[实用新型]一种多相嵌套绕组式永磁同步平面电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及电机，尤其是涉及一种多相嵌套绕组式永磁同步平面电机。

背景技术

随着科学技术进步，高速度、高精度成为机械加工的重要发展方向，在微电子封装设备如共晶粘片机、全自动金丝球焊机和IC芯片制作设备，对驱动器定位精度、运行速度、驱动维数都提出了越来越高的要求。由于电磁驱动方法与其它驱动方法如静电驱动、压电驱动和形状记忆合金驱动方法相比，能同时兼顾位移、速度和驱动力等多方面要求，具有操作范围广、自由度多、驱动力大、相应速度快等优点，因此成为目前国际公认的可实现大范围多自由度的精密驱动方法。

而电磁驱动中的平面电机驱动方法，由于摒弃了从旋转运动到直线运动再到平面运动的丝杠、螺杆等中间转换装置，消除了累积误差的存在；采用了集成式的磁钢阵列和电枢绕组结构使得系统驱动范围更加容易扩展；磁悬浮驱动方法降低了运动面约束，消除了摩擦损耗，进一步提高了驱动精度；简单的结构使其与其他电磁驱动方法相比在精密加工领域具有更强的竞争力。永磁平面电机与感应式和磁阻式平面电机相比，更是具有结构简单、定位精度高、系统效率高等优点，在光刻机等现代精密、超精密制造装备领域中表现出良好的应用前景。

现有的永磁平面电机结构主要分为以下几类：1、组合式：平面电机由多个一维直线电机相组合而成；2、集中绕组式：平面电机包括二维永磁体和集中绕组线圈阵列两大部分；3、层叠绕组式：平面电机包括二维永磁体和层叠绕组线圈两大部分。其中组合绕组式电机结构相对复杂不利于系统扩展；集中绕组式虽然使得平面电机结构更加紧凑，但绕组系数较低，各自由度间的电磁力耦合和绕组切换为控制增加了难度；层叠绕组式电枢绕组采用X、Y方向绕组层叠放置的方式，该结构其不仅易实现解耦控制，且绕组系数相对较高，但现有结构中仍存在绕组端部过长，利用率偏低，X、Y方向绕组由于等效气隙高度不同，电磁特性不对称的缺点。

发明内容

为了解决现有平面电机绕组系数以及利用率低的缺点，本实用新型的目的在于提供一种多相嵌套绕组式永磁同步平面电机，在尽可能实现解除各自由度间电磁力耦合的同时，进一步提高平面电机推力密度。

本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型包括永磁励磁部分和正交嵌套式的电枢绕组部分，两者均为平板式结构，永磁励磁部分和电枢绕组部分叠加后留有气隙；其特征在于：永磁励磁部分包括N极励磁模块和S极励磁模块组合而成的二维永磁体阵列和轭部，所述励磁模块尺寸相同，且均包含有一个处于中心位置的垂直励磁主磁极、四个边部的辅助磁极和四个角部的辅助磁极；电枢绕组包括沿X方向放置的绕组和沿Y方向放置的绕组，共两套双层空心绕组，其中一套绕组正交嵌套于另一套绕组之中，沿X方向放置的绕组和沿Y方向放置的绕组各自以平面电机动子部分Y向和X向中心线为分割点分为两个部分，四个部分间绕组相互独立，四个部分的绕组电流能分别控制。

所述二维永磁体阵列粘贴在轭部靠近气隙的一面，励磁模块横截面为边长为τ_p的正方形，处于中心的垂直励磁主磁极横截面为边长τ_pc的正方形，四个边部辅助磁极横截面为边长分别是τ_pc和（τ_p-τ_pc）的矩形，四个角部辅助磁极横截面为边长为（τ_p-τ_pc）的正方形。

所述N极励磁模块中，从绕组侧观察，主磁极充磁方向为垂直轭部平面向外或者S极励磁模块中，从绕组侧观察，主磁极充磁方向为垂直轭部平面向内；边部辅助磁极充磁方向与轭部表面相平行，由S极指向N极方向；角部辅助磁极充磁方向与轭部表面相平行，为边对角线方向，磁场矢量分别与X轴或Y轴平行，且含有由S极指向N极的磁场分量。

所述N极励磁模块中，从绕组侧观察，边部辅助磁极充磁方向采用边对角线方向，磁场矢量中同时含有由S极指向N极和垂直轭部平面向外的磁场分量；或者S极励磁模块中，从绕组侧观察，边部辅助磁极充磁方向采用边对角线方向，磁场矢量中同时含有由S极指向N极和垂直轭部平面向内的磁场分量。

所述N极励磁模块中，从绕组侧观察，角部辅助磁极充磁方向采用点对角线方向，磁场矢量中同时含有与X轴或Y轴平行的分量，由S极指向N极的磁场分量，以及垂直轭部平面向外的磁场分量；或者S极励磁模块中，从绕组侧观察，角部辅助磁极充磁方向采用点对角线方向，磁场矢量中同时含有与X轴或Y轴平行的分量，由S极指向N极的磁场分量，以及垂直轭部平面向内的磁场分量。