CN114094794A - 一种动磁铁直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体集成电路技术领域，公开一种动磁铁直线电机。其中动磁铁直线电机包括定子线圈装置和动子磁钢装置，定子线圈装置包括至少四组周向环设的线圈组，且线圈组的数量为偶数个，线圈组的横截面呈扇形或三角形，每个扇形或三角形均有一个角指向环心；动子磁钢装置包括至少四组周向磁钢组件和至少四组径向磁钢组件，周向磁钢组件、径向磁钢组件和线圈组的数量相同，周向磁钢组件依次间隔且一一对应地周向环设于线圈组的径向外侧，周向两两相邻的线圈组之间间隔处设置有一组径向磁钢组件，定子线圈装置与动子磁钢装置同轴设置，轴线方向为Y向；每个线圈组分别为动子磁钢装置提供Y向和垂直于Y向的电磁力。

Description

一种动磁铁直线电机

技术领域

本发明涉及半导体集成电路技术领域，尤其涉及一种动磁铁直线电机。

背景技术

磁悬浮技术具有非接触、无摩擦、无磨损等特点，在半导体集成电路装备领域内具有广阔的应用前景。在真空半导体设备中，传统的机械导轨和气浮导轨在真空及大行程中使用受到了限制。

传统直线电机，线圈呈跑道型，跑道型的线圈仅直线的部分为动子提供出力，跑道型的线圈的圆弧部分不提供出力，因此线圈利用率低，以及推力密度小。

基于此，亟需一种动磁铁直线电机，以解决上述存在的问题。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种动磁铁直线电机，实现了线圈组的任意有效边进行有效利用，提高了线圈利用率，推力密度更高，结构简单及结构紧凑。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种动磁铁直线电机，包括：

定子线圈装置，包括至少四组周向环设的线圈组，且所述线圈组的数量为偶数个，所述线圈组的横截面呈扇形或三角形，每个所述扇形或所述三角形均有一个角指向环心；

动子磁钢装置，包括至少四组周向磁钢组件和至少四组径向磁钢组件，所述周向磁钢组件、所述径向磁钢组件和所述线圈组的数量相同，所述周向磁钢组件依次间隔且一一对应地周向环设于所述线圈组的径向外侧，两两相邻的所述线圈组之间间隔设置有一组所述径向磁钢组件，所述定子线圈装置与所述动子磁钢装置同轴设置，轴线方向为Y向；

每个所述线圈组分别为所述动子磁钢装置提供Y向和垂直于Y向的电磁力。

作为一种动磁铁直线电机的优选技术方案，每个所述线圈组包括沿Y向拼接的多个线圈群单元，所述线圈群单元包括六个呈扇形或三角形的线圈，六个所述线圈按照A线圈、Z线圈、B线圈、X线圈、C线圈和Y线圈的顺序依次排列并构成三相线圈，所述动子磁钢装置沿Y向至少覆盖两个所述线圈群单元；

所述A线圈与所述X线圈相位差180度，电流方向相反并组成第一相线圈；所述B线圈与所述Y线圈相位差180度，电流方向相反并组成第二相线圈；所述C线圈与所述Z线圈相位差180度，电流方向相反并组成第三相线圈。

作为一种动磁铁直线电机的优选技术方案，沿Y向相邻所述线圈的同一侧端面的Y向间距为Pc，所述线圈的Y向宽度为Wc，Wc/Pc不小于95％。

作为一种动磁铁直线电机的优选技术方案，所述径向磁钢组件包括沿Y向堆叠的多个径向磁钢，所述周向磁钢组件包括沿Y向堆叠的多个周向磁钢，沿垂直于Y向的同一平面内的所有所述径向磁钢和所有所述周向磁钢共同构成磁钢层，且所述磁钢层沿Y向堆叠至少四层，周向相邻的所述磁钢层的充磁方向相反，每个所述磁钢层中的磁钢的Y向宽度相同。

