专利名称：集成绕组结构短行程直流平面电机的制作方法
技术领域：
本发明属于电机领域，尤其涉及一种短行程直流平面电机。
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11所示为现有的一种平面电机结构，图12是所述平面电机的永磁体阵列的结 构示意图。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
为了解决现有平面电机存在的结构复杂、绕组利用率低、损耗大、效率低、控制复 杂以及定位精度低的问题，本发明提出一种集成绕组结构短行程直流平面电机。本发明提供了四种结构的集成绕组结构短行程直流平面电机的结构，具体为结构一单边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，它由电枢部件和永磁体 励磁部件组成，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，其中电枢部件包括电枢绕组和电 枢铁心，永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板，所述电枢绕组为四相绕组，所述电枢绕组由4线圈组成，每个线圈为正方形，且绕 向相同，所述4个线圈组成“田”字形固定在电枢铁心上，所述4个线圈所在平面为XY平面，每个线圈的边平行于XY平面的X轴或Y轴，每个线圈为一相绕组，永磁体阵列包括4块正方形永磁体和12块垂直充磁永磁体，所述包括4块正方形 永磁体和12块垂直充磁永磁体组成“#，，字形，所述永磁体阵列固定在永磁体轭板上，并且 所述永磁体阵列所在平面与XY平面平行，所述“#”字形的四个交叉点分别与4个线圈的中 心位置相对应；4块正方形永磁体分别位于“#”字形的四个交叉点处，平且每个正方形永磁体的 边与线圈的边相平行， 12块垂直充磁永磁体分别位于所述4块正方形充磁平板形永磁体的四周，所述正方形永磁体的充磁方向与其正方形端面的对角线平行，平行相邻的两块正方形永磁体的充磁方向相差90°度，并且对角相邻的两块正方形永磁体的充磁方向相反，与每一个正方形永磁体相邻的4个垂直充磁永磁体中，与正方形永磁体的磁力线 所指向的两条边相邻的2块垂直充磁永磁体为N极，另外2块垂直充磁永磁体为S极，电枢绕组的线圈中心距τ t与永磁体阵列的极距τ p之间满足关系、=τ p。结构二基于结构一的双边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，它包括电 枢部件和两个永磁体励磁部件，所述两个永磁体励磁部件相互平行，电枢部件位于两个永 磁体励磁部件的中间，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，其中电枢部件包括电枢绕组，永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板，两 个永磁体励磁部件的结构相同；所述电枢绕组为四相绕组，所述电枢绕组由4线圈组成，每个线圈为正方形，且绕 向相同，所述4个线圈组成“田”字形排列固定，所述4个线圈所在平面为XY平面，每个线 圈的边平行于XY平面的X轴或Y轴，每个线圈为一相绕组，永磁体阵列包括4块正方形永磁体和12块垂直充磁永磁体，所述包括4块正方形 永磁体和12块垂直充磁永磁体组成“#”字形，所述永磁体阵列固定在永磁体轭板上，并且 所述永磁体阵列所在平面与XY平面平行，所述“#”字形的四个交叉点分别与4个线圈的中 心位置相对应；4块正方形永磁体分别位于“#”字形的四个交叉点处，平且每个正方形永磁体的 边与线圈的边相平行， 12块垂直充磁永磁体分别位于所述4块正方形充磁平板形永磁体的四周，所述正 方形永磁体的充磁方向与其正方形端面的对角线平行，平行相邻的两块正方形永磁体的充磁方向相差90°度，并且对角相邻的两块正方 形永磁体的充磁方向相反，与每一个正方形永磁体相邻的4个垂直充磁永磁体中，与正方形永磁体的磁力线 所指向的两条边相邻的2块垂直充磁永磁体为N极，另外2块垂直充磁永磁体为S极，电枢绕组的线圈中心距τ t与永磁体阵列的极距τ p之间满足关系、=τ p，两个永磁体励磁部件的永磁体阵列中，位置相同的两块垂直充磁永磁体的充磁方 向相同，位置相同的两块平行充磁永磁体的充磁方向相反。