专利名称：集成绕组结构长行程同步平面电机的制作方法
技术领域：
本发明属于电机领域，尤其涉及到一种集成绕组结构长行程同步平面电机。
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8所示为现有的一种永磁同步平面电机结构，图9是所述平面电机的永磁体阵列结构示意图。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、控制难度大以及行程范围小等问题。
图10为一种层叠绕组结构永磁同步平面电机。该电机中包括初级和次级两大部件，次级包含次级平台和4个永磁体阵列，永磁体阵列排列在次级平台的下表面。初级包含铁心和沿Z轴分三层布置的电枢绕组，每层绕组有独立的3个相，三层电枢绕组通电以后，分别与次级永磁体阵列相互作用，产生X方向、Y方向和Z方向的电磁力，驱动动子沿X方向、Y方向和Z方向运动。该电机的特点是驱动器的结构简单，电机行程不受限制。但是，该平面电机存在电机结构复杂、绕组的利用率低、损耗大、效率低等问题。
发明内容
为了解决现有平面电机的结构复杂、绕组利用率低、损耗大、行程受限的问题，本发明提出一种集成绕组结构长行程同步平面电机。 本发明的单边结构的集成绕组结构长行程同步平面电机，所述平面电机包括电枢
5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
绕组和绕组基板，永磁体励磁部件包括永磁体阵列和平板形永磁体轭板； 电枢绕组为四相绕组，所述电枢绕组由4m个绕向相同的正方形线圈组成，每4个
线圈排列成"田"形单元四相绕组单元，每个四相绕组中的四个线圈组成四相绕组，所述4m
个线圈组成m个四相绕组串联或并联连接，所述电枢绕组中的所有线圈位于XY平面上，线
圈边或平行于X轴，或平行于Y轴；所述线圈宽度lt与永磁体阵列极距、之间满足关系lt
=Tp;线圈中心距、与永磁体阵列极距、之间满足关系、=1.5、； 永磁体轭板分为nXn个正方形单元格，永磁体阵列包括n2/2块垂直充磁的平板
形永磁体，所述n2/2块平板形永磁体均匀分布固定在永磁体轭板上的单元格中，并且对角
相邻的单元格中的永磁体充磁方向相反，位于同一行或列的水磁体的充磁方向相同，每块
平板形永磁体均为正方形，且大小与永磁体轭板上的单元格相同，n为大于等于4的整数，m
为大于0的整数。 基于上述单边结构的集成绕组结构长行程同步平面电机的双边结构的集成绕组结构长行程同步平面点机包括电枢部件和两个永磁体励磁部件，两个永磁体励磁部件相互平行，所述电枢部件位于两个永磁体励磁部件之间，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和绕组基板，两个永磁体励磁部件结构相同，所述永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板； 电枢绕组为四相绕组，所述电枢绕组由4m个绕向相同的正方形线圈组成，每4个线圈排列成"田"形单元四相绕组单元，每个四相绕组中的四个线圈组成四相绕组，所述4m个线圈组成m个四相绕组串联或并联连接，所述电枢绕组中的所有线圈位于XY平面上，线圈边或平行于X轴，或平行于Y轴；所述线圈宽度lt与永磁体阵列极距、之间满足关系lt=Tp;线圈中心距、与永磁体阵列极距、之间满足关系、=1.5、；
永磁体轭板分为nXn个正方形单元格，永磁体阵列由n2/2块垂直充磁的平板形永磁体构成，所述n2/2块平板形永磁体均匀分布固定在永磁体轭板上的单元格中，并且对角相邻的单元格中的永磁体充磁方向相反，位于同一行或列的永磁体的充磁方向相同，每块平板形永磁体均为正方形，且大小与永磁体轭板上的单元格相同，n为大于等于4的整数，m为大于0的整数， 两个励磁永磁体部件中，位置相同的垂直充磁的永磁体的充磁方向相同；位置相同平行充磁的永磁体的充磁方向相反。 本发明还提供一种单边结构的集成绕组结构长行程同步平面电机，所述平面电机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绕组基板，永磁体励磁部件包括永磁体阵列和平板形永磁体轭板；
