一种具有超导磁悬浮结构的长行程磁浮平面电机制造技术

本发明专利技术公开了一种具有超导磁悬浮结构的长行程磁浮平面电机，利用超导材料的特有性能，解决了现有磁悬浮长行程平面电机承载力低、悬浮力和驱动力交叉耦合等问题。电机由定子和动子组成，定子包括基台和二维永磁阵列，动子包括平台、常导线圈组和超导线圈组。所述平面电机的悬浮力由位于动子平台底部的八组超导线圈组提供，每角有两组超导线圈组，四角分布有四组外围超导线圈组和四组内围超导线圈组，每个超导线圈组由四个独立无铁芯超导线圈组成；所述平面电机的驱动力由位于动子平台底部四边的常导线圈组提供。与传统的磁悬浮长行程平面电机相比，本发明专利技术提出的平面电机具有高承载力、悬浮力与驱动力完全解耦、控制简单的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种具有超导磁悬浮结构的长行程磁浮平面电机
本专利技术涉及电机领域，尤其涉及一种具有超导磁悬浮结构的长行程磁浮平面电机。
技术介绍
随着高温超导材料(HTS)的不断发展，特别是高温超导线圈具有高电流密度，使得高温超导线圈能在稳定磁场中提供高承载力，高温超导磁悬浮应用研究工作具有前所未有的发展前景。长行程磁浮平面电机具有无机械支撑结构、长行程二维移动的优点，主要应用于制造设备和机器人领域。目前长行程磁浮平面电机的工作模式都是以电枢绕组既提供驱动力又提供悬浮力为主，由于驱动和悬浮的耦合存在，对电机的模型建立和控制策略都要求较高，而且由于绕组线圈载流量的限制，使得电机的驱动力和悬浮力受限，对于大负载高精度的平面电机应用场合，这些长行程磁浮平面电机应用受到一定限制。
技术实现思路
本专利技术是为了解决传统长行程磁浮平面电机存在的悬浮力与驱动力耦合、承载力能力低等问题，提出了一种具有超导磁悬浮结构的长行程磁浮平面电机。为实现上述目的，所述具有超导磁悬浮结构的长行程磁浮平面电机，包括动子和定子，所述动子包括平台、以及设置于平台底部四边的四组常导线圈组；所述定子包括基台、以及安装在基台顶部的由两种极性的永磁体交错排列而成的二维永磁阵列，所述二维永磁阵列的磁化方向垂直于永磁体表面，其特点是，所述动子还包括设置于平台底部四角的四组外围超导线圈组、以及设置于平台底部且位于四组外围超导线圈组内侧的四组内围超导线圈组；其中，四组外围超导线圈组的几何中心、四组内围超导线圈组的几何中心以及动子平台的几何中心重合，四组内围超导线圈组分别与四组外围超导线圈组一一对应，每个内围超导线圈组邻近与其相对应的外围超导线圈组设置；位于动子平台同一对角线上的两组外围超导线圈组以及位于另一对角线上的两组内围超导线圈组形成第一悬浮力单元组，其余超导线圈组形成第二悬浮力单元组；并且，每组外围/内围超导线圈组各包括四个独立无铁芯超导线圈；所述外围/内围超导线圈组中的超导线圈完全位于二维永磁阵列的永磁体的上方时，该超导线圈通电工作；否则，所述外围/内围超导线圈组中的超导线圈部分位于永磁体的上方或全部位于永磁体的外部时，该超导线圈断电不工作；当所述动子在定子上方移动时，第一悬浮力单元组与第二悬浮力单元组中至少有一组工作，且处于工作状态的第一或第二悬浮力单元组中的各超导线圈组中处于工作状态的超导线圈的个数相同。优选的是，相邻两组外围超导线圈组之间的距离为(6n+1/2)τ，彼此相对应的外围超导线圈组和内围超导线圈组在X轴方向的距离为τ/2，在Y轴方向的距离为τ；并且，所述常导线圈的宽度为τ；所述常导线圈的长度为2τ，动子平台的面积至少为7τ×7τ；其中，n为大于等于1的整数；τ为所述二维永磁阵列中彼此相邻的两个同极性的永磁体在X轴/Y轴方向的距离，彼此相邻的两个不同极性的永磁体在X轴/Y轴方向的距离为τ/2。