CN111490662A - 一种平面电机位移装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种平面电机位移装置，其至少包括定子和动子，定子至少包括一个磁体阵列，在平行于X方向和Y方向的第一平面上延伸，形成一个工作区，动子至少包括一个线圈阵列，动子的所述线圈阵列配置在与所述第一平面平行的第二平面上。线圈阵列至少包括一个X线圈阵列和一个Y线圈阵列；X线圈阵列至少包括3个尺寸相同的X线圈；Y线圈阵列至少包括3个尺寸相同的Y线圈。每个X线圈或Y线圈都配置在多个具有相同XY位置且沿Z方向邻接配置的双层结构上，每个X线圈或Y线圈在每个双层结构上至少绕线2匝，并且每匝线圈都配置在双层结构上，使电流在每个双层结构的上层与下层之间反复流动至少一次。

Description

一种平面电机位移装置
技术领域
本发明涉及精密运动系统领域，尤其涉及一种平面电机位移装置。
背景技术
专利文献1中描述的位移装置，线圈阵列在动子上，磁体阵列在定子上。动子可以相对于定子做至少两个方向(X和Y)上的运动。每个线圈都是中空结构，线圈的排列方式没有弥补中空结构，降低了导体材料的空间占比，进而限制了电机力的提升。
专利文献2描述的一种位移装置的框架设计，动子的线圈阵列阵列至少包括一个双层线圈结构，每一个双层线圈结构集成了至少两组在X方向上线性延伸的三相线圈和两组在Y方向上线性延伸的三相线圈，使线圈阵列所占空间充满了导体材料，提高了导体材料的空间占比，从而在同等电流的条件下提高了电机力。但是每一个双层线圈结构上的三相线圈只有一匝，这就意味着每个线圈通过的电流较大，提高了对电流放大器的要求，增加了成本。
专利文献1：US7372548
专利文献2：CN201711477956.0
发明内容
为了解决上述问题，本发明公开一种平面电机位移装置，至少包括定子和动子，所述定子至少包括一个磁体阵列，在平行于X方向和Y方向的第一平面上延伸，形成一个工作区，所述动子至少包括一个线圈阵列，所述动子的所述线圈阵列配置在与所述第一平面平行的第二平面上，与所述磁体阵列作用，使所述动子在工作区范围内可以产生至少两个方向的位移；所述X方向和所述Y方向大致垂直；所述磁体阵列至少包括S磁体和N磁体，所述S磁体和所述N磁体在X方向和Y方向呈周期排布；所述线圈阵列至少包括一个X线圈阵列和一个Y线圈阵列；所述X线圈阵列至少包括一组X三相线圈，一组所述X三相线圈至少包括3个尺寸相同的X线圈；所述Y线圈阵列至少包括一组Y三相线圈，一组所述Y三相线圈至少包括3个尺寸相同的Y线圈；所述X线圈在Y方向的尺寸大于在X方向的尺寸，所述Y线圈在X方向的尺寸大于在Y方向的尺寸；
每个所述X线圈或所述Y线圈都配置在多个具有相同XY位置且沿Z方向邻接配置的双层结构上，每个所述X线圈或所述Y线圈在每个双层结构上至少绕线2匝，并且每匝线圈都配置在双层结构上，每匝线圈的一部分导体位于双层结构的上层，另一部分导体位于双层结构的下层，这两部分导体由两层之间的导体实现串联连接，使电流在每个双层结构的上层与下层之间反复流动至少一次；所述X线圈或所述Y线圈的每个双层结构的上层和下层都分别在一个与Z方向大致垂直的平面上延伸；所述Z方向与所述第一平面大致垂直。
本发明的平面电机位移装置中，优选为，所述S磁体和所述N磁体在第一平面上成排成列配置，且在每一排和每一列交替排布，所形成的磁场在X方向上的空间周期λx等于两个相邻同极磁体在X方向上的间距，在Y方向上的空间周期λy等于两个相邻同极磁体在Y方向上的间距。
本发明的平面电机位移装置中，优选为，多个所述S磁体和所述N磁体沿X方向线性延伸，并在Y方向依次交替排列组成第一磁体块，所形成的磁场在Y方向的空间周期λy是所述第一磁体块中所述S磁体和与其相邻的所述N磁体在Y方向上的间距的2倍；
多个所述S磁体和所述N磁体沿Y方向线性延伸，并在X方向依次交替排列组成第二磁体块，所形成的磁场在X方向的空间周期λx是所述第二磁体块中所述S磁体和与其相邻的所述N磁体在X方向上的间距的2倍；
