CN111404440A - 动磁铁式磁悬浮平面电机及其换向方法、换向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种动磁铁式磁悬浮平面电机及其换向方法、换向装置。所述换向方法包括：定位所述动子相对于所述定子线圈组的位置，得到动子位置信息；根据所述动子位置信息，确定选定的线圈；其中，所述选定的线圈包括与所述动子正对的线圈，以及与所述动子的端部的距离在预设距离内的线圈；根据所述选定的线圈生成控制信号，控制所述驱动器向所述选定的线圈通电。与现有技术相比，本发明实施例在减少电机电能损耗的基础上，实现了电机的高精度运行。

Description

动磁铁式磁悬浮平面电机及其换向方法、换向装置
技术领域
本发明实施例涉及电极控制技术领域，尤其涉及一种动磁铁式磁悬浮平面电机及其换向方法、换向装置。
背景技术
动磁铁式磁悬浮平面电机是一种新型的二维平面直驱装置，具有结构简单、成本低、热耗低、可靠性高、动子无热量产生且无缆线缠绕等优点，在超精密制造领域极具应用前景。
目前电机热量和能耗问题是电机研究领域关注的重点。动磁铁式磁悬浮平面电机定子为PCB线圈阵列，在电机运行过程中全部PCB线圈阵列保持通电状态，以产生支撑电机悬浮的持续电机电磁力。采用定子PCB线圈阵列全通电方式实现简单且便于控制，但将导致PCB板发热严重并且造成较大的电能损耗，不符合当前新型电机的节能理念；然而电机小范围通电时会产生端部效应，严重影响电机的高精度运行。因此，现有技术无法做到兼顾节能和电机的高精度运行。
发明内容
本发明实施例提供一种动磁铁式磁悬浮平面电机及其换向方法、换向装置，以在减少电机电能损耗的基础上，实现电机的高精度运行。
第一方面，本发明实施例提供了一种动磁铁式磁悬浮平面电机的换向方法，所述动磁铁式磁悬浮平面电机包括多组定子线圈组、动子和驱动器；其中，每组所述定子线圈组包括至少两相线圈；所述驱动器与所述线圈电连接；
所述换向方法包括：
定位所述动子相对于所述定子线圈组的位置，得到动子位置信息；
根据所述动子位置信息，确定选定的线圈；其中，所述选定的线圈包括与所述动子正对的线圈，以及与所述动子的端部的距离在预设距离内的线圈；
根据所述选定的线圈生成控制信号，控制所述驱动器向所述选定的线圈通电。
可选地，所述预设距离大于或等于所述动磁铁式磁悬浮平面电机的极距的一半。
可选地，所述动子包括拼接的多个磁体阵列；
定位所述动子相对于所述定子线圈组的位置，得到动子位置信息，包括：
定位多个所述磁体阵列相对于所述定子线圈组的位置，得到多个磁体阵列位置信息。
可选地，与所述动子的端部的距离在预设距离内的线圈，包括：
与所述磁体阵列的第一端部的距离在预设距离内的线圈；以及，与所述磁体阵列的第二端部的距离在预设距离内的线圈。
可选地，所述定子线圈组包括：A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈；所述A相线圈、所述B相线圈、所述C相线圈和所述D相线圈的排布方式为，所述A相线圈的正极、所述B相线圈的正极、所述C相线圈的正极、所述D相线圈的正极、所述A相线圈的负极、所述B相线圈的负极、所述C相线圈的负极和所述D相线圈的负极依次排列；
若所述A相线圈的正极或所述A相线圈的负极与所述磁体阵列正对；或者，所述A相线圈的正极或所述A相线圈的负极与所述磁体阵列的端部的距离在所述预设距离内，则所述A相线圈为选定的线圈；
若所述B相线圈的正极或所述B相线圈的负极与所述磁体阵列正对；或者，所述B相线圈的正极或所述B相线圈的负极与所述磁体阵列的端部的距离在所述预设距离内，则所述B相线圈为选定的线圈；
若所述C相线圈的正极或所述C相线圈的负极与所述磁体阵列正对；或者，所述C相线圈的正极或所述C相线圈的负极与所述磁体阵列的端部的距离在所述预设距离内，则所述C相线圈为选定的线圈；
若所述D相线圈的正极或所述D相线圈的负极与所述磁体阵列正对；或者，所述D相线圈的正极或所述D相线圈的负极与所述磁体阵列的端部的距离在所述预设距离内，则所述D相线圈为选定的线圈。