作为一种动磁铁直线电机的优选技术方案，所述线圈组、所述径向磁钢组件和所述周向磁钢组件均为四组，每个所述磁钢层均包括四个径向磁钢和四个周向磁钢，相邻所述周向磁钢的充磁方向沿径向方向相反；

四个所述径向磁钢分别为第一径向磁钢、第二径向磁钢、第三径向磁钢和第四径向磁钢，所述第一径向磁钢和所述第三径向磁钢位于X轴上，且充磁方向沿Z向方向相反，所述第二径向磁钢和所述第四径向磁钢位于Z轴上，且充磁方向沿X向方向相反，所述X向、所述Y向和所述Z向两两相互垂直；

与所述线圈组相邻的所述周向磁钢和所述径向磁钢的充磁方向同时均指向对应的所述线圈组或同时均背向对应的所述线圈组。

作为一种动磁铁直线电机的优选技术方案，Y向相邻所述磁钢层之间的极距为τ，单个所述线圈群单元的宽度为2τ。

作为一种动磁铁直线电机的优选技术方案，还包括电子电力开关，所述动磁铁直线电机运行时所述电子电力开关用于控制所述动子磁钢装置覆盖的所述线圈群单元为开路状态，控制所述动子磁钢装置未覆盖的所述线圈群单元为断路状态。

作为一种动磁铁直线电机的优选技术方案，还包括多个驱动控制组，多个所述驱动控制组分别为第一驱动控制组、第二驱动控制组和第三驱动控制组，所述第一驱动控制组控制所有所述线圈组中第3N-2层所述线圈群单元的电流方向和大小，所述第二驱动控制组控制所有所述线圈组中第3N-1层所述线圈群单元的电流方向和大小，所述第三驱动控制组控制所有所述线圈组中第3N层所述线圈群单元的电流方向和大小，N为正整数。

作为一种动磁铁直线电机的优选技术方案，每个所述驱动控制组均包括多个控制器，多个所述控制器与多个所述线圈组数量相同且一一对应设置，所述控制器被配置为控制对应的所述线圈组中的所述线圈群单元的电流方向和大小。

作为一种动磁铁直线电机的优选技术方案，所述动子磁钢装置还包括电机背铁，所述周向磁钢组件和所述径向磁钢组件均安装于所述电机背铁上。

作为一种动磁铁直线电机的优选技术方案，所述定子线圈装置还包括支撑件，所述线圈组通过环氧胶灌封固定于所述支撑件上。

本发明的有益效果为：

本发明提供一种动磁铁直线电机，定子线圈装置包括至少四组环设的线圈组，线圈组的横截面呈扇形或三角形，每个扇形或三角形均有一个角指向环心；动子磁钢装置包括至少四组周向磁钢组件和径向磁钢组件，周向磁钢组件一一对应地间隔设置于线圈组的径向外侧，两两相邻的线圈组之间间隔设置有一组径向磁钢组件，动子磁钢装置将线圈组全方位覆盖，将线圈组的任意有效边进行有效利用，对比传统直线电机，两端不出力的方案，本发明线圈利用率高，推力密度更高，结构简单及结构紧凑。定子线圈装置与动子磁钢装置同轴设置，轴线方向为Y向；定子线圈装置与动子磁钢装置之间设置有间隙，每个线圈组分别为动子磁钢装置提供Y向和垂直于Y向的电磁力。通过调节线圈组的电流方向，进而调节线圈组对动子磁钢装置的施力方向，实现动磁铁直线电机的动子磁钢装置多自由度运动，可以作为自动力的磁浮导轨使用，控制难度较低。该动磁铁直线电机既可以提供平稳的磁浮力和导向力，可在真空环境作为导轨使用，同时还可以提供沿Y向的长行程的运动动力，实现大行程、无线缆运动，在高速高精度及超洁净环境中具有巨大优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施方式提供的动磁铁直线电机的主视图；