电枢绕组为四相绕组，所述电枢绕组由4m个绕向相同的正方形线圈组成，每相邻的4个线圈排列成"田"字形四相绕组单元，m个四相绕组单元并联或串联连接，所有线圈位于XY平面上，每个线圈边平行于X轴，或平行于Y轴；所述线圈宽度lt与永磁体阵列极距Tp之间满足关系lt二 、；线圈中心距、与永磁体阵列极距、之间满足关系、=l."p; 平板形永磁体轭板分为nXn个正方形单元格，永磁体阵列由(n+l)2/4块垂直充磁的平板形永磁体和多块平行充磁的平板形永磁体构成，(n+l) 74块垂直充磁的平板形永磁体分别位于第1、3……(n+l)/2行、第1、3 (n+l)/2列相交的永磁体轭板上的单元格
中，平行和垂直相邻的两块垂直充磁的平板形永磁体的充磁方向相反，每两个相邻的垂直充磁的平板形永磁体之间的永磁体轭板上的单元格中均固定有一个平行充磁的平板形永磁体，所述平行充磁的平板形永磁体的充磁方向是由与其相邻的S极指向N极，n为大于等于4的整数，m为大于0的整数。 基于上述单边结构的集成绕组结构长行程同步平面电机的双边结构的集成绕组结构长行程同步平面电机，所述平面电机所述平面电机包括电枢部件和两个永磁体励磁部件，两个永磁体励磁部件相互平行，所述电枢部件位于两个永磁体励磁部件之间，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和绕组基板，两个永磁体励磁部件结构相同，所述永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板； 电枢绕组为四相绕组，所述电枢绕组由4m个绕向相同的正方形线圈组成，每相邻的4个线圈排列成"田"字形四相绕组单元，m个四相绕组单元并联或串联连接，所有线圈位于XY平面上，每个线圈边平行于X轴，或平行于Y轴；所述线圈宽度lt与永磁体阵列极距Tp之间满足关系lt二 、；线圈中心距、与永磁体阵列极距、之间满足关系、=l."p; 平板形永磁体轭板分为nXn个正方形单元格，永磁体阵列由(n+l)2/4块垂直充磁的平板形永磁体和多块平行充磁的平板形永磁体构成，(n+1) 74块垂直充磁的平板形永磁体分别位于第1、3……(n+l)/2行、第1、3 (n+l)/2列相交的永磁体轭板上的单元格
中，平行和垂直相邻的两块垂直充磁的平板形永磁体的充磁方向相反，每两个相邻的垂直充磁的平板形永磁体之间的永磁体轭板上的单元格中均固定有一个平行充磁的平板形永磁体，所述平行充磁的平板形永磁体的充磁方向是由与其相邻的S极指向N极，n为大于等于4的整数，m为大于0的整数； 两个励磁永磁体部件中，位置相同的垂直充磁的永磁体的充磁方向相同；位置相同平行充磁的永磁体的充磁方向相反。 本发明的平面电机的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匀分布，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。由于整个电机是由结构相同的电机单元组成，因此动子的行程不受限制，可以到达定子上的任何位置。
图1为本实施方式中一个电机单元的电枢绕组和永磁体阵列的结构示意图。图2为具体实施方式
二所述的一个电机单元的永磁体阵列的结构示意图。图3是具体实施方式
三所述的一个电机单元的永磁体阵列结构示意图。图4为具体实施方式
一所描述的由四个电机单元组成的平面电机的电枢绕组和永磁体阵列的结构示意图。图5是具体实施方式
二
7所述的，由四个电机单元组成的平面电机的永磁体阵列结构示意图。图6是具体实施方式
九所述的，当n = 7时一个电机单元的电枢绕组和永磁体阵列的结构示意图。图7是图6 中的永磁体阵列结构示意图。图8所示为现有的一种永磁同步平面电机结构，图9是所述
平面电机的永磁体阵列结构示意图。图io为现有一种层叠绕组结构永磁同步平面电机。
具体实施例方式
具体实施方式
一 本实施方式所述的一种单边结构的集成绕组结构长行程同步平 面电机，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绕组基板，永磁体励磁部件包括永磁体阵列和平板形永磁体轭板；
