CN103036390B - 混合磁通二维平面电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合磁通二维平面电机，包括动子平台及两个定子平台，所述动子平台被约束机构约束在XY平面，所述动子平台的上侧和下侧均设有动子，各所述动子设有多个动子齿，两个所述定子平台固定并分别位于所述动子平台的上侧和下侧，所述定子平台包括至少两个X轴定子及至少两个Y轴定子，所述X轴定子和Y轴定子上均绕有定子线圈，所述X轴定子和Y轴定子分别设有第一定子齿和第二定子齿，给各X轴定子或Y轴定子上的定子线圈通电时，所述动子平台沿X轴或沿Y轴直线运动。X轴与Y轴同时作用，使得动子平台进行平面运动。申请人创造性的在一个动子平台的两侧均设置定子平台，进而得到一种全新结构的二维平面电机。

Description

混合磁通二维平面电机

技术领域

本发明涉及二维平面电机，尤其是一种具有开关磁阻电机结构的二维平面电机。

背景技术

开关磁阻电机一般包括初级铁心(定子)、次级铁心(动子)及初级线圈(定子线圈)，初级铁心一般固定不动，初级线圈通电时，次级铁心能够相对初级铁心直线移动。开关磁阻电机的基本工作原理是：磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，由磁场扭曲而产生电磁拉力。电机按照磁阻最小原则运动：当初级线圈通入电流，就会在每个初级铁心中形成磁场，与次级铁心形成闭合磁路，按照磁阻最小原则，拖动次级铁心，直至初、次级铁心极对齐；若要次级铁心连续移动，电机至少有两相，两相及多于两相的电机具有自起动能力。

发明内容

本发明提供一种新的二维平面电机。

本发明提供一种混合磁通二维平面电机，包括动子平台及两个定子平台，所述动子平台被约束机构约束在XY平面，所述动子平台的上侧和下侧均设有动子，各所述动子设有多个动子齿，两个所述定子平台固定并分别位于所述动子平台的上侧和下侧，所述定子平台包括至少两个X轴定子及至少两个Y轴定子，所述X轴定子和Y轴定子上均绕有定子线圈，所述X轴定子和Y轴定子分别设有第一定子齿和第二定子齿，给各X轴定子上的定子线圈通电时，所述动子平台沿X轴直线运动；给各Y轴定子上的定子线圈通电时，所述动子平台沿Y轴直线运动。

两个定子平台分别和动子平台构成开关磁阻电机结构。一般的，两个定子平台上的定子线圈同步驱动动子平台。

进一步的，沿X轴运动时，所述动子平台具有多个位置，在任一位置，均至少有一个X轴定子的各第一定子齿与对应的动子齿非对齐，且至少有另一个X轴定子的各第一定子齿与对应的动子齿对齐；沿Y轴运动时，所述动子平台具有多个位置，在任一位置，均至少有一个Y轴定子的各第二定子齿与对应的动子齿非对齐，且至少有另一个Y轴定子的各第二定子齿与对应的动子齿对齐。

定子齿和对应的动子齿有两种相对位置：对齐和非对齐。

第一、第二定子齿均和对应的动子齿之间形成气隙。

进一步的，所述定子平台上的所述X轴定子和X轴定子均有三个。

进一步的，所述定子平台上的所述X轴定子和Y轴定子排成两列三排，每排均有一个X轴定子和一个Y轴定子；每列是X轴定子和Y轴定子相间分布。

进一步的，两个所述定子平台关于所述动子平台对称。

进一步的，所述X轴定子具有沿Y轴贯穿的第一线圈槽，各所述第一定子齿沿Y轴延伸并相互平行，相邻的两个所述第一定子齿之间形成第一定子齿槽，所述Y轴定子具有沿Y轴贯穿的第二线圈槽，所述第二定子齿有两列，每列有沿X轴延伸并相互平行的多个所述第二定子齿，各列的两个相邻第二定子齿之间形成第二定子齿槽。

进一步的，在X轴上，所述第一定子齿的齿宽等于所述动子齿的齿宽，所述第一定子齿的间距等于所述动子齿的间距；在Y轴上，所述第二定子齿的齿宽等于所述动子齿的齿宽，所述第二定子齿的间距等于所述动子齿的间距。