第二方面，本发明实施例还提供了一种动磁铁式磁悬浮平面电机的换向装置，所述动磁铁式磁悬浮平面电机包括多组定子线圈组、动子和驱动器；其中，每组所述定子线圈组包括至少两相线圈；所述驱动器与所述线圈电连接；
所述换向装置包括：
位置信息获取模块，用于定位所述动子相对于所述定子线圈组的位置，得到动子位置信息；
线圈确定模块，用于根据所述动子位置信息，确定选定的线圈；其中，所述选定的线圈包括与所述动子正对的线圈，以及与所述动子的端部的距离在预设距离内的线圈；
控制信号生成模块，用于根据所述选定的线圈生成控制信号，控制所述驱动器向所述选定的线圈通电。
第三方面，本发明实施例还提供了一种动磁铁式磁悬浮平面电机，该动磁铁式磁悬浮平面电机包括：动子、多组定子线圈组、驱动器和如本发明任意实施例所述的换向装置；
其中，每组所述定子线圈组包括至少两相线圈；
所述驱动器与所述线圈电连接，用于向所述线圈通电，以驱动所述动子运动。
可选地，所述驱动器的数量与所述线圈的相数相等。
可选地，每相所述线圈包括正极和负极；
所述定子线圈组中的所述线圈的排布方式为，各所述线圈的正极相邻排布，各所述线圈的负极相邻排列；各所述线圈的正极和负极之间的距离相等。
可选地，所述动子包括拼接的多个磁体阵列。
可选地，所述磁体阵列包括海尔贝克阵列。
可选地，所述海尔贝克阵列包括依次循环排列多个分段磁体；沿所述分段磁体的排列方向，所述分段磁体的磁化方向依次沿顺时针方向旋转90°。
可选地，所述磁体阵列的数量为四个；每个所述定子线圈组的线圈的相数为四相。
本发明实施例提供了一种动磁铁式磁悬浮平面电机换向方法，该换向方法通过动子相对于定子线圈组的位置来确定选定的线圈，并向选定的线圈通电，该选定的线圈包括与动子正对的线圈，以及与动子的端部的距离在预设距离内的线圈。本发明实施例这样设置，一方面，无需对全部定子线圈组供电，从而减少了电机发热和电能损耗、提高了能效和电机效率；另一方面，有利于解决动子磁场端部效应的问题，从而有利于实现电机平稳换向，降低电机力脉动，提高电机运动精度。综上所述，本发明实施例在减少电机电能损耗的基础上，实现了电机的高精度运行。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的动磁铁式磁悬浮平面电机的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的动子的结构示意图；
图3为本发明实施例一提供的动磁铁式磁悬浮平面电机在yz平面的截面示意图；
图4为本发明实施例二提供的动磁铁式磁悬浮平面电机的换向方法的流程图；
图5～图9为本发明实施例二提供的动子在不同位置时线圈通电的示意图；
图10为本发明实施例三提供的动磁铁式磁悬浮平面电机的换向装置的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
为了清楚说明本发明实施例提供的动磁铁式磁悬浮平面电机的换向方法，首先说明本发明实施例所提供的动磁铁式磁悬浮平面电机的结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的动磁铁式磁悬浮平面电机的结构示意图，图2为本发明实施例一提供的动子的结构示意图，图3为本发明实施例一提供的动磁铁式磁悬浮平面电机在yz平面的截面示意图。参见图1～图3，该动磁铁式磁悬浮平面电机包括动子110、多组定子线圈组210和驱动器(图中未示出)。
其中，每组定子线圈组210包括至少两相线圈，图3中示例性地示出了每组定子线圈组210包括四相线圈，分别为A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈。可选地，定子线圈组210设置在PCB板220上。驱动器与线圈电连接，用于向线圈通电，以驱动动子110运动。
继续参见图1，可选地，动磁铁式磁悬浮平面电机还包括动子外壳120，动子110放置于动子外壳120内。在三维坐标系xyz中，动子110及动子外壳120可以在xy平面内水平移动，在z方向上移动和偏转以调整动子110及动子外壳120的位姿。