所述第一磁体块和所述第二磁体块在所述第一平面上成排成列配置，且在每一排和每一列交替排布。
本发明的平面电机位移装置中，优选为，所述X线圈阵列至少包括两组尺寸相同的X三相线圈，所述Y线圈阵列至少包括两组尺寸相同的Y三相线圈；
两组所述X三相线圈中所有线圈的从顶部到底部第n个双层结构的上层，和两组所述Y三相线圈中所有线圈的从顶部到底部第n个双层结构的上层，配置在与所述第二平面大致平行的同一平面内，其中n＝1，2，3，….；
两组所述X三相线圈中所有线圈的从顶部到底部第n个双层结构的下层，和两组所述Y三相线圈中所有线圈的从顶部到底部第n个双层结构的下层，配置在与所述第二平面大致平行的同一平面内，其中n＝1，2，3，….；
两组所述X三相线圈的中心位置在X方向上的距离dxx为λx/3，两组所述Y三相线圈的中心位置在Y方向上的距离dyy为λy/3。
本发明的平面电机位移装置中，优选为，所述磁体阵列还包括H磁体，所述H磁体位于所述S磁体和所述N磁体之间，并且所述H磁体的磁化方向由所述S磁体指向所述N磁体。
本发明的平面电机位移装置中，优选为，一个X线圈的顶部双层结构或中部双层结构至少包括第一匝X上层导体、第二匝X上层导体、第一匝X下层导体和第二匝X下层导体，
所述第一匝X上层导体和所述第二匝X上层导体分别呈直角U型，并且所述第一匝X上层导体配置在所述第二匝X上层导体的外侧，
所述第一匝X下层导体和所述第二X匝下层导体分别呈直线型，并且所述第一匝X下层导体配置在所述第二匝X下层导体的内侧，
所述第一匝X上层导体与所述第一匝X下层导体在X-Y平面的投影大致呈矩形，所述第二匝X上层导体与所述X第二匝下层导体在X-Y平面的投影大致呈矩形，
所述第一匝X上层导体的电流流入端与双层结构的电流流入点相导通，所述第一匝X上层导体的电流流出端与所述第一匝X下层导体的电流流入端相导通，所述第一匝X下层导体的电流流出端与所述第二匝X上层导体的电流流入端相导通，所述第二匝X上层导体的电流流出端与所述第二匝X下层导体的电流流入端相导通，所述第二匝X下层导体的电流流出端与下一个双层结构的电流流入点相导通，其中，顶部双层结构的电流流入点是整个X线圈的电流流入点。
本发明的平面电机位移装置中，优选为，一个X线圈的底部双层结构至少包括第一匝X上层导体、第二匝X上层导体和第一匝X下层导体，
所述第一匝X上层导体和所述第二匝X上层导体分别呈直角U型，且所述第一匝X上层导体配置在所述第二匝X上层导体的外侧，
所述第一匝X下层导体呈直线型，所述第一匝X上层导体与所述第一匝X下层导体在X-Y平面的投影大致呈矩形，
所述第一匝X上层导体的电流流入端与双层结构的电流流入点相导通，所述第一匝X上层导体的电流流出端与所述第一匝X下层导体的电流流入端相导通，所述第一匝X下层导体的电流流出端与所述第二匝X上层导体的电流流入端相导通，所述第二匝X上层导体的电流流出端与整个X线圈的电流流出点相导通。
本发明的平面电机位移装置中，优选为，一个Y线圈的顶部双层结构或中部双层结构至少包括上层引流导体、第一匝Y上层导体、第二匝Y上层导体、下层引流导体、第一匝Y下层导体和第二匝Y下层导体，
所述上层引流导体、所述下层引流导体、所述第一匝Y上层导体和所述第二匝Y上层导体分别呈直线型，并且所述第一匝Y上层导体配置在所述第二匝Y上层导体的内侧，
所述第一匝Y下层导体、第二匝Y下层导体分别呈直角U型，并且所述第一匝Y下层导体配置在所述第二匝Y下层导体的外侧，
所述上层引流导体、所述第一匝Y上层导体与所述第一匝Y下层导体在X-Y平面的投影大致呈矩形，所述第二匝Y上层导体与所述第二匝Y下层导体在X-Y平面的投影大致呈矩形，
所述上层引流导体的一端连接双层结构的电流流入点，另一端与第一匝Y下层导体的电流流入端相导通，所述第一匝Y下层导体的电流流出端与所述第一匝Y上层导体的电流流入端相导通，所述第一匝Y上层导体的电流流出端与所述第二匝Y下层导体的电流流入端相导通，所述第二匝Y下层导体的电流流出端与所述第二匝Y上层导体的电流流入端相导通，所述第二匝Y上层导体的电流流出端与所述下层引流导体的电流流入端相联通，所述下层引流导体的电流流出端与下一个双层结构的电流流入端相导通，其中，顶部双层结构的电流流入点是整个Y线圈的电流流入点。
