CN101800460B - 集成绕组结构短行程直流平面电机 - Google Patents
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Abstract
集成绕组结构短行程直流平面电机，属于电机领域，它解决了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。所述平面电机由一个或多个电机单元组成，每个电机单元中由四个正方形线圈组成电枢绕组，永磁体励磁部件中的永磁体阵列包括平行充磁的正方形永磁体和垂直充磁永磁体，四个线圈呈“田”字形排列，永磁体阵列为由四个正方形永磁体和十二个垂直充磁永磁体组成的“#”字形阵列，正方形永磁体和垂直充磁永磁体间隔排列，位于四个交叉点的为正方形永磁体，并且所述四个正方形永磁体与四个线圈的中心位置相对应。本发明适用于二维平面驱动装置，尤其是精密二维平面驱动装置。
Description
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τt与永磁体阵列的极距τp之间满足关系τt＝τp。
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；
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。
结构三：基于结构一的多个电机单元的单边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，它由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，
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。
结构四：单边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，它由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个电机单元的4个线圈对角相邻组成“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。
本发明所述的集成绕组结构短行程直流平面电机既可为单边永磁体结构，也可为双边永磁体结构。当电机为双边永磁体结构时，双边的次级连接在一起，双边次级将无铁心电枢绕组夹在中间。双边次级对应位置的Z轴方向平行充磁永磁体的充磁方向相同；斜向充磁永磁体的充磁方向相反。所述双边结构的平面电机既可为动次级结构，也可为动初级结构。
本发明的直流平面电机的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方向与大小，即可控制作用在动子上电磁力的方向与大小，实现电机动子的X、Y二维平面运动以及绕Z轴的偏转运动。本发明平面电机绕组的利用率高，功率密度、效率高，结构简单、控制容易。同时，能够使定子与动子之间的相互作用力均匀分布，减小定子、动子因相互作用力引起的形变，从而可以提高电机的定位精度。
由于是各个方向的推力是由所有电枢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。
本发明所述的平面电机定位精度高，适用于二维平面驱动装置，尤其适用于特别是精密二维平面驱动装置。
附图说明
图1是具体实施方式一所述的单边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机的电枢绕组和永磁体阵列的结构示意图，图2是图1中的永磁体阵列的结构示意图，图3是具体实施方式二、三所述的永磁体阵列的结构示意图，图4是具体实施方式七所述的，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5是图4中的永磁体阵列的结构示意图，图6是具体实施方式八所述的永磁体阵列的结构示意图，图7是具体实施方式十四所述的双边结构的电机结构示意图，图8是图7中的电枢部件的结构示意图，图9是具体实施方式十二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是具体实施方式十三所述的永磁体阵列的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1说明本实施方式。本实施方式所述的集成绕组结构短行程直流平面电机是整体式的直流平面电机，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。
具体实施方式二：参见图3说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一所述的集成绕组结构短行程直流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。
具体实施方式三：参见图3说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一或二所述的集成绕组结构短行程直流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。
具体实施方式四：本实施方式所述的集成绕组结构短行程直流平面电机是双边结构整体式直流平面电机，电机中的电枢绕组和永磁体励磁部件的结构与具体实施方式一相同，具体结构为：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；
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7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。
具体实施方式五、本实施方式与具体实施方式四所述的集成绕组结构短行程直流平面电机的区别在于，所述永磁体励磁部件的结构采用具体实施方式二所述的结构，具体结构为：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。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五所述的集成绕组结构短行程直流平面电机的区别在于，所述永磁体励磁部件的结构采用具体实施方式三所述的结构，具体结构为：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。
具体实施方式七：本实施方式所述的集成绕组结构短行程直流平面电机是整体式直流平面电机，它由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，
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4，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5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。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七所述的集成绕组结构短行程直流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6是当n＝2，本实施方式所述的永磁体阵列的结构示意图。
具体实施方式九、本实施方式所述的集成绕组结构短行程直流平面电机是双边结构整体式直流平面电机，它的电枢部件和励磁部件的结构与具体实施方式七所描述的相同，具体结构为：它由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，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、本实施方式与具体实施方式九所述的集成绕组结构短行程直流平面电机的区别在于，所述永磁体励磁部件的结构采用具体实施方式八所述的结构，具体结构为：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。
具体实施方式十一、本实施方式与具体实施方式九或十所述的集成绕组结构短行程直流平面电机的区别在于，所述永磁体励磁部件的结构采用具体实施方式九所述的结构，具体结构为：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。
具体实施方式十二、参见图9说明本实施方式。本实施方式所述的集成绕组结构短行程直流平面电机是分体式直流平面电机，它由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是由5块永磁体组成的“十”字形永磁体阵列，所述5块永磁体分别是1块正方形永磁体和4块垂直充磁永磁体，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。
具体实施方式十三、参见图10说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式十二所述的集成绕组结构短行程直流平面电机的区别在于，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。
具体实施方式十四、参见图7、8说明本实施方式。本实施方式所述的集成绕组结构短行程直流平面电机是双边形分体式直流平面电机，所述电机的电枢部件与励磁部件与具体实施方式十二相同，具体结构为：它由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。
具体实施方式十五、本实施方式与具体实施方式十四所述的集成绕组结构短行程直流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.单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，
其特征在于，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τt与永磁体阵列的极距τp之间满足关系τt＝τp。
2.根据权利要求1所述的单边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，其特征在于，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。
3.根据权利要求1或2所述的单边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，其特征在于，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。
4.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；
其特征在于，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。
5.根据权利要求4所述的双边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，其特征在于，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。
6.根据权利要求4或5所述的双边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，其特征在于，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。
7.单边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，它由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，
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。
8.根据权利要求7所述的单边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，其特征在于，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。
9.单边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，它由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，
其特征在于，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。
10.根据权利要求9所述的单边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，其特征在于，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。
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