结构三基于结构一的多个电机单元的单边结构的集成绕组结构短行程直流平面 电机，它由2η个电机单元构成，所述2η个电机单元排成2列，每个电机单元包括电枢部件和永磁体励磁部件，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，每个电机单元的电枢部件包括电枢绕组和电枢铁心，2η个电机单元的电枢铁心固 定连接在一起；每个电机单元的电枢绕组由4线圈组成，每个线圈为正方形，且绕向相同， 对角相邻的2个线圈反向串联连接成一个线圈组，所述4个线圈组成“田”字形固定在电枢 铁心上，所述4个线圈所在平面为XY平面，每个线圈的边平行于XY平面的X轴或Y轴，位 于同一列的η个电机单元中，对应位置的线圈组串联连接组成一相绕组，2η个电机单元中 的所有线圈组共组成四相绕组，每个电机单元的永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板，2η个电机单元的 永磁体轭板固定连接在一起，每个电机单元的永磁体阵列包括4块正方形永磁体和12块垂直充磁永磁体，所述 包括4块正方形永磁体和12块垂直充磁永磁体组成“#”字形，所述永磁体阵列固定在永磁 体轭板上，并且所述永磁体阵列所在平面与XY平面平行，所述“#”字形的四个交叉点分别 与4个线圈的中心位置相对应；4块正方形永磁体分别位于“#”字形的四个交叉点处，平且每个正方形永磁体的 边与线圈的边相平行， 12块垂直充磁永磁体分别位于所述4块正方形充磁平板形永磁体的四周，所述正方形永磁体的充磁方向与其正方形端面的对角线平行，平行相邻的两块正方形永磁体的充磁方向相差90°度，并且对角相邻的两块正方 形永磁体的充磁方向相反，与每一个正方形永磁体相邻的4个垂直充磁永磁体中，与正方形永磁体的磁力线 所指向的两条边相邻的2块垂直充磁永磁体为N极，另外2块垂直充磁永磁体为S极，相邻两个电机单元的永磁体阵列结构相同；电枢绕组的线圈中心距τ t与永磁体阵列的极距τ p之间满足关系、=τ p，η为自然数。结构四单边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，它由4个电机单元构成， 每个电机单元包括电枢部件和永磁体励磁部件，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙， 其中电枢部件包括电枢绕组和电枢铁心，永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板，每个电机单元的电枢绕组由1个线圈组成，所述线圈为正方形，每个电机单元中 的电枢绕组单独控制，4个电机单元的4个线圈对角相邻组成“十”字形，每个电机单元的永磁体轭板平行于电枢绕组的线圈所在平面，每个电机单元的永 磁体阵列包括1块正方形永磁体和4块垂直充磁永磁体，所述1块正方形永磁体和4块垂 直充磁永磁体组成“十”字形永磁体阵列，所述4块垂直充磁永磁体分别位于正方形永磁体 的四周，并且分别与正方形永磁体的四条边相邻，所述正方形永磁体与线圈的中心位置相 对应，与正方形永磁体相互平行的两条边相邻的两块垂直充磁永磁体的充磁方向相反，所 述正方形永磁体平行充磁，充磁方向为与正方形端面的对角线平行的方向，并且所述充磁 方向为由与其相邻的S极永磁体指向N极永磁体， 平行相邻的两个电机单元中的正方形永磁体的充磁方向相差90°，并且对角相邻 的两个电机单元中的正方形永磁体的充磁方向相同，电枢绕组的线圈中心距τ t与永磁体阵列的极距τ p之间满足关系、=τ p。
本发明所述的集成绕组结构短行程直流平面电机既可为单边永磁体结构，也可为 双边永磁体结构。当电机为双边永磁体结构时，双边的次级连接在一起，双边次级将无铁心 电枢绕组夹在中间。双边次级对应位置的Z轴方向平行充磁永磁体的充磁方向相同；斜向 充磁永磁体的充磁方向相反。所述双边结构的平面电机既可为动次级结构，也可为动初级 结构。
本发明的直流平面电机的X向驱动与Y向驱动共用一套绕组，通过控制电机各个 线圈电流的方向与大小，即可控制作用在动子上电磁力的方向与大小，实现电机动子的X、 Y 二维平面运动以及绕Z轴的偏转运动。本发明平面电机绕组的利用率高，功率密度、效率 高，结构简单、控制容易。同时，能够使定子与动子之间的相互作用力均勻分布，减小定子、 动子因相互作用力引起的形变，从而可以提高电机的定位精度。由于是各个方向的推力是由所有电枢线圈与永磁体相互作用产生的合力，所以能 够减小每个线圈流过的电流，进而抑制每个线圈的发热，避免由线圈发热引起的精度降低。本发明所述的平面电机定位精度高，适用于二维平面驱动装置，尤其适用于特别 是精密二维平面驱动装置。
图1是具体实施方式
一所述的单边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机的 电枢绕组和永磁体阵列的结构示意图，图2是图1中的永磁体阵列的结构示意图，图3是具 体实施方式二、三所述的永磁体阵列的结构示意图，图4是具体实施方式