图2是本发明具体实施方式提供的动磁铁直线电机的结构示意图；

图3是本发明具体实施方式提供的径向磁钢组件和周向磁钢组件的结构示意图；

图4是本发明具体实施方式提供的径向磁钢组件和周向磁钢组件的主视图；

图5是本发明具体实施方式提供的动磁铁直线电机的部分结构示意图；

图6是本发明具体实施方式提供的线圈群单元的施力示意图；

图7是本发明具体实施方式提供的相邻两个线圈群单元的施力示意图；

图8是本发明具体实施方式提供的动磁铁直线电机的控制单元示意图。

图中标记如下：

1、定子线圈装置；11、线圈组；111、第一线圈组；112、第二线圈组；113、第三线圈组；114、第四线圈组；12、支撑件；13、环氧胶；14、固定柱；150、线圈群单元；150A、A线圈；150Z、Z线圈；150B、B线圈；150X、X线圈；150C、C线圈；150Y、Y线圈；1501、第一线圈群单元；1502、第二线圈群单元；1503、第三线圈群单元；1504、第四线圈群单元；1505、第五线圈群单元；1506、第六线圈群单元；1507、第七线圈群单元；1508、第八线圈群单元；

2、动子磁钢装置；21、径向磁钢组件；211、第一径向磁钢；212、第二径向磁钢；213、第三径向磁钢；214、第四径向磁钢；22、周向磁钢组件；221、第一周向磁钢；222、第二周向磁钢；223、第三周向磁钢；224、第四周向磁钢；23、电机背铁；

3、电子电力开关；

41、第一驱动控制组；42、第二驱动控制组；43、第三驱动控制组。

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。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1-图8所示，本实施例提供一种动磁铁直线电机，该动磁铁直线电机包括定子线圈装置1和动子磁钢装置2，动子磁钢装置2与定子线圈装置1同轴布置。

具体地，如图1和图2所示，定子线圈装置1包括至少四组周向环设的线圈组11，且线圈组11的数量为偶数个，线圈组11的横截面呈扇形或三角形，每个扇形或三角形均有一个角指向环心；动子磁钢装置2包括至少四组周向磁钢组件22和至少四组径向磁钢组件21，周向磁钢组件22、径向磁钢组件21和线圈组11的数量相同，四组周向磁钢组件22依次间隔且一一对应地周向环设于线圈组11的径向外侧，周向两两相邻的线圈组11之间间隔处设置有一组径向磁钢组件21，动子磁钢装置2与定子线圈装置1同轴布置，由于线圈组11横截面呈扇形或三角形，动子磁钢装置2将线圈组11在缠绕方向充分覆盖，将线圈组11的任意有效边进行有效利用，对比传统直线电机，线圈部分有效边不出力的方案，推力密度更高。

本实施例的动磁铁直线电机的轴线方向设为Y向；定子线圈装置1中各部件与动子磁钢装置2中各部件之间均设置有间隙，两者相互独立，每个线圈组11分别为动子磁钢装置2提供Y向和垂直于Y向的电磁力。通过调节线圈组11的电流方向，进而调节线圈组11对动子磁钢装置2的施力方向，实现动磁铁直线电机的动子磁钢装置2多自由度运动，可以作为自动力的磁浮导轨使用，控制难度较低。该动磁铁直线电机既可以提供平稳的磁浮力和导向力，定子线圈装置1作为电机定子磁轨，可在Y向进行无限制拼接，也可在真空环境作为导轨使用，同时还可以提供沿Y向的长行程的运动动力，实现大行程、无线缆运动，在高速高精度及超洁净环境中具有巨大优势。

本实施例中，如图1所示，动子磁钢装置2还包括电机背铁23，周向磁钢组件22和径向磁钢组件21均安装于电机背铁23上。定子线圈装置1还包括支撑件12和固定柱14，多个线圈组11通过环氧胶13灌封固定于支撑件12上。各线圈组11中的线圈绕截面为扇形或三角形的固定柱14进行缠绕。

