CN101741289A - 短行程多自由度磁悬浮平面电机 - Google Patents
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Abstract
短行程多自由度磁悬浮平面电机，属于电机领域，解决现有平面电机结构复杂、绕组的利用率低、损耗大、效率低、控制复杂，以及定位精度低的问题。本发明所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机由短行程平面电机与多个磁悬浮支撑机构组成，所述多个磁悬浮支撑机构均匀分布在短行程平面电机的定子的周边，每个磁悬浮支撑机构的定子都与所述短行程平面电机的定子固定连接，每个磁悬浮支撑机构的动子都与短行程平面电机的动子固定连接。本发明通过控制多个磁悬浮支撑机构的动子和短行程平面电机的动子的运动，即可实现短行程平面电机的动子在XY平面、沿Z轴、以及绕X轴、Y轴或Z轴旋转的目的即实现平面电机的6自由度运动控制。
Description
技术领域
本发明属于电机领域，具体涉及一种短行程多自由度磁悬浮平面电机。
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16所示为现有的一种平面电机结构，图17是所述平面电机的永磁体阵列示意图。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。并且，该种平面电机的动子和定子之间需要采用机械连接方式，增加了动子运动的阻力。
发明内容
为了解决现有平面电机结构复杂、绕组的利用率低、损耗大、效率低、控制复杂，以及动子和定子之间需要采用机械连接方式而影响动子定位精度低的问题，本发明提出一种短行程多自由度磁悬浮平面电机。
本发明所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机由短行程平面电机与多个磁悬浮支撑机构组成，所述多个磁悬浮支撑机构均匀分布在短行程平面电机的定子的周边，每个磁悬浮支撑机构的定子都与所述短行程平面电机的定子固定连接，每个磁悬浮支撑机构的动子都与短行程平面电机的动子固定连接。
本发明可以使平面电机的X向驱动与Y向驱动共用一套绕组，通过控制电机各个线圈电流的大小与方向，即可控制作用在动子上X方向、Y方向电磁力的大小与方向以及绕Z轴旋转电磁转矩的大小与方向；同时，通过控制磁悬浮支撑机构控制线圈中电流的大小与方向，即可控制作用在动子上Z方向电磁力的大小与方向以及绕X轴、绕Y轴旋转电磁转矩的大小与方向，从而实现短行程平面电机动子的X、Y二维平面运动以及绕Z轴的偏转运动，即实现平面电机的6自由度运动控制。本发明平面电机的功率密度、效率高，结构简单、控制容易，控制精度高。
由于是各个方向的推力是由所有线圈与永磁体相互作用产生的合力，所以能够减小每个线圈流过的电流，进而抑制每个线圈的发热，避免由线圈发热引起的精度降低。
附图说明
图1是本发明所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的一种结构示意图。图2和3是具体实施方式四和五所述的磁悬浮支撑机构1的结构示意图。图4和5是具体实施方式六和七所述的磁悬浮支撑机构1的结构示意图。图6是具体实施方式九所述的短行程平面电机的电枢部件和永磁体励磁部件的结构示意图，图7是图6中的永磁体阵列的结构示意图。图8是具体实施方式十、十一所述的永磁体阵列的结构示意图。图9是具体实施方式十五所述的，当n＝2时的平面电机的电枢绕组和永磁体阵列的结构示意图，图10是图9中的永磁体阵列的结构示意图，图11是具体实施方式十六所述的永磁体阵列的结构示意图，图12是具体实施方式二十二所述的双边结构的电机结构示意图，图13是图12中的电枢部件的结构示意图，图14是具体实施方式二十所述的平面电机的电枢绕组和永磁体阵列的结构示意图，图15是具体实施方式二十一所述的永磁体阵列的结构示意图。图16、图17是现有平面电机的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机由短行程平面电机2与多个磁悬浮支撑机构1组成，所述多个磁悬浮支撑机构1均匀分布在短行程平面电机2的定子的周边，每个磁悬浮支撑机构1的定子都与所述短行程平面电机2的定子固定连接，每个磁悬浮支撑机构1的动子都与短行程平面电机2的动子固定连接。
具体实施方式二：参见图1、图2说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，它还包括固定支架3，所述固定支架用于固定所述短行程平面电机的定子。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，所述磁悬浮支撑机构1有三个，所述三个磁悬浮支撑机构1相互之间呈120°。
