专利名称：双边初级结构磁悬浮平面电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种双边初级结构磁悬浮平面电机，属于电机技术领域。
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17和图18所示为现有的一种平面电机结构。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
本发明是为了解决现有永磁同步平面电机的结构复杂及定位精度低的问题，提供一种双边初级结构磁悬浮平面电机。本发明的第一种技术方案双边初级结构磁悬浮平面电机，它包括初级上基板、初级下基板、次级基板、水平力输出电机单元和Z向力输出电机单元，初级上基板、初级下基板和次级基板均为由三条等长的长边和三条等长的短边相间隔首尾相接形成的六边形平板，次级基板位于初级上基板和初级下基板之间，且该次级基板与初级上基板之间为均匀的气隙，该次级基板和初级下基板之间为均匀气隙，水平力输出电机单元和Z向力输出电机单元均为三个，
每个水平力输出电机单元包括水平力上初级、水平力上次级、水平力下初级和水平力下次级，水平力上初级和水平力下初级的结构相同，水平力上次级和和水平力下次级的结构相同，以初级上基板的质心为圆心，二个水平力上初级相互之间呈120°夹角沿圆周方式均匀分布固定在初级上基板的气隙侧表面上，并且每个水平力上初级位于初级上基板的一条长边的中间位置，三个水平力上次级与三个水平力上初级相对设置，固定在次级基板的上气隙表面，三个水平力下次级和三个水平力上次级以次级基板为基准镜像对称设置，并固定在次级基板的下气隙侧表面；三个水平力下初级和三个水平力上初级以次级基板为基准镜像对称设置，并固定在初级下基板上；每个Z向力输出电机单元包括Z向力上初级、Z向力上次级、Z向力下初级和Z向力下次级，Z向力上初级和Z向力下初级的结构相同，Z向力上次级和和Z向力下次级的结构相同，三个Z向力上初级在初级上基板上以所述质心为圆心、沿圆周方式均勻分布固定 在初级上基板的气隙侧表面上，并且每个Z向力上初级均位于相邻的两个水平力上初级的中间，三个Z向力上次级与三个Z向力上初级相对设置，并固定在次级基板的上气隙表面，三个Z向力下次级和三个Z向力上次级以次级基板为基准镜像对称设置，并固定在次级基板的下气隙侧表面；三个Z向力下初级和三个Z向力上初级以次级基板为基准镜像对称设置，并且固定在初级下基板上；初级上基板、初级下基板和次级基板均采用高强度非磁性材料制成。本发明的第二种技术方案双边初级结构磁悬浮平面电机，它包括初级上基板、初级下基板、次级基板、水平力输出电机单元和Z向力输出电机单元，初级上基板、初级下基板和次级基板均为矩形，初级上基板、次级基板和初级下基板依次相对平行放置，初级上基板和次级基板的上表面之间形成气隙，次级基板下表面和初级下基板之间形成气隙，水平力输出电机单元和Z向力输出电机单元均为四个，每个水平力输出电机单元包括水平力上初级、水平力上次级、水平力下初级和水平力下次级，水平力上初级和水平力下初级的结构相同，水平力上次级和和水平力下次级的结构相同，四个水平力上初级呈两两对称分布固定在初级上基板的气隙侧表面上，四个水平力上初级分别位于初级上基板的四条边的中间位置，四个水平力上次级与四个水平力上初级相对设置，并固定在次级基板的上气隙表面，四个水平力下次级和四个水平力上次级以次级基板为基准镜像对称设置，并且固定在次级基板的下气隙表面，四个水平力下初级和四个水平力上初级以次级基板为基准镜像对称设置，并且固定在初级下基板上；每个Z向力输出电机单元包括Z向力上初级、Z向力上次级、Z向力下初级和Z向力下次级，Z向力上初级和Z向力下初级的结构相同，Z向力上次级和和Z向力下次级的结构相同，以初级上基板的质心为圆心，四个Z向力上初级相互之间呈90°夹角沿圆周方式均匀分布固定在初级上基板的气隙侧表面上，每个Z向力上初级均位于相邻的两个水平力上初级的中间，Z向力上初级与相邻的两个水平力上初级之间以初级上基板的质心为圆心均呈45°夹角，四个Z向力上次级与四个Z向力上初级相对，分布在次级基板的上气隙表面，四个Z向力下次级和四个Z向力上次级以次级基板为基准镜像对称设置，并且固定在次级基板的下气隙侧表面；四个Z向力下初级与和四个Z向力上初级以次级基板为基准镜像对称设置，并且固定在初级下基板上；初级上基板、初级下基板和次级基板均采用高强度非磁性材料制成。