專利名稱：集成繞組結構長行程同步平面電機的制作方法
技術領域：
本發明屬于電機領域，尤其涉及到一種集成繞組結構長行程同步平面電機。
背景技術：
現代精密、超精密加工裝備對高響應、高速度、高精度的平面驅動裝置有著迫切的需求，如機械加工、電子產品生產、機械裝卸、制造自動化儀表設備甚至機器人驅動等。通常這些裝置由旋轉式電動機產生動力驅動，再由皮帶、滾珠絲桿等機械裝置，轉換為直線運動。由于機械裝置復雜，傳動精度和速度都受到限制，且需經常調校，造成成本高、可靠性差、體積較大。最初的平面驅動裝置是由兩臺直接驅動的直線電機來實現的，采用層疊式驅動結構，這種結構增加了傳動系統的復雜性，從本質上沒有擺脫低維運動機構疊加形成高維運動機構的模式。對于底層的直線電機，要承載上層直線電機及其相關機械部件的總質量，從而嚴重影響了定位和控制精確度。而直接利用電磁能產生平面運動的平面電機，具有出力密度高、低熱耗、高速度、高精度和高可靠性的特點，因省去了從旋轉運動到直線運動再到平面運動的中間轉換裝置，可把控制對象同電機做成一體化結構，具有反應快、靈敏度高、隨動性好及結構簡單等優點。根據平面電機電磁推力的產生原理，可以將平面電機分為變磁阻型、同步型和感應型。其中，同步型平面電機具有結構簡單、推力大、效率高和響應速度快等良好的綜合性能，在二維平面驅動裝置、特別是精密二維平面驅動裝置中具有廣闊的應用前景。 圖8所示為現有的一種永磁同步平面電機結構，圖9是所述平面電機的永磁體陣列結構示意圖。該電機中包括定子和動子兩大部件，它的工作原理類似于三相旋轉永磁同步電機，定子包含鐵心和4個相互垂直放置的推力繞組，每個繞組有獨立的3個相，X向推力繞組用于驅動動子沿X方向運動，Y向推力繞組用于驅動動子沿Y方向運動。動子包含動子平臺和4個永磁體陣列，永磁體陣列排列在動子平臺的下表面，通過控制相應的三相繞組電流，動子平臺就可以在平面上做定位運動。但是，該永磁同步平面電機存在電機結構復雜、繞組的利用率低、損耗大、效率低、控制難度大以及行程范圍小等問題。
圖10為一種層疊繞組結構永磁同步平面電機。該電機中包括初級和次級兩大部件，次級包含次級平臺和4個永磁體陣列，永磁體陣列排列在次級平臺的下表面。初級包含鐵心和沿Z軸分三層布置的電樞繞組，每層繞組有獨立的3個相，三層電樞繞組通電以后，分別與次級永磁體陣列相互作用，產生X方向、Y方向和Z方向的電磁力，驅動動子沿X方向、Y方向和Z方向運動。該電機的特點是驅動器的結構簡單，電機行程不受限制。但是，該平面電機存在電機結構復雜、繞組的利用率低、損耗大、效率低等問題。

發明內容
為了解決現有平面電機的結構復雜、繞組利用率低、損耗大、行程受限的問題，本發明提出一種集成繞組結構長行程同步平面電機。 本發明的單邊結構的集成繞組結構長行程同步平面電機，所述平面電機包括電樞
5部件和永磁體勵磁部件，電樞部件和永磁體勵磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞
繞組和繞組基板，永磁體勵磁部件包括永磁體陣列和平板形永磁體軛板； 電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4m個繞向相同的正方形線圈組成，每4個
線圈排列成"田"形單元四相繞組單元，每個四相繞組中的四個線圈組成四相繞組，所述4m
個線圈組成m個四相繞組串聯或并聯連接，所述電樞繞組中的所有線圈位于XY平面上，線
圈邊或平行于X軸，或平行于Y軸；所述線圈寬度lt與永磁體陣列極距、之間滿足關系lt
=Tp;線圈中心距、與永磁體陣列極距、之間滿足關系、=1.5、； 永磁體軛板分為nXn個正方形單元格，永磁體陣列包括n2/2塊垂直充磁的平板
形永磁體，所述n2/2塊平板形永磁體均勻分布固定在永磁體軛板上的單元格中，并且對角
相鄰的單元格中的永磁體充磁方向相反，位于同一行或列的水磁體的充磁方向相同，每塊