七所述的，当η = 2 时的平面电机的电枢绕组和永磁体阵列的结构示意图，图5是图4中的永磁体阵列的结构 示意图，图6是具体实施方式
八所述的永磁体阵列的结构示意图，图7是具体实施方式
十四 所述的双边结构的电机结构示意图，图8是图7中的电枢部件的结构示意图，图9是具体实 施方式十二所述的平面电机的电枢绕组和永磁体阵列的结构示意图，图10是具体实施方 式十三所述的永磁体阵列的结构示意图。图11所示为现有的一种平面电机结构，图12是 图11所示平面电机的永磁体阵列的结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一参见图1说明本实施方式。本实施方式所述的集成绕组结构短 行程直流平面电机是整体式的直流平面电机，它由电枢部件和永磁体励磁部件组成，电枢 部件和永磁体励磁部件之间为气隙，其中电枢部件包括电枢绕组和电枢铁心，永磁体励磁 部件包括永磁体阵列和永磁体轭板，所述电枢绕组为四相绕组，所述电枢绕组由4线圈组成，每个线圈为正方形，且绕 向相同，所述4个线圈组成“田”字形固定在电枢铁心上，所述4个线圈所在平面为XY平面， 每个线圈的边平行于XY平面的X轴或Y轴，每个线圈为一相绕组，永磁体阵列包括4块正方形永磁体和12块垂直充磁永磁体，所述包括4块正方形 永磁体和12块垂直充磁永磁体组成“#，，字形，所述永磁体阵列固定在永磁体轭板上，并且 所述永磁体阵列所在平面与XY平面平行，所述“#”字形的四个交叉点分别与4个线圈的中 心位置相对应；4块正方形永磁体分别位于“#”字形的四个交叉点处，平且每个正方形永磁体的边与线圈的边相平行，12块垂直充磁永磁体分别位于所述4块正方形充磁平板形永磁体的四周，所述正方形永磁体的充磁方向与其正方形端面的对角线平行，平行相邻的两块正方形永磁体的充磁方向相差90°度，并且对角相邻的两块正方形永磁体的充磁方向相反，与每一个正方形永磁体相邻的4个垂直充磁永磁体中，与正方形永磁体的磁力线 所指向的两条边相邻的2块垂直充磁永磁体为N极，另外2块垂直充磁永磁体为S极，电枢绕组的线圈中心距τ t与永磁体阵列的极距τ p之间满足关系、=τ p。
具体实施方式
二 参见图3说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式
一所述 的集成绕组结构短行程直流平面电机的区别在于，所述永磁体阵列还包括4块正方形永磁 体，所述4块正方形永磁体组成一个正方形，并嵌入“#”字形永磁体阵列的中心位置，所述 4块正方形永磁体为平行充磁，且充磁方向与其正方形端面的对角线平行，所述充磁方向是 由与其相邻的S极永磁体指向N极永磁体。
具体实施方式
三参见图3说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式
一或二 所述的集成绕组结构短行程直流平面电机的区别在于，所述永磁体阵列还包括4块直角三 角形永磁体，所述4块直角三角形永磁体分别位于“#”字形永磁体阵列的四个角、并嵌在对 角相邻的两块垂直充磁永磁体之间，每个直角三角形永磁体的两个直角边分别与一个垂直 永磁体相邻，所述每个直角三角形永磁体为平行充磁，且充磁方向和与其对角相邻的正方 形永磁体的充磁方向相同。
具体实施方式
四本实施方式所述的集成绕组结构短行程直流平面电机是双边结 构整体式直流平面电机，电机中的电枢绕组和永磁体励磁部件的结构与具体实施方式
一相 同，具体结构为它包括电枢部件和两个永磁体励磁部件，所述两个永磁体励磁部件相互平 行，电枢部件位于两个永磁体励磁部件的中间，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，其中电枢部件包括电枢绕组，永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板，两 个永磁体励磁部件的结构相同；所述电枢绕组为四相绕组，所述电枢绕组由4线圈组成，每个线圈为正方形，且绕 向相同，所述4个线圈组成“田”字形排列固定，所述4个线圈所在平面为XY平面，每个线 圈的边平行于XY平面的X轴或Y轴，每个线圈为一相绕组，永磁体阵列包括4块正方形永磁体和12块垂直充磁永磁体，所述包括4块正方形 永磁体和12块垂直充磁永磁体组成“#，，字形，所述永磁体阵列固定在永磁体轭板上，并且 所述永磁体阵列所在平面与XY平面平行，所述“#”字形的四个交叉点分别与4个线圈的中 心位置相对应；4块正方形永磁体分别位于“#”字形的四个交叉点处，平且每个正方形永磁体的 边与线圈的边相平行，12块垂直充磁永磁体分别位于所述4块正方形充磁平板形永磁体的四周，所述正方形永磁体的充磁方向与其正方形端面的对角线平行，平行相邻的两块正方形永磁体的充磁方向相差90°度，并且对角相邻的两块正方 形永磁体的充磁方向相反，与每一个正方形永磁体相邻的4个垂直充磁永磁体中，与正方形永磁体的磁力线所指向的两条边相邻的2块垂直充磁永磁体为N极，另外2块垂直充磁永磁体为S极，电枢绕组的线圈中心距τ t与永磁体阵列的极距τ p之间满足关系、<formula>formula see original document page 10</formula>，两个永磁体励磁部件的永磁体阵列中，位置相同的两块垂直充磁永磁体的充磁方 向相同，位置相同的两块平行充磁永磁体的充磁方向相反。
