[发明专利]磁阻型多自由度磁悬浮平面电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁阻型多自由度磁悬浮平面电机，属于电机技术领域。

背景技术

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26和图27所示为现有的一种平面电机结构。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。

发明内容

本发明是为了解决现有永磁同步平面电机的结构复杂及定位精度低的问题，提供一种磁阻型多自由度磁悬浮平面电机。

本发明的第一种技术方案：

一种磁阻型多自由度磁悬浮平面电机，它包括初级和次级，初级包括上初级板、下初级板和四个电枢单元，每个电枢单元由E字形电枢铁心、电枢绕级和初级永磁体组成，

上初级板和下初级板均为矩形平板，上初级板和下初级板相对平行设置，四个E字形电枢铁心夹接固定在上初级板和下初级板之间，并且四个E字形电枢铁心分别位于上初级板和下初级板的每对相对的边的靠近边缘的中段，

E字形电枢铁心的上下两个水平段的末端均固定有一个竖直铁心段，两个竖直铁心段均与E字形电枢铁心的竖直段平行，并向E字形电枢铁心的开口中心相对延伸，

电枢绕组由四个线圈组成，E字形电枢铁心的竖直段的上半段和下半段的中部及两个竖直铁心段的中部分别套接有一个线圈，

初级永磁体设置在E字形电枢铁心上；

次级设置在上初级板和下初级板之间，次级由次级基板和四对次级轭板组成，次级基板采用高强度非磁性材料制成，次级轭板采用磁性材料制成，每对次级轭板对称镶嵌固定在次级基板的上表面和下表面边缘，且每对次级轭板位于一个E字形电枢铁心的两个竖直铁心段之间，

所述次级轭板与E字形电枢铁心的两个竖直铁心段及中间水平段之间均形成气隙。

本发明的第二种技术方案：

一种磁阻型多自由度磁悬浮平面电机，它包括初级和次级，初级包括上初级板、下初级板和六个电枢单元，每个电枢单元由E字形电枢铁心、电枢绕级和初级永磁体组成，

上初级板和下初级板均为长方形平板，上初级板和下初级板相对平行设置，六个E字形电枢铁心夹接固定在上初级板和下初级板之间，其中四个E字形电枢铁心均匀对称的设置在上初级板和下初级板的两对相对的长边的靠近边缘处，另外两个E字形电枢铁心设置在上初级板和下初级板的两对相对的短边的靠近边缘的中段，

E字形电枢铁心的上下两个水平段的末端均固定有一个竖直铁心段，两个竖直铁心段均与E字形电枢铁心的竖直段平行，并向E字形电枢铁心的开口中心相对延伸，

电枢绕组由四个线圈组成，E字形电枢铁心的竖直段的上半段和下半段的中部及两个竖直铁心段的中部分别套接有一个线圈，

初级永磁体设置在E字形电枢铁心上；