[发明专利]一种复合电流驱动高推力密度九相平面电机及其驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合电流驱动高推力密度平面电机及其驱动器，属于电机领域。

背景技术

现代精密、超精密加工装备对高响应、高速度、高精度的平面驱动装置有着迫切的需求，如机械加工、电子产品生产、机械装卸、制造自动化仪表设备甚至机器人驱动等。通常这些装置由旋转式电动机产生动力驱动，再由皮带、滚珠丝杆等机械装置，转换为直线运动。由于机械装置复杂，传动精度和速度都受到限制，且需经常调校，造成成本高、可靠性差、体积较大。最初的平面驱动装置是由两台直接驱动的直线电机来实现的，采用层叠式驱动结构，这种结构增加了传动系统的复杂性，从本质上没有摆脱低维运动机构叠加形成高维运动机构的模式。对于底层的直线电机，要承载上层直线电机及其相关机械部件的总质量，从而严重影响了定位和控制精确度。而直接利用电磁能产生平面运动的平面电机，具有出力密度高、低热耗、高速度、高精度和高可靠性的特点，因省去了从旋转运动到直线运动再到平面运动的中间转换装置，可把控制对象同电机做成一体化结构，具有反应快、灵敏度高、随动性好及结构简单等优点。根据平面电机电磁推力的产生原理，可以将平面电机分为变磁阻型、同步型和感应型。其中，同步型平面电机具有结构简单、推力大、效率高和响应速度快等良好的综合性能，在二维平面驱动装置、特别是精密二维平面驱动装置中具有广阔的应用前景。

图8和图9所示为现有的一种永磁同步平面电机结构。该电机中包括定子和动子两大部件，它的工作原理类似于三相旋转永磁同步电机，定子包含铁心和4个相互垂直放置的推力绕组，每个绕组有独立的3个相，X向推力绕组4用于驱动动子沿X方向运动，Y向推力绕组1用于驱动动子沿Y方向运动。动子包含动子平台和4个永磁体阵列5，永磁体阵列5排列在动子平台的下表面，通过控制相应的三相绕组电流，动子平台就可以在平面上做定位运动。

但是，该永磁同步平面电机存在电机结构复杂、平面运动的范围小、绕组的利用率低、推力密度小、系统效率低等问题。

发明内容

为了解决现有平面电机的结构复杂、平面运动范围小、绕组的利用率低、推力密度小、系统效率低等问题，本发明提出一种复合电流驱动高推力密度九相平面电机及其驱动器。

一种复合电流驱动高推力密度九相平面电机，它包括电枢部件和永磁体励磁部件，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，其中电枢部件包括电枢绕组和电枢铁心；永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板；电枢部件中的线圈距τt与永磁体励磁部件中的永磁体阵列极距τp之间满足关系3nτt＝(3n±1)τp，每个平面电机由i个单元电机构成，每个单元电机中包括9个线圈和2个永磁体，所述9个线圈组成3×3的矩阵，每个线圈为一个相电枢绕组，一共有9个相电枢绕组，分别表示为；A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相电枢绕组，所述九个相电枢绕组星形连接。