电枢绕组为四相绕组，所述电枢绕组由4m个绕向相同的正方形线圈组成，每4个 线圈排列成"田"形单元四相绕组单元，每个四相绕组中的四个线圈组成四相绕组，所述4m 个线圈组成m个四相绕组串联或并联连接，所述电枢绕组中的所有线圈位于XY平面上，线 圈边或平行于X轴，或平行于Y轴；所述线圈宽度lt与永磁体阵列极距、之间满足关系lt =Tp;线圈中心距、与永磁体阵列极距、之间满足关系、=1.5、；
永磁体轭板分为nXn个正方形单元格，永磁体阵列包括n2/2块垂直充磁的平板 形永磁体构成，所述n2/2块平板形永磁体均匀分布固定在永磁体轭板上的单元格中，并且 对角相邻的单元格中的永磁体充磁方向相反，位于同一行或列的永磁体的充磁方向相同， 每块平板形永磁体均为正方形，且大小与永磁体轭板上的单元格相同，n为大于等于4的整 数，m为大于0的整数。 本实施方式所述的平面电机既可为动次级结构，也可为动初级结构。 图1为本实施方式中一个电机单元的电枢绕组和永磁体阵列的结构示意图。图4
为由四个电机单元组成的平面电机的电枢绕组和永磁体阵列的结构示意图。
具体实施方式
二 参见图2和图5说明本实施方式。本实施方式与
具体实施例方式
一所述的单边结构集成绕组结构长行程同步平面电机的不同在于，所述永磁体阵列中还包
括多个直角三角形永磁体，在每个永磁体轭板的没有永磁体的空闲的单元格中固定有4个
形状相同的直角三角形永磁体，所述4个直角三角形永磁体组成大小与永磁体轭板上的单
元格相同的正方形，每个直角三角形永磁体平行充磁，且与N极永磁体相邻的直角三角形
永磁体的充磁方向为指向所述N极永磁体，与S极永磁体相邻的直角三角形永磁体的充磁
方向为背向所述S极永磁体，并且对角相邻的两块直角三角形永磁体的充磁方向相反。 本实施方式所述的平面电机既可为动次级结构，也可为动初级结构。 图2为本实施方式所述的一个电机单元的永磁体阵列的结构示意图，图5是四个
电机单元的永磁体阵列结构示意图。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一所述的单边结构的集成绕组结构 长行程同步平面电机的不同在于，在每个永磁体轭的没有永磁体的空闲的单元格中固定有 4块形状相同的平行充磁永磁体，所述4个平行充磁永磁体组成大小与永磁体轭板上的单 元格相同的正方形，每块平行充磁的永磁体的充磁方向与其端面的对角线相平行，且由于 其相邻的S极永磁体指向N极永磁体，对角相邻的两块平行充磁永磁体的充磁方向相反。
图3表示一个电机单元中的，本实施方式所述的永磁体阵列结构示意图。
本实施方式所述的平面电机既可为动次级结构，也可为动初级结构。
8
具体实施方式
二和三，都是在每个没有永磁体的空闲的的永磁体轭板的单元格中 增加平行充磁的永磁体，增强永磁体阵列的磁场强度，并且使永磁体阵列的磁场分布更均 匀。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一、二或三所述的单边结构的集成 绕组结构长行程同步平面电机的区别在于，所述平面电机中它还包括1个或多个电枢部 件，多个电枢部件可分别独立工作，也可同步工作。 对于独立工作的各个电枢部件中的电枢绕组之间没有连接关系。 对于需要同步工作的多个电枢部件，所述多个电枢部件中的电枢绕组采用串联或
者并联的方式连接。 本实施方式中的多个电枢部件作为动子，各电枢绕组之间不相连，因此都是单独 控制，即，本实施方式中的平面电机实现多个动子的目的。
具体实施方式
五本实施方式所述的是双边结构的集成绕组结构长行程同平面电 机，它是在具体实施方式
一所述的单边结构的集成绕组结构长行程同平面电机基础之上实 现的，即在具体实施方式