进一步的，所述动子平台在X轴上的位置由第一传感器检测，所述动子平台在Y轴上的位置由第二传感器检测。

进一步的，所述约束机构有两个，两个所述定子平台分别通过两个所述约束机构与所述动子平台连接，所述约束机构包括X轴滑块、X轴导轨、Y轴滑块及Y轴导轨，所述X轴导轨与所述动子平台固定，所述X轴滑块与所述X轴导轨滑动配合，所述X轴滑块与所述Y轴导轨固定，所述Y轴滑块与所述定子平台固定，所述Y轴滑块与所述Y轴导轨滑动配合。

约束机构也可以仅有一个，即仅一个定子平台通过约束机构与动子平台连接。约束机构也可以如其他结构，如约束机构包括两个上下间隔分布的框架结构，动子平台设在两个框架结构之间，定子线圈通电时，动子平台被框架结构约束而仅能沿X轴或Y轴直线运动。

进一步的，所述动子平台包括第一平台，两个所述动子分别固定在所述第一平台的上侧和下侧，各所述动子齿的根部连成一体，所述定子平台包括第二平台，所述第二平台设有多个避让孔，各所述X轴定子和Y轴定子均对应一个所述避让孔，且各所述第一定子齿和第二定子齿均伸入与其对应的所述避让孔。

本发明的有益效果是：1)申请人创造性的在一个动子平台的两侧均设置定子平台，进而得到一种全新结构的二维平面电机。2)通过设置平面开关磁阻电机定子排列方式和通电顺序，可以实现电能与平面运动形式机械能之间的相互转化。

附图说明

图1是本实施方式的立体结构示意图；

图2是本实施方式的分解立体示意图；

图3是本实施方式的分解左视示意图；

图4是本实施方式的上半对称部分的分解立体图；

图5是本实施方式的上半对称部分的分解主视图；

图6是本实施方式的上本对称部分的分解左视图；

图7是本实施方式的定子平台的立体图；

图8是本实施方式的定子平台的俯视图；

图9是本实施方式的X轴定子的立体图和主视图；

图10是本实施方式的Y轴定子的主视图、立体图及左视图；

图11是本实施方式的动定子整体立体示意图；

图12是本实施方式的动定子整体俯视示意图；

图13是本实施方式的X轴定子、动子的整体主视示意图；

图14是本实施方式的X轴定子、动子的整体左视示意图；

图15是本实施方式的Y轴定子、动子的整体左视示意图；

图16是本实施方式的Y轴定子、动子的整体主视示意图；

图17是显示本实施方式的动子平台在X轴方向受力对齐时的磁感线分布主视图；

图18是显示本实施方式的动子平台在Y轴方向受力对齐时的磁感线分布主视图；

图19是显示本实施方式的动子平台在Y轴方向受力对齐时的磁感线分布左视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1至图19所示，本实施方式混合磁通二维平面电机能够输出力的方向所在的面与XY面平行的机械能，使得动子平台能够直接在XY平面（或平行平面）上进行任意轨迹的运动。该二维平面电机包括一个动子平台1及两个定子平台2。动子平台1被约束机构6约束在XY平面，并能够在XY平面内运动，该XY平面包括通过X轴和Y轴的平面及与该平面平行的平面。动子平台1具有分别位于其上侧和下侧的两个动子11，各动子11均具有向定子平台2凸出并矩阵分布的多个动子齿111。各定子平台2均被定子支撑架7固定并分别位于动子平台1的上侧和下侧，各定子平台2均具有至少两个用于驱动动子平台1沿X轴运动的X轴定子21a、21b、21c和至少两个用于驱动动子平台1沿Y轴运动的Y轴定子22a、22b、22c，该沿X、Y轴运动包括在X、Y轴上直线运动及平行于X、Y轴直线运动。各X轴定子和各Y轴定子上均绕有定子线圈23，X、Y轴定子分别具有向动子平台凸出的第一、二定子齿211、221，第一、二定子齿和动子齿具有气隙24，该气隙是指定子齿和动子齿在Z轴上的间隙，该Z轴与X轴、Y轴均相交垂直。

在沿X轴直线运动的过程中，动子11具有多个位置(即动子平台具有多个位置)，在各位置，均至少有一个X轴定子和动子非对齐(即该X轴定子的各定子齿均与对应的动子齿错开)；且至少有另一个X轴定子和动子对齐(即该X轴定子的各定子齿均与对应的动子齿对齐)。在沿Y轴直线运动的过程中，动子具有多个位置(即动子平台具有多个位置)，在各位置，均至少有一个Y轴定子和动子非对齐(即该Y轴定子的各定子齿均与对应的动子齿错开)；且至少有另一个Y轴定子和动子对齐(即该Y轴定子的各定子齿均与对应的动子齿对齐)。