具体实施方式四：参见图2和4说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，所述磁悬浮支撑机构1由定子和动子13构成，定子包括上轭板101、上轭板永磁体组103、上控制线圈组102、两个支撑边14、下轭板111、下轭板永磁体组113、下控制线圈组，上轭板101和下轭板111相互平行布置，上轭板101和下轭板111与两个支撑边14组成矩形框，上轭板永磁体组103固定在上轭板101的下表面上，下轭板永磁体组113固定在下轭板111的上表面上，所述上轭板永磁体组103和下轭板永磁体组113分别包括两块永磁体，每块个永磁体的外侧缠绕有水平方向的线圈，缠绕在上轭板永磁体组103中的两个永磁体外侧的两个线圈组成上控制线圈组102，缠绕在下轭板永磁体组113中的两个永磁体外侧的两个线圈组成下控制线圈组112，动子13由两块永磁体和一块连结板组成，所述连结板位于两块永磁体之间，动子13位于上轭板永磁体组103和下轭板永磁体组113之间，并且所述上轭板永磁体组103、下轭板永磁体组113和动子中的两个永磁体位于同一平面内。
具体实施方式五：参见图2和3说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式四所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，上轭板永磁体组103中的两块永磁体的充磁方向相反，下轭板永磁体组113中的两块永磁体的充磁方向相反，动子的两块永磁体垂直相邻、且的两块永磁体的充磁方向相同，所述动子与下轭板永磁体组113中相邻的永磁体的充磁方向相反，动子13中的两块永磁体的充磁方向相反，下轭板永磁体组113与动子13中垂直相邻的两块永磁体的充磁方向相反。
本实施方式中的上轭板永磁体组103与动子13中垂直相邻的两块永磁体的充磁方向相同或相反。
具体实施方式六：参见图4和5说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，所述磁悬浮支撑机构1包括上轭板101、上轭板永磁体组103、上控制线圈组102、两个支撑边14、下轭板111、下轭板永磁体组113、下控制线圈组112和动子13组成，上轭板101和下轭板111相互平行布置，上轭板101和下轭板111与两个支撑边14组成矩形框，每个支撑边14的两端分别与上轭板101和下轭板111固定连接，上轭板永磁体组103固定在上轭板101的下表面上，下轭板永磁体组113固定在下轭板111的上表面上，所述上轭板永磁体组103和下轭板永磁体组113分别包括两块永磁体，上控制线圈组102缠绕在上轭板101上，并位于上轭板永磁体组103中的两块永磁体之间，下控制线圈组112缠绕在下轭板111上，并位于下轭板永磁体组113中间，动子13由两块永磁体和一块连结板组成，所述连结板位于两块永磁体之间，动子13位于上轭板永磁体组103和下轭板永磁体组113之间，并且所述上轭板永磁体组103、下轭板永磁体组113和动子中的两个永磁体位于同一平面内。
具体实施方式七：参见图4和5说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式七所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，上轭板永磁体组103中的两块永磁体的充磁方向相反，下轭板永磁体组113中的两块永磁体的充磁方向相反，动子的两块永磁体的充磁方向相反，下轭板永磁体组113与动子13中垂直相邻的两块永磁体的充磁方向相反。
本实施方式中的上轭板永磁体组103与动子13中垂直相邻的两块永磁体的充磁方向相同或相反。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，所述短行程平面电机2为单边结构或者双边结构。
参见图1举例说明本实施方式所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的结构。图中的短行程平面电机2为正六边形的双边结构，且位于两侧的永磁体励磁部件阵列为动子为202，中间的电枢部件为定子201，其中三个磁悬浮支撑机构1相互之间呈120°固定在底板4的上表面，三个支撑架3相互之间呈120°固定在底板4的上表面，并且所述三个磁悬浮支撑机构1与三个支撑架3相间设置、围成正六边形，短行程平面电机位于由三个磁悬浮支撑机构1与三个支撑架3围成的正六边形中，所述短行程平面电机的定子通过三块定子固定板6分别与三个支撑架3固定连接，所述短行程平面电机的动子通过三块动子固定板5分别与三个磁悬浮支撑机构1中的动子13的连结板固定连接。
三个支撑架3起到固定短行程平面电机的定子的目的。
具体实施方式九：参见图6、7说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，所述短行程平面电机2是单边结构的短行程平面电机，所述短行程平面电机包括电枢部件和永磁体励磁部件，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个线圈组成，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，所述包括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，平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块正方形充磁平板形永磁体的四周，
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τt与永磁体阵列的极距τp之间满足关系τt＝τp。