一所述的结构的基础上增加一个永磁体励磁部件即可。本实施方 式所述的平面电机的具体结构为 所述平面电机由电枢部件和两个永磁体励磁部件构成，两个永磁体励磁部件相互 平行，所述电枢部件位于两个永磁体励磁部件之间，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和绕组基板，两个永磁体励磁部件结构相同，所述永磁体励 磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板； 电枢绕组为四相绕组，所述电枢绕组由4m个绕向相同的正方形线圈组成，每4个 线圈排列成"田"形单元四相绕组单元，每个四相绕组中的四个线圈组成四相绕组，所述4m 个线圈组成m个四相绕组串联或并联连接，所述电枢绕组中的所有线圈位于XY平面上，线 圈边或平行于X轴，或平行于Y轴；所述线圈宽度lt与永磁体阵列极距、之间满足关系lt =Tp;线圈中心距、与永磁体阵列极距、之间满足关系、=1.5、；
永磁体轭板分为nXn个正方形单元格，永磁体阵列由n2/2块垂直充磁的平板形 永磁体构成，所述n2/2块平板形永磁体均匀分布固定在永磁体轭板上的单元格中，并且对 角相邻的单元格中的永磁体充磁方向相反，位于同一行或列的永磁体的充磁方向相同，每 块平板形永磁体均为正方形，且大小与永磁体轭板上的单元格相同，n为大于等于4的整 数，m为大于0的整数， 两个励磁永磁体部件中，位置相同的垂直充磁的永磁体的充磁方向相同；位置相 同平行充磁的永磁体的充磁方向相反。 本实施方式所述的平面电机既可为动次级结构，也可为动初级结构。 具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
五所述的双边结构的集成绕组结构
长行程同平面电机的不同在于，在每个永磁体轭的没有永磁体的空闲的单元格中固定有4
个形状相同的直角三角形永磁体，所述4个直角三角形永磁体组成大小与永磁体轭板上的
单元格相同的正方形，每个直角三角形永磁体平行充磁，且与N极永磁体相邻的直角三角
形永磁体的充磁方向为指向所述N极永磁体，与S极永磁体相邻的直角三角形永磁体的充
磁方向为背向所述S极永磁体，并且对角相邻的两块直角三角形永磁体的充磁方向相反。 本实施方式是在具体实施方式
二所述的单边结构的集成绕组结构长行程同平面电机基础之上实现的，即在具体实施方式
二所述的结构的基础上增加一个永磁体励磁部 件即可。
本实施方式所述的平面电机既可为动次级结构，也可为动初级结构。 具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
五所述的双边结构的集成绕组结构
长行程同步平面电机的不同在于，在每个永磁体轭的没有永磁体的空闲的单元格中固定有
4块形状相同的平行充磁永磁体，所述4个平行充磁永磁体组成大小与永磁体轭板上的单
元格相同的正方形，每块平行充磁的永磁体的充磁方向与其端面的对角线相平行，且由于
其相邻的S极永磁体指向N极永磁体，对角相邻的两块平行充磁永磁体的充磁方向相反。 本实施方式是在具体实施方式
三所述的单边结构的集成绕组结构长行程同平面
电机基础之上实现的，即在具体实施方式
三所述的结构的基础上增加一个永磁体励磁部
件即可。
本实施方式所述的平面电机既可为动次级结构，也可为动初级结构。 具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
五、六或七所述的双边结构的集成
绕组结构长行程同步平面电机的不同在于，它还包括1个或多个电枢部件。 本实施方式是在具体实施方式
四所述的单边结构的集成绕组结构长行程同平面
电机基础之上实现的，即在具体实施方式
一所述的结构的基础上增加一个永磁体励磁部
件即可。 本实施方式中的电枢部件为动子，所述多个电枢部件可分别独立工作，也可同步 工作，实现多个动子的目的。 对于独立工作的各个电枢部件中的电枢绕组之间没有连接关系。 对于需要同步工作的多个电枢部件，所述多个电枢部件中的电枢绕组采用串联或
者并联的方式连接。
具体实施方式