本发明的平面电机位移装置中，优选为，一个Y线圈的底部双层结构至少包括上层引流导体、第一匝Y上层导体、第一匝Y下层导体和第二匝Y下层导体，
所述上层引流导体和所述第一匝Y上层导体分别呈直线型，
所述第一匝Y下层导体和所述第二匝Y下层导体分别呈直角U型，并且所述第一匝Y下层导体配置在所述第二匝Y下层导体的外侧，
所述上层引流导体、所述第一匝Y上层导体与所述第一匝Y下层导体在X-Y平面的投影大致呈矩形，
所述上层引流导体的一端连接双层结构的电流流入点，另一端与第一匝Y下层导体的电流流入端相导通，所述第一匝Y下层导体的电流流出端与所述第一匝Y上层导体的电流流入端相导通，所述第一匝Y上层导体的电流流出端与所述第二匝Y下层导体的电流流入端相导通，所述第二匝Y下层导体的电流流出端与整个Y线圈的电流流出点相导通。
本发明的平面电机位移装置中，优选为，所述线圈阵列的不同导体层中的导体通过印刷电路板中的过孔实现电连接，所述线圈的电流流出点为印刷电路板中的通孔，贯穿一个线圈的顶部双层结构至底部双层结构。
本发明通过提高线圈匝数，有效降低了每匝的电流，从而降低了对电流放大器的要求，进一步控制了成本。
附图说明
图1是本发明的位移装置的动子和定子磁体阵列的平面示意图。
图2A是X线圈的顶部双层结构的绕线方式的示意图。
图2B是X线圈的中部双层结构的绕线方式的示意图。
图2C是X线圈的底部双层结构的绕线方式的示意图。
图3A是Y线圈的顶部双层结构的绕线方式的示意图。
图3B是Y线圈的中部双层结构的绕线方式的示意图。
图3C是Y线圈的底部双层结构的绕线方式的示意图。
图4是本发明的位移装置的定子磁体阵列的变形例的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“垂直”“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。除非在下文中特别指出，器件中的各个部分可以由本领域的技术人员公知的材料构成，或者可以采用将来开发的具有类似功能的材料。
图1是本发明的一种实施方式的位移装置的动子和定子磁体阵列的平面示意图。如图1所示，本发明的位移装置1具有定子10和动子20，定子10至少包括一个磁体阵列A11，在平行于X方向和Y方向的第一平面上延伸，形成一个工作区，动子20至少包括一个线圈阵列A21，动子的线圈阵列A21配置在与第一平面平行的第二平面上，与磁体阵列A11作用，使动子20在工作区范围内可以产生至少两个方向的位移，其中，X方向和Y方向大致垂直。
磁体阵列A11包括N磁体11和S磁体12，N磁体11和S磁体12在第一平面(即X－Y平面)成排成列配置，并且在每一排和每一列交替排布，所形成的磁场在X方向上的空间周期λx等于两个相邻同极磁体在X方向上的间距，在Y方向上的空间周期λy等于两个相邻同极磁体在Y方向上的间距。优选地，磁体阵列还包括H磁体13。H磁体13位于N磁体11和S磁体12之间，并且H磁体13的磁化方向由S磁体12指向N磁体11，以增强定子10上方(+Z方向)动子20所处位置的磁场强度。
线圈阵列A21至少包括一个X线圈阵列和一个Y线圈阵列。X线圈阵列至少包括一组X三相线圈，一组所述X三相线圈至少包括3个尺寸相同的X线圈。Y线圈阵列至少包括一组Y三相线圈，一组Y三相线圈至少包括3个尺寸相同的Y线圈。在本实施方式中(如图1所示)X线圈阵列包括两组X三相线圈(第一组X三相线圈L11和第二组X三相线圈L12)，每组X三相线圈包括6个尺寸相同的X线圈L111。每个X线圈都配置在多个具有相同XY位置且沿Z方向邻接配置的双层结构上。X线圈的每个双层结构的上层和下层都分别在一个与Z方向大致垂直的平面上延伸，Z方向与第一平面大致垂直。X线圈L111在Y方向的尺寸大于在X方向的尺寸。
Y线圈阵列包括两组Y三相线圈(第一组Y三相线圈L21和第二组Y三相线圈L22)，每组Y三相线圈包括6个尺寸相同的Y线圈L211。每个Y线圈都配置在多个具有相同XY位置且沿Z方向邻接配置的双层结构上。Y线圈的每个双层结构的上层和下层都分别在一个与Z方向大致垂直的平面上延伸。Y线圈L211在X方向的尺寸大于在Y方向的尺寸。