具体实施方式十：参见图8说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式九所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，所述永磁体阵列还包括4块正方形永磁体，所述4块正方形永磁体组成一个正方形，并嵌入“#”字形永磁体阵列的中心位置，所述4块正方形永磁体为平行充磁，且充磁方向与其正方形端面的对角线平行，所述充磁方向是由与其相邻的S极永磁体指向N极永磁体。
具体实施方式十一：参见图8说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式九或十所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，所述永磁体阵列还包括4块直角三角形永磁体，所述4块直角三角形永磁体分别位于“#”字形永磁体阵列的四个角、并嵌在对角相邻的两块垂直充磁永磁体之间，每个直角三角形永磁体的两个直角边分别与一个垂直永磁体相邻，所述每个直角三角形永磁体为平行充磁，且充磁方向和与其对角相邻的正方形永磁体的充磁方向相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，所述短行程平面电机2是双边结构的短行程平面电机，所述双边结构的短行程直流平面电机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；
所述电枢绕组为四相绕组，所述电枢绕组由4个线圈组成，每个线圈为正方形，且绕向相同，所述4个线圈组成“田”字形排列固定，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，所述包括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，平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块正方形充磁平板形永磁体的四周，
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τt与永磁体阵列的极距τp之间满足关系τt＝τp，
两个永磁体励磁部件的永磁体阵列中，位置相同的两块垂直充磁永磁体的充磁方向相同，位置相同的两块平行充磁永磁体的充磁方向相反。
本实施方式中所述的双边结构的短行程直流平面电机是在具体实施方式九所述的单边结构的短行平面电机的结构基础之上增加一个永磁体励磁部件实现的。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式十二所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，所述永磁体阵列还包括4块正方形永磁体，所述4块正方形永磁体组成一个正方形，并嵌入“#”字形永磁体阵列的中心位置，所述4块正方形永磁体为平行充磁，且充磁方向与其正方形端面的对角线平行，所述充磁方向是由与其相邻的S极永磁体指向N极永磁体。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式十二或十三所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，所述永磁体阵列还包括4块直角三角形永磁体，所述4块直角三角形永磁体分别位于“#”字形永磁体阵列的四个角、并嵌在对角相邻的两块垂直充磁永磁体之间，每个直角三角形永磁体的两个直角边分别与一个垂直永磁体相邻，所述每个直角三角形永磁体为平行充磁，且充磁方向和与其对角相邻的正方形永磁体的充磁方向相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，所述短行程直流平面电机2是单边结构的整体式直流平面电机，所述短行程平面电机由2n个电机单元构成，所述2n个电机单元排成2列，每个电机单元包括电枢部件和永磁体励磁部件，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，
每个电机单元的电枢部件包括电枢绕组和电枢铁心，2n个电机单元的电枢铁心固定连接在一起；每个电机单元的电枢绕组由4个线圈组成，每个线圈为正方形，且绕向相同，对角相邻的2个线圈反向串联连接成一个线圈组，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，位于同一列的n个电机单元中，对应位置的线圈组串联连接组成一相绕组，2n个电机单元中的所有线圈组共组成四相绕组，
每个电机单元的永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板，2n个电机单元的永磁体轭板固定连接在一起，
每个电机单元的永磁体阵列包括4块正方形永磁体和12块垂直充磁永磁体，所述包括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，平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块正方形充磁平板形永磁体的四周，
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，
