[发明专利]动磁式磁悬浮永磁同步平面电机

说明书

动磁式磁悬浮永磁同步平面电机，涉及一种多相动磁式磁悬浮永磁同步平面电机，属于电机领域。解决了如何同时兼顾结构简单与高定位精度的问题。本发明包括定子和动子，二者间存在气隙；定子对动子进行磁浮支撑；定子和动子相互作用，将二者间的电磁能直接转换为动子的二维平面运动。本发明主要应用在精密机械加工、半导体电子芯片生产等现代精密、超精密加工装备中。

技术领域

本发明涉及一种多相动磁式磁悬浮永磁同步平面电机，属于电机领域。

背景技术

现代精密、超精密加工装备对高响应、高速度、高精度的二维平面驱动装置有着迫切的需求，如精密机械加工、半导体电子芯片生产、机械装卸、制造自动化仪表甚至机器人驱动等方面。

传统的二维平面驱动装置通常是由两组旋转电机驱动的直线运动转换机构叠加而成的，由于直线运动转换装置(一般为丝杆—螺母机构)结构复杂，传动精度和速度都受到一定的制约，并且存在摩擦、侧隙、变形等一系列问题，使得传统二维平面驱动装置很难满足现代加工装备的需求。

近10年来，随着直线电机技术和产品的迅速发展，直线电机开始在二维平面定位装置中获得应用。由于不存在传统定位装置中存在的摩擦、侧隙、变形等影响运动精度的不利因素，直线电机驱动的平面定位装置的精度有了很大的提高。

但是，这种定位装置仍然未摆脱“低维运动机构叠加成高维运动机构”的模式，对于底层直线电机而言，顶层驱动电机及其相关机械连接件的总质量，仍然是一个很大的“负担”。

因此，如何同时兼顾结构简单与高定位精度的问题亟需解决。

发明内容

本发明是为了解决如何同时兼顾结构简单与高定位精度的问题，本发明提供了动磁式磁悬浮永磁同步平面电机。

动磁式磁悬浮永磁同步平面电机，包括定子和动子，二者间存在气隙；

定子对动子进行磁浮支撑；

定子和动子相互作用，将二者间的电磁能直接转换为动子的二维平面运动。

优选的是，定子包括线圈阵列、线圈骨架阵列和基座；

线圈阵列通过线圈骨架阵列固定在基座的气隙面；

基座内设有冷却水回路，冷却水回路内通入的冷水用于对线圈阵列进行降温。

优选的是，线圈阵列由m×m套同心式线圈构成的同心式绕组阵列，每套同心式线圈通入单相电流进行单独激励，从而在x-y平面内对动子产生推力，以及为动子提供悬浮力；

线圈骨架阵列由m×m个线圈骨架构成；

m×m套同心式线圈与m×m个线圈骨架一一对应，m为大于或等于2的整数。

优选的是，所述动子包括轭板和二维对称分布的Halbach永磁阵列；

Halbach永磁阵列固定在轭板的气隙面。

优选的是，Halbach永磁阵列为由P×P个N-S磁极单元构成的矩形阵列，P为大于或等于2的整数；

每个N-S磁极单元包括2块主永磁体和7块辅助永磁体，2块主永磁体均为正方体结构，7块辅助永磁体均为长方体结构，

2块主永磁体并列设置，每块主永磁体周围设置4块辅助永磁体，且2块主永磁体之间共用一块辅助永磁体；

7块辅助永磁体的充磁方向均为平行于Halbach永磁阵列所在的平面；

2块主永磁体的充磁方向垂直于Halbach永磁阵列所在的平面，且两块主永磁体的充磁方向相反；

每个主永磁体周围的4块辅助永磁体的充磁方向相同，该充磁方向指同时向内或同时向外；