[实用新型]一种磁悬浮多自由度永磁同步平面电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及电机，尤其是涉及一种磁悬浮多自由度永磁同步平面电机。 

背景技术

随着科学技术进步，高速度、高精度成为机械加工的重要发展方向，在微电子封装设备如共晶粘片机、全自动金丝球焊机和IC芯片制作设备，对驱动器定位精度、运行速度、驱动维数都提出了越来越高的要求。 

平面电机驱动方法与传统多维组合式驱动平台相比，摒弃了从旋转运动到直线运动再到平面运动的丝杠、螺杆等中间转换装置，消除了累积误差的存在；集成式的磁钢阵列和电枢绕组结构使得系统驱动范围更加容易扩展；单一的运动体结构使系统反应更为快捷。尤其是可实现磁悬浮的永磁平面电机降低了运动面约束，消除了摩擦损耗，进一步提高了驱动精度，与感应式和磁阻式平面电机相比，更是具有结构简单、定位精度高、系统效率高等优点，在光刻机等现代精密、超精密制造装备领域中表现出良好的应用前景。 

现有的永磁平面电机根据电枢绕组部分有无齿槽可分为两大类：第一类带齿槽结构的永磁平面电机，具有较高的气隙磁密，较高的推力密度，但齿槽推力的存在限制了驱动精度的提高；第二类无齿槽式结构又可根据电枢绕组部分有无铁心分为两小类，其中电枢绕组部分无铁心式永磁平面电机，与其他结构相比，消除了永磁励磁和绕组部分的相互吸力，免除了推力波动的存在，尤其采用动圈式结构时，具有动子质量低，系统响应快的优点，但同时也存在等效气隙高，推力密度较低的缺点。 

发明内容

为了在保持电枢绕组部分无铁心式永磁平面电机上述优点的情况下，进一步提高其推力密度，本实用新型的目的在于提供一种磁悬浮多自由度永磁同步平面电机，通过改变永磁模块形状及绕组结构以提高推力密度。 

本实用新型采用的技术方案是： 

本实用新型包括永磁励磁部分和电枢绕组部分，永磁励磁部分和电枢绕组部分叠加后留有气隙。

所述的永磁励磁部分，包括二维永磁体阵列和轭部，二维永磁体阵列黏贴于轭部靠近电枢绕组部分的一侧，由结构关于X轴和Y轴对称、纵向横截面为梯形的三个永磁模块和一个导磁模块组合而成； 

电枢绕组部分，包括分别沿X方向放置的绕组和Y方向放置的绕组，两套绕组均为空心的集中式绕组，两套绕组之间彼此独立 ，沿Z方向呈90度角叠放，绕组采用多相结构，同套绕组中同相绕组相并联或串联，各相之间采用星形或三角形连接。

所述的三个永磁模块，第一个永磁模块为垂直方向充磁的主磁极模块，为纵向剖面，即Z轴剖面为梯形、水平剖面为正方形的六面体结构，且靠近气隙侧的表面边长τ_1a大于靠近轭部侧的表面边长τ_1c；第二个永磁模块为水平方向充磁的边部辅助磁极模块，为纵向剖面，即Z轴剖面为梯形、水平剖面为矩形的六面体结构，靠近气隙侧的表面与靠近轭部侧的表面为长短边相反的矩形；第三个永磁模块为呈对角线方向充磁的角部辅助次级模块，为纵向剖面，即Z轴剖面为梯形、水平剖面为正方形的六面体结构，且靠近气隙侧的表面边长τ_3a小于靠近轭部侧的表面边长τ_3c，充磁方向与水平面平行，由水平剖面中正方形的一角指向对角；所述导磁模块结构尺寸与第一个永磁模块结构尺寸相同。 

所述二维永磁体阵列中，第一个永磁模块的四个侧面均紧贴放置第二个永磁模块；第一个永磁模块的四个角的位置均放置第三个永磁模块；任两个相同极性的第一个永磁模块中心点连线的中间部分均放置模块；当第一个永磁模块的上下表面侧边与轭部侧边平行时，相同行和相同列下对应的第一个永磁模块极性相同；相邻的两个极性相反的第一个永磁模块中心点之间的行和列间距均为一个极距τ；从绕组侧观察，若第一个永磁模块充磁方向垂直向外，即N极，则周围的第二个永磁模块和第三个永磁模块充磁方向指向第一个永磁模块中心；若第一个永磁模块充磁方向垂直向内，即S极，则周围的第二个永磁模块和第三个永磁模块充磁方向背离第一个永磁模块中心。 

所述电枢绕组部分，采用动圈式结构，永磁励磁部分为平面电机的定子部分，所述电枢绕组部分为平面电机的动子部分；或采用动磁式结构，电枢绕组为平面电机的定子部分，永磁励磁部分为平面电机的动子部分。