上述两种方案的水平力输出电机单元和Z向力输出电机单元结构为所述水平力输出电机单元的水平力上初级由水平力上初级线圈和水平力上初级铁心构成，水平力上初级铁心圆定在初级上基板的气隙侧表面，水平力上初级线圈为跑道形线圈，水平力上初级线圈粘贴在水平力上初级铁心的气隙侧表面上，水平力上初级线圈一端的弧形段位于初级上基板的外边的中间；水平力输出电机单元的水平力上次级由水平力上次级永磁体和水平力上次级永磁体固定板构成，水平力上次级永磁体固定板嵌放在次级基板的上气隙侧表面上，水平力上次级永磁体包括两块长条形的水平力上次级平板形永磁体，两块水平力上次级平板形永磁体相并列、平行固定在水平力上次级永磁体固定板的气隙侧表面，水平力上次级平板形永磁体的长度方向与水平力上初级线圈的长度方向对应，水平力上次级平板形永磁体为沿垂向方向平行充磁，两块水平力上次级平板形永磁体的充磁方向相反；水平力输出电机单元的水平力下次级的相应的水平力下次级永磁体的充磁方向 与水平力上次级永磁体的充磁方向相同；Z向力输出电机单元的Z向力上初级由两个Z向力上初级线圈和Z向力上初级铁心构成，Z向力上初级铁心由一个水平段和两个竖直段首尾相接形成门字形结构，Z向力上初级铁心的水平段固定在初级上基板的气隙侧表面，每个Z向力上初级铁心的竖直段上缠绕一个Z向力上初级线圈；Z向力输出电机单元的Z向力上次级由Z向力上次级永磁体和Z向力上次级轭板构成，Z向力上次级轭板嵌放在次级基板的上气隙侧表面上，Z向力上次级永磁体包括两块长条形的Z向力上次级平板形永磁体，两块Z向力上次级平板形永磁体相并列、平行固定在Z向力上次级轭板的气隙侧表面，Z向力上次级平板形永磁体是沿垂向方向平行充磁，两块Z向力上次级平板形永磁体的充磁方向相反；Z向力输出电机单元的Z向力下次级的相应的Z向力下次级永磁体的充磁方向与Z向力上次级永磁体的充磁方向相同。所述水平力上次级永磁体还包括水平力上次级长条形永磁体，该水平力上次级长条形永磁体设置于水平力上次级永磁体固定板的气隙侧表面，并夹固在两块水平力上次级平板形永磁体之间，水平力上次级长条形永磁体沿水平方向平行充磁，其充磁方向由面向次级基板充磁的水平力上次级平板形永磁体指向背离次级基板充磁的水平力上次级平板形永磁体。所述水平力上次级永磁体还包括两块水平力上次级边端永磁体，该两块水平力上次级边端永磁体与水平力上次级长条形永磁体相平行分别固定在两块水平力上次级平板形永磁体的两外侧面上，并位于水平力上次级永磁体固定板的气隙侧表面，两块水平力上次级边端永磁体的充磁方向均与水平力上次级长条形永磁体的充磁方向相反。本发明的优点是本发明中，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。本发明所述的平面电机次级体积小、动子质量轻、结构强度高、动态特性好，同时，绕组的冷却容易、损耗低、发热少，电机的控制精度高。在电机的整体结构中，由于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。
