一种永磁同步磁悬浮平面电机制造技术

本发明专利技术提供了一种永磁同步磁悬浮平面电机，包括动子和定子，所述定子采用特定的二维永磁体阵列，该二维永磁体阵列中第一主永磁体和第二主永磁体沿X方向和Y方向交错排列成平面阵列，第一主永磁体的四周布置有四个第二副永磁体，第二主永磁体四周布置有四个第三副永磁体，第一副永磁体布置在第二副永磁体和第三副永磁体之间，且各永磁体与相邻永磁体的侧面相互贴合，二维永磁体阵列内任意两个相邻的永磁体的磁化方向之间的夹角均为45°。通过采用如上所述的特定二维永磁体阵列，使得该电机的磁场强度高，正弦特性好，弥补了现有的永磁同步磁悬浮平面电机高精度、高响应和高效率不能兼顾的不足，是一种性能更好的平面电机。

Permanent magnet synchronous magnetic suspension plane motor

The invention provides a permanent magnet synchronous magnetic levitation planar motor, including the stator and the stator, using a specific two-dimensional array of permanent magnets, the two-dimensional array of permanent magnets in the first and second permanent magnet permanent magnet along the X direction and Y direction are staggered into planar array, the cloth around the main permanent magnet the four second pairs of permanent magnets, second permanent magnets arranged around four third pairs of permanent magnets, the first pair of permanent magnets arranged between second pairs of permanent magnets and third pairs of permanent magnets, and the permanent magnet and the adjacent permanent magnets side contact with each other, the angle between the direction of magnetization of the permanent magnet planar permanent the magnet array of any two adjacent are 45 degrees. By using the above specific two-dimensional permanent magnet array, the magnetic field intensity of the motor is high, sine characteristic is good, makes up the deficiency of the existing permanent magnetic synchronous maglev planar motor with high precision and high response and high efficiency can not be taken into account, is a better performance of the planar motor.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于精密运动设备领域，具体涉及一种采用特定二维永磁体阵列的永磁同 步磁悬浮平面电机。
技术介绍
随着科技和工业发展，能够实现平面运动和精确定位的装置正被越来越多的应用 到工业设备中。传统的平面运动装置在结构上通过两套或多套直线驱动单元垂直叠加，在 控制上通过联动来实现平面运动。对于这种形式的平面运动装置，位于底层的直线驱动单 元不仅要承担预定方向上的驱动，而且还需承载上层直线驱动单元的质量，于是造成了运 动装置在多个方向上(如传统XY工作台的X方向和Y方向)运动惯量的严重不均衡，从而 影响了行程、速度、加速度和精度等性能指标的提高；而且由于电机的定子与动子之间通过 机械导轨与轴承联接，摩擦、磨损、振动和噪声不可避免，影响运动精度与速度。在这种背景 下，采用电磁力直接驱动动子直接实现多自由度运动的平面电机应运而生，相比于传统多 自由度工作台，它在精密的平面定位装置中具有广阔的应用前景，特别是需要真空环境而 不能使用气浮支撑的精密运动设备，如EUV光刻设备。根据平面电机的平面运动方式，可将其划分为机械支撑、气浮和磁浮方式。其中机 械支撑方式采用机械导轨导向，摩擦系数较大，且只能作X、Y两自由度运行，只能实现普通 精度与普通运动速度；气浮支撑使用气浮轴承实现平面悬浮，但不能用于真空条件；磁浮 方式结构简单，并可在真空环境等特殊环境使用，因而成为研究的主要方向。磁浮平面电机通过位于永磁体阵列磁场中的通电绕组与磁场产生相互作用力，使 运动部件悬浮，并驱动运动部件做平面运动。目前主要有三种磁浮平面电机，分别是感应平 面电机、Sawyer平面电机和永磁同步磁悬浮平面电机，而永磁同步磁悬浮平面电机因为能 够实现大行程运动，并且具有更高的性能，因而成为发展方向。高性能永磁同步磁悬浮平面电机设计的关键在于设计出合理的电磁结构，使其达 到高精度、高响应和高效率等要求。而高精度和高响应要求精密的磁场结构和可控性，即要 求磁场具有良好的正弦性；高效率则要求同样体积内能够产生高的磁场强度。永磁体阵列是永磁同步磁悬浮平面电机的永磁磁场的来源，其产生的磁场在平面 内呈周期分布，且具有单边性，能够在阵列的一个平面内产生很强的磁场。因此，设计出合 理的永磁体阵列结构，使其产生的磁场分布具有高的强度和良好的正弦性，是提高永磁同 步磁悬浮平面电机性能的关键。因此，永磁同步磁悬浮平面电机的区别主要在于永磁体阵 列结构的不同。目前国内外的永磁同步磁悬浮平面电机几乎都采用二维永磁体阵列，主 要的几种结构如图1所示。