具体实施方式
五、本实施方式与具体实施方式
四所述的集成绕组结构短行程直流 平面电机的区别在于，所述永磁体励磁部件的结构采用具体实施方式
二所述的结构，具体 结构为所述永磁体阵列还包括4块正方形永磁体，所述4块正方形永磁体组成一个正方 形，并嵌入“#”字形永磁体阵列的中心位置，所述4块正方形永磁体为平行充磁，且充磁方 向与其正方形端面的对角线平行，所述充磁方向是由与其相邻的S极永磁体指向N极永磁 体。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
四或五所述的集成绕组结构短行程 直流平面电机的区别在于，所述永磁体励磁部件的结构采用具体实施方式
三所述的结构， 具体结构为所述永磁体阵列还包括4块直角三角形永磁体，所述4块直角三角形永磁体分 别位于“#”字形永磁体阵列的四个角、并嵌在对角相邻的两块垂直充磁永磁体之间，每个直 角三角形永磁体的两个直角边分别与一个垂直永磁体相邻，所述每个直角三角形永磁体为 平行充磁，且充磁方向和与其对角相邻的正方形永磁体的充磁方向相同。
具体实施方式
七本实施方式所述的集成绕组结构短行程直流平面电机是整体式 直流平面电机，它由2η个电机单元构成，所述2η个电机单元排成2列，每个电机单元包括 电枢部件和永磁体励磁部件，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，每个电机单元的电枢部件包括电枢绕组和电枢铁心，2η个电机单元的电枢铁心固 定连接在一起；每个电机单元的电枢绕组由4线圈组成，每个线圈为正方形，且绕向相同， 对角相邻的2个线圈反向串联连接成一个线圈组，所述4个线圈组成“田”字形固定在电枢 铁心上，所述4个线圈所在平面为XY平面，每个线圈的边平行于XY平面的X轴或Y轴，位 于同一列的η个电机单元中，对应位置的线圈组串联连接组成一相绕组，2η个电机单元中 的所有线圈组共组成四相绕组，每个电机单元的永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板，2η个电机单元的 永磁体轭板固定连接在一起，每个电机单元的永磁体阵列包括4块正方形永磁体和12块垂直充磁永磁体，所述 包括4块正方形永磁体和12块垂直充磁永磁体组成“#”字形，所述永磁体阵列固定在永磁 体轭板上，并且所述永磁体阵列所在平面与XY平面平行，所述“#”字形的四个交叉点分别 与4个线圈的中心位置相对应；4块正方形永磁体分别位于“#”字形的四个交叉点处，平且每个正方形永磁体的 边与线圈的边相平行，12块垂直充磁永磁体分别位于所述4块正方形充磁平板形永磁体的四周，所述正方形永磁体的充磁方向与其正方形端面的对角线平行，平行相邻的两块正方形永磁体的充磁方向相差90°度，并且对角相邻的两块正方 形永磁体的充磁方向相反，与每一个正方形永磁体相邻的4个垂直充磁永磁体中，与正方形永磁体的磁力线 所指向的两条边相邻的2块垂直充磁永磁体为N极，另外2块垂直充磁永磁体为S极，
相邻两个电机单元的永磁体阵列结构相同；电枢绕组的线圈中心距τ t与永磁体阵列的极距τ p之间满足关系、=τ p，η为自然数。本实施方式中，相邻电机单元的永磁体阵列中相邻的两块垂直充磁永磁体可以采用一块垂直充磁永磁体实现。参见图4，是当η = 2时，本实施方式所述的平面电机的电枢绕组和永磁体阵列的 结构示意图，图5是永磁体阵列的结构示意图，相邻电机单元的永磁体阵列相连接处的、充 磁方向相同的两块永磁体采用一块永磁体实现。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
七所述的集成绕组结构短行程直流 平面电机的区别在于，每个电机单元中的永磁阵列还包括4块正方形永磁体，所述4块正方 形永磁体组成一个正方形，并嵌入“#”字形永磁体阵列的中心位置，所述4块正方形永磁体 为平行充磁，且充磁方向与正方形永磁体的正方形端面的对角线平行，所述充磁方向是由 与其相邻的S极永磁体指向N极永磁体。图6是当η = 2，本实施方式所述的永磁体阵列的结构示意图。