进一步地，如图3和图4所示，径向磁钢组件21包括沿Y向堆叠的多个径向磁钢，周向磁钢组件22包括沿Y向堆叠的多个周向磁钢，沿垂直于Y向的同一平面内的所有径向磁钢和所有周向磁钢共同构成磁钢层，且磁钢层沿Y向堆叠至少四层，相邻磁钢层的充磁方向相反，例如第一层的磁钢层的充磁方向与第三层的磁钢层的充磁方向相同，第二层的磁钢层的充磁方向与第四层的磁钢层的充磁方向相同，第一层的磁钢层的充磁方向与第二层的磁钢层的充磁方向相反，至少构成2个磁场周期。相邻的磁钢层采用NS普通的阵列方式，亦可以采用halbach磁钢阵列方式。每个磁钢层中的磁钢(径向磁钢和周向磁钢)的Y向宽度相同。

具体地，如图4所示，本实施例中，线圈组11、径向磁钢组件21和周向磁钢组件22均为四组，四组线圈组11沿周向依次为第一线圈组111、第二线圈组112、第三线圈组113和第四线圈组114；每个磁钢层均包括四个径向磁钢和四个周向磁钢，周向相邻的周向磁钢的充磁方向沿径向方向相反；四个径向磁钢沿周向为第一径向磁钢211、第二径向磁钢212、第三径向磁钢213和第四径向磁钢214，第一径向磁钢211和第三径向磁钢213位于X轴上，且充磁方向沿Z向方向相反，第二径向磁钢212和第四径向磁钢214位于Z轴上，且充磁方向沿X向方向相反，X向、Y向和Z向两两相互垂直；与线圈组11相邻的周向磁钢和径向磁钢的充磁方向同时均指向对应的线圈组11或同时均背向对应的线圈组11。

例如，如图1、图2和图4所示，本实施例中，第一线圈组111、第二线圈组112、第三线圈组113和第四线圈组114分别位于X-Z轴的第一象限、第二象限、第三象限和第四象限内，四个周向磁钢沿周向依次为第一周向磁钢221、第二周向磁钢222、第三周向磁钢223和第四周向磁钢224。当与第一线圈组111相邻的第一周向磁钢221、第一径向磁钢211和第二径向磁钢212的充磁方向同时均指向对应的第一线圈组111时，与第二线圈组112相邻的第二周向磁钢222、第二径向磁钢212和第三径向磁钢213的充磁方向同时均背向对应的第二线圈组112，与第三线圈组113相邻的第三周向磁钢223、第三径向磁钢213和第四径向磁钢214的充磁方向同时均指向对应的第三线圈组113，与第四线圈组114相邻的第四周向磁钢224、第四径向磁钢214和第一径向磁钢211的充磁方向同时均背向对应的第四线圈组114。

需要说明的，由于任意线圈组11相邻的周向磁钢和径向磁钢的充磁方向均指向对应线圈组11或均背向对应线圈组11，故任意线圈组11中各条边在Y向的出力是一致的。根据实际需要控制不同线圈组11中电流大小和方向即可控制动磁铁直线电机在Y向上的运动。

当然，在其他实施例中，线圈组11、径向磁钢组件21和周向磁钢组件22也可以均为六组或八组等偶数组，满足线圈组11相邻的周向磁钢和径向磁钢的充磁方向同时均指向对应的线圈组11或同时均背向对应的线圈组11即可，具体设置的组数根据现场需求进行选择，其控制原理与本实施例相同，均能够实现动磁铁直线电机的磁悬浮运动。

在专利CN107664920B中，提出了一种电磁导轨装置，电磁导轨装置具包括导轨单元和滑块单元，滑块单元有电磁导轨滑块和矢量磁阻电机组组成，通过矢量布局，依靠电磁铁吸力构成滑块单元的磁悬浮。但是，该导轨只能四自由度悬浮，无法满足生产需求。专利CN103277409A中，提出了一种新型电磁铁分别的五自由度磁浮导轨，该磁浮导轨包括导轨，悬浮平台，设置于悬浮平台上的多组电磁铁及气隙检测位置传感器。通过差动控制模式，提供平稳的悬浮力和导向力。但是电磁铁具有非常强的非线性，控制难度较大，同时导轨结构复杂。