图1(a)所示阵列形式由Asakawa在专利《Two dimensional positioning devices)) (U. S. Patent 4626749，Dec. 1986)中提出；图 1(b)所示阵列形式 由 Chitayat 在专利《Two-axis motor with high densitymagnetic platen》(U. S. Patent 5777402，July 1998)中提出；图1(c)所示阵列形式由Trumper在专利《Magnetic arrays)) (U. S. Patent 5631 618，Mayl997)中提出；图1 (d)所示阵列形式由Cho等人在文章《Magnetic fieldanalysis of 2-D permanent magnet array for planar motor》 (IEEE Transactionson Magnetics，2001，37 (5) :3762_3766.)中提出；图 1 (e)所示阵列形式由 J. W. Jansen 等人在文章《Modeling of Magnetically Levitated PlanarActuators With Moving Magnets》(IEEE Transactions on Magnetics, vol. 43, no. 1, Jan. 2007.)中提出； 图1(f)所示阵列形式由Wei Min等人在文章《Analysis and Optimization of a New 2_D Magnet Array for Planar Motor》(IEEE Transactions on Magnetics，vol. 46，no. 5， May 2010.)中提出。这些结构中，图1 (a)、图1 (b)和图1(c)所示阵列形式的磁组装密度 很低，因此磁场强度很低；图1(d)的阵列形式的磁场强度较前三种要高，这在Cho的文章 ((Magnetic field analysis of 2-D permanent magnet array forplanar motor)) (IEEE Transactions on Magnetics, 2001, 37 (5) :3762_3766.)中已得到证明；图 1(e)所示阵列 形式通过优化后，使阵列产生了更高的磁场强度，但其磁通密度分布的正弦性较差。图1(f) 所示阵列形式能够产生正弦性较好的磁场，但其磁场强度比图1(e)要低。因此随着对平面 电机的速度、加速度、负载能力、定位精度和运行平稳性等指标的要求不断提高，设计出具 有更高强度、且正弦性良好的磁场分布的永磁体阵列，是研究人员努力探求的目标。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种采用特定二维永磁体阵列的永磁同步磁悬浮平面电机， 解决现有技术中永磁同步磁悬浮平面电机的高精度、高响应和高效率不能兼顾的问题。本专利技术提供的一种永磁同步磁悬浮平面电机，包括动子和定子，所述定子由二维 永磁体阵列组成，所述的二维永磁体阵列由具有相同高度且形状均为直四棱柱的第一主永 磁体、第二主永磁体、第一副永磁体、第二副永磁体和第三副永磁体组成；其中第一主永磁体的底面呈正方形，磁化方向垂直于底面向上；第二主永磁体的 形状和尺寸均与第一主永磁体相同，磁化方向垂直于底面向下；第一副永磁体的底面呈 长方形，磁化方向与宽边平行；第二副永磁体的底面呈等腰梯形，等腰梯形的腰与下底成 45°角，上底与第一主永磁体的底面边长相等，下底与第一副永磁体的底面长边相等，磁化 方向与上底和下底垂直且与底面成45°角，指向上底一侧；第三副永磁体的形状和尺寸均 与第二副永磁体相同，磁化方向与上底和下底垂直且与底面成45度角，指向下底一侧；所述的二维永磁体阵列中，第一主永磁体和第二主永磁体沿X方向和Y方向交错排列成平面阵列，且第一主永磁体和第二主永磁体之间的间隔为第一副永磁体、第二副永 磁体和第三副永磁体的宽度之和；第一主永磁体的四周布置有四个第二副永磁体，且第一 主永磁体的每个侧面均与一个第二副永磁体的上底所在的侧面贴合；第二主永磁体四周布 置有四个第三副永磁体，且第二主永磁体的每个侧面均与一个第三副永磁体的上底所在的 侧面贴合；第一副永磁体布置在第二副永磁体和第三副永磁体之间，且第二副永磁体下底 所在的侧面与的第一副永磁体的长边所在的侧面贴合，第三副永磁体下底所在的侧面与第 一副永磁体的另一长边所在的侧面贴合，第一副永磁体的磁化方向指向离其最近的第一主 永磁体。本专利技术所述的永磁同步磁悬浮平面电机通过采用如上所述形式布置的特定二维 永磁体阵列，使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁同步磁悬浮平面电机，包括动子和定子，其特征在于，所述定子由二维永磁体阵列组成，所述的二维永磁体阵列由具有相同高度且形状均为直四棱柱的第一主永磁体、第二主永磁体、第一副永磁体、第二副永磁体和第三副永磁体组成；其中第一主永磁体的底面呈正方形，磁化方向垂直于底面向上；第二主永磁体的形状和尺寸均与第一主永磁体相同，磁化方向垂直于底面向下；第一副永磁体的底面呈长方形，磁化方向与宽边平行；第二副永磁体的底面呈等腰梯形，等腰梯形的腰与下底成４５°角，上底与第一主永磁体的底面边长相等，下底与第一副永磁体的底面长边相等，磁化方向与上底和下底垂直且与底面成４５°角，指向上底一侧；第三副永磁体的形状和尺寸均与第二副永磁体相同，磁化方向与上底和下底垂直且与底面成４５°角，指向下底一侧；所述的二维永磁体阵列中第一主永磁体和第二主永磁体沿Ｘ方向和Ｙ方向交错排列成平面阵列，且第一主永磁体和第二主永磁体之间的间隔为第一副永磁体、第二副永磁体和第三副永磁体的宽度之和；第一主永磁体的四周布置有四个第二副永磁体，且第一主永磁体的每个侧面均与一个第二副永磁体的上底所在的侧面贴合；第二主永磁体四周布置有四个第三副永磁体，且第二主永磁体的每个侧面均与一个第三副永磁体的上底所在的侧面贴合；第一副永磁体布置在第二副永磁体和第三副永磁体之间，且第二副永磁体下底所在的侧面与的第一副永磁体的长边所在的侧面贴合，第三副永磁体下底所在的侧面与第一副永磁体的另一长边所在的侧面贴合，第一副永磁体的磁化方向指向离其最近的第一主永磁体。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周云飞，彭俊荣，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83