具体实施方式
九、本实施方式所述的集成绕组结构短行程直流平面电机是双边结 构整体式直流平面电机，它的电枢部件和励磁部件的结构与具体实施方式
七所描述的相 同，具体结构为它由2η个电机单元构成，所述2η个电机单元排成2列，每个电机单元包括 电枢部件和两个永磁体励磁部件，所述两个永磁体励磁部件相互平行，电枢部件位于两个 永磁体励磁部件的中间，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，每个电机单元的电枢部件包括电枢绕组，每个电机单元的电枢绕组由4线圈组 成，每个线圈为正方形，且绕向相同，对角相邻的2个线圈反向串联连接成一个线圈组，所 述4个线圈组成“田”字形排列固定，所述4个线圈所在平面为XY平面，每个线圈的边平行 于XY平面的X轴或Y轴，位于同一列的η个电机单元中，对应位置的线圈组串联连接组成 一相绕组，2η个电机单元中的所有线圈组共组成四相绕组，每个电机单元的两个永磁体励磁部件的结构相同，永磁体励磁部件包括永磁体阵 列和永磁体轭板，位于同一平面上的2η个电机单元的永磁体轭板固定连接在一起，每个电机单元的永磁体阵列由平板形永磁体组成“#”字形，所述平板形永磁体包 括4块正方形永磁体和12块垂直充磁永磁体，所述永磁体阵列固定在永磁体轭板上，并且 所述永磁体阵列所在平面与XY平面平行，所述“#”字形的四个交叉点分别与4个线圈的中 心位置相对应；4块正方形永磁体分别位于“#”字形的四个交叉点处，平且每个正方形永磁体的 边与线圈的边相平行，12块垂直充磁永磁体分别位于所述4块正方形充磁平板形永磁体的四周，所述正方形永磁体的充磁方向与其正方形端面的对角线平行，平行相邻的两块正方形永磁体的充磁方向相差90°度，并且对角相邻的两块正方 形永磁体的充磁方向相反，与每一个正方形永磁体相邻的4个垂直充磁永磁体中，与正方形永磁体的磁力线 所指向的两条边相邻的2块垂直充磁永磁体为N极，另外2块垂直充磁永磁体为S极，电枢绕组的线圈中心距τ t与永磁体阵列的极距τ p之间满足关系、=τ p，
两个永磁体励磁部件的永磁体阵列中，位置相同的两块垂直充磁永磁体的充磁方 向相同，位置相同的两块平行充磁永磁体的充磁方向相反；相邻两个电机单元的永磁体阵列结构相同；η为自然数。
具体实施方式
十、本实施方式与具体实施方式
九所述的集成绕组结构短行程直流 平面电机的区别在于，所述永磁体励磁部件的结构采用具体实施方式
八所述的结构，具体 结构为每个电机单元中的永磁阵列还包括4块正方形永磁体，所述4块正方形永磁体组成 一个正方形，并嵌入“#”字形永磁体阵列的中心位置，所述4块正方形永磁体为平行充磁， 且充磁方向与正方形永磁体的正方形端面的对角线平行，所述充磁方向是由与其相邻的S 极永磁体指向N极永磁体。
具体实施方式
十一、本实施方式与具体实施方式
九或十所述的集成绕组结构短行 程直流平面电机的区别在于，所述永磁体励磁部件的结构采用具体实施方式
九所述的结 构，具体结构为每个电机单元中的永磁体阵列还包括4块直角三角形永磁体，所述4块直 角三角形永磁体分别位于“#”字形永磁体阵列的四个角、并嵌在对角相邻的两块垂直充磁 永磁体之间，每个直角三角形永磁体的两个直角边分别与一个垂直永磁体相邻，所述每个 直角三角形永磁体为平行充磁，且充磁方向和与其对角相邻的正方形永磁体的充磁方向相 同。
具体实施方式
十二、参见图9说明本实施方式。本实施方式所述的集成绕组结构 短行程直流平面电机是分体式直流平面电机，它由4个电机单元构成，每个电机单元包括 电枢部件和永磁体励磁部件，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，其中电枢部件包括 电枢绕组和电枢铁心，永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板，每个电机单元的电枢绕组由1个线圈组成，所述线圈为正方形，每个电机单元中 的电枢绕组单独控制，4个电枢绕组对角相邻组成“十”字形，每个电机单元的永磁体轭板平行于电枢绕组的线圈所在平面，每个电机单元的永 磁体阵列是由5块永磁体组成的“十”字形永磁体阵列，所述5块永磁体分别是1块正方形 永磁体和4块垂直充磁永磁体，所述4块垂直充磁永磁体分别位于正方形永磁体的四周，并 且分别与正方形永磁体的四条边相邻，所述正方形永磁体与线圈的中心位置相对应，与正 方形永磁体相互平行的两条边相邻的两块垂直充磁永磁体的充磁方向相反，所述正方形永 磁体平行充磁，充磁方向为与正方形端面的对角线平行的方向，并且所述充磁方向为由与 其相邻的S极永磁体指向N极永磁体，平行相邻的两个电机单元中的正方形永磁体的充磁方向相差90°，并且对角相邻 的两个电机单元中的正方形永磁体的充磁方向相同，电枢绕组的线圈中心距τ t与永磁体阵列的极距τ p之间满足关系、=τ p。