平板形永磁體均為正方形，且大小與永磁體軛板上的單元格相同，n為大于等于4的整數，m
為大于0的整數。 基于上述單邊結構的集成繞組結構長行程同步平面電機的雙邊結構的集成繞組結構長行程同步平面點機包括電樞部件和兩個永磁體勵磁部件，兩個永磁體勵磁部件相互平行，所述電樞部件位于兩個永磁體勵磁部件之間，電樞部件和永磁體勵磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組和繞組基板，兩個永磁體勵磁部件結構相同，所述永磁體勵磁部件包括永磁體陣列和永磁體軛板； 電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4m個繞向相同的正方形線圈組成，每4個線圈排列成"田"形單元四相繞組單元，每個四相繞組中的四個線圈組成四相繞組，所述4m個線圈組成m個四相繞組串聯或并聯連接，所述電樞繞組中的所有線圈位于XY平面上，線圈邊或平行于X軸，或平行于Y軸；所述線圈寬度lt與永磁體陣列極距、之間滿足關系lt=Tp;線圈中心距、與永磁體陣列極距、之間滿足關系、=1.5、；
永磁體軛板分為nXn個正方形單元格，永磁體陣列由n2/2塊垂直充磁的平板形永磁體構成，所述n2/2塊平板形永磁體均勻分布固定在永磁體軛板上的單元格中，并且對角相鄰的單元格中的永磁體充磁方向相反，位于同一行或列的永磁體的充磁方向相同，每塊平板形永磁體均為正方形，且大小與永磁體軛板上的單元格相同，n為大于等于4的整數，m為大于0的整數， 兩個勵磁永磁體部件中，位置相同的垂直充磁的永磁體的充磁方向相同；位置相同平行充磁的永磁體的充磁方向相反。 本發明還提供一種單邊結構的集成繞組結構長行程同步平面電機，所述平面電機包括電樞部件和永磁體勵磁部件，電樞部件和永磁體勵磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組和繞組基板，永磁體勵磁部件包括永磁體陣列和平板形永磁體軛板；
電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4m個繞向相同的正方形線圈組成，每相鄰的4個線圈排列成"田"字形四相繞組單元，m個四相繞組單元并聯或串聯連接，所有線圈位于XY平面上，每個線圈邊平行于X軸，或平行于Y軸；所述線圈寬度lt與永磁體陣列極距Tp之間滿足關系lt二 、；線圈中心距、與永磁體陣列極距、之間滿足關系、=l."p; 平板形永磁體軛板分為nXn個正方形單元格，永磁體陣列由(n+l)2/4塊垂直充磁的平板形永磁體和多塊平行充磁的平板形永磁體構成，(n+l) 74塊垂直充磁的平板形永磁體分別位于第1、3……(n+l)/2行、第1、3 (n+l)/2列相交的永磁體軛板上的單元格
中，平行和垂直相鄰的兩塊垂直充磁的平板形永磁體的充磁方向相反，每兩個相鄰的垂直充磁的平板形永磁體之間的永磁體軛板上的單元格中均固定有一個平行充磁的平板形永磁體，所述平行充磁的平板形永磁體的充磁方向是由與其相鄰的S極指向N極，n為大于等于4的整數，m為大于0的整數。 基于上述單邊結構的集成繞組結構長行程同步平面電機的雙邊結構的集成繞組結構長行程同步平面電機，所述平面電機所述平面電機包括電樞部件和兩個永磁體勵磁部件，兩個永磁體勵磁部件相互平行，所述電樞部件位于兩個永磁體勵磁部件之間，電樞部件和永磁體勵磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組和繞組基板，兩個永磁體勵磁部件結構相同，所述永磁體勵磁部件包括永磁體陣列和永磁體軛板； 電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4m個繞向相同的正方形線圈組成，每相鄰的4個線圈排列成"田"字形四相繞組單元，m個四相繞組單元并聯或串聯連接，所有線圈位于XY平面上，每個線圈邊平行于X軸，或平行于Y軸；所述線圈寬度lt與永磁體陣列極距Tp之間滿足關系lt二 、；線圈中心距、與永磁體陣列極距、之間滿足關系、=l."p; 平板形永磁體軛板分為nXn個正方形單元格，永磁體陣列由(n+l)2/4塊垂直充磁的平板形永磁體和多塊平行充磁的平板形永磁體構成，(n+1) 74塊垂直充磁的平板形永磁體分別位于第1、3……(n+l)/2行、第1、3 (n+l)/2列相交的永磁體軛板上的單元格