两组X三相线圈(L11和L12)中所有线圈的从顶部到底部第n个双层结构的上层，和两组Y三相线圈(L21和L22)中所有线圈的从顶部到底部第n个双层结构的上层，配置在与所述第二平面大致平行的同一平面内，其中n＝1，2，3，……；两组X三相线圈(L11和L12)中所有线圈的从顶部到底部第n个双层结构的下层，和两组Y三相线圈(L21和L22)中所有线圈的从顶部到底部第n个双层结构的下层，配置在与所述第二平面大致平行的同一平面内，其中n＝1，2，3，….；两组X三相线圈(L11和L12)的中心位置在X方向上的距离dxx为λx/3，两组Y三相线圈(L21和L22)的中心位置在Y方向上的距离dyy为λy/3。
每个X线圈在每个双层结构上至少绕线2匝。并且，每匝线圈都配置在双层结构上，即每匝线圈的一部分导体位于双层结构的上层，另一部分导体位于双层结构的下层，这两部分导体由两层之间的导体实现串联连接，使电流在每个双层结构的上层与下层之间反复流动至少一次。具体而言，在图2A～图2C中示出了X线圈的顶部双层结构，中部双层结构和底部双层结构的绕线方式。其中，最靠近磁体阵列的是底部双层结构，然后依次是中部双层结构和顶部双层结构。一个X线圈的顶部、中部和底部双层结构都配置在相同的XY位置但在不同的Z位置。
如图2A所示，一个X线圈L111的顶部双层结构至少包括第一匝X上层导体C111、第二匝X上层导体C112、第一匝X下层导体C121和第二匝X下层导体C122。第一匝X上层导体C111和第二匝X上层导体C112分别呈直角U型，并且第一匝X上层导体C111配置在第二匝X上层导体C112的外侧。第一匝X下层导体C121和第二X匝下层C122导体分别呈直线型，并且第一匝X下层导体C121配置在第二匝X下层导体C122的内侧。第一匝X上层导体C111与第一匝X下层C121导体在X-Y平面的投影大致呈矩形，第二匝X上层导体C112与X第二匝下层导体C122在X-Y平面的投影大致呈矩形。第一匝X上层导体C111的电流流入端E111与双层结构的电流流入点D10相导通，第一匝X上层导体C111的电流流出端E112与第一匝X下层导体C121的电流流入端E211相导通，第一匝X下层导体C121的电流流出端E212与第二匝X上层导体C112的电流流入端E113相导通，第二匝X上层导体C112的电流流出端E114与第二匝X下层导体C122的电流流入端E213相导通，第二匝X下层导体C122的电流流出端E214与下一个双层结构的电流流入点D12相导通。其中，顶部双层结构的电流流入点D10是整个X线圈的电流流入点。在图中用箭头示意性地表示了电流在X线圈的顶部双层结构的上层和下层间往复流动的过程。
如图2B所示，一个X线圈L111的中部双层结构至少包括第一匝X上层导体C111、第二匝X上层导体C112、第一匝X下层导体C121和第二匝X下层导体C122。第一匝X上层导体C111和第二匝X上层导体C112分别呈直角U型，并且第一匝X上层导体C111配置在第二匝X上层导体C112的外侧。第一匝X下层导体C121和第二X匝下层C122导体分别呈直线型，并且第一匝X下层导体C121配置在第二匝X下层导体C122的内侧。第一匝X上层导体C111与第一匝X下层C121导体在X-Y平面的投影大致呈矩形，第二匝X上层导体C112与X第二匝下层导体C122在X-Y平面的投影大致呈矩形。第一匝X上层导体C111的电流流入端E115与双层结构的电流流入点D12相导通，第一匝X上层导体C111的电流流出端E116与第一匝X下层导体C121的电流流入端E215相导通，第一匝X下层导体C121的电流流出端E216与第二匝X上层导体C112的电流流入端E117相导通，第二匝X上层导体C112的电流流出端E118与第二匝X下层导体C122的电流流入端E217相导通，第二匝X下层导体C122的电流流出端E218与下一个双层结构的电流流入点D13相导通。在图中用箭头示意性地表示了电流在X线圈的中部双层结构的上层和下层间往复流动的过程。