继续参见图2，可选地，动子110包括拼接的多个磁体阵列111。图2中示例性地示出了动子110包括拼接的四个磁体阵列111，分别为位于右下方的1号磁体阵列111、位于左下方的2号磁体阵列111、位于左上方的3号磁体阵列111和位于右上方的4号磁体阵列111，这四个磁体阵列111可以具有相同的结构。
继续参见图2和图3，可选地，磁体阵列111包括海尔贝克(Halbach)阵列。
继续参见图3，可选地，海尔贝克阵列包括依次循环排列多个分段磁体1111；沿分段磁体1111的排列方向(图3中为沿y轴的正方向)，分段磁体1111的磁化方向依次沿顺时针方向旋转90°。图3中示例性地，箭头方向表示磁铁由S级指向N级的磁化方向。即第一分段磁体1111的磁化方向指向z轴正方向，第二分段磁体1111的磁化方向指向y轴正方向，第三分段磁体1111的磁化方向指向z轴负方向，第四分段磁体1111的磁化方向指向y轴负方向，第五分段磁体1111的磁化方向指向z轴正方向，第六分段磁体1111的磁化方向指向y轴正方向，第七分段磁体1111的磁化方向指向z轴负方向，第八分段磁体1111的磁化方向指向y轴负方向，第九分段磁体1111的磁化方向指向z轴正方向。
继续参见图3，可选地，位于磁体阵列111两端的分段磁体1111的磁化方向指向相同的方向，例如都指向z轴正方向。
继续参见图3，可选地，每个定子线圈组210的线圈的相数为四相，示例性地，四相线圈分别为A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈。
继续参见图3，可选地，每相线圈包括正极+和负极-；定子线圈组210中的线圈的排布方式为，各线圈的正极相邻排布，各线圈的负极相邻排列；各线圈的正极和负极之间的距离d1均相等。示例性地，A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈的排布方式为，A相线圈的正极A+、B相线圈的正极B+、C相线圈的正极C+、D相线圈的正极D+、A相线圈的负极A-、B相线圈的负极B-、C相线圈的负极C-和D相线圈的负极D-依次排列。其中，一个定子线圈组210的长度d2为动磁铁式磁悬浮平面电机的一个极距的长度λ。
可选地，驱动器的数量与线圈的相数相等。即可以设置四个驱动器分别向A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈供电。与现有技术中针对每组定子线圈的线圈组均设置驱动器相比，这样设置减少了驱动器的数量，极大地降低了成本。
继续参见图3，可选地，一个磁体阵列111在yz横截面上的长度为2λ，即一个磁体阵列111对应两组定子线圈组210。
需要说明的是，图3中示例性地示出了定子包括五组定子线圈组210，并非对本发明的限定，在其他实施例中，可根据实际需求增加或减少定子线圈组210的数量。
实施例二
图4为本发明实施例二提供的动磁铁式磁悬浮平面电机的换向方法的流程图，图5～图9为本发明实施例二提供的动子在不同位置时线圈通电的示意图。本实施例可适用于对本发明实施例一所提供的任意一种动磁铁式磁悬浮平面电机的换向控制，该方法可以由动磁铁式磁悬浮平面电机的换向装置来执行。该换向装置可以采用软件和/或硬件的方式实现，例如，该换向装置可以集成在仿真系统中；或者，该换向装置可以配置于具有动磁铁式磁悬浮平面电机的设备中，该设备通常为精密、超精密制造装备等。
参见图4，该动磁铁式磁悬浮平面电机的换向方法包括以下步骤：
S110、定位动子相对于定子线圈组的位置，得到动子位置信息。
参见图5，动子110相对于定子线圈组210的位置是指，以定子线圈组210作为参照系来确定动子110的位置。可选地，若动子110包括多个磁体阵列111，则定位动子110相对于定子线圈组210的位置，得到动子110位置信息，包括：定位多个磁体阵列111相对于定子线圈组210的位置，得到多个磁体阵列111位置信息。
以一个磁体阵列111为例，该磁体阵列111在yz横截面上的长度为2λ，该磁体阵列111相对于定子线圈组210的位置可以表示为，与第二组定子线圈组210正对，且与第三组定子线圈组210正对；或者表示为，磁体阵列111的第一端部位于第二组定子线圈组210的A相线圈的正极A+；或者表示为，磁体阵列111的第二端部位于第三组定子线圈组210的D相线圈的负极D-。