相邻两个电机单元的永磁体阵列结构相同；
电枢绕组的线圈中心距τt与永磁体阵列的极距τp之间满足关系τt＝τp，
n为自然数。
本实施方式中，相邻电机单元的永磁体阵列中相邻的两块垂直充磁永磁体可以采用一块垂直充磁永磁体实现。
参见图9，是当n＝2时，本实施方式所述的平面电机的电枢绕组和永磁体阵列的结构示意图，图10是永磁体阵列的结构示意图，相邻电机单元的永磁体阵列相连接处的、充磁方向相同的两块永磁体采用一块永磁体实现。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式十五所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，每个电机单元中的永磁阵列还包括4块正方形永磁体，所述4块正方形永磁体组成一个正方形，并嵌入“#”字形永磁体阵列的中心位置，所述4块正方形永磁体为平行充磁，且充磁方向与正方形永磁体的正方形端面的对角线平行，所述充磁方向是由与其相邻的S极永磁体指向N极永磁体。
图11是当n＝2，本实施方式所述的永磁体阵列的结构示意图。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式十七所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，所述短行程平面电机为双边结构的整体式直流平面电机，所述短行程平面电机中由2n个电机单元构成，所述2n个电机单元排成2列，每个电机单元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，
每个电机单元的电枢部件包括电枢绕组，每个电机单元的电枢绕组由4个线圈组成，每个线圈为正方形，且绕向相同，对角相邻的2个线圈反向串联连接成一个线圈组，所述4个线圈组成“田”字形排列固定，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，位于同一列的n个电机单元中，对应位置的线圈组串联连接组成一相绕组，2n个电机单元中的所有线圈组共组成四相绕组，
每个电机单元的两个永磁体励磁部件的结构相同，永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板，位于同一平面上的2n个电机单元的永磁体轭板固定连接在一起，
每个电机单元的永磁体阵列由平板形永磁体组成“#”字形，所述平板形永磁体包括4块正方形永磁体和12块垂直充磁永磁体，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，平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块正方形充磁平板形永磁体的四周，
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τt与永磁体阵列的极距τp之间满足关系τt＝τp，
两个永磁体励磁部件的永磁体阵列中，位置相同的两块垂直充磁永磁体的充磁方向相同，位置相同的两块平行充磁永磁体的充磁方向相反；
相邻两个电机单元的永磁体阵列结构相同；
n为自然数。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式十八所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，每个电机单元中的永磁阵列还包括4块正方形永磁体，所述4块正方形永磁体组成一个正方形，并嵌入“#”字形永磁体阵列的中心位置，所述4块正方形永磁体为平行充磁，且充磁方向与正方形永磁体的正方形端面的对角线平行，所述充磁方向是由与其相邻的S极永磁体指向N极永磁体。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式十八或十九所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，每个电机单元中的永磁体阵列还包括4块直角三角形永磁体，所述4块直角三角形永磁体分别位于“#”字形永磁体阵列的四个角、并嵌在对角相邻的两块垂直充磁永磁体之间，每个直角三角形永磁体的两个直角边分别与一个垂直永磁体相邻，所述每个直角三角形永磁体为平行充磁，且充磁方向和与其对角相邻的正方形永磁体的充磁方向相同。
具体实施方式二十：参见图15说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，所述短行程平面电机2是单边结构的短行程平面电机，所述短行程平面电机2由4个电机单元构成，每个电机单元包括电枢部件和永磁体励磁部件，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，
每个电机单元的电枢绕组由1个线圈组成，所述线圈为正方形，每个电机单元中的电枢绕组单独控制，4个电枢绕组对角相邻组成“十”字形，
每个电机单元的永磁体轭板平行于电枢绕组的线圈所在平面，每个电机单元的永磁体阵列包括1块正方形永磁体和4块垂直充磁永磁体，所述1块正方形永磁体和4块垂直充磁永磁体组成“十”字形永磁体阵列，所述4块垂直充磁永磁体分别位于正方形永磁体的四周，并且分别与正方形永磁体的四条边相邻，所述正方形永磁体与线圈的中心位置相对应，与正方形永磁体相互平行的两条边相邻的两块垂直充磁永磁体的充磁方向相反，所述正方形永磁体平行充磁，充磁方向为与正方形端面的对角线平行的方向，并且所述充磁方向为由与其相邻的S极永磁体指向N极永磁体，