中，平行和垂直相鄰的兩塊垂直充磁的平板形永磁體的充磁方向相反，每兩個相鄰的垂直充磁的平板形永磁體之間的永磁體軛板上的單元格中均固定有一個平行充磁的平板形永磁體，所述平行充磁的平板形永磁體的充磁方向是由與其相鄰的S極指向N極，n為大于等于4的整數，m為大于0的整數； 兩個勵磁永磁體部件中，位置相同的垂直充磁的永磁體的充磁方向相同；位置相同平行充磁的永磁體的充磁方向相反。 本發明的平面電機的X向驅動與Y向驅動共用一套繞組，通過控制電機各個線圈電流的方向與大小，即可控制作用在動子上電磁力的方向與大小，實現電機動子的X、 Y 二維平面運動以及繞Z軸的偏轉運動。 本發明平面電機繞組的利用率高，功率密度、效率高，結構簡單、控制容易。同時，能夠使定子與動子之間的相互作用力均勻分布，減小定子、動子因相互作用力引起的形變，從而可以提高電機的定位精度。由于是各個方向的推力是由所有線圈與永磁體相互作用產生的合力，所以能夠減小每個線圈流過的電流，進而抑制每個線圈的發熱，避免由線圈發熱引起的精度降低。由于整個電機是由結構相同的電機單元組成，因此動子的行程不受限制，可以到達定子上的任何位置。


圖1為本實施方式中一個電機單元的電樞繞組和永磁體陣列的結構示意圖。圖2為具體實施方式
二所述的一個電機單元的永磁體陣列的結構示意圖。圖3是具體實施方式
三所述的一個電機單元的永磁體陣列結構示意圖。圖4為具體實施方式
一所描述的由四個電機單元組成的平面電機的電樞繞組和永磁體陣列的結構示意圖。圖5是具體實施方式
二
7所述的，由四個電機單元組成的平面電機的永磁體陣列結構示意圖。圖6是具體實施方式
九所述的，當n = 7時一個電機單元的電樞繞組和永磁體陣列的結構示意圖。圖7是圖6 中的永磁體陣列結構示意圖。圖8所示為現有的一種永磁同步平面電機結構，圖9是所述
平面電機的永磁體陣列結構示意圖。圖io為現有一種層疊繞組結構永磁同步平面電機。
具體實施例方式
具體實施方式
一 本實施方式所述的一種單邊結構的集成繞組結構長行程同步平 面電機，包括電樞部件和永磁體勵磁部件，電樞部件和永磁體勵磁部件之間為氣隙，其中電 樞部件包括電樞繞組和繞組基板，永磁體勵磁部件包括永磁體陣列和平板形永磁體軛板；
電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4m個繞向相同的正方形線圈組成，每4個 線圈排列成"田"形單元四相繞組單元，每個四相繞組中的四個線圈組成四相繞組，所述4m 個線圈組成m個四相繞組串聯或并聯連接，所述電樞繞組中的所有線圈位于XY平面上，線 圈邊或平行于X軸，或平行于Y軸；所述線圈寬度lt與永磁體陣列極距、之間滿足關系lt =Tp;線圈中心距、與永磁體陣列極距、之間滿足關系、=1.5、；
永磁體軛板分為nXn個正方形單元格，永磁體陣列包括n2/2塊垂直充磁的平板 形永磁體構成，所述n2/2塊平板形永磁體均勻分布固定在永磁體軛板上的單元格中，并且 對角相鄰的單元格中的永磁體充磁方向相反，位于同一行或列的永磁體的充磁方向相同， 每塊平板形永磁體均為正方形，且大小與永磁體軛板上的單元格相同，n為大于等于4的整 數，m為大于0的整數。 本實施方式所述的平面電機既可為動次級結構，也可為動初級結構。 圖1為本實施方式中一個電機單元的電樞繞組和永磁體陣列的結構示意圖。圖4
為由四個電機單元組成的平面電機的電樞繞組和永磁體陣列的結構示意圖。
具體實施方式
二 參見圖2和圖5說明本實施方式。本實施方式與
具體實施例方式