S120、根据动子位置信息，确定选定的线圈；其中，选定的线圈包括与动子正对的线圈，以及与动子的端部的距离在预设距离内的线圈。
其中，选定的线圈是指选定用来通电的线圈，选定的线圈包括两部分，一部分是与动子110正对的线圈；另一部分是与动子110的端部的距离在预设距离内的线圈。
以一个磁体阵列111为例，与动子110的端部的距离在预设距离内的线圈，包括：与磁体阵列111的第一端部的距离在预设距离内的线圈；以及，与磁体阵列111的第二端部的距离在预设距离内的线圈。例如，在磁体阵列111所处位置对y轴正方向和y轴负方向扩大λ/2距离的线圈通电。
当磁体阵列111位于图5所示位置时，若仅对第二组定子线圈组210和第三组定子线圈组210供电，磁体阵列111两端产生边缘效应，两端磁场呈指数衰减，导致无法准确控制力矩，从而无法实现电机高精度运动控制。本发明实施例不仅选定与动子110正对的线圈通电，还选定与动子110的端部的距离在预设距离内的线圈通电，有利于缓解电机的磁场端部效应的问题，从而有利于电机的平稳换向。
可选地，预设距离大于或等于动磁铁式磁悬浮平面电机的极距的一半，即预设距离大于或等于λ/2。由于磁体阵列111主要受当前位置对应的线圈和距离两侧λ/2距离内的线圈产生的磁场影响，超过两侧λ/2距离的线圈产生的磁场对磁体阵列111影响可忽略不计，因此设置预设距离大于或等于λ/2进一步精确地缓解了磁体阵列111的磁场端部效应的问题，从而更加有利于电机的平稳换向，降低电机力脉动，提高电机运动精度。
可选地，预设距离等于λ/2，这样在确保电机平稳换向的基础上，有利于减少选定通电的线圈的数量，减小电机电能损耗。
继续参见图5，示例性地，定子线圈组210包括：A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈；A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈的排布方式为，A相线圈的正极A+、B相线圈的正极B+、C相线圈的正极C+、D相线圈的正极D+、A相线圈的负极A-、B相线圈的负极B-、C相线圈的负极C-和D相线圈的负极D-依次排列。
可选地，若A相线圈的正极A+或A相线圈的负极A-与磁体阵列111正对；或者，A相线圈的正极A+或A相线圈的负极A-与磁体阵列111的端部的距离在预设距离内，则A相线圈为选定的线圈；若B相线圈的正极B+或B相线圈的负极B-与磁体阵列111正对；或者，B相线圈的正极B+或B相线圈的负极B-与磁体阵列111的端部的距离在预设距离内，则B相线圈为选定的线圈；若C相线圈的正极C+或C相线圈的负极C-与磁体阵列111正对；或者，C相线圈的正极C+或C相线圈的负极C-与磁体阵列111的端部的距离在预设距离内，则C相线圈为选定的线圈；若D相线圈的正极D+或D相线圈的负极D-与磁体阵列111正对；或者，D相线圈的正极D+或D相线圈的负极D-与磁体阵列111的端部的距离在预设距离内，则D相线圈为选定的线圈。
为清楚表示线圈的通断状态，图5～图9中以黑色实心表示线圈处于导通状态，黑色空心表示线圈处于断开状态。
以预设距离等于λ/2为例，第一组定子线圈组210中A相线圈的负极A-与磁体阵列111的第一端部的距离在λ/2内，B相线圈的负极B-与磁体阵列111的第一端部的距离在λ/2内，C相线圈的负极C-与磁体阵列111的第一端部的距离在λ/2内，D相线圈的负极D-与磁体阵列111的第一端部的距离在λ/2内，因此，第一组定子线圈组210中A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈均为选定的线圈。
第二组定子线圈组210中A相线圈的正极A+和负极A-均与磁体阵列111正对，B相线圈的正极B+和负极B-均与磁体阵列111正对，C相线圈的正极C+和负极C-均与磁体阵列111正对，D相线圈的正极D+和负极D-均与磁体阵列111正对，因此，第二组定子线圈组210中A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈均为选定的线圈。与第二组定子线圈组210类似，第三组定子线圈组210中A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈均为选定的线圈。