为解决上述问题，如图5所示，每个线圈组11包括沿Y向拼接的多个线圈群单元150，其中，每个线圈群单元150为动子磁钢装置2提供Y向和垂直于Y向的电磁力，线圈群单元150包括六个呈扇形或三角形的线圈，六个线圈按照A线圈150A、Z线圈150Z、B线圈150B、X线圈150X、C线圈150C和Y线圈150Y的顺序依次排列并构成三相线圈，当动子磁钢装置2沿Y向至少覆盖两个线圈群单元150时，动磁铁直线电机可实现六自由度磁悬浮。A线圈150A与X线圈150X相位差180度，电流方向相反并组成第一相线圈；B线圈150B与Y线圈150Y相位差180度，电流方向相反并组成第二相线圈；C线圈150C与Z线圈150Z相位差180度，电流方向相反并组成第三相线圈。根据生产需要，线圈群单元150可以设置任意个，沿Y向无限制拼接，以使线圈组11的长度无线延长，增加动磁铁直线电机的运动行程。

优选地，沿Y向相邻线圈的同一侧XZ截面端面的Y向间距为Pc，线圈的Y向宽度为Wc，Wc与Pc之间的关系决定了电机的槽满率，本实施例中，Wc/Pc不小于95％，实现更高的推力密度，提高了该动磁铁直线电机的性能。

本实施例中，Y向相邻磁钢层的极距为τ，单个线圈群单元150的Y向宽度为2τ。其中，磁钢层选为四层时，动子磁钢装置2的沿Y向宽度为4τ，使动子磁钢装置2能够沿Y向覆盖两层线圈群单元150。

需要说明的是，如图2和图6所示，沿Y向，设被动子磁钢装置2覆盖的第一线圈组111、第二线圈组112、第三线圈组113和第四线圈组114中同一层分布的线圈群单元150分别为第一线圈群单元1501、第二线圈群单元1502、第三线圈群单元1503和第四线圈群单元1504，各线圈群单元150中A线圈150A、Z线圈150Z、B线圈150B、X线圈150X、C线圈150C和Y线圈150Y构成的三相线圈，在三相线圈中通入电流，其幅值为Im，所通电流对应有两个电流分量，定义为

和

前者用于控制线圈组11对动子磁钢装置2的轴向出力Fy(Y方向的电磁力)，后者用于控制线圈组11对动子磁钢装置2中X-Z轴各象限部位的径向出力Fr(垂直于Y向的电磁力)。对应于三相线圈的分别是

和

三相线圈内所通入的电流分别是

上述各电流分量有如下关系：

因此，在

和

的控制下，第一线圈组111中的第一线圈群单元1501有Fy1_1和Fr1_1两个自由度的出力，第二线圈组112的第二线圈群单元1502有Fy2_1和Fr2_1两个自由度的出力，第三线圈组113的第三线圈群单元1503有Fy3_1和Fr3_1两个自由度的出力，第四线圈组114的第四线圈群单元1504有Fy4_1和Fr4_1两个自由度的出力。其中，Fr的出力方向与X轴存在一定的夹角α，当第一线圈群单元1501、第二线圈群单元1502、第三线圈群单元1503和第四线圈群单元1504中的三相线圈中的电流

幅值和相位均相等时，夹角α的值为45°，即径向出力Fr的出力方向指向X-Z坐标系原点。当第一线圈群单元1501、第二线圈群单元1502、第三线圈群单元1503和第四线圈群单元1504中的三相线圈中的电流

幅值和相位均不相等时，夹角α的值不为45°，径向出力Fr的出力方向会偏离X-Z坐标系原点。综上所述，通过控制不同线圈组11中电流大小和方向，即可控制动子磁钢装置2在Y向的磁浮运动及在X-Z平面上的磁浮运动，即多自由度磁浮运动。