给各X轴定子上的定子线圈23通电，会产生沿定子、气隙24、动子11且在XZ平面(包括通过X轴和Z轴的平面及与该平面平行的平面)闭合的磁感线3。动子平台受到与X轴平行的电磁拉力而做沿X轴的直线运动(包括沿X轴正方向和沿X轴负方向)，此时动子平台1受力方向所在的面与XZ平面平行。电机能够输出沿X轴的直线运动。

给各Y轴定子上的定子线圈通电，会产生沿定子、气隙24、动子11且在与YZ平面垂直的面闭合的磁感线3。动子平台1受到与Y轴平行的电磁拉力而做沿Y轴的直线运动(包括沿Y轴正方向和沿Y轴负方向)，此时动子平台1所受力方向所在的面与YZ平面平行，电机能够输出沿Y轴的直线运动。

依次给各X轴定子上的定子线圈通电时，动子沿X轴移动一个X轴极距A(即动子平台移动一个X轴极距)。依次给各Y轴定子上的定子线圈通电时，动子沿Y轴移动一个Y轴极距B(即动子平台移动一个Y轴极距)。该X轴极距指：在X轴上，动子齿的齿宽和相邻动子齿的间距之和。该Y轴极距指：在Y轴上，动子齿的齿宽和相邻动子齿的间距之和。

对于动子平台，其可以包括第一平台12，两个动子11分别固定在该第一平台12的上侧和下侧。第一平台的上侧和下侧均固定有X轴导轨。动子的各动子齿111可以通过根部连成一体，动子的各动子齿111也可以相互独立设置。

对于定子平台，其可以包括第二平台25，各X轴定子21和Y轴定子22均固定于该第二平台25。第二平台25可以设有多个沿Z轴贯穿的避让孔251，每个X轴定子21和Y轴定子22均对应一个避让孔251，且各X轴定子和Y轴定子的定子齿伸入与其对应的避让孔。

两个定子平台分别通过两个约束机构6与动子平台连接。约束机构包括Y轴滑块61、Y轴导轨62、X轴滑块63和X轴导轨64，该Y轴滑块61与第二平台25固定，该Y轴导轨62和该Y轴滑块61滑动配合，该X轴导轨64与第一平台12固定，该X轴滑块63与X轴导轨64滑动配合，该X轴滑块63与Y轴导轨62固定。给各X轴定子上的定子线圈23通电时，定子平台、Y轴导轨及X轴滑块不动，固定有X轴导轨的动子平台1沿X轴直线运动；给各Y轴定子上的定子线圈23通电时，定子平台不动，Y轴导轨及固定有X轴导轨的动子平台沿Y轴同步直线运动。对于X轴导轨和Y轴导轨，其可以仅有一个或有相互平行的两个以上；对应的，对于X轴滑块和Y轴滑块，其可以仅有一组或有两组以上，各组滑块可以有一个或多个(多个指至少两个)。有多个Y轴导轨时，各Y轴导轨可以通过导轨支撑框65连接一体。

X轴定子可以具有沿Y轴贯穿的第一线圈槽212及多个沿Y轴延伸的第一定子齿211，各个第一定子齿211平行并间隔分布，相邻第一定子齿211之间形成第一定子齿槽213。Y轴定子具有沿Y轴贯穿的第二线圈槽222及两列第二定子齿221，每列有多个沿X轴延伸的第二定子齿221，每列的各第二定子齿221平行并间隔分布，每列的两相邻第二定子齿221之间形成第二定子齿槽223。对于X轴定子，其第一定子齿也可以仅有一个。对于Y轴定子，其第二定子齿可以有一列或三列以上(三列以上包括三列)，每列的定子齿可以仅有一个。该X轴定子和Y轴定子是用于驱动动子，其结构可以根据要求具体设计。

对于各定子平台的X轴定子和Y轴定子的分布，以三个X轴定子21a、21b、21c和三个Y轴定子22a、22b、22c为例进行说明。以X轴为行，以Y轴为列，该三个X轴定子和三个Y轴定子可以排成三行两列，各行有一个X轴定子和一个Y轴定子，各列是X轴定子和Y轴定子相间分布。当然，也可以是三个X轴定子排成一排，而三个Y轴定子排成一排；或者是X轴定子和Y轴定子均呈三角形分布；或者是其它能够驱动动子直线运动的分布方式

