[实用新型]一种海尔贝克永磁阵列直线电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种应用于高精度定位平台和半导体设备的永磁直线电机。

背景技术

传统电机如直流电机、同步电机、感应电机、变磁阻电机可作为电磁执行器，但是用旋转电机作为执行器有利弊，直流电机控制简单，但是电刷的存在使直流电机需定期维护且不适合真空作业环境；感应电机控制较困难；变磁阻电机的齿槽引起的齿槽力会给精密定位带来难度。 

同步电机较适合光刻作业，为避免磁阻力和齿槽力，可采用无铁、无齿槽、绕组表面安装的结构。 

传统的平面定位系统通过齿轮、滚珠丝杠等传动机构把旋转电机的旋转运动转化为直线运动，因为传动机构存在齿隙、摩擦、不确定的滚珠运动等问题，所以很难进行高精度的定位，造成的后果是，技术人员被迫在工作台上再设置一个精动工作台来进行微小位移校正，这种多动子结构定位平台系统庞大，响应缓慢。在高精度平面电机控制中，相比较旋转电机驱动，永磁直线电机直接驱动具备的优势有：没有机械噪音和附加的传动误差；没有丝杠等的附加质量，能够获得更大的加速度和更快速的响应；直线电机不仅能产生单边力，也能产生垂直力，可作为二自由度执行器使用。

普通永磁式直线电机只使用单层初级磁体，所提供沿空间的磁场谐波分量大且基波分量幅值小，不能产生大的电磁力，普通永磁式直线电机采用三相控制，绕组排列复杂，绕组端部效应大，散热条件差，影响直线电机的运行性能。

海尔贝克永磁阵列（即Halbach永磁体）的磁场呈现明显的单边特性，一侧磁场显著增强，另一侧显著减弱，强侧磁场具有良好的正弦分布特性，高次谐波小。采用Halbach永磁阵列的直线电机能够改善普通永磁式直线电机的一些缺点。

发明内容

技术问题：本实用新型提供了一种电磁力波动小，控制精度高，运行平稳，绕组端部效应低，散热性能好的海尔贝克永磁阵列直线电机。

技术方案：海尔贝克永磁阵列直线电机设置有基座，所述基座上设置有两个相互平行的竖板支架，所述两竖板支架之间设置有两个相互平行的定子，所述两定子之间设置有与其平行的动子，所述动子与定子之间有气隙；所述定子包括基板和设置在所述基板两侧的水平支架，所述水平支架的一端与基板连接，另一端连接固定在竖板支架上的固定槽中；所述基座上设置有海尔贝克永磁阵列，所述海尔贝克永磁阵列沿与竖板支架上的水平方向平行排列；动子上方的的基板中的海尔贝克永磁阵列的充磁方向排列顺序为：在其排列方向上从左向右依次顺时针旋转90度，动子下方的基板中的海尔贝克永磁阵列的充磁方向排列顺序为：在其排列方向上从左向右依次逆时针旋转90度；所述动子设置有次极无铁芯绕组，所述次极无铁芯绕组两端连接有滑块，所述滑块与竖板支架上设置的导轨滑配合连接。

本实用新型中，所述次极无铁芯绕组为两相绕组。

本实用新型的永磁直线电机采用双层Halbach永磁体阵列做定子，并在双层Halbach永磁体中间设有次级无铁芯绕组，次级无铁芯绕组做动子且分为A、B两相交叉排列，构成两相系统，当给次级无铁芯绕组通以控制好的两相交流电，在气隙中产生一行波，该行波与双层Halbach永磁体阵列之间作用下产生一电磁力，在电磁力作用下动子上的钢球开始沿着球形直线导轨运动，从而带动无铁芯绕组这一直线运动。

有益效果：本实用新型的永磁直线电机相对于现有技术具有以下优点：

本实用新型的永磁直线电机采用Halbach阵列结构，可以很容易得到在空间按较理想的正弦分布的磁场，可大大减弱电机的齿槽效应力矩；Halbach永磁体阵列的一侧磁场很强，另一侧磁场很弱，这一特性有助于提高电机气隙中的磁密；Halbach永磁体阵列可以降低电机的电磁力矩脉动，适合于高精度的伺服系统，并可以降低对电机轴承的要求。Halbach阵列结构磁场谐波小，电磁力波动小，使直线电机的电磁力大而平稳，控制精度高，并提高直线电机的效率和承载能力；Halbach磁体阵列的边缘效应很小，提高了电机的工作效率。

本实用新型采用的次级无铁芯绕组中间不加铁芯，直接利用空气导磁，不仅可以减低绕组的端部效应，且避免了非线性；次级无铁芯绕组绕线方式为环形绕组，可降低绕组端部效应。

本实用新型的绕组分为A、B两相，构成两相系统，绕组排列简单，散热条件好，电流容易控制。

附图说明

图1是本实用新型永磁直线电机的结构示意图。

图2是本实用新型永磁直线电机的侧面结构示意图。

图3是本实用新型中动子上方Halbach永磁体的充磁方向排列