图I为本发明实施方式一的结构示意图；图2为本发明实施方式二的结构示意图；图3为实施方式三中水平力输出电机单元的结构示意图；图4为实施方式三中水平力输出电机单元的立体结构示意图；图5为实施方式四中水平力输出电机单元的结构示意图；图6为实施方式四中水平力输出电机单元的立体结构示意图；图7为实施方式五中水平力输出电机单元的结构示意图；图8为实施方式五中水平力输出电机单元的立体结构示意图；图9为实施方式六中水平力输出电机单元的结构示意图；图10为实施方式六中水平力输出电机单元的立体结构示意图；图11为实施方式七中Z向力输出电机单元的结构示意图；图12为实施方式七中Z向力输出电机单元的立体结构示意图；图13为实施方式八中Z向力输出电机单元的结构示意图；图14为实施方式八中Z向力输出电机单元的立体结构示意图；图15为实施方式九中Z向力输出电机单元的结构示意图；图16为实施方式九中Z向力输出电机单元的立体结构示意图；图17为现有永磁同步平面电机的结构示意图；图18为图17所示电机的动子的永磁体阵列示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图I说明本实施方式，本实施方式所述 双边初级结构磁悬浮平面电机，它包括初级上基板I、初级下基板2、次级基板3、水平力输出电机单元和Z向力输出电机单元，初级上基板I、初级下基板2和次级基板3均为由三条等长的长边和三条等长的短边相间隔首尾相接形成的六边形平板，次级基板3位于初级上基板I和初级下基板2之间，且该次级基板3与初级上基板I之间为均匀的气隙，该次级基板3和初级下基板2之间为均勻气隙，水平力输出电机单元和Z向力输出电机单元均为三个，
每个水平力输出电机单元包括水平力上初级、水平力上次级、水平力下初级和水平力下次级，水平力上初级和水平力下初级的结构相同，水平力上次级和和水平力下次级的结构相同，以初级上基板I的质心为圆心，二个水平力上初级相互之间呈120°夹角沿圆周方式均匀分布固定在初级上基板I的气隙侧表面上，并且每个水平力上初级位于初级上基板I的一条长边的中间位置，三个水平力上次级与三个水平力上初级相对设置，固定在次级基板3的上气隙表面，三个水平力下次级和三个水平力上次级以次级基板3为基准镜像对称设置，并固定在次级基板3的下气隙侧表面；三个水平力下初级和三个水平力上初级以次级基板3为基准镜像对称设置，并固定在初级下基板2上；每个Z向力输出电机单元包括Z向力上初级、Z向力上次级、Z向力下初级和Z向力下次级，Z向力上初级和Z向力下初级的结构相同，Z向力上次级和和Z向力下次级的结构相同，三个Z向力上初级在初级上基板I上以所述质心为圆心、沿圆周方式均匀分布固定在初级上基板I的气隙侧表面上，并且每个Z向力上初级均位于相邻的两个水平力上初级的中间，三个Z向力上次级与三个Z向力上初级相对设置，并固定在次级基板3的上气隙表面，三个Z向力下次级和三个Z向力上次级以次级基板3为基准镜像对称设置，并固定在次级基板3的下气隙侧表面；三个Z向力下初级和三个Z向力上初级以次级基板3为基准镜像对称设置，并且固定在初级下基板2上；初级上基板I、初级下基板2和次级基板3均采用高强度非磁性材料制成。所述初级上基板I和初级下基板2的中心可以开设圆孔或方形孔，用于散热。
具体实施方式
二 下面结合图2说明本实施方式，本实施方式所述双边初级结构磁悬浮平面电机，它包括初级上基板I、初级下基板2、次级基板3、水平力输出电机单元和Z向力输出电机单元，初级上基板I、初级下基板2和次级基板3均为矩形，初级上基板I、次级基板3和初级下基板2依次相对平行放置，初级上基板I和次级基板3的上表面之间形成气隙，次级基板3下表面和初级下基板2之间形成气隙，水平力输出电机单元和Z向力输出电机单元均为四个，每个水平力输出电机单元包括水平力上初级、水平力上次级、水平力下初级和水平力下次级，水平力上初级和水平力下初级的结构相同，水平力上次级和和水平力下次级的结构相同，四个水平力上初级呈两两对称分布固定在初级上基板I的气隙侧表面上，四个水平力上初级分别位于初级上基板I的四条边的中间位置，四个水平力上次级与四个水平力上初级相对设置，并固定在次级基板3的上气隙表面，四个水平力下次级和四个水平力上次级以次级基板3为基准镜像对称设置，并且固定在次级基板3的下气隙表面，四个水平力下初级和四个水平力上初级以次级基板3为基准镜像对称设置，并且固定在初级下基板2上；每个Z向力输出电机单元包括Z向力上初级、Z向力上次级、Z向力下初级和Z向力下次级，Z向力上初级和Z向力下初级的结构相同，Z向力上次级和和Z向力下次级的结构相同，、
