短行程多自由度磁悬浮平面电机制造技术

短行程多自由度磁悬浮平面电机，属于电机领域，解决现有平面电机结构复杂、绕组的利用率低、损耗大、效率低、控制复杂，以及定位精度低的问题。本发明专利技术所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机由短行程平面电机与多个磁悬浮支撑机构组成，所述多个磁悬浮支撑机构均匀分布在短行程平面电机的定子的周边，每个磁悬浮支撑机构的定子都与所述短行程平面电机的定子固定连接，每个磁悬浮支撑机构的动子都与短行程平面电机的动子固定连接。本发明专利技术通过控制多个磁悬浮支撑机构的动子和短行程平面电机的动子的运动，即可实现短行程平面电机的动子在ＸＹ平面、沿Ｚ轴、以及绕Ｘ轴、Ｙ轴或Ｚ轴旋转的目的即实现平面电机的６自由度运动控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电机领域，具体涉及一种短行程多自由度磁悬浮平面电机。
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16所示为现有的一种平面电机结构，图17是所述平面电机的永磁体阵列示意 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。并且，该种平面电机的动子和定子之间需要采用机械连 接方式，增加了动子运动的阻力。
技术实现思路
为了解决现有平面电机结构复杂、绕组的利用率低、损耗大、效率低、控制复杂，以 及动子和定子之间需要采用机械连接方式而影响动子定位精度低的问题，本专利技术提出一种 短行程多自由度磁悬浮平面电机。 本专利技术所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机由短行程平面电机与多个磁悬浮 支撑机构组成，所述多个磁悬浮支撑机构均匀分布在短行程平面电机的定子的周边，每个 磁悬浮支撑机构的定子都与所述短行程平面电机的定子固定连接，每个磁悬浮支撑机构的 动子都与短行程平面电机的动子固定连接。 本专利技术可以使平面电机的X向驱动与Y向驱动共用一套绕组，通过控制电机各个 线圈电流的大小与方向，即可控制作用在动子上X方向、Y方向电磁力的大小与方向以及绕 Z轴旋转电磁转矩的大小与方向；同时，通过控制磁悬浮支撑机构控制线圈中电流的大小 与方向，即可控制作用在动子上Z方向电磁力的大小与方向以及绕X轴、绕Y轴旋转电磁转 矩的大小与方向，从而实现短行程平面电机动子的X、 Y 二维平面运动以及绕Z轴的偏转运 动，即实现平面电机的6自由度运动控制。本专利技术平面电机的功率密度、效率高，结构简单、 控制容易，控制精度高。 由于是各个方向的推力是由所有线圈与永磁体相互作用产生的合力，所以能够减 小每个线圈流过的电流，进而抑制每个线圈的发热，避免由线圈发热引起的精度降低。附图说明 图l是本专利技术所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的一种结构示意图。图2和 3是具体实施方式四和五所述的磁悬浮支撑机构1的结构示意图。图4和5是具体实施方 式六和七所述的磁悬浮支撑机构1的结构示意图。图6是具体实施方式九所述的短行程平 面电机的电枢部件和永磁体励磁部件的结构示意图，图7是图6中的永磁体阵列的结构示 意图。图8是具体实施方式十、i^一所述的永磁体阵列的结构示意图。图9是具体实施方 式十五所述的，当n = 2时的平面电机的电枢绕组和永磁体阵列的结构示意图，图10是图 9中的永磁体阵列的结构示意图，图11是具体实施方式十六所述的永磁体阵列的结构示意 图，图12是具体实施方式二十二所述的双边结构的电机结构示意图，图13是图12中的电 枢部件的结构示意图，图14是具体实施方式二十所述的平面电机的电枢绕组和永磁体阵 列的结构示意图，图15是具体实施方式二十一所述的永磁体阵列的结构示意图。图16、图 17是现有平面电机的结构示意图。具体实施例方式具体实施方式一 本实施方式所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机由短行程平 面电机2与多个磁悬浮支撑机构1组成，所述多个磁悬浮支撑机构1均匀分布在短行程平 面电机2的定子的周边，每个磁悬浮支撑机构1的定子都与所述短行程平面电机2的定子 固定连接，每个磁悬浮支撑机构1的动子都与短行程平面电机2的动子固定连接。 具体实施方式二 参见图1、图2说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一 所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，它还包括固定支架3，所述固定支架用 于固定所述短行程平面电机的定子。具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一所述的短行程多自由度磁悬浮平 面电机的区别在于，所述磁悬浮支撑机构1有三个，所述三个磁悬浮支撑机构1相互之间呈 120° 。具体实施方式四参见图2和4说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一 所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，所述磁悬浮支撑机构1由定子和动子 13构成，定子包括上轭板101、上轭板永磁体组103、上控制线圈组102、两个支撑边14、下 轭板111、下轭板永磁体组113、下控制线圈组，上轭板101和下轭板111相互平行布置，上 轭板101和下轭板111与两个支撑边14组成矩形框，上轭板永磁体组103固定在上轭板101的下表面上，下轭板永磁体组113固定在下轭板111的上表面上，所述上轭板永磁体组 103和下轭板永磁体组113分别包括两块永磁体，每块个永磁体的外侧缠绕有水平方向的 线圈，缠绕在上轭板永磁体组103中的两个永磁体外侧的两个线圈组成上控制线圈组102， 缠绕在下轭板永磁体组113中的两个永磁体外侧的两个线圈组成下控制线圈组112，动子 13由两块永磁体和一块连结板组成，所述连结板位于两块永磁体之间，动子13位于上轭板 永磁体组103和下轭板永磁体组113之间，并且所述上轭板永磁体组103、下轭板永磁体组 113和动子中的两个永磁体位于同一平面内。具体实施方式五参见图2和3说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式四 所述的短行程多自由度磁悬浮平面电机的区别在于，上轭板永磁体组103中的两块永磁体 的充磁方向相反，下轭板永磁体组113中的两块永磁体的充磁方向相反，动子的两块永磁 体垂直相邻、且的两块永磁体的充磁方向相同，所述动子与下轭板永磁体组113中相邻的 永磁体的充磁方向相反，动子13中的两块永磁体的充磁方向相反，下轭板永磁体组113与 动子13中垂直相邻的两块永磁体的充磁方向相反。 本实施方式中的上轭板永磁体组103与动子13中垂直相邻的两块永磁体的充磁 方向相同或相反。具体实施方式六参见图4和5说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种短行程多自由度磁悬浮平面电机，其特征在于，该磁悬浮平面电机由短行程平面电机（２）与多个磁悬浮支撑机构（１）组成，所述多个磁悬浮支撑机构（１）均匀分布在短行程平面电机（２）的定子的周边，每个磁悬浮支撑机构（１）的定子都与所述短行程平面电机（２）的定子固定连接，每个磁悬浮支撑机构（１）的动子都与短行程平面电机（２）的动子固定连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：寇宝泉，张千帆，程树康，
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]