[发明专利]一种永磁阵列及平面电机

说明书

本发明涉及电机领域，具体涉及一种永磁阵列及平面电机。使用了六边形直棱柱永磁体，构成一种新型的永磁阵列拓扑结构。通过磁标势和傅立叶级数推导了永磁阵列的磁感应强度表达式。与之前的永磁阵列相比结构更紧凑，永磁体之间无空隙；使用叠加原理和傅立叶级数，推导了磁感应强度的表达式，通过引入有效幅值，得到新的表达式可用于实时控制；Z向磁感应强度更大，高阶谐波分量更小，因此可以降低平面电机力的波动。

技术领域

本发明涉及电机领域，具体涉及一种永磁阵列及平面电机。

背景技术

磁浮平面电机通过磁场悬浮实现无接触、无磨损的平面运动。与传统的由直线导轨正交组合的平面运动结构相比，磁浮平面电机无需导轨支撑，机构简单，可实现轻量化，实现高速、高加速精密运动，在高精度光刻机等高速精密装备方面具有重要应用前景。对于动铁式磁浮平面电机，由于线圈阵列布置于定子上，动子不存在电气连线与冷却管线妨碍运动的情况，电机热量也较易散发，利于系统运动性能的提高。

当今集成电路装备市场快速增长，光刻机是制造集成电路装备中最复杂的核心设备。磁浮平面电机直接利用电磁能产生平面运动，具有出力密度高、低热耗、高精度的特点，可把控制对象与电机做成一体结构，具有质量轻、结构紧凑、反应快、灵敏度高、随动性好等优点，将会成为高速、精密加工设备的重要驱动形式。

永磁阵列是磁浮平面电机电磁结构的主要组成部分，由其产生的磁场驱动电机运动。因此，永磁阵列结构要求高效率并且谐波性小。Cho等人提出了一种用于动铁式平面电机结构紧凑的Halbach永磁阵列，与传统NS阵列相比获得更高的磁场强度。其磁感应强度的谐波模型通过磁标势推导得到，但解析式较复杂，为便于实时控制，使用了正弦函数近似表示磁感应强度。Compter和Jansen等人使用了不同的二维Halbach永磁阵列，同样使用磁标势推导了磁感应强度的谐波模型，但是没有考虑高次谐波部分对整个永磁阵列的影响。Min等人提出的二维Halbach永磁阵列，以高次谐波分量最小为目标，使用遗传算法优化得到了永磁阵列的结构参数。Y Zhang和L Huang等人在永磁阵列中使用了梯形永磁体，发现梯形永磁体可以降低磁感应强度的高次谐波分量。彭俊荣提出了一种使用梯形永磁体的二维永磁阵列，得到了降低高次谐波分量和增强磁场的永磁阵列结构，不过其磁感应强度的谐波模型解析式过于复杂。Halbach永磁阵列使得阵列一边的磁场显著增强而另一边显著减弱，且容易得到在空间较理想的正弦分布磁场，因此常用于磁浮平面电机的设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的永磁阵列结构之间有间隙，结构不够紧凑，在计算磁感应强度时不够精确，且Z向磁感应强度不够大，从而导致平面电机的波动大。

为解决上述问题，本发明提供一种永磁阵列及平面电机，包括六边形直棱柱永磁体和四棱柱导磁体，所述六边形直棱柱永磁体紧密排列在四棱柱导磁体四边构成八边形直棱柱，六边形直棱柱永磁体的边长和高度与四棱柱导磁体相等；具体为沿x轴方向第m行是六边形直棱柱永磁体点接触紧密排列，相邻的六边形直棱柱永磁体的充磁方向沿y轴相反，第m+1行是六边形直棱柱永磁体与四棱柱导磁体线接触紧密排列，四棱柱导磁体两侧的六边形直棱柱永磁体的充磁方向沿x轴相反，第m行的六边形直棱柱永磁体和第m+1行的六边形直棱柱永磁体线接触紧密排列；沿y轴方向第n列是六边形直棱柱永磁体点接触紧密排列，相邻的六边形直棱柱永磁体的充磁方向沿x轴相反，第n+1列是六边形直棱柱永磁体与四棱柱导磁体线接触紧密排列，四棱柱导磁体两侧的六边形直棱柱永磁体的充磁方向沿y轴相反，第n列的六边形直棱柱永磁体和第n+1列的六边形直棱柱永磁体线接触紧密排列；相邻四棱柱导磁体的磁力线方向相反，当四棱柱导磁体四边的六边形直棱柱永磁体的磁化方向均为指向所述四棱柱导磁体时，四棱柱导磁体的磁力线方向为沿z轴向内，当四棱柱导磁体四边的六边形直棱柱永磁体的磁化方向均为背向所述四棱柱导磁体时，四棱柱导磁体的磁力线方向为沿z轴向外。

进一步的，六边形直棱柱永磁体采用稀土永磁体。

进一步的，四棱柱导磁体为铁磁材料。