以初级上基板I的质心为圆心，四个Z向力上初级相互之间呈90°夹角沿圆周方式均匀分布固定在初级上基板I的气隙侧表面上，每个Z向力上初级均位于相邻的两个水平力上初级的中间，Z向力上初级与相邻的两个水平力上初级之间以初级上基板I的质心为圆心均呈45°夹角，四个Z向力上次级与四个Z向力上初级相对，分布在次级基板3的上气隙表面，四个Z向力下次级和四个Z向力上次级以次级基板3为基准镜像对称设置，并且固定在次级基板3的下气隙侧表面；四个Z向力下初级与和四个Z向力上初级以次级基板3为基准镜像对称设置，并且固定在初级下基板2上；初级上基板I、初级下基板2和次级基板3均采用高强度非磁性材料制成。所述初级上基板I和初级下基板2的中心可以开设圆孔或方形孔，用于散热。
具体实施方式
三下面结合图3、图4、图11和图12说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一或二的进一步说明，本实施方式所述双边初级结构磁悬浮平面电机，所述水平力输出电机单元的水平力上初级由水平力上初级线圈4-1和水平力上初级铁心4-2构 成，水平力上初级铁心4-2圆定在初级上基板I的气隙侧表面，水平力上初级线圈4-1为跑道形线圈，水平力上初级线圈4-1粘贴在水平力上初级铁心4-2的气隙侧表面上，水平力上初级线圈4-1 一端的弧形段位于初级上基板I的外边的中间；水平力输出电机单元的水平力上次级由水平力上次级永磁体4-3和水平力上次级永磁体固定板4-4构成，水平力上次级永磁体固定板4-4嵌放在次级基板3的上气隙侧表面上,水平力上次级永磁体4-3包括两块长条形的水平力上次级平板形永磁体4-33，两块水平力上次级平板形永磁体4-33相并列、平行固定在水平力上次级永磁体固定板4-4的气隙侧表面，水平力上次级平板形永磁体4-33的长度方向与水平力上初级线圈4-1的长度方向对应，水平力上次级平板形永磁体4-33为沿垂向方向平行充磁，两块水平力上次级平板形永磁体4-33的充磁方向相反；水平力输出电机单元的水平力下次级的相应的水平力下次级永磁体的充磁方向与水平力上次级永磁体4-3的充磁方向相同；Z向力输出电机单元的Z向力上初级由两个Z向力上初级线圈4-5和Z向力上初级铁心4-6构成，Z向力上初级铁心4-6由一个水平段和两个竖直段首尾相接形成门字形结构，Z向力上初级铁心4-6的水平段固定在初级上基板I的气隙侧表面，每个Z向力上初级铁心4-6的竖直段上缠绕一个Z向力上初级线圈4-5 ；Z向力输出电机单元的Z向力上次级由Z向力上次级永磁体4-7和Z向力上次级轭板4-8构成，Z向力上次级轭板4-8嵌放在次级基板3的上气隙侧表面上，Z向力上次级永磁体4-7包括两块长条形的Z向力上次级平板形永磁体4-71，两块Z向力上次级平板形永磁体4-71相并列、平行固定在Z向力上次级轭板4-8的气隙侧表面，Z向力上次级平板形永磁体4-71是沿垂向方向平行充磁，两块Z向力上次级平板形永磁体4-71的充磁方向相反；Z向力输出电机单元的Z向力下次级的相应的Z向力下次级永磁体的充磁方向与Z向力上次级永磁体4-7的充磁方向相同。
具体实施方式
四下面结合图5和图6说明本实施方式，本实施方式为对实施方式三的进一步说明，所述水平力上次级永磁体4-3还包括水平力上次级长条形永磁体4-31，该水平力上次级长条形永磁体4-31设置于水平力上次级永磁体固定板4-4的气隙侧表面，并夹固在两块水平力上次级平板形永磁体4-33之间，水平力上次级长条形永磁体4-31沿水平方向平行充磁，其充磁方向由面向次级基板3充磁的水平力上次级平板形永磁体4-33指向背离次级基板3充磁的水平力上次级平板形永磁体4-33。