优选的是，相邻两组外围超导线圈组之间的距离为(6n+1/2)τ，彼此相对应的外围超导线圈组和内围超导线圈组在Y轴方向的距离为τ/2，在X轴方向的距离为τ；并且，所述常导线圈的宽度为τ；所述常导线圈的长度为2τ，动子平台的面积至少为7τ×7τ；其中，n为大于等于1的整数；τ为所述二维永磁阵列中彼此相邻的两个同极性的永磁体在X轴/Y轴方向的距离，彼此相邻的两个不同极性的永磁体在X轴/Y轴方向的距离为τ/2。优选的是，每组常导线圈组包括三个无铁芯常导线圈，每个常导线圈为一相绕组，位于动子平台底部两相邻侧边的两组常导线圈组相互垂直，且相对于所述动子平台的几何中心对称分布。优选的是，所述超导线圈由钇系高温超导带材制成。本专利技术的有益效果在于，本专利技术使平面电机在长行程运动的同时，实现悬浮机构与驱动机构空间完全独立，使悬浮和驱动部分完全解耦，通过判断超导线圈在二维永磁阵列中所处永磁体上方的位置，改变超导线圈的导通状态，实现超导线圈跨极运动，单独提供悬浮力，提高平面电机的控制精度；利用超导线圈的高电流密度，使得平面电机具有高承载力。附图说明图1示出了本专利技术所述的具有超导磁悬浮结构的长行程磁浮平面电机的三维结构示意图。图2示出了图1所示的具有超导磁悬浮结构的长行程磁浮平面电机的侧面视图。图3示出了图1中所示的动子以及其上设置的线圈组的示意图。图4示出了图2中所示的二维永磁阵列的三维结构示意图。图5示出了图3中所示的一组超导线圈组在二维永磁阵列的磁体上方的总共21种位置示意图，其中，将这21种位置进行分类，即图5a为该超导线圈组中有四个超导线圈处于工作状态的情况，图5b为该超导线圈组中有两个超导线圈处于工作状态的情况，图5c为该超导线圈组中有一个超导线圈处于工作状态的情况，图5d为该超导线圈组中没有超导线圈处于工作状态的情况。图6示出了本专利技术所述的具有超导磁悬浮结构的长行程磁浮平面电机的动子的受力示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式。本实施方式所述的具有超导磁悬浮结构的长行程磁浮平面电机，包括定子10和动子20，所述定子10由基台11和安装在基台11顶部的二维永磁阵列12组成，所述动子20由平台21、以及均位于平台21底部的常导线圈组22和超导线圈组23构成，定子10和动子20之间有磁浮气隙。具体实施方式二：结合图4说明本实施方式。图4为本专利技术所述二维永磁阵列12的三维视图，所述二维永磁阵列12安装在基台11顶部，并且由两种极性的永磁体交错排列而成，所述二维永磁阵列12的磁化方向垂直于永磁体表面。组成该二维永磁阵列12的永磁体需满足：彼此相邻的两个同极性的永磁体在X轴/Y轴方向的距离为τ，彼此相邻的两个不同极性的永磁体在X轴/Y轴方向的距离为τ/2。具体实施方式三：结合图3和图4说明本实施方式。图3为本专利技术所述有超导磁悬浮结构的长行程磁浮平面电机的动子20的结构示意图。如图2和图3所示，所述动子20由平台21、以及均位于平台21底部的四组常导线圈组22和八组超导线圈组23构成，其中，四组常导线圈组22设置于平台21底部的四边，每组常导线圈组22包括三个无铁芯常导线圈，每个常导线圈为一相绕组，位于动子平台21底部两相邻侧边的两组常导线圈组相互垂直，该两组常导线圈组分别为第一常导线圈组601和第二常导线圈组602，且相对于所述动子平台21的几何中心对称分布。所述八组超导线圈组23分为四组外围超导线圈组501、502、503、504和四组内围超导线圈组505、506、507、508，每组外围/内围超导线圈组各包括四个独立无铁芯超导线圈，所述超导线圈的带材首选高温超导带材，主要有铋系高温超导带材(BSCCO)和钇系高温超导带材(YBCO)，本专利技术优选钇系高温超导带材YBCO作为超导线圈带材。