[发明专利]多自由度短行程平面电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种平面电机，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。

现有的一种平面电机，其结构如图1和图2所示；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，上述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

本发明为了解决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，而提出的多自由度短行程平面电机。

多自由度短行程平面电机，它由初级和次级组成；所述初级采用平板形结构；所述次级采用上下双边平板形结构；所述初级装设在次级上下两边之间；所述初级与次级之间留有气隙；所述初级所在平面与次级双边所在的各自平面相互平行；所述初级由初级绕组和初级基板组成；所述初级绕组固定设置在初级基板上；所述初级绕组由六个跑道形的椭圆线圈构成；所述跑道形的椭圆线圈的两个长直边为有效边，所述跑道形的椭圆线圈的两个有效边相互平行；所述六个跑道形的椭圆线圈沿圆周方向均匀设置在初级基板上，所述每相邻两个跑道形的椭圆线圈之间间隔60°；所述次级上下两边的结构及永磁体排列方式均相同；所述次级上边由六个相同的永磁体组和次级基板组成；所述每个永磁体组包括第一永磁体、第二永磁体和永磁体轭板；所述第一永磁体和第二永磁体采用长条形永磁体；所述第一永磁体与第二永磁体相互平行地固定设置在永磁体轭板上；所述永磁体轭板采用磁性材料制成的轭板；所述第一永磁体与第二永磁体的充磁方向相反，所述第一永磁体与第二永磁体的充磁方向均为沿三维坐标系中Z轴方向平行充磁；所述每个永磁体组固定装设在次级基板上，所述每个永磁体组在次级基板上的装设位置与每个跑道形的椭圆线圈在初级基板上的装设位置相对应；所述每个跑道形的椭圆线圈所对应次级上下边上的两个永磁体组的充磁方向相同。