本实施例还提供了六自由度磁浮运动中定子线圈装置1为动子磁钢装置2的施力原理，为了实现动磁铁直线电机的六自由度磁悬浮，沿Y向动子磁钢装置2覆盖至少两层相邻的线圈群单元150，同一层的第一线圈群单元1501、第二线圈群单元1502、第三线圈群单元1503和第四线圈群单元1504构成一组；同一层的第五线圈群单元1505、第六线圈群单元1506、第七线圈群单元1507和第八线圈群单元1508构成相邻的另一组，各线圈群单元150的出力方向如图7所示，在

的控制下，所有线圈组11可以均为同方向的Fy出力，控制动子磁钢装置2向Y轴加速运动，实现Y向的运动。在

的控制下，所有线圈群单元150有不同方向的Fr出力，相互协同出力控制动子磁钢装置2的五自由度悬浮，实现X向、Z向、Rx方向、Rz方向和Ry方向的运动，施力原理参照以下：

当第一线圈群单元1501的Fr1_1、第四线圈群单元1504的Fr4_1、第五线圈群单元1505的Fr1_2和第八线圈群单元1508的Fr4_2出力为径向向外，第二线圈群单元1502的Fr2_1、第三线圈群单元1503的Fr3_1、第六线圈群单元1506的Fr2_2和第七线圈群单元1507的Fr3_2出力为径向向内时，动子磁钢装置2向X正方向运动，反之，则向X负方向运动。

当第一线圈群单元1501的Fr1_1、第二线圈群单元1502的Fr2_1、第五线圈群单元1505的Fr1_2和第六线圈群单元1506的Fr2_2出力为径向向外，第三线圈群单元1503的Fr3_1、第四线圈群单元1504的Fr4_1、第七线圈群单元1507的Fr3_2和第八线圈群单元1508的Fr4_2出力为径向向内时，动子磁钢装置2向Z正方向运动，反之，则向Z负方向运动。

当第一线圈群单元1501、第二线圈群单元1502、第三线圈群单元1503和第四线圈群单元1504中各Fr的出力之和为Z向正方向，第五线圈群单元1505、第六线圈群单元1506、第七线圈群单元1507和第八线圈群单元1508中Fr的出力之和为Z向负方向时，或上述各线圈群单元150中Fr的出力方向完全相反时，动子磁钢装置2实现Rx方向运动。

当第一线圈群单元1501、第二线圈群单元1502、第三线圈群单元1503和第四线圈群单元1504中Fr的出力之和为X向正方向，第五线圈群单元1505、第六线圈群单元1506、第七线圈群单元1507和第八线圈群单元1508中Fr的出力之和为X向负方向时，或上述各线圈群单元150的Fr出力方向完全相反时，动子磁钢装置2实现Rz方向运动。

当Y向相邻的线圈群单元150中三相线圈中的电流

幅值和相位相同，X-Z轴内不同象限的线圈群单元150中三相线圈中的电流

幅值和相位均不相等时(即第一线圈群单元1501和第五线圈群单元1505相同、第二线圈群单元1502和第六线圈群单元1506相同、第三线圈群单元1503和第七线圈群单元1507相同、第四线圈群单元1504和第八线圈群单元1508相同，但第一线圈群单元1501、第二线圈群单元1502、第三线圈群单元1503和第四线圈群单元1504之间均不相同)，此时各径向出力Fr的夹角的值不为45°，各线圈群单元150中径向出力Fr的出力方向会偏离坐标系原点，此时动子磁钢装置2实现Ry方向运动。