其中，四组外围超导线圈组501、502、503、504依次设置在动子平台21底部的四角，四组内围超导线圈组505、506、507、508依次设置于四组外围超导线圈组501、502、503、504的内侧。动子平台21优选为矩形，四组外围超导线圈组501、502、503、504围成的矩形的几何中心、四组内围超导线圈组505、506、507、508围成的矩形的几何中心以及动子平台21的几何中心重合，四组内围超导线圈组501、502、503、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有超导磁悬浮结构的长行程磁浮平面电机，包括动子和定子，所述动子包括平台、以及设置于平台底部四边的四组常导线圈组；所述定子包括基台、以及安装在基台顶部的由两种极性的永磁体交错排列而成的二维永磁阵列，所述二维永磁阵列的磁化方向垂直于永磁体表面，其特征在于：所述动子还包括设置于平台底部四角的四组外围超导线圈组、以及设置于平台底部且位于四组外围超导线圈组内侧的四组内围超导线圈组；其中，四组外围超导线圈组的几何中心、四组内围超导线圈组的几何中心以及动子平台的几何中心重合，四组内围超导线圈组分别与四组外围超导线圈组一一对应，每个内围超导线圈组邻近与其相对应的外围超导线圈组设置；位于动子平台同一对角线上的两组外围超导线圈组以及位于另一对角线上的两组内围超导线圈组形成第一悬浮力单元组，其余超导线圈组形成第二悬浮力单元组；并且，每组外围/内围超导线圈组各包括四个独立无铁芯超导线圈；所述外围/内围超导线圈组中的超导线圈完全位于二维永磁阵列的永磁体的上方时，该超导线圈通电工作；否则，所述外围/内围超导线圈组中的超导线圈部分位于永磁体的上方或全部位于永磁体的外部时，该超导线圈断电不工作；当所述动子在定子上方移动时，第一悬浮力单元组与第二悬浮力单元组中至少有一组工作，且处于工作状态的第一或第二悬浮力单元组中的各超导线圈组中处于工作状态的超导线圈的个数相同。...

【技术特征摘要】
1.一种具有超导磁悬浮结构的长行程磁浮平面电机，包括动子和定子，所述动子包括平台、以及设置于平台底部四边的四组常导线圈组；所述定子包括基台、以及安装在基台顶部的由两种极性的永磁体交错排列而成的二维永磁阵列，所述二维永磁阵列的磁化方向垂直于永磁体表面，其特征在于：所述动子还包括设置于平台底部四角的四组外围超导线圈组、以及设置于平台底部且位于四组外围超导线圈组内侧的四组内围超导线圈组；其中，四组外围超导线圈组的几何中心、四组内围超导线圈组的几何中心以及动子平台的几何中心重合，四组内围超导线圈组分别与四组外围超导线圈组一一对应，每个内围超导线圈组邻近与其相对应的外围超导线圈组设置；位于动子平台同一对角线上的两组外围超导线圈组以及位于另一对角线上的两组内围超导线圈组形成第一悬浮力单元组，其余超导线圈组形成第二悬浮力单元组；并且，每组外围/内围超导线圈组各包括四个独立无铁芯超导线圈；所述外围/内围超导线圈组中的超导线圈完全位于二维永磁阵列的永磁体的上方时，该超导线圈通电工作；否则，所述外围/内围超导线圈组中的超导线圈部分位于永磁体的上方或全部位于永磁体的外部时，该超导线圈断电不工作；当所述动子在定子上方移动时，第一悬浮力单元组与第二悬浮力单元组中至少有一组工作，且处于工作状态的第一或第二悬浮力单元组中的各超导线圈组中处于工作状态的超导线圈的个数相同。2.根据权利要求1所述的具有超导磁悬浮结构的长行程磁浮平面电机，其特征在于：相...

【专利技术属性】
技术研发人员：李立毅，王明义，曹继伟，刘家曦，张成明，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：