九本实施方式所述的单边结构的集成绕组结构长行程同步平面电 机由多个电机单元构成，每个电机单元的结构为 每个电机单元由电枢部件和永磁体励磁部件构成，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绕组基板，永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永 磁体轭板； 电枢绕组为四相绕组，所述电枢绕组由4m个绕向相同的正方形线圈组成，每相邻 的4个线圈排列成"田"字形四相绕组单元，m个四相绕组单元并联或串联连接，所有线圈 位于XY平面上，每个线圈边平行于X轴，或平行于Y轴；所述线圈宽度lt与永磁体阵列极 距Tp之间满足关系lt二 、；线圈中心距、与永磁体阵列极距、之间满足关系、= l."p; 平板形永磁体轭板分为nXn个正方形单元格，永磁体阵列由(n+l)2/4块垂直充 磁的平板形永磁体和多块平行充磁的平板形永磁体构成，(n+l) 74块垂直充磁的平板形永 磁体分别位于第1、3……(n+l)/2行、第1、3 (n+l)/2列相交的永磁体轭板上的单元格
中，平行和垂直相邻的两块垂直充磁的平板形永磁体的充磁方向相反，每两个相邻的垂直 充磁的平板形永磁体之间的永磁体轭板上的单元格中均固定有一个平行充磁的平板形永 磁体，所述平行充磁的平板形永磁体的充磁方向是由与其相邻的S极指向N极，n为大于等 于4的整数，m为大于0的整数。
图6是本实施方式所述的，一个电机单元的电枢绕组和永磁体阵列的结构示意 图。图7是图6中的永磁体阵列结构示意图。 本实施方式所述的平面电机既可为动次级结构，也可为动初级结构。
具体实施方式
十本实施方式所述的双边结构的集成绕组结构长行程同步平面电 机是在具体实施方式
九所述的单边结构的集成绕组结构长行程同平面电机基础之上实现 的，即在具体实施方式
九所述的结构的基础上增加一个永磁体励磁部件即可。本实施方式 所述的平面电机的具体结构为所述平面电机包括电枢部件和两个永磁体励磁部件，两个 永磁体励磁部件相互平行，所述电枢部件位于两个永磁体励磁部件之间，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和绕组基板，两个永磁体励磁部件结 构相同，所述永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板； 电枢绕组为四相绕组，所述电枢绕组由4m个绕向相同的正方形线圈组成，每相邻 的4个线圈排列成"田"字形四相绕组单元，m个四相绕组单元并联或串联连接，所有线圈 位于XY平面上，每个线圈边平行于X轴，或平行于Y轴；所述线圈宽度lt与永磁体阵列极 距Tp之间满足关系lt二 、；线圈中心距、与永磁体阵列极距、之间满足关系、= l."p; 平板形永磁体轭板分为nXn个正方形单元格，永磁体阵列由(n+l)2/4块垂直充 磁的平板形永磁体和多块平行充磁的平板形永磁体构成，(n+l) 74块垂直充磁的平板形永 磁体分别位于第1、3……(n+l)/2行、第1、3 (n+l)/2列相交的永磁体轭板上的单元格
中，平行和垂直相邻的两块垂直充磁的平板形永磁体的充磁方向相反，每两个相邻的垂直 充磁的平板形永磁体之间的永磁体轭板上的单元格中均固定有一个平行充磁的平板形永 磁体，所述平行充磁的平板形永磁体的充磁方向是由与其相邻的S极指向N极，n为大于等 于4的整数，m为大于0的整数； 两个励磁永磁体部件中，位置相同的垂直充磁的永磁体的充磁方向相同；位置相 同平行充磁的永磁体的充磁方向相反。 本实施方式所述的平面电机既可为动次级结构，也可为动初级结构。
上述各实施方式中的绕组基板既可以为磁性材料，也可以为非磁性材料。
1权利要求
一种单边结构的集成绕组结构长行程同步平面电机，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绕组基板，永磁体励磁部件包括永磁体阵列和平板形永磁体轭板；其特征在于，电枢部件中的电枢绕组为四相绕组，所述电枢绕组由4m个绕向相同的正方形线圈组成，每4个线圈排列成“田”形单元四相绕组单元，每个四相绕组中的四个线圈组成四相绕组，所述4m个线圈组成m个四相绕组串联或并联连接，所述电枢绕组中的所有线圈位于XY平面上，线圈边或平行于X轴，或平行于Y轴；所述线圈宽度lt与永磁体阵列极距τp之间满足关系lt＝τp；线圈中心距τt与永磁体阵列极距τp之间满足关系τt＝1.5τp；永磁体轭板分为n×n个正方形单元格，永磁体阵列包括n2/2块垂直充磁的平板形永磁体，所述n2/2块平板形永磁体均匀分布固定在永磁体轭板上的单元格中，并且对角相邻的单元格中的永磁体充磁方向相反，位于同一行或列的永磁体的充磁方向相同，每块平板形永磁体均为正方形，且大小与永磁体轭板上的单元格相同，n为大于等于4的整数，m为大于0的整数。