一所述的單邊結構集成繞組結構長行程同步平面電機的不同在于，所述永磁體陣列中還包
括多個直角三角形永磁體，在每個永磁體軛板的沒有永磁體的空閑的單元格中固定有4個
形狀相同的直角三角形永磁體，所述4個直角三角形永磁體組成大小與永磁體軛板上的單
元格相同的正方形，每個直角三角形永磁體平行充磁，且與N極永磁體相鄰的直角三角形
永磁體的充磁方向為指向所述N極永磁體，與S極永磁體相鄰的直角三角形永磁體的充磁
方向為背向所述S極永磁體，并且對角相鄰的兩塊直角三角形永磁體的充磁方向相反。 本實施方式所述的平面電機既可為動次級結構，也可為動初級結構。 圖2為本實施方式所述的一個電機單元的永磁體陣列的結構示意圖，圖5是四個
電機單元的永磁體陣列結構示意圖。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一所述的單邊結構的集成繞組結構 長行程同步平面電機的不同在于，在每個永磁體軛的沒有永磁體的空閑的單元格中固定有 4塊形狀相同的平行充磁永磁體，所述4個平行充磁永磁體組成大小與永磁體軛板上的單 元格相同的正方形，每塊平行充磁的永磁體的充磁方向與其端面的對角線相平行，且由于 其相鄰的S極永磁體指向N極永磁體，對角相鄰的兩塊平行充磁永磁體的充磁方向相反。
圖3表示一個電機單元中的，本實施方式所述的永磁體陣列結構示意圖。
本實施方式所述的平面電機既可為動次級結構，也可為動初級結構。
8
具體實施方式
二和三，都是在每個沒有永磁體的空閑的的永磁體軛板的單元格中 增加平行充磁的永磁體，增強永磁體陣列的磁場強度，并且使永磁體陣列的磁場分布更均 勻。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一、二或三所述的單邊結構的集成 繞組結構長行程同步平面電機的區別在于，所述平面電機中它還包括1個或多個電樞部 件，多個電樞部件可分別獨立工作，也可同步工作。 對于獨立工作的各個電樞部件中的電樞繞組之間沒有連接關系。 對于需要同步工作的多個電樞部件，所述多個電樞部件中的電樞繞組采用串聯或
者并聯的方式連接。 本實施方式中的多個電樞部件作為動子，各電樞繞組之間不相連，因此都是單獨 控制，即，本實施方式中的平面電機實現多個動子的目的。
具體實施方式
五本實施方式所述的是雙邊結構的集成繞組結構長行程同平面電 機，它是在具體實施方式
一所述的單邊結構的集成繞組結構長行程同平面電機基礎之上實 現的，即在具體實施方式
一所述的結構的基礎上增加一個永磁體勵磁部件即可。本實施方 式所述的平面電機的具體結構為 所述平面電機由電樞部件和兩個永磁體勵磁部件構成，兩個永磁體勵磁部件相互 平行，所述電樞部件位于兩個永磁體勵磁部件之間，電樞部件和永磁體勵磁部件之間為氣 隙，其中電樞部件包括電樞繞組和繞組基板，兩個永磁體勵磁部件結構相同，所述永磁體勵 磁部件包括永磁體陣列和永磁體軛板； 電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4m個繞向相同的正方形線圈組成，每4個 線圈排列成"田"形單元四相繞組單元，每個四相繞組中的四個線圈組成四相繞組，所述4m 個線圈組成m個四相繞組串聯或并聯連接，所述電樞繞組中的所有線圈位于XY平面上，線 圈邊或平行于X軸，或平行于Y軸；所述線圈寬度lt與永磁體陣列極距、之間滿足關系lt =Tp;線圈中心距、與永磁體陣列極距、之間滿足關系、=1.5、；
永磁體軛板分為nXn個正方形單元格，永磁體陣列由n2/2塊垂直充磁的平板形 永磁體構成，所述n2/2塊平板形永磁體均勻分布固定在永磁體軛板上的單元格中，并且對 角相鄰的單元格中的永磁體充磁方向相反，位于同一行或列的永磁體的充磁方向相同，每 塊平板形永磁體均為正方形，且大小與永磁體軛板上的單元格相同，n為大于等于4的整 數，m為大于0的整數， 兩個勵磁永磁體部件中，位置相同的垂直充磁的永磁體的充磁方向相同；位置相 同平行充磁的永磁體的充磁方向相反。 本實施方式所述的平面電機既可為動次級結構，也可為動初級結構。 具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
