集成绕组结构短行程直流平面电机，属于电机领域，它解决了现有平面电机存在的结构复杂、绕组利用率低、损耗大、效率低、控制复杂以及定位精度低的问题。所述平面电机由一个或多个电机单元组成，每个电机单元中由四个正方形线圈组成电枢绕组，永磁体励磁部件中的永磁体阵列包括平行充磁的正方形永磁体和垂直充磁永磁体，四个线圈呈“田”字形排列，永磁体阵列为由四个正方形永磁体和十二个垂直充磁永磁体组成的“＃”字形阵列，正方形永磁体和垂直充磁永磁体间隔排列，位于四个交叉点的为正方形永磁体，并且所述四个正方形永磁体与四个线圈的中心位置相对应。本发明专利技术适用于二维平面驱动装置，尤其是精密二维平面驱动装置。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电机领域，尤其涉及一种短行程直流平面电机。
技术介绍
现代精密、超精密加工装备对高响应、高速度、高精度的平面驱动装置有着迫切的需求，如机械加工、电子产品生产、机械装卸、制造自动化仪表设备甚至机器人驱动等。通 常这些装置由旋转式电动机产生动力驱动，再由皮带、滚珠丝杆等机械装置，转换为直线运 动。由于机械装置复杂，传动精度和速度都受到限制，且需经常调校，造成成本高、可靠性 差、体积较大。最初的平面驱动装置是由两台直接驱动的直线电机来实现的，采用层叠式驱 动结构，这种结构增加了传动系统的复杂性，从本质上没有摆脱低维运动机构叠加形成高 维运动机构的模式。对于底层的直线电机，要承载上层直线电机及其相关机械部件的总质 量，从而严重影响了定位和控制精确度。而直接利用电磁能产生平面运动的平面电机，具有 出力密度高、低热耗、高速度、高精度和高可靠性的特点，因省去了从旋转运动到直线运动 再到平面运动的中间转换装置，可把控制对象同电机做成一体化结构，具有反应快、灵敏度 高、随动性好及结构简单等优点。根据平面电机电磁推力的产生原理，可以将平面电机分为 变磁阻型、同步型和感应型。其中，同步型平面电机具有结构简单、推力大、效率高和响应速 度快等良好的综合性能，在二维平面驱动装置、特别是精密二维平面驱动装置中具有广阔 的应用前景。图11所示为现有的一种平面电机结构，图12是所述平面电机的永磁体阵列的结 构示意图。该电机中包括定子和动子两大部件，它的工作原理类似于三相旋转永磁同步电 机，定子包含铁心和4个相互垂直放置的推力绕组，每个绕组有独立的3个相，X向推力绕组 用于驱动动子沿X方向运动，Y向推力绕组用于驱动动子沿Y方向运动。动子包含动子平台 和4个永磁体阵列，永磁体阵列排列在动子平台的下表面，通过控制相应的三相绕组电流， 动子平台就可以在平面上做定位运动。但是，该永磁同步平面电机存在电机结构复杂、绕组的利用率低、损耗大、效率低、 控制复杂以及定位精度低等问题。
技术实现思路
为了解决现有平面电机存在的结构复杂、绕组利用率低、损耗大、效率低、控制复 杂以及定位精度低的问题，本专利技术提出一种集成绕组结构短行程直流平面电机。本专利技术提供了四种结构的集成绕组结构短行程直流平面电机的结构，具体为结构一单边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，它由电枢部件和永磁体 励磁部件组成，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，其中电枢部件包括电枢绕组和电 枢铁心，永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板，所述电枢绕组为四相绕组，所述电枢绕组由4线圈组成，每个线圈为正方形，且绕 向相同，所述4个线圈组成“田”字形固定在电枢铁心上，所述4个线圈所在平面为XY平面，每个线圈的边平行于XY平面的X轴或Y轴，每个线圈为一相绕组，永磁体阵列包括4块正方形永磁体和12块垂直充磁永磁体，所述包括4块正方形 永磁体和12块垂直充磁永磁体组成“#，，字形，所述永磁体阵列固定在永磁体轭板上，并且 所述永磁体阵列所在平面与XY平面平行，所述“#”字形的四个交叉点分别与4个线圈的中 心位置相对应；4块正方形永磁体分别位于“#”字形的四个交叉点处，平且每个正方形永磁体的 边与线圈的边相平行， 12块垂直充磁永磁体分别位于所述4块正方形充磁平板形永磁体的四周，所述正方形永磁体的充磁方向与其正方形端面的对角线平行，平行相邻的两块正方形永磁体的充磁方向相差90°度，并且对角相邻的两块正方形永磁体的充磁方向相反，与每一个正方形永磁体相邻的4个垂直充磁永磁体中，与正方形永磁体的磁力线 所指向的两条边相邻的2块垂直充磁永磁体为N极，另外2块垂直充磁永磁体为S极，电枢绕组的线圈中心距τ t与永磁体阵列的极距τ p之间满足关系、=τ p。