具体实施方式
五下面结合图7和图8说明本实施方式，本实施方式为对实施方式四的进一步说明，所述水平力上次级永磁体4-3还包括两块水平力上次级边端永磁体4-32，该两块水平力上次级边端永磁体4-32与水平力上次级长条形永磁体4-31相平行分别固定在两块水平力上次级平板形永磁体4-33的两外侧面上，并位于水平力上次级永磁体固定板4-4的气隙侧表面，两块水平力上次级边端永磁体4-32的充磁方向均与水平力上次级长条形永磁体4-31的充磁方向相反。
具体实施方式
六下面结合图9和图10说明本实施方式，本实施方式为对实施方式三、四或五的进一步说明，所述水平力上初级铁心4-2的横截面为等腰梯形，该等腰梯形 的长底边所在的表面面向所述电机的气隙。
具体实施方式
七下面结合图11和图12说明本实施方式，本实施方式为对实施方式三、四、五或六的进一步说明，所述Z向力上次级永磁体4-7还包括Z向力上次级长条形永磁体4-72,该Z向力上次级长条形永磁体4-72设置于在Z向力上次级轭板4_8的气隙侧表面，并夹固在两块Z向力上次级平板形永磁体4-71之间，Z向力上次级长条形永磁体4-72水平充磁，其充磁方向由面向次级基板3充磁的Z向力上次级平板形永磁体4-71指向背离次级基板3充磁的Z向力上次级平板形永磁体4-71。
具体实施方式
八下面结合图13和图14说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一或二的进一步说明，其它实施方式三、四、五、六或七中的Z向力输出电机单元也可以相应的替换成本实施方式中所述的Z向力输出电机单元的结构，Z向力输出电机单元的Z向力上初级由两个Z向力上初级线圈4-5、Z向力上初级铁心4-6和Z向力上初级永磁体4-9构成，Z向力上初级铁心4-6由一个水平段和两个竖直段首尾相接形成门字形结构，该门字形结构沿其水平段的中心均分成两分段，Z向力上初级永磁体4-9夹固在该两分段之间，Z向力上初级铁心4-6的水平段固定在初级上基板I的气隙侧表面，每个Z向力上初级铁心4-6的竖直段上缠绕一个Z向力上初级线圈4-5 ；Z向力输出电机单元的Z向力上次级包括Z向力上次级磁性次级金属轭板4-10，Z向力上次级磁性次级金属轭板4-10嵌放在次级基板3的上气隙侧表面上；Z向力上初级永磁体4-9沿水平方向平行充磁。
具体实施方式
九下面结合图15和图16说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一或二的进一步说明，其它实施方式三、四、五、六或七中的Z向力输出电机单元也可以相应的替换成本实施方式中所述的Z向力输出电机单元的结构，Z向力输出电机单元的Z向力上初级由两个Z向力上初级线圈4-5、Z向力上初级铁心4-6和Z向力上初级永磁体4-9构成，Z向力上初级铁心4-6为开口朝向次级基板3的E字形铁心，该Z向力上初级铁心4-6的水平段固定在初级上基板I的气隙侧表面，Z向力上初级线圈4-5缠绕在Z向力上初级铁心4-6的中间的芯柱上，或者Z向力上初级线圈4-5分为两个线圈，分别缠绕在Z向力上初级铁心4-6的两侧的芯柱上，Z向力上初级永磁体4-9粘贴在Z向力上初级铁心4-6中间芯柱的气隙侧端面上；Z向力输出电机单元的Z向力上次级包括Z向力上次级磁性次级金属轭板4-10，Z向力上次级磁性次级金属轭板4-10嵌放在次级基板3的上气隙侧表面上；Z向力上初级永磁体4-9沿垂直于气隙方向平行充磁。
具体实施方式