如图8所示，本实施例中，动磁铁直线电机为长初级短次级电机结构形式，在未覆盖有动子磁钢装置2的定子线圈装置1区域，线圈组11通电并不会做功，导致线圈组11中线圈发热严重，且浪费电能。优选地，动磁铁直线电机还包括电子电力开关3，动磁铁直线电机运行时电子电力开关3用于控制动子磁钢装置2覆盖的线圈群单元150为开路状态，控制动子磁钢装置2未覆盖的线圈群单元150为断路状态，保证在动子磁钢装置2覆盖区域的线圈群单元150处于通电状态下，而在动子磁钢装置2未覆盖区域外的线圈群单元150处于关闭状态，减少线圈通电数量，最大程度减少线圈发热现象。

进一步优选地，由于本实施例中，动子磁钢装置2为两层线圈群单元150的沿Y向的宽度，所以动子磁钢装置2在运动时，最多会覆盖三层线圈群单元150，因此，需要三个线圈群单元150同时工作，所以，该动磁铁直线电机还包括多个驱动控制组，多个驱动控制组分别为第一驱动控制组41、第二驱动控制组42和第三驱动控制组43，第一驱动控制组41控制所有线圈组11中第3N-2层线圈群单元150的电流方向和大小，第二驱动控制组42控制所有线圈组11中第3N-1层线圈群单元150的电流方向和大小，第三驱动控制组43控制所有线圈组11中第3N层线圈群单元150的电流方向和大小，N为正整数。需要说明的，本实施例中沿Y向位置相同的四个线圈群单元150为一层。例如：第一线圈群单元1501、第二线圈群单元1502、第三线圈群单元1503和第四线圈群单元1504为第一层线圈群单元；第五线圈群单元1505、第六线圈群单元1506、第七线圈群单元1507和第八线圈群单元1508为第二层线圈群单元；以此类推。

进一步优选地，每个驱动控制组均包括多个控制器，多个控制器与多个线圈组11数量相同且一一对应设置，本实施例中，控制器的数量为四个，控制器被配置为控制对应的线圈组11中的线圈群单元150的电流方向和大小，以实现动子磁钢装置2的六自由度磁悬浮，以及动子磁钢装置2的运动速度。

需要说明的是，本实施例中动子磁钢装置2所覆盖三个线圈群单元150电子的数量和驱动控制组的数量是较佳的组合方案，根据实际需要也可以是其他方式的组合。另外，电力开关3、多个驱动控制组以及驱动控制组内的多个控制器为实现相应功能的设置方式及工作原理为现有技术中常用技术手段，此处不再赘述。

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 (11)

1.一种动磁铁直线电机，其特征在于，包括：

定子线圈装置(1)，包括至少四组周向环设的线圈组(11)，且所述线圈组(11)的数量为偶数个，所述线圈组(11)的横截面呈扇形或三角形，每个所述扇形或所述三角形均有一个角指向环心；

动子磁钢装置(2)，包括至少四组周向磁钢组件(22)和至少四组径向磁钢组件(21)，所述周向磁钢组件(22)、所述径向磁钢组件(21)和所述线圈组(11)的数量相同，所述周向磁钢组件(22)依次间隔且一一对应地周向环设于所述线圈组(11)的径向外侧，周向两两相邻的所述线圈组(11)之间间隔处设置有一组所述径向磁钢组件(21)，所述定子线圈装置(1)与所述动子磁钢装置(2)同轴设置，轴线方向为Y向；

每个所述线圈组(11)分别为所述动子磁钢装置(2)提供所述Y向和垂直于所述Y向的电磁力。

2.根据权利要求1所述的动磁铁直线电机，其特征在于，每个所述线圈组(11)包括沿所述Y向拼接的多个线圈群单元(150)，所述线圈群单元(150)包括六个呈扇形或三角形的线圈，六个所述线圈按照A线圈(150A)、Z线圈(150Z)、B线圈(150B)、X线圈(150X)、C线圈(150C)和Y线圈(150Y)的顺序依次排列并构成三相线圈，所述动子磁钢装置(2)沿所述Y向至少覆盖两个所述线圈群单元(150)；