如图2C所示，一个X线圈L111的底部双层结构至少包括第一匝X上层导体C111、第二匝X上层导体C112和第一匝X下层导体C121。第一匝X上层导体C111和第二匝X上层导体C112分别呈直角U型，且第一匝X上层导体C111配置在第二匝X上层导体C112的外侧，第一匝X下层导体C121呈直线型，第一匝X上层导体C111与第一匝X下层导体C121在X-Y平面的投影大致呈矩形。第一匝X上层导体C111的电流流入端E119与双层结构的电流流入点D13相导通，第一匝X上层导体C111的电流流出端E120与第一匝X下层导体C121的电流流入端E219相导通，第一匝X下层导体C121的电流流出端E220与第二匝X上层导体C112的电流流入端E121相导通，第二匝X上层导体C112的电流流出端E122与整个X线圈的电流流出点D11相导通。在图中用箭头示意性地表示了电流在X线圈的底部双层结构的上层和下层间往复流动的过程。
以上X线圈的不同导体层中的导体通过印刷电路板中的过孔实现电连接，X线圈的电流流出点为印刷电路板中的通孔，贯穿X线圈的顶部双层结构至底部双层结构。另外，为了提高导体的空间占比，导体的宽度Ct越大越好。
每个Y线圈在每个双层结构上至少绕线2匝，并且每匝线圈都配置在双层结构上。每匝线圈的一部分导体位于双层结构的上层，另一部分导体位于双层结构的下层，这两部分导体由两层之间的导体实现串联连接，使电流在每个双层结构的上层与下层之间反复流动至少一次。具体而言，在图3A～图3C中示出了Y线圈的顶部双层结构，中部双层结构和底部双层结构的绕线方式。其中，最靠近磁体阵列的是底部双层结构，然后依次是中部双层结构和顶部双层结构。一个Y线圈的顶部、中部和底部双层结构都配置在相同的XY位置但在不同的Z位置。
如图3A所示，一个Y线圈L211的顶部双层结构至少包括上层引流导体C210、第一匝Y上层导体C211、第二匝Y上层导体C212、下层引流导体C220、第一匝Y下层导体C221和第二匝Y下层导体C222。上层引流导体C210、下层引流导体C220、第一匝Y上层导体C211和第二匝Y上层导体C212分别呈直线型，并且第一匝Y上层导体C211配置在第二匝Y上层导体C212的内侧。第一匝Y下层导体C221、第二匝Y下层导体C222分别呈直角U型，并且第一匝Y下层导体C221配置在第二匝Y下层导体C222的外侧。上层引流导体C210、第一匝Y上层导体C211与第一匝Y下层导体C221在X-Y平面的投影大致呈矩形，第二匝Y上层导体C212与第二匝Y下层导体C222在X-Y平面的投影大致呈矩形。
上层引流导体C210的一端E311连接双层结构的电流流入点D20，另一端E312与第一匝Y下层导体C221的电流流入端E411相导通，第一匝Y下层导体C221的电流流出端E412与第一匝Y上层导体C211的电流流入端E313相导通，第一匝Y上层导体C211的电流流出端E314与第二匝Y下层导体C222的电流流入端E413相导通，第二匝Y下层导体C222的电流流出端E414与第二匝Y上层导体C212的电流流入端E315相导通，第二匝Y上层导体C212的电流流出端E316与下层引流导体C220的电流流入端E415相导通，下层引流导体C220的电流流出端E416与下一个双层结构的电流流入点D22相导通，其中，顶部双层结构的电流流入点是整个Y线圈的电流流入点。在图中用箭头示意性地表示了电流在Y线圈的顶部双层结构的上层和下层间往复流动的过程。
如图3B所示，一个Y线圈L211的中部双层结构至少包括上层引流导体C210、第一匝Y上层导体C211、第二匝Y上层导体C212、下层引流导体C220、第一匝Y下层导体C221和第二匝Y下层导体C222。上层引流导体C210、下层引流导体C220、第一匝Y上层导体C211和第二匝Y上层导体C212分别呈直线型，并且第一匝Y上层导体C211配置在第二匝Y上层导体C212的内侧。第一匝Y下层导体C221、第二匝Y下层导体C222分别呈直角U型，并且第一匝Y下层导体C221配置在第二匝Y下层导体C222的外侧。上层引流导体C210、第一匝Y上层导体C211与第一匝Y下层导体C221在X-Y平面的投影大致呈矩形，第二匝Y上层导体C212与第二匝Y下层导体C222在X-Y平面的投影大致呈矩形。