平行相邻的两个电机单元中的正方形永磁体的充磁方向相差90°，并且对角相邻的两个电机单元中的正方形永磁体的充磁方向相同，
电枢绕组的线圈中心距τt与永磁体阵列的极距τp之间满足关系τt＝τp。
具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式十二所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，所述每个电机单元的永磁体阵列中还包括2个直角三角形永磁体，所述2个直角三角形永磁体分别与正方形永磁体相对的两个角相邻，每个直角三角形永磁体的两条直角边分别与两块垂直充磁永磁体相邻，并且所述两块垂直充磁永磁体的充磁方向相反，两个直角三角形永磁体的充磁方向与正方形永磁体的充磁方向相同。
具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式一所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，所述短行程平面电机为双边形分体式直流平面电机，所述平面电机由4个电机单元构成，每个电机单元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，两个永磁体励磁部件的结构相同，永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板，
每个电机单元的电枢绕组由1个线圈组成，所述线圈为正方形，每个电机单元中的电枢绕组单独控制，4个电枢绕组对角相邻组成“十”字形，
每个电机单元的永磁体轭板平行于电枢绕组的线圈所在平面，每个电机单元的永磁体阵列包括1块正方形永磁体和4块垂直充磁永磁体，所述1块正方形永磁体和4块垂直充磁永磁体组成“十”字形永磁体阵列，所述4块垂直充磁永磁体分别位于正方形永磁体的四周，并且分别与正方形永磁体的四条边相邻，所述正方形永磁体与线圈的中心位置相对应，与正方形永磁体相互平行的两条边相邻的两块垂直充磁永磁体的充磁方向相反，所述正方形永磁体平行充磁，充磁方向为与正方形端面的对角线平行的方向，并且所述充磁方向为由与其相邻的S极永磁体指向N极永磁体，
平行相邻的两个电机单元中的正方形永磁体的充磁方向相差90°，并且对角相邻的两个电机单元中的正方形永磁体的充磁方向相同，
电枢绕组的线圈中心距τt与永磁体阵列的极距τp之间满足关系τt＝τp；
两个永磁体励磁部件的永磁体阵列中位置相对的两块垂直充磁永磁体的充磁方向相同，两个永磁体励磁部件的永磁体阵列中位置相对的两块平行充磁永磁体的充磁方向相反。
具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式二十二所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，所述永磁体励磁部件与具体实施方式十三所述相同，具体结构为：每个永磁体阵列中还包括2个直角三角形永磁体，所述2个直角三角形永磁体分别与正方形永磁体相对的两个角相邻，每个直角三角形永磁体的两条直角边分别与两块垂直充磁永磁体相邻，并且所述两块垂直充磁永磁体的充磁方向相反，两个直角三角形永磁体的充磁方向与正方形永磁体的充磁方向相同。
Claims (10)
1.一种短行程多自由度磁悬浮平面电机，其特征在于，该磁悬浮平面电机由短行程平面电机(2)与多个磁悬浮支撑机构(1)组成，所述多个磁悬浮支撑机构(1)均匀分布在短行程平面电机(2)的定子的周边，每个磁悬浮支撑机构(1)的定子都与所述短行程平面电机(2)的定子固定连接，每个磁悬浮支撑机构(1)的动子都与短行程平面电机(2)的动子固定连接。
2.根据权利要求1所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机，其特征在于，所述短行程平面电机为双边结构或者单边结构。
3.根据权利要求1所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机，其特征在于，它还包括固定支架(3)，所述固定支架用于固定所述短行程平面电机的定子。
4.根据权利要求1所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机，其特征在于磁悬浮支撑机构(1)有三个，所述三个磁悬浮支撑机构(1)相互之间呈120°。
5.根据权利要求1所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机，其特征在于，所述磁悬浮支撑机构(1)由定子和动子(13)构成，定子包括上轭板(101)、上轭板永磁体组(103)、上控制线圈组(102)、两个支撑边(14)、下轭板(111)、下轭板永磁体组(113)、下控制线圈组(112)，上轭板(101)和下轭板(111)相互平行布置，上轭板(101)和下轭板(111)与两个支撑边(14)组成矩形框，上轭板永磁体组(103)固定在上轭板(101)的下表面上，下轭板永磁体组(113)固定在下轭板(111)的上表面上，所述上轭板永磁体组(103)和下轭板永磁体组(113)分别包括两块永磁体，每块个永磁体的外侧缠绕有水平方向的线圈，缠绕在上轭板永磁体组(103)中的两个永磁体外侧的两个线圈组成上控制线圈组(102)，缠绕在下轭板永磁体组(113)中的两个永磁体外侧的两个线圈组成下控制线圈组(112)，动子(13)由两块永磁体和一块连结板组成，所述连结板位于两块永磁体之间，动子(13)位于上轭板永磁体组(103)和下轭板永磁体组(113)之间，并且所述上轭板永磁体组(103)、下轭板永磁体组(113)和动子中的两个永磁体位于同一平面内。