所述A线圈(150A)与所述X线圈(150X)相位差180度，电流方向相反并组成第一相线圈；所述B线圈(150B)与所述Y线圈(150Y)相位差180度，电流方向相反并组成第二相线圈；所述C线圈(150C)与所述Z线圈(150Z)相位差180度，电流方向相反并组成第三相线圈。

3.根据权利要求2所述的动磁铁直线电机，其特征在于，沿所述Y向相邻所述线圈的同一侧端面的所述Y向间距为Pc，所述线圈的所述Y向宽度为Wc，Wc/Pc不小于95％。

4.根据权利要求2所述的动磁铁直线电机，其特征在于，所述径向磁钢组件(21)包括沿所述Y向堆叠的多个径向磁钢，所述周向磁钢组件(22)包括沿所述Y向堆叠的多个周向磁钢，沿垂直于所述Y向的同一平面内的所有所述径向磁钢和所有所述周向磁钢共同构成磁钢层，且所述磁钢层沿所述Y向堆叠至少四层，相邻所述磁钢层的充磁方向相反，每个所述磁钢层中的磁钢的所述Y向宽度相同。

5.根据权利要求4所述的动磁铁直线电机，其特征在于，所述线圈组(11)、所述径向磁钢组件(21)和所述周向磁钢组件(22)均为四组，每个所述磁钢层均包括四个径向磁钢和四个周向磁钢，周向相邻的所述周向磁钢的充磁方向沿径向方向相反；

四个所述径向磁钢沿周向依次为第一径向磁钢(211)、第二径向磁钢(212)、第三径向磁钢(213)和第四径向磁钢(214)，所述第一径向磁钢(211)和所述第三径向磁钢(213)位于X轴上，且充磁方向沿Z向方向相反，所述第二径向磁钢(212)和所述第四径向磁钢(214)位于Z轴上，且充磁方向沿X向方向相反，所述X向、所述Y向和所述Z向两两相互垂直；

与所述线圈组(11)相邻的所述周向磁钢和所述径向磁钢的充磁方向同时均指向对应的所述线圈组(11)或同时均背向对应的所述线圈组(11)。

6.根据权利要求4所述的动磁铁直线电机，其特征在于，所述Y向相邻所述磁钢层之间的极距为τ，单个所述线圈群单元(150)的宽度为2τ。

7.根据权利要求2所述的动磁铁直线电机，其特征在于，还包括电子电力开关(3)，所述动磁铁直线电机运行时所述电子电力开关(3)用于控制所述动子磁钢装置(2)覆盖的所述线圈群单元(150)为开路状态，控制所述动子磁钢装置(2)未覆盖的所述线圈群单元(150)为断路状态。

8.根据权利要求2所述的动磁铁直线电机，其特征在于，还包括多个驱动控制组，多个所述驱动控制组分别为第一驱动控制组(41)、第二驱动控制组(42)和第三驱动控制组(43)，所述第一驱动控制组(41)控制所有所述线圈组(11)中第3N-2层所述线圈群单元(150)的电流方向和大小，所述第二驱动控制组(42)控制所有所述线圈组(11)中第3N-1层所述线圈群单元(150)的电流方向和大小，所述第三驱动控制组(43)控制所有所述线圈组(11)中第3N层所述线圈群单元(150)的电流方向和大小，N为正整数。

9.根据权利要求8所述的动磁铁直线电机，其特征在于，每个所述驱动控制组均包括多个控制器，多个所述控制器与多个所述线圈组(11)数量相同且一一对应设置，所述控制器被配置为控制对应的所述线圈组(11)中的所述线圈群单元(150)的电流方向和大小。

10.根据权利要求1-9任一项所述的动磁铁直线电机，其特征在于，所述动子磁钢装置(2)还包括电机背铁(23)，所述周向磁钢组件(22)和所述径向磁钢组件(21)均安装于所述电机背铁(23)上。

11.根据权利要求1-9任一项所述的动磁铁直线电机，其特征在于，所述定子线圈装置(1)还包括支撑件(12)，所述线圈组(11)通过环氧胶(13)灌封固定于所述支撑件(12)上。

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