五所述的雙邊結構的集成繞組結構
長行程同平面電機的不同在于，在每個永磁體軛的沒有永磁體的空閑的單元格中固定有4
個形狀相同的直角三角形永磁體，所述4個直角三角形永磁體組成大小與永磁體軛板上的
單元格相同的正方形，每個直角三角形永磁體平行充磁，且與N極永磁體相鄰的直角三角
形永磁體的充磁方向為指向所述N極永磁體，與S極永磁體相鄰的直角三角形永磁體的充
磁方向為背向所述S極永磁體，并且對角相鄰的兩塊直角三角形永磁體的充磁方向相反。 本實施方式是在具體實施方式
二所述的單邊結構的集成繞組結構長行程同平面電機基礎之上實現的，即在具體實施方式
二所述的結構的基礎上增加一個永磁體勵磁部 件即可。
本實施方式所述的平面電機既可為動次級結構，也可為動初級結構。 具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
五所述的雙邊結構的集成繞組結構
長行程同步平面電機的不同在于，在每個永磁體軛的沒有永磁體的空閑的單元格中固定有
4塊形狀相同的平行充磁永磁體，所述4個平行充磁永磁體組成大小與永磁體軛板上的單
元格相同的正方形，每塊平行充磁的永磁體的充磁方向與其端面的對角線相平行，且由于
其相鄰的S極永磁體指向N極永磁體，對角相鄰的兩塊平行充磁永磁體的充磁方向相反。 本實施方式是在具體實施方式
三所述的單邊結構的集成繞組結構長行程同平面
電機基礎之上實現的，即在具體實施方式
三所述的結構的基礎上增加一個永磁體勵磁部
件即可。
本實施方式所述的平面電機既可為動次級結構，也可為動初級結構。 具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
五、六或七所述的雙邊結構的集成
繞組結構長行程同步平面電機的不同在于，它還包括1個或多個電樞部件。 本實施方式是在具體實施方式
四所述的單邊結構的集成繞組結構長行程同平面
電機基礎之上實現的，即在具體實施方式
一所述的結構的基礎上增加一個永磁體勵磁部
件即可。 本實施方式中的電樞部件為動子，所述多個電樞部件可分別獨立工作，也可同步 工作，實現多個動子的目的。 對于獨立工作的各個電樞部件中的電樞繞組之間沒有連接關系。 對于需要同步工作的多個電樞部件，所述多個電樞部件中的電樞繞組采用串聯或
者并聯的方式連接。
具體實施方式
九本實施方式所述的單邊結構的集成繞組結構長行程同步平面電 機由多個電機單元構成，每個電機單元的結構為 每個電機單元由電樞部件和永磁體勵磁部件構成，電樞部件和永磁體勵磁部件之 間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組和繞組基板，永磁體勵磁部件包括永磁體陣列和永 磁體軛板； 電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4m個繞向相同的正方形線圈組成，每相鄰 的4個線圈排列成"田"字形四相繞組單元，m個四相繞組單元并聯或串聯連接，所有線圈 位于XY平面上，每個線圈邊平行于X軸，或平行于Y軸；所述線圈寬度lt與永磁體陣列極 距Tp之間滿足關系lt二 、；線圈中心距、與永磁體陣列極距、之間滿足關系、= l."p; 平板形永磁體軛板分為nXn個正方形單元格，永磁體陣列由(n+l)2/4塊垂直充 磁的平板形永磁體和多塊平行充磁的平板形永磁體構成，(n+l) 74塊垂直充磁的平板形永 磁體分別位于第1、3……(n+l)/2行、第1、3 (n+l)/2列相交的永磁體軛板上的單元格