第四组定子线圈组210中A相线圈的正极A+与磁体阵列111的第二端部的距离在λ/2内，B相线圈的正极B+与磁体阵列111的第二端部的距离在λ/2内，C相线圈的正极C+与磁体阵列111的第二端部的距离在λ/2内，D相线圈的正极D+与磁体阵列111的第二端部的距离在λ/2内，因此，第四组定子线圈组210中A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈均为选定的线圈。
S130、根据选定的线圈生成控制信号，控制驱动器向选定的线圈通电，从而驱动电机换向。
本发明实施例提供了一种动磁铁式磁悬浮平面电机换向方法，该换向方法通过动子110相对于定子线圈组210的位置来确定选定的线圈，并向选定的线圈通电，该选定的线圈包括与动子110正对的线圈，以及与动子110的端部的距离在预设距离内的线圈。本发明实施例这样设置，一方面，无需对全部定子线圈组210供电，从而减少了电机发热和电能损耗、提高了能效和电机效率；另一方面，有利于解决动子110磁场端部效应的问题，从而有利于实现电机平稳换向，降低电机力脉动，提高电机运动精度。综上所述，本发明实施例在减少电机电能损耗的基础上，实现了电机的高精度运行。
图5中示例性地示出了磁体阵列111与第二组定子线圈组210和第三组定子线圈组210正对时，由本发明实施例提供的换向方法确定的线圈通电的情况。下面就磁体阵列111位于其他位置时，由本发明实施例提供的换向方法确定的线圈通电的情况进行说明。
参见图6，可选地，当动子110向y轴正方向移动，第一组定子线圈组210中A相线圈的负极A-与磁体阵列111的第一端部的距离在λ/2外，B相线圈的负极B-与磁体阵列111的第一端部的距离在λ/2内，C相线圈的负极C-与磁体阵列111的第一端部的距离在λ/2内，D相线圈的负极D-与磁体阵列111的第一端部的距离在λ/2内，因此，第一组定子线圈组210中B相线圈、C相线圈和D相线圈为选定的线圈。
第二组定子线圈组210中A相线圈的正极A+与磁体阵列111的第一端部的距离在λ/2内，A相线圈的负极A-与磁体阵列111正对，B相线圈的正极B+和负极B-均与磁体阵列111正对，C相线圈的正极C+和负极C-均与磁体阵列111正对，D相线圈的正极D+和负极D-均与磁体阵列111正对，因此，第二组定子线圈组210中A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈均为选定的线圈。与第二组定子线圈组210类似，第三组定子线圈组210中A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈均为选定的线圈。
第四组定子线圈组210中A相线圈的正极A+与磁体阵列111正对，A相线圈的负极A-与磁体阵列111的第二端部的距离在λ/2内，B相线圈的正极B+与磁体阵列111的第二端部的距离在λ/2内，C相线圈的正极C+与磁体阵列111的第二端部的距离在λ/2内，D相线圈的正极D+与磁体阵列111的第二端部的距离在λ/2内，因此，第四组定子线圈组210中A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈均为选定的线圈。
简而言之，图6中位于y轴负方向最边缘的第一组定子线圈组210中的A相线圈产生的磁场对磁体阵列111的影响可忽略不计，因此可断开第一组定子线圈组210中的A相线圈的电流；位于y轴正方向最边缘的第四组定子线圈组210中的线圈产生的磁场对磁体阵列111影响不可忽略不计，由于第四组定子线圈组210中的线圈原本就处于导通状态，所以无需改变其通电状态。综上，需对第一组定子线圈组210中的B相线圈、C相线圈、D相线圈、第二组定子线圈组210中的A相线圈、B相线圈、C相线圈、D相线圈、第三组定子线圈组210中的A相线圈、B相线圈、C相线圈、D相线圈和第四组定子线圈组210中的A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈供电。