十本实施方式为对实施方式一、二、三、四、五、六、七、八或九的进一步说明，所述初级上基板I和初级下基板2上布设有冷却液通道，初级上基板I、初级下基板2和次级基板3表面上安装有隔热装置。本发明上述所有实施方式中所述的Z向力输出电机单元还可以采用以下的结构Z向力输出电机单元的下初级由下初级永磁体和永磁体固定板构成，下初级永磁体为平板形，粘贴固定在永磁体固定板上表面；Z向力输出电机单元的下次级由下次级永 磁体和永磁体固定板构成，下次级永磁体为平板形，粘贴固定在永磁体固定板下表面；下初级永磁体与下次级永磁体均为平行充磁，二者充磁方向相反。本发明不局限于上述实施方式，还可以是上述各实施方式中所述技术特征的合理组合。
权利要求
1.一种双边初级结构磁悬浮平面电机，其特征在于它包括初级上基板(I)、初级下基板(2)、次级基板(3)、水平力输出电机单元和Z向力输出电机单元， 初级上基板(I )、初级下基板(2)和次级基板(3)均为由三条等长的长边和三条等长的短边相间隔首尾相接形成的六边形平板，次级基板(3)位于初级上基板(I)和初级下基板(2)之间，且该次级基板(3)与初级上基板(I)之间为均匀的气隙，该次级基板(3)和初级下基板(2)之间为均匀气隙， 水平力输出电机单元和Z向力输出电机单元均为三个， 每个水平力输出电机单元包括水平力上初级、水平力上次级、水平力下初级和水平力下次级，水平力上初级和水平力下初级的结构相同，水平力上次级和和水平力下次级的结构相同， 以初级上基板(I)的质心为圆心，二个水平力上初级相互之间呈120°夹角沿圆周方式均匀分布固定在初级上基板(I)的气隙侧表面上，并且每个水平力上初级位于初级上基板(I)的一条长边的中间位置，三个水平力上次级与三个水平力上初级相对设置，固定在次级基板(3)的上气隙表面，三个水平力下次级和三个水平力上次级以次级基板(3)为基准镜像对称设置，并固定在次级基板(3)的下气隙侧表面；三个水平力下初级和三个水平力上初级以次级基板(3)为基准镜像对称设置，并固定在初级下基板(2)上； 每个Z向力输出电机单元包括Z向力上初级、Z向力上次级、Z向力下初级和Z向力下次级，Z向力上初级和Z向力下初级的结构相同，Z向力上次级和和Z向力下次级的结构相同， 三个Z向力上初级在初级上基板(I)上以所述质心为圆心、沿圆周方式均匀分布固定在初级上基板(I)的气隙侧表面上，并且每个Z向力上初级均位于相邻的两个水平力上初级的中间，三个Z向力上次级与三个Z向力上初级相对设置，并固定在次级基板(3)的上气隙表面，三个Z向力下次级和三个Z向力上次级以次级基板(3)为基准镜像对称设置，并固定在次级基板(3)的下气隙侧表面；三个Z向力下初级和三个Z向力上初级以次级基板(3)为基准镜像对称设置，并且固定在初级下基板(2)上； 初级上基板(I)、初级下基板(2)和次级基板(3)均采用高强度非磁性材料制成。
2.一种双边初级结构磁悬浮平面电机，其特征在于它包括初级上基板(I)、初级下基板(2)、次级基板(3)、水平力输出电机单元和Z向力输出电机单元， 初级上基板(I)、初级下基板(2)和次级基板(3)均为矩形，初级上基板(I)、次级基板(3)和初级下基板(2)依次相对平行放置，初级上基板(I)和次级基板(3)的上表面之间形成气隙，次级基板(3)下表面和初级下基板(2)之间形成气隙， 水平力输出电机单元和Z向力输出电机单元均为四个， 每个水平力输出电机单元包括水平力上初级、水平力上次级、水平力下初级和水平力下次级，水平力上初级和水平力下初级的结构相同，水平力上次级和和水平力下次级的结构相同， 四个水平力上初级呈两两对称分布固定在初级上基板(I)的气隙侧表面上，四个水平力上初级分别位于初级上基板(I)的四条边的中间位置，四个水平力上次级与四个水平力上初级相对设置，并固定在次级基板(3)的上气隙表面，四个水平力下次级和四个水平力上次级以次级基板(3)为基准镜像对称设置，并且固定在次级基板(3)的下气隙表面，四个水平力下初级和四个水平力上初级以次级基板(3)为基准镜像对称设置，并且固定在初级下基板(2 )上； 每个Z向力输出电机单元包括Z向力上初级、Z向力上次级、Z向力下初级和Z向力下次级，Z向力上初级和Z向力下初级的结构相同，Z向力上次级和和Z向力下次级的结构相同， 