CN108270337A - 一种开关磁阻二维面电机 - Google Patents

一种开关磁阻二维面电机 Download PDF

Info

Publication number
CN108270337A
CN108270337A CN201611269212.5A CN201611269212A CN108270337A CN 108270337 A CN108270337 A CN 108270337A CN 201611269212 A CN201611269212 A CN 201611269212A CN 108270337 A CN108270337 A CN 108270337A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mover
tooth pole
stator
dimensional surface
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN201611269212.5A
Other languages
English (en)
Inventor
张春
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhengzhou Yoshida Patent Operation Co Ltd
Original Assignee
Zhengzhou Yoshida Patent Operation Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhengzhou Yoshida Patent Operation Co Ltd filed Critical Zhengzhou Yoshida Patent Operation Co Ltd
Priority to CN201611269212.5A priority Critical patent/CN108270337A/zh
Publication of CN108270337A publication Critical patent/CN108270337A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/24—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/03—Machines characterised by aspects of the air-gap between rotor and stator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Linear Motors (AREA)

Abstract

本发明提供一种开关磁阻二维面电机，包括定子和动子，定子与动子之间形成气隙，二者之间通过磁力变换，使动子向预定方向移动，所述定子由定子齿极构成，定子齿极的端面在二维面上形成阵列，定子齿极之间的距离的一半，小于定子齿极端面中心到端面周边的最小距离；所述动子由动子齿极构成，动子齿极的端面在二维面上的形状与定子齿极的端面形状相同，动子齿极成对组合，每一对动子齿极中，一个动子齿极与对应定子齿极重合时，另一个动子齿极位于定子齿极间隔中心线的交汇点。由于本发明采用定子齿极的端面形状是正六边形，并且三对正六边形齿极阵列为六边环形齿极阵列，构成动子的移动单元，能够选择六个方向步进，就减小推力脉动，运行平稳。