对于混合磁通二维平面电机，为了检测动子平台的位置，可以设置分别用于检测动子平台在X轴位置的第一传感器4和用于检测动子平台在Y轴位置的第二传感器5。该第一传感器4可以与Y轴导轨固定(如第一传感器固定在导轨支撑框65上，而导轨支撑框65与Y轴导轨固定)，该第二传感器可以与定子平台固定，该第一、二传感器如光栅尺。

对于混合磁通二维平面电机，两个定子平台均可以通过约束机构连接动子平台，也可以是仅其中一个定子平台通过约束机构连接动子平台。定子平台的X轴、Y轴定子可以有三个，也可以有两个或超过三个。X、Y轴定子的第一、二定子齿的总数量可以小于动子齿的总数量。

对于混合磁通二维平面电机，动子齿可以等间距均匀分布。各定子的定子齿也可以是等间距均匀分布。动子齿的间距和定子齿的间距可以相等。在X轴上，动子齿的齿宽和定子齿的齿宽可以相等；在Y轴上，动子齿的齿宽和定子齿的齿宽可以相等。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (9)

1.一种混合磁通二维平面电机，其特征在于，包括动子平台及两个定子平台，所述动子平台被约束机构约束在XY平面，所述动子平台的上侧和下侧均设有动子，各所述动子设有多个动子齿，两个所述定子平台固定并分别位于所述动子平台的上侧和下侧，所述定子平台包括至少两个X轴定子及至少两个Y轴定子，所述X轴定子和Y轴定子上均绕有定子线圈，所述X轴定子和Y轴定子分别设有第一定子齿和第二定子齿，给各X轴定子上的定子线圈通电时，产生在XZ平面闭合的磁感线，所述动子平台沿X轴直线运动；给各Y轴定子上的定子线圈通电时，产生在与YZ平面垂直的面闭合的磁感线，所述动子平台沿Y轴直线运动；各所述X轴定子和Y轴定子上的定子线圈平行。

2.如权利要求1所述的混合磁通二维平面电机，其特征在于，沿X轴运动时，所述动子平台具有多个位置，在任一位置，均至少有一个X轴定子的各第一定子齿与对应的动子齿非对齐，且至少有另一个X轴定子的各第一定子齿与对应的动子齿对齐；沿Y轴运动时，所述动子平台具有多个位置，在任一位置，均至少有一个Y轴定子的各第二定子齿与对应的动子齿非对齐，且至少有另一个Y轴定子的各第二定子齿与对应的动子齿对齐。

3.如权利要求2所述的混合磁通二维平面电机，其特征在于，所述定子平台上的所述X轴定子和X轴定子均有三个。

4.如权利要求3所述的混合磁通二维平面电机，其特征在于，所述定子平台上的所述X轴定子和Y轴定子排成两列三排，每排均有一个X轴定子和一个Y轴定子；每列是X轴定子和Y轴定子相间分布。

5.如权利要求1所述的混合磁通二维平面电机，其特征在于，两个所述定子平台关于所述动子平台对称。

6.如权利要求1所述的混合磁通二维平面电机，其特征在于，所述X轴定子具有沿Y轴贯穿的第一线圈槽，各所述第一定子齿沿Y轴延伸并相互平行，相邻的两个所述第一定子齿之间形成第一定子齿槽，所述Y轴定子具有沿Y轴贯穿的第二线圈槽，所述第二定子齿有两列，每列有沿X轴延伸并相互平行的多个所述第二定子齿，各列的两个相邻第二定子齿之间形成第二定子齿槽。

7.如权利要求1所述的混合磁通二维平面电机，其特征在于，所述动子平台在X轴上的位置由第一传感器检测，所述动子平台在Y轴上的位置由第二传感器检测。

8.如权利要求1-7中任意一项所述的混合磁通二维平面电机，其特征在于，所述约束机构有两个，两个所述定子平台分别通过两个所述约束机构与所述动子平台连接，所述约束机构包括X轴滑块、X轴导轨、Y轴滑块及Y轴导轨，所述X轴导轨与所述动子平台固定，所述X轴滑块与所述X轴导轨滑动配合，所述X轴滑块与所述Y轴导轨固定，所述Y轴滑块与所述定子平台固定，所述Y轴滑块与所述Y轴导轨滑动配合。

9.如权利要求8所述的混合磁通二维平面电机，其特征在于，所述动子平台包括第一平台，两个所述动子分别固定在所述第一平台的上侧和下侧，各所述动子齿的根部连成一体，所述定子平台包括第二平台，所述第二平台设有多个避让孔，各所述X轴定子和Y轴定子均对应一个所述避让孔，且各所述第一定子齿和第二定子齿均伸入与其对应的所述避让孔。