中，平行和垂直相鄰的兩塊垂直充磁的平板形永磁體的充磁方向相反，每兩個相鄰的垂直 充磁的平板形永磁體之間的永磁體軛板上的單元格中均固定有一個平行充磁的平板形永 磁體，所述平行充磁的平板形永磁體的充磁方向是由與其相鄰的S極指向N極，n為大于等 于4的整數，m為大于0的整數。
圖6是本實施方式所述的，一個電機單元的電樞繞組和永磁體陣列的結構示意 圖。圖7是圖6中的永磁體陣列結構示意圖。 本實施方式所述的平面電機既可為動次級結構，也可為動初級結構。
具體實施方式
十本實施方式所述的雙邊結構的集成繞組結構長行程同步平面電 機是在具體實施方式
九所述的單邊結構的集成繞組結構長行程同平面電機基礎之上實現 的，即在具體實施方式
九所述的結構的基礎上增加一個永磁體勵磁部件即可。本實施方式 所述的平面電機的具體結構為所述平面電機包括電樞部件和兩個永磁體勵磁部件，兩個 永磁體勵磁部件相互平行，所述電樞部件位于兩個永磁體勵磁部件之間，電樞部件和永磁 體勵磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組和繞組基板，兩個永磁體勵磁部件結 構相同，所述永磁體勵磁部件包括永磁體陣列和永磁體軛板； 電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4m個繞向相同的正方形線圈組成，每相鄰 的4個線圈排列成"田"字形四相繞組單元，m個四相繞組單元并聯或串聯連接，所有線圈 位于XY平面上，每個線圈邊平行于X軸，或平行于Y軸；所述線圈寬度lt與永磁體陣列極 距Tp之間滿足關系lt二 、；線圈中心距、與永磁體陣列極距、之間滿足關系、= l."p; 平板形永磁體軛板分為nXn個正方形單元格，永磁體陣列由(n+l)2/4塊垂直充 磁的平板形永磁體和多塊平行充磁的平板形永磁體構成，(n+l) 74塊垂直充磁的平板形永 磁體分別位于第1、3……(n+l)/2行、第1、3 (n+l)/2列相交的永磁體軛板上的單元格
中，平行和垂直相鄰的兩塊垂直充磁的平板形永磁體的充磁方向相反，每兩個相鄰的垂直 充磁的平板形永磁體之間的永磁體軛板上的單元格中均固定有一個平行充磁的平板形永 磁體，所述平行充磁的平板形永磁體的充磁方向是由與其相鄰的S極指向N極，n為大于等 于4的整數，m為大于0的整數； 兩個勵磁永磁體部件中，位置相同的垂直充磁的永磁體的充磁方向相同；位置相 同平行充磁的永磁體的充磁方向相反。 本實施方式所述的平面電機既可為動次級結構，也可為動初級結構。
上述各實施方式中的繞組基板既可以為磁性材料，也可以為非磁性材料。
1權利要求
一種單邊結構的集成繞組結構長行程同步平面電機，包括電樞部件和永磁體勵磁部件，電樞部件和永磁體勵磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組和繞組基板，永磁體勵磁部件包括永磁體陣列和平板形永磁體軛板；其特征在于，電樞部件中的電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4m個繞向相同的正方形線圈組成，每4個線圈排列成“田”形單元四相繞組單元，每個四相繞組中的四個線圈組成四相繞組，所述4m個線圈組成m個四相繞組串聯或并聯連接，所述電樞繞組中的所有線圈位于XY平面上，線圈邊或平行于X軸，或平行于Y軸；所述線圈寬度lt與永磁體陣列極距τp之間滿足關系lt＝τp；線圈中心距τt與永磁體陣列極距τp之間滿足關系τt＝1.5τp；永磁體軛板分為n×n個正方形單元格，永磁體陣列包括n2/2塊垂直充磁的平板形永磁體，所述n2/2塊平板形永磁體均勻分布固定在永磁體軛板上的單元格中，并且對角相鄰的單元格中的永磁體充磁方向相反，位于同一行或列的永磁體的充磁方向相同，每塊平板形永磁體均為正方形，且大小與永磁體軛板上的單元格相同，n為大于等于4的整數，m為大于0的整數。