以初级上基板(I)的质心为圆心，四个Z向力上初级相互之间呈90°夹角沿圆周方式均匀分布固定在初级上基板(I)的气隙侧表面上，每个Z向力上初级均位于相邻的两个水平力上初级的中间，Z向力上初级与相邻的两个水平力上初级之间以初级上基板(I)的质心为圆心均呈45°夹角，四个Z向力上次级与四个Z向力上初级相对，分布在次级基板(3)的上气隙表面，四个Z向力下次级和四个Z向力上次级以次级基板(3)为基准镜像对称设置，并且固定在次级基板(3)的下气隙侧表面；四个Z向力下初级与和四个Z向力上初级以次级基板(3)为基准镜像对称设置，并且固定在初级下基板(2)上； 初级上基板(I)、初级下基板(2)和次级基板(3)均采用高强度非磁性材料制成。
3.根据权利要求I或2所述的双边初级结构磁悬浮平面电机，其特征在于所述水平力输出电机单元的水平力上初级由水平力上初级线圈(4-1)和水平力上初级铁心(4-2)构成，水平力上初级铁心(4-2)圆定在初级上基板(I)的气隙侧表面，水平力上初级线圈(4-1)为跑道形线圈，水平力上初级线圈(4-1)粘贴在水平力上初级铁心(4-2)的气隙侧表面上，水平力上初级线圈(4-1) 一端的弧形段位于初级上基板(I)的外边的中间； 水平力输出电机单元的水平力上次级由水平力上次级永磁体(4-3)和水平力上次级永磁体固定板(4-4)构成，水平力上次级永磁体固定板(4-4)嵌放在次级基板(3)的上气隙侧表面上，水平力上次级永磁体(4-3)包括两块长条形的水平力上次级平板形永磁体(4-33)，两块水平力上次级平板形永磁体(4-33)相并列、平行固定在水平力上次级永磁体固定板(4-4)的气隙侧表面，水平力上次级平板形永磁体(4-33)的长度方向与水平力上初级线圈(4-1)的长度方向对应， 水平力上次级平板形永磁体(4-33)为沿垂向方向平行充磁，两块水平力上次级平板形永磁体(4-33)的充磁方向相反； 水平力输出电机单元的水平力下次级的相应的水平力下次级永磁体的充磁方向与水平力上次级永磁体(4-3)的充磁方向相同； Z向力输出电机单元的Z向力上初级由两个Z向力上初级线圈(4-5)和Z向力上初级铁心(4-6)构成，Z向力上初级铁心(4-6)由一个水平段和两个竖直段首尾相接形成门字形结构，Z向力上初级铁心(4-6)的水平段固定在初级上基板(I)的气隙侧表面，每个Z向力上初级铁心(4-6)的竖直段上缠绕一个Z向力上初级线圈(4-5); Z向力输出电机单元的Z向力上次级由Z向力上次级永磁体(4-7)和Z向力上次级轭板(4-8)构成，Z向力上次级轭板(4-8)嵌放在次级基板(3)的上气隙侧表面上，Z向力上次级永磁体(4-7)包括两块长条形的Z向力上次级平板形永磁体(4-71)，两块Z向力上次级平板形永磁体(4-71)相并列、平行固定在Z向力上次级轭板(4-8)的气隙侧表面,Z向力上次级平板形永磁体(4-71)是沿垂向方向平行充磁，两块Z向力上次级平板形永磁体(4-71)的充磁方向相反； Z向力输出电机单元的Z向力下次级的相应的Z向力下次级永磁体的充磁方向与Z向力上次级永磁体(4-7)的充磁方向相同。
4.根据权利要求3所述的双边初级结构磁悬浮平面电机，其特征在于所述水平力上次级永磁体(4-3)还包括水平力上次级长条形永磁体(4-31 )，该水平力上次级长条形永磁体(4-31)设置于水平力上次级永磁体固定板(4-4)的气隙侧表面，并夹固在两块水平力上次级平板形永磁体(4-33 )之间，水平力上次级长条形永磁体(4-31)沿水平方向平行充磁，其充磁方向由面向次级基板(3)充磁的水平力上次级平板形永磁体(4-33)指向背离次级基板(3 )充磁的水平力上次级平板形永磁体(4-33 )。