6.根据权利要求1所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机，其特征在于，所述磁悬浮支撑机构(1)包括上轭板(101)、上轭板永磁体组(103)、上控制线圈组(102)、两个支撑边(14)、下轭板(111)、下轭板永磁体组(113)、下控制线圈组(112)和动子(13)组成，上轭板(101)和下轭板(111)相互平行布置，上轭板(101)和下轭板(111)与两个支撑边(14)组成矩形框，每个支撑边(14)的两端分别与上轭板(101)和下轭板(111)固定连接，上轭板永磁体组(103)固定在上轭板(101)的下表面上，下轭板永磁体组(113)固定在下轭板(111)的上表面上，所述上轭板永磁体组(103)和下轭板永磁体组(113)分别包括两块永磁体，上控制线圈组(102)缠绕在上轭板(101)上，并位于上轭板永磁体组(103)中的两块永磁体之间，下控制线圈组(112)缠绕在下轭板(111)上，并位于下轭板永磁体组(113)中间，动子(13)由两块永磁体和一块连结板组成，所述连结板位于两块永磁体之间，动子(13)位于上轭板永磁体组(103)和下轭板永磁体组(113)之间，并且所述上轭板永磁体组(103)、下轭板永磁体组(113)和动子中的两个永磁体位于同一平面内。
7.根据权利要求5或6所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机，其特征在于，上轭板永磁体组(103)中的两块永磁体的充磁方向相反，下轭板永磁体组(113)中的两块永磁体的充磁方向相反，动子的两块永磁体的充磁方向相反，下轭板永磁体组(113)与动子(13)中垂直相邻的两块永磁体的充磁方向相反。
8.根据权利要求1所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机，其特征在于，所述短行程平面电机(2)包括电枢部件和永磁体励磁部件，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个线圈组成，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，所述包括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，平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块正方形充磁平板形永磁体的四周，
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τt与永磁体阵列的极距τp之间满足关系τt＝τp。
9.根据权利要求8所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机，其特征在于，所述短行程平面电机中的永磁体阵列还包括4块正方形永磁体，所述4块正方形永磁体组成一个正方形，并嵌入“#”字形永磁体阵列的中心位置，所述4块正方形永磁体为平行充磁，且充磁方向与其正方形端面的对角线平行，所述充磁方向是由与其相邻的S极永磁体指向N极永磁体。
10.根据权利要求1所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机，其特征在于，所述短行程平面电机(2)由4个电机单元构成，每个电机单元包括电枢部件和永磁体励磁部件，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，
每个电机单元的电枢绕组由1个线圈组成，所述线圈为正方形，每个电机单元中的电枢绕组单独控制，4个电枢绕组对角相邻组成“十”字形，
每个电机单元的永磁体轭板平行于电枢绕组的线圈所在平面，每个电机单元的永磁体阵列包括1块正方形永磁体和4块垂直充磁永磁体，所述1块正方形永磁体和4块垂直充磁永磁体组成“十”字形永磁体阵列，所述4块垂直充磁永磁体分别位于正方形永磁体的四周，并且分别与正方形永磁体的四条边相邻，所述正方形永磁体与线圈的中心位置相对应，与正方形永磁体相互平行的两条边相邻的两块垂直充磁永磁体的充磁方向相反，所述正方形永磁体平行充磁，充磁方向为与正方形端面的对角线平行的方向，并且所述充磁方向为由与其相邻的S极永磁体指向N极永磁体，
平行相邻的两个电机单元中的正方形永磁体的充磁方向相差90°，并且对角相邻的两个电机单元中的正方形永磁体的充磁方向相同，
电枢绕组的线圈中心距τt与永磁体阵列的极距τp之间满足关系τt＝τp。
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