本实用新型专利技术公开了一种多相嵌套绕组式永磁同步平面电机。包括永磁励磁部分和电枢绕组部分，两部分叠加后留有气隙；永磁励磁部分包括N极和S极励磁模块组合而成的二维永磁体阵列和轭部，励磁模块尺寸相同，且均包含有一个处于中心位置的垂直励磁主磁极、四个边部的辅助磁极和四个角部的辅助磁极；电枢绕组包括沿X方向和沿Y方向放置的绕组，沿X、沿Y方向放置的绕组各自以Y向和X向中心线为分割为两个部分，四个部分间绕组相互独立，可根据电枢绕组和二维永磁体阵列间的相对位置，对各部分绕组电流进行分别控制，实现五个自由度的驱动和定位。本实用新型专利技术具有绕组利用率高、重量轻、响应速度快、运动范围广等优点，可用于需要多自由度驱动的定位的场合。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及电机，尤其是涉及一种多相嵌套绕组式永磁同步平面电机。
技术介绍
随着科学技术进步，高速度、高精度成为机械加工的重要发展方向，在微电子封装设备如共晶粘片机、全自动金丝球焊机和IC芯片制作设备，对驱动器定位精度、运行速度、驱动维数都提出了越来越高的要求。由于电磁驱动方法与其它驱动方法如静电驱动、压电驱动和形状记忆合金驱动方法相比，能同时兼顾位移、速度和驱动力等多方面要求，具有操作范围广、自由度多、驱动力大、相应速度快等优点，因此成为目前国际公认的可实现大范围多自由度的精密驱动方法。而电磁驱动中的平面电机驱动方法，由于摒弃了从旋转运动到直线运动再到平面运动的丝杠、螺杆等中间转换装置，消除了累积误差的存在；采用了集成式的磁钢阵列和电枢绕组结构使得系统驱动范围更加容易扩展；磁悬浮驱动方法降低了运动面约束，消除了摩擦损耗，进一步提高了驱动精度；简单的结构使其与其他电磁驱动方法相比在精密加工领域具有更强的竞争力。永磁平面电机与感应式和磁阻式平面电机相比，更是具有结构简单、定位精度高、系统效率高等优点，在光刻机等现代精密、超精密制造装备领域中表现出良好的应用前景。现有的永磁平面电机结构主要分为以下几类：1、组合式：平面电机由多个一维直线电机相组合而成；2、集中绕组式：平面电机包括二维永磁体和集中绕组线圈阵列两大部分；3、层叠绕组式：平面电机包括二维永磁体和层叠绕组线圈两大部分。其中组合绕组式电机结构相对复杂不利于系统扩展；集中绕组式虽然使得平面电机结构更加紧凑，但绕组系数较低，各自由度间的电磁力耦合和绕组切换为控制增加了难度；层叠绕组式电枢绕组采用X、Y方向绕组层叠放置的方式，该结构其不仅易实现解耦控制，且绕组系数相对较高，但现有结构中仍存在绕组端部过长，利用率偏低，X、Y方向绕组由于等效气隙高度不同，电磁特性不对称的缺点。
技术实现思路
为了解决现有平面电机绕组系数以及利用率低的缺点，本技术的目的在于提供一种多相嵌套绕组式永磁同步平面电机，在尽可能实现解除各自由度间电磁力耦合的同时，进一步提高平面电机推力密度。本技术采用的技术方案是：本技术包括永磁励磁部分和正交嵌套式的电枢绕组部分，两者均为平板式结构，永磁励磁部分和电枢绕组部分叠加后留有气隙；其特征在于：永磁励磁部分包括N极励磁模块和S极励磁模块组合而成的二维永磁体阵列和轭部，所述励磁模块尺寸相同，且均包含有一个处于中心位置的垂直励磁主磁极、四个边部的辅助磁极和四个角部的辅助磁极；电枢绕组包括沿X方向放置的绕组和沿Y方向放置的绕组，共两套双层空心绕组，其中一套绕组正交嵌套于另一套绕组之中，沿X方向放置的绕组和沿Y方向放置的绕组各自以平面电机动子部分Y向和X向中心线为分割点分为两个部分，四个部分间绕组相互独立，四个部分的绕组电流能分别控制。