Description

一种开关磁阻二维面电机
技术领域
本发明属于电机技术领域，尤其是平面电机和球面电机。
背景技术
目前，实际应用中较为广泛的能够实现二维驱动及定位的方法有三种：一是压电陶瓷配合柔性铰链机构进行驱动，二是利用传统的旋转电机驱动，三是利用直线电机进行直接驱动。虽然这三种机构都可以实现二维平面定位，但是均存在着不同方面的缺陷。
柔性铰链机构和压电陶瓷驱动元件所组成的***易实现整体式结构、位移控制精度高、功耗小，但是柔性铰链的阻尼、小行程，以及压电陶瓷的迟滞、非线性等特性对工作台性能的提高会带来不利影响。由于丝杠加螺母等直线运动转换机构存在摩擦、侧隙、变形等一系列问题，并且转换机构的两套传动链引入了附加质量，使得传统的两组旋转电动机加直线转换机构定位装置的精度和响应速度很难达到较高的水平。
为了使二维驱动装置能够实现更高精度的定位，需要研究利用电磁能直接产生平面运动的装置，即平面电机。
与传统的定位工作台相比，平面电机的运动轨迹不是靠两个相互垂直的导轨运动方向上的合成而致，而是直接利用电磁能产生平面定位运动，具有出力密度高、低热耗、高精度等特点，另外由于摒弃了丝杠、螺杆等中间转换装置，故可以实现控制对象和平面电机的一体化，因而具有响应速度快，灵敏度高，随动性好以及体积小等优点。
变磁阻型平面电机，
根据电磁推力的产生原理，可将平面电机分为变磁阻型、感应型、永磁同步型和直流型四大类，其中变磁阻型又包含了步进式和开关磁阻式两种。
步进式平面电动机是研究最早、理论最为成熟的一类平面电机，也是目前仅有的形成产品的平面电机。在步进式平面电动机中，一般将一块永磁体和两组缠绕在铁心上的驱动线圈作为一个单元，由相互垂直的两个单元构成动子，而将开有均匀分布平行槽的叠片铁心作为定子，为动子提供闭合磁路。步进式平面电机的内部磁场由动子各相绕组的脉冲电流产生。
当某一方向上的两组驱动线圈交替通入脉冲电流时，会分别对永磁体产生增磁或者去磁作用，根据磁阻最小原理，定子与动子之间将产生使磁路磁阻减小的磁拉力作用，从而驱动电动机产生步进运动，若同时考虑X、Y两方向上的作用力，即可实现电机动子在定子平面上的二维运动。典型的步进式平面电机的基本结构。
开关磁阻式平面电机开关磁阻式平面电机在国内文献中出现频率较高，香港大学的潘剑飞等人在专利中提出了一种新型开关磁阻电机结构， 太原理工大学的马春燕等人分别对该种平面电机的运行机理以及拓扑结构进行了阐述，并对电机进行了初步设计和仿真工作，华南理工大学的杨金明也对开关磁阻式平面电机的鲁棒控制进行了相应研究。
开关磁阻式平面电机主要由定子、动子、各部分支撑导向结构以及各方向位置检测装置等组成。多个定子块组成定子块方阵，而定子块则采用叠压硅钢片结构，并由环氧树脂胶连接而成，其中硅钢片的厚度与齿宽相同，定子硅钢片形状及拼接方式。这种积木拼接式的定子结构取代了以往整体切割原材料的方式，这不仅使涡流的影响大大减小，而且会降低生产的复杂性和加工成本。
该平面电机的动子采用宽齿结构，整个动子平台上共安置六个动子单元，其中每三个动子单元为一组，负责X或Y方向的运动。动子铁心也是由硅钢片叠压而成，而且每个动子单元上均绕有集中励磁绕组。为了减小X与Y方向上的磁路耦合作用，将六个相同的动子单元按照“与相邻动子单元正交”的规律分别固定在动子台架上，动子叠片形状及单相线圈绕组结构。
开关磁阻式平面电机的动子和定子均有铁磁材料构成，动子上安装集中绕组，而定子无需绕组，也不需要永磁体，因此，其结构简单、适应性强，适于高速和恶劣的应用环境。然而，该类平面电机存在较大的脉动推力与复杂的动态特性，使其建模和控制成为一个难题，限制了其在高精度和高速场合的应用，故虽然开关磁阻式平面电机具有加工简单、成本低等优点，但是如何解决其精确控制问题以及消除推力脉动仍是一个待解决的问题。
发明内容
为了解决开关磁阻二维面电机精确控制问题以及消除推力脉动的问题，本发明提供一种开关磁阻二维面电机，包括定子和动子，定子与动子之间形成气隙，二者之间通过磁力变换，使动子向预定方向移动，所述定子由定子齿极构成，定子齿极的端面在二维面上形成阵列，定子齿极之间的距离的一半，小于定子齿极端面中心到端面周边的最小距离；所述动子由动子齿极构成，动子齿极的端面在二维面上的形状与定子齿极的端面形状相同，动子齿极成对组合，每一对动子齿极中，一个动子齿极与对应定子齿极重合时，另一个动子齿极位于定子齿极间隔中心线的交汇点。
