[发明专利]集成绕组结构短行程直流平面电机

说明书

技术领域

本发明属于电机领域，尤其涉及一种短行程直流平面电机。

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11所示为现有的一种平面电机结构，图12是所述平面电机的永磁体阵列 的结构示意图。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。

但是，该永磁同步平面电机存在电机结构复杂、绕组的利用率低、损耗大、 效率低、控制复杂以及定位精度低等问题。

发明内容

为了解决现有平面电机存在的结构复杂、绕组利用率低、损耗大、效率低、 控制复杂以及定位精度低的问题，本发明提出一种集成绕组结构短行程直流平 面电机。

本发明提供了四种结构的集成绕组结构短行程直流平面电机的结构，具体 为：

结构一：单边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，它由电枢部件和 永磁体励磁部件组成，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，

所述电枢绕组为四相绕组，所述电枢绕组由4线圈组成，每个线圈为正方 形，且绕向相同，所述4个线圈组成“田”字形固定在电枢铁心上，所述4 个线圈所在平面为XY平面，每个线圈的边平行于XY平面的X轴或Y轴，每个 线圈为一相绕组，

永磁体阵列包括4块正方形永磁体和12块垂直充磁永磁体，所述4块正 方形永磁体和12块垂直充磁永磁体组成“#”字形，所述永磁体阵列固定在 永磁体轭板上，并且所述永磁体阵列所在平面与XY平面平行，所述“#”字 形的四个交叉点分别与4个线圈的中心位置相对应；

4块正方形永磁体分别位于“#”字形的四个交叉点处，并且每个正方形 永磁体的边与线圈的边相平行，

12块垂直充磁永磁体分别位于所述4块正方形永磁体的四周，

所述正方形永磁体的充磁方向与其正方形端面的对角线平行，

平行相邻的两块正方形永磁体的充磁方向相差90°度，并且对角相邻的 两块正方形永磁体的充磁方向相反，

与每一个正方形永磁体相邻的4个垂直充磁永磁体中，与正方形永磁体的 磁力线所指向的两条边相邻的2块垂直充磁永磁体为N极，另外2块垂直充磁 永磁体为S极，

电枢绕组的线圈中心距τ_t与永磁体阵列的极距τ_p之间满足关系τ_t＝τ_p。

结构二：基于结构一的双边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，它 包括电枢部件和两个永磁体励磁部件，所述两个永磁体励磁部件相互平行，电 枢部件位于两个永磁体励磁部件的中间，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，永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭 板，两个永磁体励磁部件的结构相同；