所述二维永磁体阵列粘贴在轭部靠近气隙的一面，励磁模块横截面为边长为τp的正方形，处于中心的垂直励磁主磁极横截面为边长τpc的正方形，四个边部辅助磁极横截面为边长分别是τpc和（τp-τpc）的矩形，四个角部辅助磁极横截面为边长为（τp-τpc）的正方形。所述N极励磁模块中，从绕组侧观察，主磁极充磁方向为垂直轭部平面向外或者S极励磁模块中，从绕组侧观察，主磁极充磁方向为垂直轭部平面向内；边部辅助磁极充磁方向与轭部表面相平行，由S极指向N极方向；角部辅助磁极充磁方向与轭部表面相平行，为边对角线方向，磁场矢量分别与X轴或Y轴平行，且含有由S极指向N极的磁场分量。所述N极励磁模块中，从绕组侧观察，边部辅助磁极充磁方向采用边对角线方向，磁场矢量中同时含有由S极指向N极和垂直轭部平面向外的磁场分量；或者S极励磁模块中，从绕组侧观察，边部辅助磁极充磁方向采用边对角线方向，磁场矢量中同时含有由S极指向N极和垂直轭部平面向内的磁场分量。所述N极励磁模块中，从绕组侧观察，角部辅助磁极充磁方向采用点对角线方向，磁场矢量中同时含有与X轴或Y轴平行的分量，由S极指向N极的磁场分量，以及垂直轭部平面向外的磁场分量；或者S极励磁模块中，从绕组侧观察，角部辅助磁极充磁方向采用点对角线方向，磁场矢量中同时含有与X轴或Y轴平行的分量，由S极指向N极的磁场分量，以及垂直轭部平面向内的磁场分量。所述电枢绕组为多层空心绕组相互正交嵌套式结构，绕组总层数为四的整数倍，基本的四层结构由沿X方向放置的双层空心绕组和沿Y方向放置的双层绕组构成，其中一套绕组正交放置在另一套双层绕组之间，双层绕组中绕组上层边和下层边之间的X或Y向绕组跨距为一个极距τ（τ= ），当绕组相数为m时，每个绕组的宽度为τ/m。所述永磁励磁部分为平面电机的定子部分，电枢绕组部分为平面电机的动子部分；或所述永磁励磁部分为平面电机的动子部分，电枢绕组部分为平面电机的定子部分。本技术具有的有益效果是： 1)本技术可将电枢绕组作为定子部分，将永磁励磁部分作为动子部分；也可将永磁励磁部分作为定子部分，将电枢绕组作为动子部分；彼此间利用相斥的洛仑兹力实现悬浮和驱动。2)本技术免除摩擦和接触面的约束3)嵌套式的绕组方式有效的减小了绕组端部长度，分布式结构增大了绕组系数，使得绕组利用率进一步提高；免除了铁心部分，去除了电磁吸力，降低了运动部件的惯性，减小了动子质量和推力波动，提高了系统的响应速度；X、Y方向电磁力可通过沿Y方向和沿X方向放置的绕组电流的控制进行分别调节，实现了自由度间的解耦，降低了系统控制难度；偶数层式绕组结构减小了X、Y方向绕组由于等效气隙高度不同，产生的电磁特性不对称的情况；电机的运动范围容易扩展，更适用于高响应、大推力、大范围的精密驱动场合。附图说明图1是实施例1电机结构俯视图。图2是实施例1电机结构侧视图。图3是以五个极为例，实施例1永磁体阵列排布示意图。图4是实施例1～2中N极励磁模块。图5是实施例1～2中S极励磁模块。图6是实施例3边部辅助磁极充磁方向示意图。图7是实施例4角部辅助磁极充磁方向示意图。图中：1：永磁励磁部分；2：电枢绕组部分；1-1：二维永磁体阵列，1-2：轭部；2-1：沿X方向放置的绕组；2-2：沿Y方向放置的绕组；1-1-1：N极励磁模块；1-1-2：S极励磁模块；1-1-1-1：N极励磁模块中处于中心位置的垂直励磁主磁极；1-1-1-2：N极励磁模块中处于边部的辅助磁极；1-1-1-3：N极励磁模块中处于角部的辅助磁极。