CN111404350A - 适用于平面电机的非等高二维削角Halbach永磁阵列 - Google Patents

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Abstract

适用于平面电机的非等高二维削角Halbach永磁阵列，属于电机技术领域。本发明是为了解决现有平面电机中的永磁阵列结构复杂，气隙磁密正弦性差，造成电机推力稳定性差的问题。包括主永磁体和辅助永磁体，主永磁体和辅助永磁体相互连接排布成近似正方形的永磁阵列；主永磁体沿正方形的对角线方向等间隔排列，形成沿一个对角线方向的多行及沿另一个对角线方向的多列；主永磁体沿水平方向的截面为正方形；主永磁体的充磁方向垂直于所述正方形，并且相邻主永磁体的充磁方向相反；相邻主永磁体之间设置辅助永磁体，并使每个主永磁体的四个侧面均连接一个辅助永磁体；辅助永磁体沿水平方向平行充磁。本发明使用于平面电机中，有助于电机获得更优异的性能。

Description

适用于平面电机的非等高二维削角Halbach永磁阵列
技术领域
本发明涉及适用于平面电机的非等高二维削角Halbach永磁阵列，属于电机技术领域。
背景技术
现代精密、超精密加工装备对高响应、高速度、高精度的二维平面驱动装置有着迫切的需求，如精密机械加工、半导体电子芯片生产、机械装卸、制造自动化仪表甚至机器人驱动等方面。传统的二维平面驱动装置通常是由两组旋转电机驱动的直线运动转换机构叠加而成的。由于直线运动转换装置(一般为丝杆—螺母机构)结构复杂，传动精度和速度都受到一定的制约，并且存在摩擦、侧隙、变形等一系列问题，使得传统二维平面驱动装置很难满足现代加工装备的需求。近10年来，随着直线电机技术和产品的迅速发展，直线电机开始在二维平面定位装置中获得应用。由于不存在传统定位装置中存在的摩擦、侧隙、变形等影响运动精度的不利因素，直线电机驱动的平面定位装置的精度有了很大的提高。但是，这种定位装置仍然未摆脱“低维运动机构叠加成高维运动机构”的模式，对于底层直线电机而言，顶层驱动电机及其相关机械连接件的总质量，仍然是一个很大的“负担”。
平面电机是一种可以直接将电磁能转换为二维平面运动的电磁装置，该装置具有精度高、损耗低、运动范围大等优点。由于不需要转换装置将旋转运动转换到直线运动再到平面运动，由平面电机驱动的二维运动机构可将控制对象同电机做成一体化结构，具有结构简单、损耗低、精度高、反应快等一系列优点。所以，由平面电机驱动的二维平面运动机构在精密机械加工、半导体电子芯片生产等现代精密、超精密加工装备中具有广阔的应用前景，特别是永磁同步型平面电机。
永磁同步平面电机的电磁推力是永磁阵列产生的磁场与线圈阵列中的电流相互作用的结果。永磁阵列所产生的磁场直接决定了永磁同步平面电机的性能。此外，永磁同步平面电机中永磁体的用量通常较大，永磁阵列的结构简单与否，是否便于装配，在一定程度上也直接影响电机的经济指标。
现有永磁同步平面电机中的永磁阵列存在结构复杂，产生的气隙磁密正弦性差的缺陷，这会造成电机产生较大的推力波动。
发明内容
本发明是为了解决现有平面电机中的永磁阵列结构复杂，气隙磁密正弦性差，造成电机推力稳定性差的问题，提供了一种适用于平面电机的非等高二维削角Halbach永磁阵列。
本发明所述适用于平面电机的非等高二维削角Halbach永磁阵列，包括主永磁体和辅助永磁体，
所述主永磁体和辅助永磁体相互连接排布成近似正方形的永磁阵列；其中主永磁体沿正方形的对角线方向等间隔排列，形成沿一个对角线方向的多行及沿另一个对角线方向的多列；主永磁体沿水平方向的截面为正方形；主永磁体的充磁方向垂直于所述正方形，并且相邻主永磁体的充磁方向相反；
相邻主永磁体之间设置辅助永磁体，并使每个主永磁体的四个侧面均连接一个辅助永磁体；所述辅助永磁体沿水平方向平行充磁；
对于相邻主永磁体，其中一个主永磁体连接的四个辅助永磁体的充磁方向均指向所述一个主永磁体本身，则另一个主永磁体连接的四个辅助永磁体的充磁方向分别指向与另一个主永磁体相邻的四个主永磁体；
所述主永磁体和辅助永磁体的厚度不同。
根据本发明所述的适用于平面电机的非等高二维削角Halbach永磁阵列，
所述主永磁体上表面的四个边均设置倒角。
根据本发明所述的适用于平面电机的非等高二维削角Halbach永磁阵列，
所述辅助永磁体与主永磁体倒角下边线的高度相同。
根据本发明所述的适用于平面电机的非等高二维削角Halbach永磁阵列，
所述永磁阵列用于粘贴固定在平面电机平板型的次级轭板上。
本发明的优点：电机永磁阵列的结构简单与否，是否便于装配，在一定程度上直接影响到电机的经济指标。本发明提出的非等高二维削角Halbach永磁阵列具有结构简单、易于加工、便于粘接、产生的气隙磁密正弦性好、基波占有率高及高次谐波含量低的优势，将其应用于平面电机时可显著提高电机的出力，降低电机的推力波动，有助于电机获得更优异的性能。
附图说明
图1是本发明所述适用于平面电机的非等高二维削角Halbach永磁阵列的结构示意图；
图2是图1中一个基本N-S单元的示意图；
图3是将图2旋转为正方向时基本N-S单元的示意图；
图4是图3的a-a向视图；
图5是图3的b-b向视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
具体实施方式一：下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述适用于平面电机的非等高二维削角Halbach永磁阵列，包括主永磁体100和辅助永磁体200，
所述主永磁体100和辅助永磁体200相互连接排布成近似正方形的永磁阵列；其中主永磁体100沿正方形的对角线方向等间隔排列，形成沿一个对角线方向的多行及沿另一个对角线方向的多列；主永磁体100沿水平方向的截面为正方形；主永磁体100的充磁方向垂直于所述正方形，并且相邻主永磁体100的充磁方向相反；
相邻主永磁体100之间设置辅助永磁体200，并使每个主永磁体100的四个侧面均连接一个辅助永磁体200；所述辅助永磁体200沿水平方向平行充磁；
对于相邻主永磁体100，其中一个主永磁体100连接的四个辅助永磁体200的充磁方向均指向所述一个主永磁体100本身，则另一个主永磁体100连接的四个辅助永磁体200的充磁方向分别指向与另一个主永磁体100相邻的四个主永磁体100；
所述主永磁体100和辅助永磁体200的厚度不同。
本实施方式中，Halbach永磁阵列包括若干个N-S磁极单元，每个N-S磁极单元包括两个主永磁体100和若干个端部补偿磁极，所述端部补偿磁极可以为所述的辅助永磁体200。结合图1，以图1中所示直角坐标系为例，主永磁体100的正方形截面垂直于z轴，其沿z轴方向平行充磁；所述辅助永磁体200为长方形，其截面也垂直于z轴，每块辅助永磁体200的充磁方向垂直于其与主永磁体100的连接面。
如图2及图3所示的一个N-S磁极单元，包括两块主永磁体100和七块辅助永磁体200；图1中，相同极性的主永磁体100或辅助永磁体200的顶点分别位于x轴方向及y轴方向的直线上；每个N极性的主永磁体100被4个S极性的主永磁体100包围，同理每个S极性的主永磁体100被4个N极性的主永磁体100包围。
进一步，结合图1至图5所示，所述主永磁体100上表面的四个边均设置倒角。
再进一步，结合图4及图5所示，所述辅助永磁体200与主永磁体100倒角下边线的高度相同。
由图4及图5所示可知，Halbach永磁阵列中主永磁体100的高度大于辅助永磁体200的高度，这样有利于获得更高的气隙磁密幅值，更高的基波占有率；将主永磁体100四个边均作削角处理有利于获得更好的正弦度，最终整个永磁阵列获得幅值高、基波占有率高、正弦性好的气隙磁密。气隙磁密幅值越高越有利于获得更高的电机出力，基波占有率高，正弦性好则有利于降低推力波动。
再进一步，结合图1所示，所述永磁阵列用于粘贴固定在平面电机平板型的次级轭板300上。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (4)