参见图7，可选地，当动子110继续向y轴正方向移动，第一组定子线圈组210中A相线圈的正极A+和负极A-与磁体阵列111的第一端部的距离均在λ/2外，B相线圈的正极B+和负极B-与磁体阵列111的第一端部的距离均在λ/2外，C相线圈的正极C+和负极C-与磁体阵列111的第一端部的距离均在λ/2外，D相线圈的正极D+和负极D-与磁体阵列111的第一端部的距离均在λ/2外。因此，第一组定子线圈组210中A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈均不是选定的线圈。
第二组定子线圈组210中A相线圈的正极A+与磁体阵列111的第一端部的距离在λ/2内，A相线圈的负极A-与磁体阵列111正对，B相线圈的正极B+与磁体阵列111的第一端部的距离在λ/2内，B相线圈的负极B-与磁体阵列111正对，C相线圈的正极C+与磁体阵列111的第一端部的距离在λ/2内，C相线圈的负极C-与磁体阵列111正对，D相线圈的正极D+与磁体阵列111的第一端部的距离在λ/2内，D相线圈的负极D-与磁体阵列111正对。因此，第二组定子线圈组210中A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈均为选定的线圈。
第三组定子线圈组210中A相线圈的正极A+和负极A-均与磁体阵列111正对，B相线圈的正极B+和负极B-均与磁体阵列111正对，C相线圈的正极C+和负极C-均与磁体阵列111正对，D相线圈的正极D+和负极D-均与磁体阵列111正对，因此，第三组定子线圈组210中A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈均为选定的线圈。
与第二组定子线圈组210类似，第四组定子线圈组210中A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈均为选定的线圈。
简而言之，图7中磁体阵列111距离第一组定子线圈组210超过λ/2的距离，则第一组定子线圈组210中的四相线圈需全部断电，所以仅需对第二组定子线圈组210中的A相线圈、B相线圈、C相线圈、D相线圈、第三组定子线圈组210中的A相线圈、B相线圈、C相线圈、D相线圈和第四组定子线圈组210中的A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈供电。
参见图8，可选地，当动子110继续向y轴正方向移动，与图7中第一组定子线圈组210的情况相同，第一组定子线圈组210中A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈均不是选定的线圈。
第二组定子线圈组210中A相线圈的正极A+与磁体阵列111的第一端部的距离在λ/2外，A相线圈的负极A-与磁体阵列111的第一端部的距离在λ/2内，B相线圈的正极B+与磁体阵列111的第一端部的距离在λ/2内，B相线圈的负极B-与磁体阵列111正对，C相线圈的正极C+与磁体阵列111的第一端部的距离在λ/2内，C相线圈的负极C-与磁体阵列111正对，D相线圈的正极D+与磁体阵列111的第一端部的距离在λ/2内，D相线圈的负极D-与磁体阵列111正对。因此，第二组定子线圈组210中A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈均为选定的线圈。
第三组定子线圈组210中A相线圈的正极A+和负极A-均与磁体阵列111正对，B相线圈的正极B+和负极B-均与磁体阵列111正对，C相线圈的正极C+和负极C-均与磁体阵列111正对，D相线圈的正极D+和负极D-均与磁体阵列111正对，因此，第三组定子线圈组210中A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈均为选定的线圈。