1-1-2-1：S极励磁模块中处于中心位置的垂直励磁主磁极；1-1-2-2：S极励磁模块中处于边部的辅助磁极；1-1-2-3：S极励磁模块中处于角部的辅助磁极。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术作进一步的说明。实施例1：如图1和图2所示，本实施例所述的多相嵌套绕组式永磁同步平面电机包括永磁励磁部分1和正交嵌套式电枢绕组本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多相嵌套绕组式永磁同步平面电机，包括永磁励磁部分和正交嵌套式的电枢绕组部分，两者均为平板式结构，永磁励磁部分和电枢绕组部分叠加后留有气隙；其特征在于：永磁励磁部分包括N极励磁模块和S极励磁模块组合而成的二维永磁体阵列和轭部，所述励磁模块尺寸相同，且均包含有一个处于中心位置的垂直励磁主磁极、四个边部的辅助磁极和四个角部的辅助磁极；电枢绕组包括沿X方向放置的绕组和沿Y方向放置的绕组，共两套双层空心绕组，其中一套绕组正交嵌套于另一套绕组之中，沿X方向放置的绕组和沿Y方向放置的绕组各自以平面电机动子部分Y向和X向中心线为分割点分为两个部分，四个部分间绕组相互独立，四个部分的绕组电流能分别控制。
【技术特征摘要】
1.一种多相嵌套绕组式永磁同步平面电机，包括永磁励磁部分和正交嵌套式的电枢绕组部分，两者均为平板式结构，永磁励磁部分和电枢绕组部分叠加后留有气隙；其特征在于：永磁励磁部分包括N极励磁模块和S极励磁模块组合而成的二维永磁体阵列和轭部，所述励磁模块尺寸相同，且均包含有一个处于中心位置的垂直励磁主磁极、四个边部的辅助磁极和四个角部的辅助磁极；电枢绕组包括沿X方向放置的绕组和沿Y方向放置的绕组，共两套双层空心绕组，其中一套绕组正交嵌套于另一套绕组之中，沿X方向放置的绕组和沿Y方向放置的绕组各自以平面电机动子部分Y向和X向中心线为分割点分为两个部分，四个部分间绕组相互独立，四个部分的绕组电流能分别控制。
2.根据权利要求1所述的一种多相嵌套绕组式永磁同步平面电机，其特征在于：所述二维永磁体阵列粘贴在轭部靠近气隙的一面，励磁模块横截面为边长为τp的正方形，处于中心的垂直励磁主磁极横截面为边长τpc的正方形，四个边部辅助磁极横截面为边长分别是τpc和(τp-τpc)的矩形，四个角部辅助磁极横截面为边长为(τp-τpc)的正方形。
3.根据权利要求1所述的一种多相嵌套绕组式永磁同步平面电机，其特征在于：所述N极励磁模块中，从绕组侧观察，主磁极充磁方向为垂直轭部平面向外；或者S极励磁模块中，从绕组侧观察，主磁极充磁方向为垂直轭部平面向内；边部辅助磁极充磁方向与轭部表面相平行，由S极指向N极方向；角部辅助磁极充磁方向与轭部表面相平行，为边对角线方向，磁场矢量分别与X轴或Y轴平行，且含有由S极指向N极的磁场分量。
4.根据权利要求1所述的一种多相嵌...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭亮，丁浩，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33
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