2. 根据权利要求1所述的单边结构的集成绕组结构长行程同步平面电机，其特征在 于，所述永磁体阵列中还包括多个直角三角形永磁体，在每个永磁体轭的没有永磁体的空 闲的单元格中固定有4个形状相同的直角三角形永磁体，所述4个直角三角形永磁体组成 大小与永磁体轭板上的单元格相同的正方形，每个直角三角形永磁体平行充磁，且与N极 永磁体相邻的直角三角形永磁体的充磁方向为指向所述N极永磁体，与S极永磁体相邻的 直角三角形永磁体的充磁方向为背向所述S极永磁体，并且对角相邻的两块直角三角形永 磁体的充磁方向相反。
3. 根据权利要求1所述的单边结构的集成绕组结构长行程同步平面电机，其特征在 于，在每个永磁体轭的没有永磁体的空闲的单元格中固定有4块形状相同的平行充磁永磁 体，所述4个平行充磁永磁体组成大小与永磁体轭板上的单元格相同的正方形，每块平行 充磁的永磁体的充磁方向与其端面的对角线相平行，且由于其相邻的S极永磁体指向N极 永磁体，对角相邻的两块平行充磁永磁体的充磁方向相反。
4. 根据权利要求1、2或3所述的单边结构的集成绕组结构长行程同步平面电机，其特 征在于，它还包括1个或多个电枢部件，各个电枢部件中的电枢绕组串联或并联连接。
5. 根据权利要求1、2或3所述的单边结构的集成绕组结构长行程同步平面电机，其特 征在于，它还包括1个或多个电枢部件，各个电枢部件中的电枢绕组独立工作。
6. 双边结构的集成绕组结构长行程同步平面电机，所述平面电机包括电枢部件和两个 永磁体励磁部件，两个永磁体励磁部件相互平行，所述电枢部件位于两个永磁体励磁部件 之间，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和绕组基板，两 个永磁体励磁部件结构相同，所述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，电枢绕组为四相绕组，所述电枢绕组由4m个绕向相同的正方形线圈组 成，每4个线圈排列成"田"形单元四相绕组单元，每个四相绕组中的四个线圈组成四相绕 组，所述4m个线圈组成m个四相绕组串联或并联连接，所述电枢绕组中的所有线圈位于XY 平面上，线圈边或平行于X轴，或平行于Y轴；所述线圈宽度lt与永磁体阵列极距t p之间满足关系lt = T p ;线圈中心距T t与永磁体阵列极距T p之间满足关系T t = 1. 5 、；永磁体轭板分为nXn个正方形单元格，永磁体阵列由n2/2块垂直充磁的平板形永磁 体构成，所述n2/2块平板形永磁体均匀分布固定在永磁体轭板上的单元格中，并且对角相 邻的单元格中的永磁体充磁方向相反，位于同一行或列的永磁体的充磁方向相同，每块平 板形永磁体均为正方形，且大小与永磁体轭板上的单元格相同，n为大于等于4的整数，m为 大于0的整数，两个励磁永磁体部件中，位置相同的垂直充磁的永磁体的充磁方向相同；位置相同平 行充磁的永磁体的充磁方向相反。
7. 根据权利要求6所述的双边结构的集成绕组结构长行程同步平面电机，其特征在 于，在每个永磁体轭的没有永磁体的空闲的单元格中固定有4个形状相同的直角三角形永 磁体，所述4个直角三角形永磁体组成大小与永磁体轭板上的单元格相同的正方形，每个 直角三角形永磁体平行充磁，且与N极永磁体相邻的直角三角形永磁体的充磁方向为指向 所述N极永磁体，与S极永磁体相邻的直角三角形永磁体的充磁方向为背向所述S极永磁 体，并且对角相邻的两块直角三角形永磁体的充磁方向相反。
8. 根据权利要求6所述的双边结构的集成绕组结构长行程同步平面电机，其特征在 于，其特征在于，在每个永磁体轭的没有永磁体的空闲的单元格中固定有4块形状相同的 平行充磁永磁体，所述4个平行充磁永磁体组成大小与永磁体轭板上的单元格相同的正方 形，每块平行充磁的永磁体的充磁方向与其端面的对角线相平行，且由于其相邻的S极永 磁体指向N极永磁体，对角相邻的两块平行充磁永磁体的充磁方向相反。