2. 根據權利要求1所述的單邊結構的集成繞組結構長行程同步平面電機，其特征在 于，所述永磁體陣列中還包括多個直角三角形永磁體，在每個永磁體軛的沒有永磁體的空 閑的單元格中固定有4個形狀相同的直角三角形永磁體，所述4個直角三角形永磁體組成 大小與永磁體軛板上的單元格相同的正方形，每個直角三角形永磁體平行充磁，且與N極 永磁體相鄰的直角三角形永磁體的充磁方向為指向所述N極永磁體，與S極永磁體相鄰的 直角三角形永磁體的充磁方向為背向所述S極永磁體，并且對角相鄰的兩塊直角三角形永 磁體的充磁方向相反。
3. 根據權利要求1所述的單邊結構的集成繞組結構長行程同步平面電機，其特征在 于，在每個永磁體軛的沒有永磁體的空閑的單元格中固定有4塊形狀相同的平行充磁永磁 體，所述4個平行充磁永磁體組成大小與永磁體軛板上的單元格相同的正方形，每塊平行 充磁的永磁體的充磁方向與其端面的對角線相平行，且由于其相鄰的S極永磁體指向N極 永磁體，對角相鄰的兩塊平行充磁永磁體的充磁方向相反。
4. 根據權利要求1、2或3所述的單邊結構的集成繞組結構長行程同步平面電機，其特 征在于，它還包括1個或多個電樞部件，各個電樞部件中的電樞繞組串聯或并聯連接。
5. 根據權利要求1、2或3所述的單邊結構的集成繞組結構長行程同步平面電機，其特 征在于，它還包括1個或多個電樞部件，各個電樞部件中的電樞繞組獨立工作。
6. 雙邊結構的集成繞組結構長行程同步平面電機，所述平面電機包括電樞部件和兩個 永磁體勵磁部件，兩個永磁體勵磁部件相互平行，所述電樞部件位于兩個永磁體勵磁部件 之間，電樞部件和永磁體勵磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組和繞組基板，兩 個永磁體勵磁部件結構相同，所述永磁體勵磁部件包括永磁體陣列和永磁體軛板；其特征在于，電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4m個繞向相同的正方形線圈組 成，每4個線圈排列成"田"形單元四相繞組單元，每個四相繞組中的四個線圈組成四相繞 組，所述4m個線圈組成m個四相繞組串聯或并聯連接，所述電樞繞組中的所有線圈位于XY 平面上，線圈邊或平行于X軸，或平行于Y軸；所述線圈寬度lt與永磁體陣列極距t p之間滿足關系lt = T p ;線圈中心距T t與永磁體陣列極距T p之間滿足關系T t = 1. 5 、；永磁體軛板分為nXn個正方形單元格，永磁體陣列由n2/2塊垂直充磁的平板形永磁 體構成，所述n2/2塊平板形永磁體均勻分布固定在永磁體軛板上的單元格中，并且對角相 鄰的單元格中的永磁體充磁方向相反，位于同一行或列的永磁體的充磁方向相同，每塊平 板形永磁體均為正方形，且大小與永磁體軛板上的單元格相同，n為大于等于4的整數，m為 大于0的整數，兩個勵磁永磁體部件中，位置相同的垂直充磁的永磁體的充磁方向相同；位置相同平 行充磁的永磁體的充磁方向相反。
7. 根據權利要求6所述的雙邊結構的集成繞組結構長行程同步平面電機，其特征在 于，在每個永磁體軛的沒有永磁體的空閑的單元格中固定有4個形狀相同的直角三角形永 磁體，所述4個直角三角形永磁體組成大小與永磁體軛板上的單元格相同的正方形，每個 直角三角形永磁體平行充磁，且與N極永磁體相鄰的直角三角形永磁體的充磁方向為指向 所述N極永磁體，與S極永磁體相鄰的直角三角形永磁體的充磁方向為背向所述S極永磁 體，并且對角相鄰的兩塊直角三角形永磁體的充磁方向相反。
8. 根據權利要求6所述的雙邊結構的集成繞組結構長行程同步平面電機，其特征在 于，其特征在于，在每個永磁體軛的沒有永磁體的空閑的單元格中固定有4塊形狀相同的 平行充磁永磁體，所述4個平行充磁永磁體組成大小與永磁體軛板上的單元格相同的正方 形，每塊平行充磁的永磁體的充磁方向與其端面的對角線相平行，且由于其相鄰的S極永 磁體指向N極永磁體，對角相鄰的兩塊平行充磁永磁體的充磁方向相反。