具体实施方式
十三、参见图10说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式
十二 所述的集成绕组结构短行程直流平面电机的区别在于，每个电机单元的永磁体阵列中还包 括2个直角三角形永磁体，所述2个直角三角形永磁体分别与正方形永磁体相对的两个角 相邻，每个直角三角形永磁体的两条直角边分别与两块垂直充磁永磁体相邻，并且所述两 块垂直充磁永磁体的充磁方向相反，两个直角三角形永磁体的充磁方向与正方形永磁体的 充磁方向相同。
具体实施方式
十四、参见图7、8说明本实施方式。本实施方式所述的集成绕组结构短行程直流平面电机是双边形分体式直流平面电机，所述电机的电枢部件与励磁部件与具体实施方式
十二相同，具体结构为它由4个电机单元构成，每个电机单元包括电枢部件 和两个永磁体励磁部件，所述两个永磁体励磁部件相互平行，电枢部件位于两个永磁体励 磁部件的中间，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，其中电枢部件包括电枢绕组，两个 永磁体励磁部件的结构相同，永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板，每个电机单元的电枢绕组由1个线圈组成，所述线圈为正方形，每个电机单元中 的电枢绕组单独控制，4个电枢绕组对角相邻组成“十”字形，每个电机单元的永磁体轭板平行于电枢绕组的线圈所在平面，每个电机单元的永 磁体阵列包括1块正方形永磁体和4块垂直充磁永磁体，所述1块正方形永磁体和4块垂 直充磁永磁体组成“十”字形永磁体阵列，所述4块垂直充磁永磁体分别位于正方形永磁体 的四周，并且分别与正方形永磁体的四条边相邻，所述正方形永磁体与线圈的中心位置相 对应，与正方形永磁体相互平行的两条边相邻的两块垂直充磁永磁体的充磁方向相反，所 述正方形永磁体平行充磁，充磁方向为与正方形端面的对角线平行的方向，并且所述充磁 方向为由与其相邻的S极永磁体指向N极永磁体，平行相邻的两个电机单元中的正方形永磁体的充磁方向相差90°，并且对角相邻 的两个电机单元中的正方形永磁体的充磁方向相同，电枢绕组的线圈中心距τ t与永磁体阵列的极距τ p之间满足关系、=τρ；两个永磁体励磁部件的永磁体阵列中位置相对的两块垂直充磁永磁体的充磁方 向相同，两个永磁体励磁部件的永磁体阵列中位置相对的两块平行充磁永磁体的充磁方向 相反。
具体实施方式
十五、本实施方式与具体实施方式
十四所述的集成绕组结构短行程 直流平面电机的区别在于，所述永磁体励磁部件与具体实施方式
十三所述相同，具体结构 为每个永磁体阵列中还包括2个直角三角形永磁体，所述2个直角三角形永磁体分别与正 方形永磁体相对的两个角相邻，每个直角三角形永磁体的两条直角边分别与两块垂直充磁 永磁体相邻，并且所述两块垂直充磁永磁体的充磁方向相反，两个直角三角形永磁体的充 磁方向与正方形永磁体的充磁方向相同。
权利要求
单边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，它包括电枢部件和永磁体励磁部件，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，其中电枢部件包括电枢绕组和电枢铁心，永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板，其特征在于，所述电枢绕组为四相绕组，所述电枢绕组由4线圈组成，每个线圈为正方形，且绕向相同，所述4个线圈组成“田”字形固定在电枢铁心上，所述4个线圈所在平面为XY平面，每个线圈的边平行于XY平面的X轴或Y轴，每个线圈为一相绕组，永磁体阵列包括4块正方形永磁体和12块垂直充磁永磁体，所述包括4块正方形永磁体和12块垂直充磁永磁体组成“#”字形，所述永磁体阵列固定在永磁体轭板上，并且所述永磁体阵列所在平面与XY平面平行，所述“#”字形的四个交叉点分别与4个线圈的中心位置相对应；4块正方形永磁体分别位于“#”字形的四个交叉点处，平且每个正方形永磁体的边与线圈的边相平行，12块垂直充磁永磁体分别位于所述4块正方形充磁平板形永磁体的四周，所述正方形永磁体的充磁方向与其正方形端面的对角线平行，平行相邻的两块正方形永磁体的充磁方向相差90°度，并且对角相邻的两块正方形永磁体的充磁方向相反，与每一个正方形永磁体相邻的4个垂直充磁永磁体中，与正方形永磁体的磁力线所指向的两条边相邻的2块垂直充磁永磁体为N极，另外2块垂直充磁永磁体为S极，电枢绕组的线圈中心距τt与永磁体阵列的极距τp之间满足关系τt＝τp。