9. 单边结构的集成绕组结构长行程同步平面电机，所述平面电机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绕组 基板，永磁体励磁部件包括永磁体阵列和平板形永磁体轭板；其特征在于，电枢绕组为四相绕组，所述电枢绕组由4m个绕向相同的正方形线圈组 成，每相邻的4个线圈排列成"田"字形四相绕组单元，m个四相绕组单元并联或串联连接， 所有线圈位于XY平面上，每个线圈边平行于X轴，或平行于Y轴；所述线圈宽度lt与永磁 体阵列极距Tp之间满足关系lt二 、；线圈中心距、与永磁体阵列极距、之间满足关 系、=1.5、；平板形永磁体轭板分为nXn个正方形单元格，永磁体阵列由(n+l) 2/4块垂直充磁的 平板形永磁体和多块平行充磁的平板形永磁体构成，(n+l) 74块垂直充磁的平板形永磁体 分别位于第1、3 (n+l)/2行、第1、3 (n+l)/2列相交的永磁体轭板上的单元格中，平行和垂直相邻的两块垂直充磁的平板形永磁体的充磁方向相反，每两个相邻的垂直充磁的 平板形永磁体之间的永磁体轭板上的单元格中均固定有一个平行充磁的平板形永磁体，所 述平行充磁的平板形永磁体的充磁方向是由与其相邻的S极指向N极，n为大于等于4的 整数，m为大于0的整数。
10. 双边结构的集成绕组结构长行程同步平面电机，所述平面电机包括电枢部件和两 个永磁体励磁部件，两个永磁体励磁部件相互平行，所述电枢部件位于两个永磁体励磁部 件之间，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和绕组基板， 两个永磁体励磁部件结构相同，所述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，电枢绕组为四相绕组，所述电枢绕组由4m个绕向相同的正方形线圈组 成，每相邻的4个线圈排列成"田"字形四相绕组单元，m个四相绕组单元并联或串联连接，所有线圈位于XY平面上，每个线圈边平行于X轴，或平行于Y轴；所述线圈宽度lt与永磁体阵列极距Tp之间满足关系lt二 、；线圈中心距、与永磁体阵列极距、之间满足关 系、=1.5、；平板形永磁体轭板分为nXn个正方形单元格，永磁体阵列由(n+1) 2/4块垂直充磁的 平板形永磁体和多块平行充磁的平板形永磁体构成，(n+1) 74块垂直充磁的平板形永磁体 分别位于第1、3 (n+l)/2行、第1、3 (n+l)/2列相交的永磁体轭板上的单元格中，平行和垂直相邻的两块垂直充磁的平板形永磁体的充磁方向相反，每两个相邻的垂直充磁的 平板形永磁体之间的永磁体轭板上的单元格中均固定有一个平行充磁的平板形永磁体，所 述平行充磁的平板形永磁体的充磁方向是由与其相邻的S极指向N极，n为大于等于4的 整数，m为大于0的整数；两个励磁永磁体部件中，位置相同的垂直充磁的永磁体的充磁方向相同；位置相同平 行充磁的永磁体的充磁方向相反。
全文摘要
集成绕组结构长行程同步平面电机，属于电机领域，它解决了现有平面电机的结构复杂、绕组利用率低、损耗大、行程受限的问题。本发明的平面电机由若干个电机单元构成。每个电机单元中的线圈宽度lt与永磁体阵列极距τp之间满足关系lt＝τp；线圈中心距τt与永磁体阵列极距τp之间满足关系τt＝1.5τp。每个电机单元的电枢绕组由4个绕向相同的正方形线圈构成，线圈呈“田”字形固定布置在平板形的绕组基板上，每个电机单元的永磁体阵列中的永磁体均匀分布在永磁体轭板上，对角相邻的永磁体充磁方向相反，同一行或列的充磁方向相同。本发明平面电机结构简单、控制容易，控制精度高，行程不受限制。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H02K41/02GK101710779SQ20091007349
公开日2010年5月19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, 张赫, 张鲁 申请人:哈尔滨工业大学