度相等，所述四塊平行充磁永磁體(51)分別位于中心磁極(5 的四周，并與中心磁極(52)的外表面緊密接觸，所述四塊平行充磁的永磁體的充磁方向均為指向或者背離中心磁極(52)，且所述充磁方向與X 軸或Y軸平行。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)，其特征在于，所述次級(jí)包括次級(jí)軛板(6)和永磁體(7)，所述次級(jí)軛板(6)為平板結(jié)構(gòu)，所述次級(jí)軛板(6) 上均勻分有2i X^1個(gè)永磁體單元格，其中i、h均為大于1的整數(shù)，永磁體(7)嵌入在所述永磁體單元格中，并且所有永磁體(7)平行、垂直均不相鄰，位于同一行或列的永磁體(7) 的充磁方向相同，位于相鄰行或列的永磁體(7)的充磁方向相反。
全文摘要
同心式繞組結(jié)構(gòu)永磁同步平面電機(jī)，屬于電機(jī)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有永磁同步平面電機(jī)存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、平面運(yùn)動(dòng)范圍小、繞組利用率低、推力密度小、系統(tǒng)效率低等問題。本發(fā)明所述電機(jī)初級(jí)的電樞繞組固定在平板形的初級(jí)基板的氣隙側(cè)，每個(gè)相電樞繞組由若干同心的矩形線圈構(gòu)成，每相鄰的兩個(gè)矩形線圈相鄰邊的中心線之間的距離Ll與次級(jí)永磁體極距τm相等，所述若干個(gè)矩形線圈由里到外依次串聯(lián)連接，每相鄰的兩個(gè)矩形線圈的繞向相反，每個(gè)矩形線圈相對(duì)的兩條線圈邊的中心線之間的距離與次級(jí)永磁體極距τm之間滿足如下關(guān)系Lc＝(2k+1)τm，其中，k為自然數(shù)；次級(jí)為表面永磁體結(jié)構(gòu)、內(nèi)嵌永磁體結(jié)構(gòu)或Halbach永磁體陣列結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述的電機(jī)結(jié)構(gòu)適用于構(gòu)成大推力平面電機(jī)。
文檔編號(hào)H02K41/03GK102497083SQ20111039054
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者寇寶泉, 張赫, 張魯, 謝大綱 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)