9. 單邊結構的集成繞組結構長行程同步平面電機，所述平面電機包括電樞部件和永磁 體勵磁部件，電樞部件和永磁體勵磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組和繞組 基板，永磁體勵磁部件包括永磁體陣列和平板形永磁體軛板；其特征在于，電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4m個繞向相同的正方形線圈組 成，每相鄰的4個線圈排列成"田"字形四相繞組單元，m個四相繞組單元并聯或串聯連接， 所有線圈位于XY平面上，每個線圈邊平行于X軸，或平行于Y軸；所述線圈寬度lt與永磁 體陣列極距Tp之間滿足關系lt二 、；線圈中心距、與永磁體陣列極距、之間滿足關 系、=1.5、；平板形永磁體軛板分為nXn個正方形單元格，永磁體陣列由(n+l) 2/4塊垂直充磁的 平板形永磁體和多塊平行充磁的平板形永磁體構成，(n+l) 74塊垂直充磁的平板形永磁體 分別位于第1、3 (n+l)/2行、第1、3 (n+l)/2列相交的永磁體軛板上的單元格中，平行和垂直相鄰的兩塊垂直充磁的平板形永磁體的充磁方向相反，每兩個相鄰的垂直充磁的 平板形永磁體之間的永磁體軛板上的單元格中均固定有一個平行充磁的平板形永磁體，所 述平行充磁的平板形永磁體的充磁方向是由與其相鄰的S極指向N極，n為大于等于4的 整數，m為大于0的整數。
10. 雙邊結構的集成繞組結構長行程同步平面電機，所述平面電機包括電樞部件和兩 個永磁體勵磁部件，兩個永磁體勵磁部件相互平行，所述電樞部件位于兩個永磁體勵磁部 件之間，電樞部件和永磁體勵磁部件之間為氣隙，其中電樞部件包括電樞繞組和繞組基板， 兩個永磁體勵磁部件結構相同，所述永磁體勵磁部件包括永磁體陣列和永磁體軛板；其特征在于，電樞繞組為四相繞組，所述電樞繞組由4m個繞向相同的正方形線圈組 成，每相鄰的4個線圈排列成"田"字形四相繞組單元，m個四相繞組單元并聯或串聯連接，所有線圈位于XY平面上，每個線圈邊平行于X軸，或平行于Y軸；所述線圈寬度lt與永磁體陣列極距Tp之間滿足關系lt二 、；線圈中心距、與永磁體陣列極距、之間滿足關 系、=1.5、；平板形永磁體軛板分為nXn個正方形單元格，永磁體陣列由(n+1) 2/4塊垂直充磁的 平板形永磁體和多塊平行充磁的平板形永磁體構成，(n+1) 74塊垂直充磁的平板形永磁體 分別位于第1、3 (n+l)/2行、第1、3 (n+l)/2列相交的永磁體軛板上的單元格中，平行和垂直相鄰的兩塊垂直充磁的平板形永磁體的充磁方向相反，每兩個相鄰的垂直充磁的 平板形永磁體之間的永磁體軛板上的單元格中均固定有一個平行充磁的平板形永磁體，所 述平行充磁的平板形永磁體的充磁方向是由與其相鄰的S極指向N極，n為大于等于4的 整數，m為大于0的整數；兩個勵磁永磁體部件中，位置相同的垂直充磁的永磁體的充磁方向相同；位置相同平 行充磁的永磁體的充磁方向相反。
全文摘要
集成繞組結構長行程同步平面電機，屬于電機領域，它解決了現有平面電機的結構復雜、繞組利用率低、損耗大、行程受限的問題。本發明的平面電機由若干個電機單元構成。每個電機單元中的線圈寬度lt與永磁體陣列極距τp之間滿足關系lt＝τp；線圈中心距τt與永磁體陣列極距τp之間滿足關系τt＝1.5τp。每個電機單元的電樞繞組由4個繞向相同的正方形線圈構成，線圈呈“田”字形固定布置在平板形的繞組基板上，每個電機單元的永磁體陣列中的永磁體均勻分布在永磁體軛板上，對角相鄰的永磁體充磁方向相反，同一行或列的充磁方向相同。本發明平面電機結構簡單、控制容易，控制精度高，行程不受限制。適用于二維平面驅動裝置，尤其是精密二維平面驅動裝置。
文檔編號H02K41/02GK101710779SQ20091007349
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月23日 優先權日2009年12月23日
發明者寇寶泉, 張赫, 張魯 申請人:哈爾濱工業大學