与第二组定子线圈组210类似，第四组定子线圈组210中A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈均为选定的线圈。
第五组定子线圈组210中A相线圈的正极A+与磁体阵列111的第二端部的距离在λ/2内，因此，第五组定子线圈组210中A相线圈为选定的线圈。
简而言之，图8中第五组定子线圈组210中的A相线圈进入磁体阵列111的λ/2距离内，故第五组定子线圈组210中的A相线圈产生的磁场对磁体阵列111产生影响，则需对第五组中A相线圈进行供电；由于第二组定子线圈组210中的A相线圈进入磁体阵列111的λ/2距离内，则需对第二组定子线圈组210中的四相线圈供电。所以需对第二组定子线圈组210中的A相线圈、B相线圈、C相线圈、D相线圈、第三组定子线圈组210中的A相线圈、B相线圈、C相线圈、D相线圈和第四组定子线圈组210中的A相线圈、B相线圈、C相线圈、D相线圈和第五组定子线圈组210中的A相线圈供电。
参见图9，可选地，当动子110继续向y轴正方向移动，此时完成一个周期的运行，和图5所示的动子相对于定子的相对位置相同。所以需对第二组定子线圈组210中的A相线圈、B相线圈、C相线圈、D相线圈、第三组定子线圈组210中的A相线圈、B相线圈、C相线圈、D相线圈和第四组定子线圈组210中的A相线圈、B相线圈、C相线圈、D相线圈、第五组定子线圈组210中的A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈供电。
需要说明的是，图5～图8中示例性地示出了动子110向y轴正方向移动的运动行程，并非对本发明的限定。在其他实施例中还可以根据需要设置动子110向y轴负方向移动、向x轴正方向移动、向x轴负方向移动等多种运动行程。
实施例三
图10为本发明实施例三提供的动磁铁式磁悬浮平面电机的换向装置的结构框图。该换向装置可以采用软件和/或硬件的方式实现，例如，该换向装置可以集成在仿真系统中；或者，该换向装置可以配置于具有动磁铁式磁悬浮平面电机的设备中，该设备通常为精密、超精密制造装备等。
参见图10，该动磁铁式磁悬浮平面电机的换向装置包括：位置信息获取模块10、线圈确定模块20和控制信号生成模块30。位置信息获取模块10用于定位动子相对于定子线圈组的位置，得到动子位置信息；线圈确定模块20用于根据动子位置信息，确定选定的线圈；其中，选定的线圈包括与动子正对的线圈，以及与动子的端部的距离在预设距离内的线圈；控制信号生成模块30用于根据选定的线圈生成控制信号，控制驱动器向选定的线圈通电。
该换向装置可执行本发明实施例二所提供的任意一种换向方法，具备执行换向方法相应的功能模块和有益效果。
实施例四
本发明实施例还提供了一种动磁铁式磁悬浮平面电机。该电机包括本发明实施例一所提供的任意一种电机结构，以及，还包括如本发明实施例三所提供的任意一种换向装置，其技术原理和产生的效果类似，不再赘述。
可选地，驱动器的数量与线圈的相数相等。与现有技术中针对每组定子线圈的线圈组均设置驱动器相比，这样设置减少了驱动器的数量，极大地降低了成本。
可选地，每相线圈包括正极和负极；定子线圈组中的线圈的排布方式为，各线圈的正极相邻排布，各线圈的负极相邻排列；各线圈的正极和负极之间的距离相等。
可选地，动子包括拼接的多个磁体阵列。
可选地，磁体阵列包括海尔贝克阵列。
可选地，海尔贝克阵列包括依次循环排列多个分段磁体；沿分段磁体的排列方向，分段磁体的磁化方向依次沿顺时针方向旋转90°。
可选地，磁体阵列的数量为四个；每个定子线圈组的线圈的相数为四相。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (13)

1.一种动磁铁式磁悬浮平面电机的换向方法，其特征在于，所述动磁铁式磁悬浮平面电机包括多组定子线圈组、动子和驱动器；其中，每组所述定子线圈组包括至少两相线圈；所述驱动器与所述线圈电连接；
所述换向方法包括：
定位所述动子相对于所述定子线圈组的位置，得到动子位置信息；
根据所述动子位置信息，确定选定的线圈；其中，所述选定的线圈包括与所述动子正对的线圈，以及与所述动子的端部的距离在预设距离内的线圈；