结构二基于结构一的双边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，它包括电 枢部件和两个永磁体励磁部件，所述两个永磁体励磁部件相互平行，电枢部件位于两个永 磁体励磁部件的中间，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，其中电枢部件包括电枢绕组，永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板，两 个永磁体励磁部件的结构相同；所述电枢绕组为四相绕组，所述电枢绕组由4线圈组成，每个线圈为正方形，且绕 向相同，所述4个线圈组成“田”字形排列固定，所述4个线圈所在平面为XY平面，每个线 圈的边平行于XY平面的X轴或Y轴，每个线圈为一相绕组，永磁体阵列包括4块正方形永磁体和12块垂直充磁永磁体，所述包括4块正方形 永磁体和12块垂直充磁永磁体组成“#”字形，所述永磁体阵列固定在永磁体轭板上，并且 所述永磁体阵列所在平面与XY平面平行，所述“#”字形的四个交叉点分别与4个线圈的中 心位置相对应；4块正方形永磁体分别位于“#”字形的四个交叉点处，平且每个正方形永磁体的 边与线圈的边相平行， 12块垂直充磁永磁体分别位于所述4块正方形充磁平板形永磁体的四周，所述正 方形永磁体的充磁方向与其正方形端面的对角线平行，平行相邻的两块正方形永磁体的充磁方向相差90°度，并且对角相邻的两块正方 形永磁体的充磁方向相反，与每一个正方形永磁体相邻的4个垂直充磁永磁体中，与正方形永磁体的磁力线 所指向的两条边相邻的2块垂直充磁永磁体为N极，另外2块垂直充磁永磁体为S极，电枢绕组的线圈中心距τ t与永磁体阵列的极距τ p之间满足关系、=τ p，两个永磁体励磁部件的永磁体阵列中，位置相同的两块垂直充磁永磁体的充磁方 向相同，位置相同的两块平行充磁永磁体的充磁方向相反。结构三基于结构一的多个电机单元的单边结构的集成绕组结构短行程直流平面 电机，它由2η个电机单元构成，所述2η个电机单元排成2列，每个电机单元包括电枢部件和永磁体励磁部件，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，每个电机单元的电枢部件包括电枢绕组和电枢铁心，2η个电机单元的电枢铁心固 定连接在一起；每个电机单元的电枢绕组由4线圈组成，每个线圈为正方形，且绕向相同， 对角相邻的2个线圈反向串联连接成一个线圈组，所述4个线圈组成“田”字形固定在电枢 铁心上，所述4个线圈所在平面为XY平面，每个线圈的边平行于XY平面的X轴或Y轴，位 于同一列的η个电机单元中，对应位置的线圈组串联连接组成一相绕组，2η个电机单元中 的所有线圈组共组成四相绕组，每个电机单元的永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板，2η个电机单元的 永磁体轭板固定连接在一起，每个电机单元的永磁体阵列包括4块正方形永磁体和12块垂直充磁永磁体，所述 包括4块正方形永磁体和12块垂直充磁永磁体组成“#”字形，所述永磁体阵列固定在永磁 体轭板上，并且所述永磁体阵列所在平面与XY平面平行，所述“#”字形的四个交叉点分别 与4个线圈的中心位置相对应；4块正方形永磁体分别位于“#”字形的四个交叉点处，平且每个正方形永磁体的 边与线圈的边相平行， 12块垂直充磁永磁体分别位于所述4块正方形充磁平板形永磁体的四周，所述正方形永磁体的充磁方向与其正方形端面的对角线平行，平行相邻的两块正方形永磁体的充磁方向相差90°度，并且对角相邻的两块正方 形永磁体的充磁方向相反，与每一个正方形永磁体相邻的4个垂直充磁永磁体中，与正方形永磁体的磁力线 所指向的两条边相邻的2块垂直充磁永磁体为N极，另外2块垂直充磁永本文档来自技高网...
【技术保护点】
单边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，它包括电枢部件和永磁体励磁部件，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，其中电枢部件包括电枢绕组和电枢铁心，永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板，其特征在于，所述电枢绕组为四相绕组，所述电枢绕组由４线圈组成，每个线圈为正方形，且绕向相同，所述４个线圈组成“田”字形固定在电枢铁心上，所述４个线圈所在平面为ＸＹ平面，每个线圈的边平行于ＸＹ平面的Ｘ轴或Ｙ轴，每个线圈为一相绕组，永磁体阵列包括４块正方形永磁体和１２块垂直充磁永磁体，所述包括４块正方形永磁体和１２块垂直充磁永磁体组成“＃”字形，所述永磁体阵列固定在永磁体轭板上，并且所述永磁体阵列所在平面与ＸＹ平面平行，所述“＃”字形的四个交叉点分别与４个线圈的中心位置相对应；４块正方形永磁体分别位于“＃”字形的四个交叉点处，平且每个正方形永磁体的边与线圈的边相平行，１２块垂直充磁永磁体分别位于所述４块正方形充磁平板形永磁体的四周，所述正方形永磁体的充磁方向与其正方形端面的对角线平行，平行相邻的两块正方形永磁体的充磁方向相差９０°度，并且对角相邻的两块正方形永磁体的充磁方向相反，与每一个正方形永磁体相邻的４个垂直充磁永磁体中，与正方形永磁体的磁力线所指向的两条边相邻的２块垂直充磁永磁体为Ｎ极，另外２块垂直充磁永磁体为Ｓ极，电枢绕组的线圈中心距τ↓［ｔ］与永磁体阵列的极距τ↓［ｐ］之间满足关系τ↓［ｔ］＝τ↓［ｐ］。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：寇宝泉，张千帆，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]
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