[发明专利]磁通反向平面电机

说明书

技术领域

本发明涉平面电机，属于电机领域。具体涉及到一种高推力密度平面电机。

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、直线旋转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、机械加工、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将电动机所产生的旋转动力转换为直线运动。由于机械装置结构复杂，传动精度和速度都受到限制，且需经常调校，具有成本高、可靠性差、体积大、维护复杂的缺点。

现有的平面驱动电机避免了上述采用电动机和机械装置配合实现平面运动系统所具有的缺点，但仍存在绕组的利用率低、推力密度低、系统效率低以及控制难度大等问题。

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18和图19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向推力绕组用于驱动动子沿X方向运动，Y向推力绕组用于驱动动子沿Y方向运动。动子包含动子平台和4个永磁体阵列，永磁体阵列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。

该永磁同步平面电机能够实现平面的定位运动，但存在电机结构复杂、平面运动的范围小、绕组的利用率低、推力密度低、系统效率低等问题。

发明内容

为了解决现有平面电机中存在的结构复杂、运动范围小、绕组利用率低的问题，本发明设计了磁通反向平面电机。

本发明所述的第一种磁通反向平面电机由初级、次级和气隙构成，初级由若干个初级单元构成，每个初级单元包括初级单元铁心、初级绕组和永磁体；

次级包括次级铁心，在次级铁心的气隙侧沿X向和沿Y向开有相互垂直的槽，使得次级铁心的气隙侧表面形成矩阵型排布的次级齿，沿X向或沿Y向相邻的次级齿的中心之间的距离为次级齿的齿距τ_p；

初级单元铁心为平板形，在其面向气隙侧沿X向和沿Y向开有相互垂直的槽，使得所述初级单元铁心的气隙侧表面形成矩阵型排布的初级齿，每个初级齿上绕有线圈，所有初级齿上的线圈组成该初级单元的初级绕组，

每个初级齿的面向气隙的齿表面均匀分成2n×2n个单元格，沿X向或沿Y向相邻两个单元格的中心距为τ_m，其中，n为自然数；在对角相邻的单元格中固定有一块永磁体，并且位于每个初级齿的面相气隙侧的表面上的所有永磁体平行不相邻、垂直也不相邻；每块永磁体为平行充磁，并且充磁方向垂直于初级齿表面；

位于所有初级齿的面向气隙侧齿表面的所有永磁体中，位于同一行或列的永磁体的充磁方向相同，位于相邻行或相邻列的永磁体的充磁方向相反；

参数τ_m与τ_p之间满足关系2τ_m＝τ_p。

本发明提供的第二种磁通反向平面电机由初级、次级和气隙构成，初级由一个或多个初级单元构成，每个初级单元包括初级单元铁心、初级绕组和永磁体；

次级包括次级铁心，在次级铁心的气隙侧沿X向和沿Y向开有多个相互垂直的槽，使得次级铁心的气隙侧表面形成矩阵型排布的次级齿，沿X向或沿Y向相邻的次级齿的中心之间的距离为次级齿的齿距τ_p；

初级单元铁心为平板形，在其面向气隙侧沿X向和沿Y向开有相互垂直的槽，使得所述初级单元铁心的气隙侧表面形成矩阵型排布的次级初级齿，每个初级齿上绕有线圈，所有初级齿上的线圈组成该初级单元的初级绕组，