根据所述选定的线圈生成控制信号，控制所述驱动器向所述选定的线圈通电。
2.根据权利要求1所述的动磁铁式磁悬浮平面电机的换向方法，其特征在于，所述预设距离大于或等于所述动磁铁式磁悬浮平面电机的极距的一半。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述动子包括拼接的多个磁体阵列；
定位所述动子相对于所述定子线圈组的位置，得到动子位置信息，包括：
定位多个所述磁体阵列相对于所述定子线圈组的位置，得到多个磁体阵列位置信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，与所述动子的端部的距离在预设距离内的线圈，包括：
与所述磁体阵列的第一端部的距离在预设距离内的线圈；以及，与所述磁体阵列的第二端部的距离在预设距离内的线圈。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述定子线圈组包括：A相线圈、B相线圈、C相线圈和D相线圈；所述A相线圈、所述B相线圈、所述C相线圈和所述D相线圈的排布方式为，所述A相线圈的正极、所述B相线圈的正极、所述C相线圈的正极、所述D相线圈的正极、所述A相线圈的负极、所述B相线圈的负极、所述C相线圈的负极和所述D相线圈的负极依次排列；
若所述A相线圈的正极或所述A相线圈的负极与所述磁体阵列正对；或者，所述A相线圈的正极或所述A相线圈的负极与所述磁体阵列的端部的距离在所述预设距离内，则所述A相线圈为选定的线圈；
若所述B相线圈的正极或所述B相线圈的负极与所述磁体阵列正对；或者，所述B相线圈的正极或所述B相线圈的负极与所述磁体阵列的端部的距离在所述预设距离内，则所述B相线圈为选定的线圈；
若所述C相线圈的正极或所述C相线圈的负极与所述磁体阵列正对；或者，所述C相线圈的正极或所述C相线圈的负极与所述磁体阵列的端部的距离在所述预设距离内，则所述C相线圈为选定的线圈；
若所述D相线圈的正极或所述D相线圈的负极与所述磁体阵列正对；或者，所述D相线圈的正极或所述D相线圈的负极与所述磁体阵列的端部的距离在所述预设距离内，则所述D相线圈为选定的线圈。
6.一种动磁铁式磁悬浮平面电机的换向装置，其特征在于，所述动磁铁式磁悬浮平面电机包括多组定子线圈组、动子和驱动器；其中，每组所述定子线圈组包括至少两相线圈；所述驱动器与所述线圈电连接；
所述换向装置包括：
位置信息获取模块，用于定位所述动子相对于所述定子线圈组的位置，得到动子位置信息；
线圈确定模块，用于根据所述动子位置信息，确定选定的线圈；其中，所述选定的线圈包括与所述动子正对的线圈，以及与所述动子的端部的距离在预设距离内的线圈；
控制信号生成模块，用于根据所述选定的线圈生成控制信号，控制所述驱动器向所述选定的线圈通电。
7.一种动磁铁式磁悬浮平面电机，其特征在于，包括：动子、多组定子线圈组、驱动器和如权利要求6所述的换向装置；
其中，每组所述定子线圈组包括至少两相线圈；
所述驱动器与所述线圈电连接，用于向所述线圈通电，以驱动所述动子运动。
8.根据权利要求7所述的动磁铁式磁悬浮平面电机，其特征在于，所述驱动器的数量与所述线圈的相数相等。
9.根据权利要求7所述的动磁铁式磁悬浮平面电机，其特征在于，每相所述线圈包括正极和负极；
所述定子线圈组中的所述线圈的排布方式为，各所述线圈的正极相邻排布，各所述线圈的负极相邻排列；各所述线圈的正极和负极之间的距离相等。
10.根据权利要求7所述的动磁铁式磁悬浮平面电机，其特征在于，所述动子包括拼接的多个磁体阵列。
11.根据权利要求10所述的动磁铁式磁悬浮平面电机，其特征在于，所述磁体阵列包括海尔贝克阵列。
12.根据权利要求11所述的动磁铁式磁悬浮平面电机，其特征在于，所述海尔贝克阵列包括依次循环排列多个分段磁体；沿所述分段磁体的排列方向，所述分段磁体的磁化方向依次沿顺时针方向旋转90°。
13.根据权利要求10所述的动磁铁式磁悬浮平面电机，其特征在于，所述磁体阵列的数量为四个；
每个所述定子线圈组的线圈的相数为四相。
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