上层引流导体C210的一端E317连接双层结构的电流流入点D22，另一端E318与第一匝Y下层导体C221的电流流入端E417相导通，第一匝Y下层导体C221的电流流出端E418与第一匝Y上层导体C211的电流流入端E319相导通，第一匝Y上层导体C211的电流流出端E320与第二匝Y下层导体C222的电流流入端E419相导通，第二匝Y下层导体C222的电流流出端E420与第二匝Y上层导体C212的电流流入端E321相导通，第二匝Y上层导体C212的电流流出端E322与下层引流导体C220的电流流入端E421相导通，下层引流导体C220的电流流出端E422与下一个双层结构的电流流入点D23相导通。在图中用箭头示意性地表示了电流在Y线圈的中部双层结构的上层和下层间往复流动的过程。
如图3C所示，一个Y线圈的底部双层结构至少包括上层引流导体C210、第一匝Y上层导体C211、第一匝Y下层导体C221和第二匝Y下层导体C222。上层引流导体C210和第一匝Y上层导体C211分别呈直线型。第一匝Y下层导体C221和第二匝Y下层导体C222分别呈直角U型，并且第一匝Y下层导体C221配置在第二匝Y下层导体C222的外侧。上层引流导体C210、第一匝Y上层导体C211与第一匝Y下层导体C221在X-Y平面的投影大致呈矩形。上层引流导体C210的一端E323连接双层结构的电流流入点D23，另一端E324与第一匝Y下层导体C221的电流流入端E423相导通，第一匝Y下层导体C221的电流流出端E424与第一匝Y上层导体C211的电流流入端E325相导通，第一匝Y上层导体C211的电流流出端E326与第二匝Y下层导体C222的电流流入端E425相导通，第二匝Y下层导体C222的电流流出端E426与整个Y线圈的电流流出点D21相导通。在图中用箭头示意性地表示了电流在Y线圈的底部双层结构的上层和下层间往复流动的过程。
以上Y线圈的不同导体层中的导体通过印刷电路板中的过孔实现电连接，Y线圈的电流流出点为印刷电路板中的通孔，贯穿Y线圈的顶部双层结构至底部双层结构。
上述实施方式中的一个X线圈或Y线圈在一个双层结构中绕了两匝，但是本发明不限定于此，在其他实施方式中一个X线圈或Y线圈在一个双层结构中也可以绕多于两匝，绕线方式与上述实施方式类似。此外，一个线圈可以有多个相同的中部双层结构。电流从顶部双层结构流入第一个中部双层结构，再流入第二个中部双层结构，以此类推，最后流入底部双层机构。在另一种实施方式中，一个线圈还可以只有两个双层结构，即顶部双层结构和底部双层结构两种，没有中部双层机构。
图4示出了上述实施方式中所采用的另一种定子磁体阵列的变形设计，该磁体排列方式也属于海尔贝克阵列。采用图4所示的磁体排列方式，能够在X-Y平面内组合多个本发明的线圈阵列。如图4所示，多个S磁体12和N磁体11沿X方向线性延伸，并在Y方向依次交替排列组成第一磁体块，所形成的磁场在Y方向的空间周期λy是第一磁体块中S磁体12和与其相邻的N磁体11在Y方向上的间距的2倍。多个S磁体12和N磁体11沿Y方向线性延伸，并在X方向依次交替排列组成第二磁体块，所形成的磁场在X方向的空间周期λx是第二磁体块中S磁体12和与其相邻的N磁体11在X方向上的间距的2倍。第一磁体块和第二磁体块在第一平面上成排成列配置，且在每一排和每一列交替排布。优选地，第一磁体块和第二磁体块还包括H磁体13。H磁体13位于N磁体11和S磁体12之间，并且H磁体13的磁化方向由S磁体12指向N磁体11，以增强定子10上方(+Z方向)动子20所处位置的磁场强度。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种平面电机位移装置，其特征在于，
至少包括定子和动子，