5.根据权利要求4所述的双边初级结构磁悬浮平面电机，其特征在于所述水平力上次级永磁体(4-3)还包括两块水平 力上次级边端永磁体(4-32)，该两块水平力上次级边端永磁体(4-32)与水平力上次级长条形永磁体(4-31)相平行分别固定在两块水平力上次级平板形永磁体(4-33)的两外侧面上，并位于水平力上次级永磁体固定板(4-4)的气隙侧表面，两块水平力上次级边端永磁体(4-32)的充磁方向均与水平力上次级长条形永磁体(4-31)的充磁方向相反。
6.根据权利要求4或5所述的双边初级结构磁悬浮平面电机，其特征在于所述水平力上初级铁心(4-2)的横截面为等腰梯形，该等腰梯形的长底边所在的表面面向所述电机的气隙。
7.根据权利要求3所述的双边初级结构磁悬浮平面电机，其特征在于所述Z向力上次级永磁体(4-7)还包括Z向力上次级长条形永磁体(4-72)，该Z向力上次级长条形永磁体(4-72)设置于在Z向力上次级轭板(4-8)的气隙侧表面,并夹固在两块Z向力上次级平板形永磁体(4-71)之间，Z向力上次级长条形永磁体(4-72)水平充磁，其充磁方向由面向次级基板(3)充磁的Z向力上次级平板形永磁体(4-71)指向背离次级基板(3)充磁的Z向力上次级平板形永磁体(4-71)。
8.根据权利要求I或2所述的双边初级结构磁悬浮平面电机，其特征在于a向力输出电机单元的Z向力上初级由两个Z向力上初级线圈(4-5)、Z向力上初级铁心(4-6)和Z向力上初级永磁体(4-9)构成，Z向力上初级铁心(4-6)由一个水平段和两个竖直段首尾相接形成门字形结构，该门字形结构沿其水平段的中心均分成两分段，Z向力上初级永磁体(4-9)夹固在该两分段之间，Z向力上初级铁心(4-6)的水平段固定在初级上基板(I)的气隙侧表面，每个Z向力上初级铁心(4-6)的竖直段上缠绕一个Z向力上初级线圈(4-5)； Z向力输出电机单元的Z向力上次级包括Z向力上次级磁性次级金属轭板(4-10)，Z向力上次级磁性次级金属轭板(4-10)嵌放在次级基板(3)的上气隙侧表面上； Z向力上初级永磁体(4-9)沿水平方向平行充磁。
9.根据权利要求I或2所述的双边初级结构磁悬浮平面电机，其特征在于a向力输出电机单元的Z向力上初级由两个Z向力上初级线圈(4-5)、Z向力上初级铁心(4-6)和Z向力上初级永磁体(4-9)构成， Z向力上初级铁心(4-6)为开口朝向次级基板(3)的E字形铁心，该Z向力上初级铁心(4-6)的水平段固定在初级上基板(I)的气隙侧表面，Z向力上初级线圈(4-5)缠绕在Z向力上初级铁心(4-6)的中间的芯柱上，或者Z向力上初级线圈(4-5)分为两个线圈，分别缠绕在Z向力上初级铁心(4-6)的两侧的芯柱上，Z向力上初级永磁体(4-9)粘贴在Z向力上初级铁心(4-6)中间芯柱的气隙侧端面上；Z向力输出电机单元的Z向力上次级包括Z向力上次级磁性次级金属轭板(4-10)，Z向力上次级磁性次级金属轭板(4-10)嵌放在次级基板(3)的上气隙侧表面上； Z向力上初级永磁体(4-9)沿垂直于气隙方向平行充磁。
10.根据权利要求1、2、4、5或7所述的双边初级结构磁悬浮平面电机，其特征在于所述初级上基板(I)和初级下基板(2 )上布设有冷却液通道，初级上基板(I)、初级下基板(2 )和次级基板(3)表面上安装有隔热装置。
全文摘要
双边初级结构磁悬浮平面电机，属于电机技术领域。它解决了现有永磁同步平面电机的结构复杂及定位精度低的问题。该平面电机由水平力输出电机单元、Z向力输出电机单元、初级上基板、初级下基板和次级基板构成；水平力输出电机单元主要由上初级、下初级、次级以及气隙构成；Z向力输出电机单元也主要由上初级、下初级、次级以及气隙构成。本发明适用于磁悬浮平面电机。
文档编号H02N15/00GK102739122SQ20121023611
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月9日 优先权日2012年7月9日
发明者寇宝泉, 张赫, 张鲁, 罗俊 申请人:哈尔滨工业大学