2.根据权利要求1所述的单边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，其特征在 于，所述永磁体阵列还包括4块正方形永磁体，所述4块正方形永磁体组成一个正方形，并 嵌入“#”字形永磁体阵列的中心位置，所述4块正方形永磁体为平行充磁，且充磁方向与其 正方形端面的对角线平行，所述充磁方向是由与其相邻的S极永磁体指向N极永磁体。
3.根据权利要求1或2所述的单边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，其特征 在于，所述永磁体阵列还包括4块直角三角形永磁体，所述4块直角三角形永磁体分别位于 “#，，字形永磁体阵列的四个角、并嵌在对角相邻的两块垂直充磁永磁体之间，每个直角三角 形永磁体的两个直角边分别与一个垂直永磁体相邻，所述每个直角三角形永磁体为平行充 磁，且充磁方向和与其对角相邻的正方形永磁体的充磁方向相同。
4.双边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，它包括电枢部件和两个永磁体励磁 部件，所述两个永磁体励磁部件相互平行，电枢部件位于两个永磁体励磁部件的中间，电枢 部件和永磁体励磁部件之间为气隙，其中电枢部件包括电枢绕组，永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板，两个永 磁体励磁部件的结构相同；其特征在于，所述电枢绕组为四相绕组，所述电枢绕组由4线圈组成，每个线圈为正方 形，且绕向相同，所述4个线圈组成“田”字形排列固定，所述4个线圈所在平面为XY平面， 每个线圈的边平行于XY平面的X轴或Y轴，每个线圈为一相绕组，永磁体阵列包括4块正方形永磁体和12块垂直充磁永磁体，所述包括4块正方形永磁 体和12块垂直充磁永磁体组成“#，，字形，所述永磁体阵列固定在永磁体轭板上，并且所述 永磁体阵列所在平面与XY平面平行，所述“#”字形的四个交叉点分别与4个线圈的中心位置相对应；4块正方形永磁体分别位于“#”字形的四个交叉点处，平且每个正方形永磁体的边与 线圈的边相平行，12块垂直充磁永磁体分别位于所述4块正方形充磁平板形永磁体的四周， 所述正方形永磁体的充磁方向与其正方形端面的对角线平行， 平行相邻的两块正方形永磁体的充磁方向相差90°度，并且对角相邻的两块正方形永 磁体的充磁方向相反，与每一个正方形永磁体相邻的4个垂直充磁永磁体中，与正方形永磁体的磁力线所指 向的两条边相邻的2块垂直充磁永磁体为N极，另外2块垂直充磁永磁体为S极， 电枢绕组的线圈中心距、与永磁体阵列的极距％之间满足关系、=xp, 两个永磁体励磁部件的永磁体阵列中，位置相同的两块垂直充磁永磁体的充磁方向相 同，位置相同的两块平行充磁永磁体的充磁方向相反。
5.根据权利要求4所述的双边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，其特征在 于，所述永磁体阵列还包括4块正方形永磁体，所述4块正方形永磁体组成一个正方形，并 嵌入“#”字形永磁体阵列的中心位置，所述4块正方形永磁体为平行充磁，且充磁方向与其 正方形端面的对角线平行，所述充磁方向是由与其相邻的S极永磁体指向N极永磁体。
6.根据权利要求4或5所述的双边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，其特征 在于，所述永磁体阵列还包括4块直角三角形永磁体，所述4块直角三角形永磁体分别位于 “#”字形永磁体阵列的四个角、并嵌在对角相邻的两块垂直充磁永磁体之间，每个直角三角 形永磁体的两个直角边分别与一个垂直永磁体相邻，所述每个直角三角形永磁体为平行充 磁，且充磁方向和与其对角相邻的正方形永磁体的充磁方向相同。