1.一种适用于平面电机的非等高二维削角Halbach永磁阵列，其特征在于，包括主永磁体(100)和辅助永磁体(200)，
所述主永磁体(100)和辅助永磁体(200)相互连接排布成近似正方形的永磁阵列；其中主永磁体(100)沿正方形的对角线方向等间隔排列，形成沿一个对角线方向的多行及沿另一个对角线方向的多列；主永磁体(100)沿水平方向的截面为正方形；主永磁体(100)的充磁方向垂直于所述正方形，并且相邻主永磁体(100)的充磁方向相反；
相邻主永磁体(100)之间设置辅助永磁体(200)，并使每个主永磁体(100)的四个侧面均连接一个辅助永磁体(200)；所述辅助永磁体(200)沿水平方向平行充磁；
对于相邻主永磁体(100)，其中一个主永磁体(100)连接的四个辅助永磁体(200)的充磁方向均指向所述一个主永磁体(100)本身，则另一个主永磁体(100)连接的四个辅助永磁体(200)的充磁方向分别指向与另一个主永磁体(100)相邻的四个主永磁体(100)；
所述主永磁体(100)和辅助永磁体(200)的厚度不同。
2.根据权利要求1所述的适用于平面电机的非等高二维削角Halbach永磁阵列，其特征在于，
所述主永磁体(100)上表面的四个边均设置倒角。
3.根据权利要求2所述的适用于平面电机的非等高二维削角Halbach永磁阵列，其特征在于，
所述辅助永磁体(200)与主永磁体(100)倒角下边线的高度相同。
4.根据权利要求2所述的适用于平面电机的非等高二维削角Halbach永磁阵列，其特征在于，
所述永磁阵列用于粘贴固定在平面电机平板型的次级轭板(300)上。
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