所述定子至少包括一个磁体阵列，在平行于X方向和Y方向的第一平面上延伸，形成一个工作区，所述动子至少包括一个线圈阵列，所述动子的所述线圈阵列配置在与所述第一平面平行的第二平面上，与所述磁体阵列作用，使所述动子在工作区范围内可以产生至少两个方向的位移；
所述X方向和所述Y方向大致垂直；
所述磁体阵列至少包括S磁体和N磁体，所述S磁体和所述N磁体在X方向和Y方向呈周期排布；
所述线圈阵列至少包括一个X线圈阵列和一个Y线圈阵列；所述X线圈阵列至少包括一组X三相线圈，一组所述X三相线圈至少包括3个尺寸相同的X线圈；所述Y线圈阵列至少包括一组Y三相线圈，一组所述Y三相线圈至少包括3个尺寸相同的Y线圈；所述X线圈在Y方向的尺寸大于在X方向的尺寸，所述Y线圈在X方向的尺寸大于在Y方向的尺寸；
每个所述X线圈或所述Y线圈都配置在多个具有相同XY位置且沿Z方向邻接配置的双层结构上，每个所述X线圈或所述Y线圈在每个双层结构上至少绕线2匝，并且每匝线圈都配置在双层结构上，每匝线圈的一部分导体位于双层结构的上层，另一部分导体位于双层结构的下层，这两部分导体由两层之间的导体实现串联连接，使电流在每个双层结构的上层与下层之间反复流动至少一次；
所述X线圈或所述Y线圈的每个双层结构的上层和下层都分别在一个与Z方向大致垂直的平面上延伸；
所述Z方向与所述第一平面大致垂直。
2.根据权利要求1所述的平面电机位移装置，其特征在于，
所述S磁体和所述N磁体在第一平面上成排成列配置，且在每一排和每一列交替排布，所形成的磁场在X方向上的空间周期λx等于两个相邻同极磁体在X方向上的间距，在Y方向上的空间周期λy等于两个相邻同极磁体在Y方向上的间距。
3.根据权利要求1所述的平面电机位移装置，其特征在于，
多个所述S磁体和所述N磁体沿X方向线性延伸，并在Y方向依次交替排列组成第一磁体块，所形成的磁场在Y方向的空间周期λy是所述第一磁体块中所述S磁体和与其相邻的所述N磁体在Y方向上的间距的2倍，
多个所述S磁体和所述N磁体沿Y方向线性延伸，并在X方向依次交替排列组成第二磁体块，所形成的磁场在X方向的空间周期λx是所述第二磁体块中所述S磁体和与其相邻的所述N磁体在X方向上的间距的2倍，
所述第一磁体块和所述第二磁体块在所述第一平面上成排成列配置，且在每一排和每一列交替排布。
4.根据权利要求2或3所述的平面电机位移装置，其特征在于，
所述X线圈阵列至少包括两组尺寸相同的X三相线圈，所述Y线圈阵列至少包括两组尺寸相同的Y三相线圈；
两组所述X三相线圈中所有线圈的从顶部到底部第n个双层结构的上层，和两组所述Y三相线圈中所有线圈的从顶部到底部第n个双层结构的上层，配置在与所述第二平面大致平行的同一平面内，其中n＝1，2，3，….；
两组所述X三相线圈中所有线圈的从顶部到底部第n个双层结构的下层，和两组所述Y三相线圈中所有线圈的从顶部到底部第n个双层结构的下层，配置在与所述第二平面大致平行的同一平面内，其中n＝1，2，3，….；
两组所述X三相线圈的中心位置在X方向上的距离dxx为λx/3，两组所述Y三相线圈的中心位置在Y方向上的距离dyy为λy/3。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的平面电机位移装置，其特征在于，
所述磁体阵列还包括H磁体，所述H磁体位于所述S磁体和所述N磁体之间，并且所述H磁体的磁化方向由所述S磁体指向所述N磁体。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的平面电机位移装置，其特征在于，
一个X线圈的顶部双层结构或中部双层结构至少包括第一匝X上层导体、第二匝X上层导体、第一匝X下层导体和第二匝X下层导体，
所述第一匝X上层导体和所述第二匝X上层导体分别呈直角U型，并且所述第一匝X上层导体配置在所述第二匝X上层导体的外侧，
所述第一匝X下层导体和所述第二X匝下层导体分别呈直线型，并且所述第一匝X下层导体配置在所述第二匝X下层导体的内侧，
所述第一匝X上层导体与所述第一匝X下层导体在X-Y平面的投影大致呈矩形，所述第二匝X上层导体与所述X第二匝下层导体在X-Y平面的投影大致呈矩形，