7.单边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，它由2n个电机单元构成，所述2n个 电机单元排成2列，每个电机单元包括电枢部件和永磁体励磁部件，电枢部件和永磁体励 磁部件之间为气隙，每个电机单元的电枢部件包括电枢绕组和电枢铁心，2n个电机单元的电枢铁心固定连 接在一起；每个电机单元的电枢绕组由4线圈组成，每个线圈为正方形，且绕向相同，对角 相邻的2个线圈反向串联连接成一个线圈组，所述4个线圈组成“田”字形固定在电枢铁心 上，所述4个线圈所在平面为XY平面，每个线圈的边平行于XY平面的X轴或Y轴，位于同 一列的n个电机单元中，对应位置的线圈组串联连接组成一相绕组，2n个电机单元中的所 有线圈组共组成四相绕组，每个电机单元的永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板，2n个电机单元的永磁 体轭板固定连接在一起，每个电机单元的永磁体阵列包括4块正方形永磁体和12块垂直充磁永磁体，所述包括 4块正方形永磁体和12块垂直充磁永磁体组成“#，，字形，所述永磁体阵列固定在永磁体轭 板上，并且所述永磁体阵列所在平面与XY平面平行，所述“#”字形的四个交叉点分别与4 个线圈的中心位置相对应；4块正方形永磁体分别位于“#”字形的四个交叉点处，平且每个正方形永磁体的边与 线圈的边相平行，12块垂直充磁永磁体分别位于所述4块正方形充磁平板形永磁体的四周，所述正方形永磁体的充磁方向与其正方形端面的对角线平行， 平行相邻的两块正方形永磁体的充磁方向相差90°度，并且对角相邻的两块正方形永 磁体的充磁方向相反，与每一个正方形永磁体相邻的4个垂直充磁永磁体中，与正方形永磁体的磁力线所指 向的两条边相邻的2块垂直充磁永磁体为N极，另外2块垂直充磁永磁体为S极， 相邻两个电机单元的永磁体阵列结构相同；电枢绕组的线圈中心距、与永磁体阵列的极距％之间满足关系、=xp, n为自然数。
8.根据权利要求7所述的单边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，其特征在 于，每个电机单元中的永磁阵列还包括4块正方形永磁体，所述4块正方形永磁体组成一个 正方形，并嵌入“#”字形永磁体阵列的中心位置，所述4块正方形永磁体为平行充磁，且充 磁方向与正方形永磁体的正方形端面的对角线平行，所述充磁方向是由与其相邻的S极永 磁体指向N极永磁体。
9.单边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，它由4个电机单元构成，每个电机 单元包括电枢部件和永磁体励磁部件，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，其中电枢 部件包括电枢绕组和电枢铁心，永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板，其特征在于，每个电机单元的电枢绕组由1个线圈组成，所述线圈为正方形，每个电机 单元中的电枢绕组单独控制，4个电枢绕组对角相邻组成“十”字形，每个电机单元的永磁体轭板平行于电枢绕组的线圈所在平面，每个电机单元的永磁体 阵列包括1块正方形永磁体和4块垂直充磁永磁体，所述1块正方形永磁体和4块垂直充 磁永磁体组成“十”字形永磁体阵列，所述4块垂直充磁永磁体分别位于正方形永磁体的四 周，并且分别与正方形永磁体的四条边相邻，所述正方形永磁体与线圈的中心位置相对应， 与正方形永磁体相互平行的两条边相邻的两块垂直充磁永磁体的充磁方向相反，所述正方 形永磁体平行充磁，充磁方向为与正方形端面的对角线平行的方向，并且所述充磁方向为 由与其相邻的S极永磁体指向N极永磁体，平行相邻的两个电机单元中的正方形永磁体的充磁方向相差90°，并且对角相邻的两 个电机单元中的正方形永磁体的充磁方向相同，电枢绕组的线圈中心距、与永磁体阵列的极距％之间满足关系、=xpD
10.根据权利要求9所述的单边结构的集成绕组结构短行程直流平面电机，其特征在 于，每个电机单元的永磁体阵列中还包括2个直角三角形永磁体，所述2个直角三角形永磁 体分别与正方形永磁体相对的两个角相邻，每个直角三角形永磁体的两条直角边分别与两 块垂直充磁永磁体相邻，并且所述两块垂直充磁永磁体的充磁方向相反，两个直角三角形 永磁体的充磁方向与正方形永磁体的充磁方向相同。
全文摘要
集成绕组结构短行程直流平面电机，属于电机领域，它解决了现有平面电机存在的结构复杂、绕组利用率低、损耗大、效率低、控制复杂以及定位精度低的问题。所述平面电机由一个或多个电机单元组成，每个电机单元中由四个正方形线圈组成电枢绕组，永磁体励磁部件中的永磁体阵列包括平行充磁的正方形永磁体和垂直充磁永磁体，四个线圈呈“田”字形排列，永磁体阵列为由四个正方形永磁体和十二个垂直充磁永磁体组成的“#”字形阵列，正方形永磁体和垂直充磁永磁体间隔排列，位于四个交叉点的为正方形永磁体，并且所述四个正方形永磁体与四个线圈的中心位置相对应。本发明适用于二维平面驱动装置，尤其是精密二维平面驱动装置。
文档编号H02K41/02GK101800460SQ20091007349
公开日2010年8月11日 申请日期2009年12月23日 优先权日2009年12月23日
发明者寇宝泉, 张千帆 申请人:哈尔滨工业大学