所述第一匝X上层导体的电流流入端与双层结构的电流流入点相导通，所述第一匝X上层导体的电流流出端与所述第一匝X下层导体的电流流入端相导通，所述第一匝X下层导体的电流流出端与所述第二匝X上层导体的电流流入端相导通，所述第二匝X上层导体的电流流出端与所述第二匝X下层导体的电流流入端相导通，所述第二匝X下层导体的电流流出端与下一个双层结构的电流流入点相导通，其中，顶部双层结构的电流流入点是整个X线圈的电流流入点。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的平面电机位移装置，其特征在于，
一个X线圈的底部双层结构至少包括第一匝X上层导体、第二匝X上层导体和第一匝X下层导体，
所述第一匝X上层导体和所述第二匝X上层导体分别呈直角U型，且所述第一匝X上层导体配置在所述第二匝X上层导体的外侧，
所述第一匝X下层导体呈直线型，所述第一匝X上层导体与所述第一匝X下层导体在X-Y平面的投影大致呈矩形，
所述第一匝X上层导体的电流流入端与双层结构的电流流入点相导通，所述第一匝X上层导体的电流流出端与所述第一匝X下层导体的电流流入端相导通，所述第一匝X下层导体的电流流出端与所述第二匝X上层导体的电流流入端相导通，所述第二匝X上层导体的电流流出端与整个X线圈的电流流出点相导通。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的平面电机位移装置，其特征在于，
一个Y线圈的顶部双层结构或中部双层结构至少包括上层引流导体、第一匝Y上层导体、第二匝Y上层导体、下层引流导体、第一匝Y下层导体和第二匝Y下层导体，
所述上层引流导体、所述下层引流导体、所述第一匝Y上层导体和所述第二匝Y上层导体分别呈直线型，并且所述第一匝Y上层导体配置在所述第二匝Y上层导体的内侧，
所述第一匝Y下层导体、第二匝Y下层导体分别呈直角U型，并且所述第一匝Y下层导体配置在所述第二匝Y下层导体的外侧，
所述上层引流导体、所述第一匝Y上层导体与所述第一匝Y下层导体在X-Y平面的投影大致呈矩形，所述第二匝Y上层导体与所述第二匝Y下层导体在X-Y平面的投影大致呈矩形，
所述上层引流导体的一端连接双层结构的电流流入点，另一端与第一匝Y下层导体的电流流入端相导通，所述第一匝Y下层导体的电流流出端与所述第一匝Y上层导体的电流流入端相导通，所述第一匝Y上层导体的电流流出端与所述第二匝Y下层导体的电流流入端相导通，所述第二匝Y下层导体的电流流出端与所述第二匝Y上层导体的电流流入端相导通，所述第二匝Y上层导体的电流流出端与所述下层引流导体的电流流入端相联通，所述下层引流导体的电流流出端与下一个双层结构的电流流入端相导通，其中，顶部双层结构的电流流入点是整个Y线圈的电流流入点。
9.根据权利要求1～3中任一项所述的平面电机位移装置，其特征在于，
一个Y线圈的底部双层结构至少包括上层引流导体、第一匝Y上层导体、第一匝Y下层导体和第二匝Y下层导体，
所述上层引流导体和所述第一匝Y上层导体分别呈直线型，
所述第一匝Y下层导体和所述第二匝Y下层导体分别呈直角U型，并且所述第一匝Y下层导体配置在所述第二匝Y下层导体的外侧，
所述上层引流导体、所述第一匝Y上层导体与所述第一匝Y下层导体在X-Y平面的投影大致呈矩形，
所述上层引流导体的一端连接双层结构的电流流入点，另一端与第一匝Y下层导体的电流流入端相导通，所述第一匝Y下层导体的电流流出端与所述第一匝Y上层导体的电流流入端相导通，所述第一匝Y上层导体的电流流出端与所述第二匝Y下层导体的电流流入端相导通，所述第二匝Y下层导体的电流流出端与整个Y线圈的电流流出点相导通。
10.根据权利要求9所述的平面电机位移装置，其特征在于，
所述线圈阵列的不同导体层中的导体通过印刷电路板中的过孔实现电连接，
所述线圈的电流流出点为印刷电路板中的通孔，贯穿一个线圈的顶部双层结构至底部双层结构。
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