所述的一种开关磁阻二维面电机，所述定子齿极的端面形状是正方形。
所述的一种开关磁阻二维面电机，所述定子齿极的端面形状是正六边形。
所述的一种开关磁阻二维面电机，所述二维面为XYZ坐标系的二维面，就是平面，该电机就是开关磁阻平面电机。
所述的一种开关磁阻二维面电机，所述二维面为球坐标系的二维面就是球面，此时，电机就是球面开关磁阻电机。
所述的一种开关磁阻二维面电机，所述二维面为柱坐标系的二维面，所述电机就是柱状面电机。
所述的一种二维面移动电机，所述平面为XY平面，定子阵列在X方向是N层，而动子在X方向也是N层，就构成沿Y方向移动的直线电机。
由于本发明采用定子齿极的端面形状是正六边形，并且三对正六边形齿极阵列为六边环形齿极阵列，构成动子的移动单元，能够选择六个方向步进，就减小推力脉动，运行平稳。
附图说明
图1本发明四方形定子齿极方形阵列结构示意图；
图2本发明正六边形定子齿极交叉阵列结构示意图。
具体实施方式
本开关磁阻二维面电机的定子齿极和动子齿极之一，均可以安装绕组线圈，产生磁吸力，定子齿极安装绕组线圈时，动子齿极不安装绕组线圈；动子齿极安装绕组线圈时，定子齿极不安装绕组线圈。
一种开关磁阻二维面电机，包括定子和动子，定子与动子之间形成气隙，二者之间通过磁力变换，使动子向预定方向移动，所述定子由定子齿极构成，定子齿极的端面在二维面上形成阵列，定子齿极之间的距离的一半，小于定子齿极端面中心到端面周边的最小距离，这样保证处于交汇点的动子齿极能够灵活移动；所述动子由动子齿极构成，动子齿极的端面在二维面上的形状与定子齿极的端面形状相同，动子齿极成对组合，每一对动子齿极中，一个动子齿极与对应定子齿极重合时，另一个动子齿极位于定子齿极间隔中心线的交汇点。如图1上部，定子齿极是四方形齿极9，方形阵列10，定子齿极9的间隔是十字交汇，一对方形动子齿极1分为A和B,当方形动子齿极A与定子齿极9重合时，方形动子齿极B位于十字交汇点，当方形动子齿极B与定子齿极9重合时，方形动子齿极A位于十字交汇点,图1下部是两对方形动子齿极1构成的动子齿极阵列2，动子齿极阵列2由轭铁（为了避免轭铁遮挡动子齿极与定子齿极的位置关系，图中没有示出轭铁）将动子齿极1连接，构成齿极动子A；当齿极动子A两个方形动子齿极A与定子齿极重合时，两个方形动子齿极B位于十字交汇点，当齿极动子A两个方形动子齿极B与定子齿极重合时，两个方形动子齿极A位于十字交汇点。图2是正六边形定子齿极阵列8，其正六边形定子齿极7间隔交汇处是三星状交汇点，一对正六边形动子齿极3分为A和B，当正六边形动子齿极A与定子重合时，六边形动子齿极B位于三星交汇处;反之，当正六边形动子齿极B与定子重合时，六边形动子齿极A位于三星交汇处亦然；将三对正六边形齿极3阵列为六边环形齿极阵列4，六边环形齿极阵列4由轭铁（为了避免轭铁遮挡动子齿极与定子齿极的位置关系，图中没有示出轭铁）将动子齿极3连接，构成齿极动子B，当齿极动子B三个构成倒三角形的正六边形动子齿极3与定子齿极7重合时，齿极动子B另外三个构成正三角形的正六边形动子齿极位于三星交汇处; 反之，当齿极动子B三个构成正三角形的正六边形动子齿极与定子重合时，齿极动子B另外三个构成倒三角形的正六边形动子齿极位于三星交汇处；这样两个动子齿极相互配合移动，就能够使动子按预定方向移动。以上是一组动子的实例和阵列动子齿极的实例，显然，阵列动子齿极能产生更大的力。效果最好的的是三对正六边形齿极阵列为六边环形齿极阵列，使各个方向的移动灵活并且受力均匀。）
所述的一种开关磁阻二维面电机，所述二维面为XYZ坐标系的二维面，就是平面，该电机就是开关磁阻平面电机。当然，保持动子和定子之间的气隙，需要动子与定子之间的移动支撑部件，二者之间可以设万向轮支撑。
所述的一种开关磁阻二维面电机，所述二维面为球坐标系的二维面就是球面，此时，电机就是球面开关磁阻电机。定子与动子之间的转动像万向节一样自由转动。
所述的一种开关磁阻二维面电机，所述二维面为柱坐标系的二维面，所述电机就是柱状面电机。定子和动子之间既能轴向也能旋转移动。
所述的一种二维面移动电机，所述平面为XY平面，定子阵列在X方向是N层，而动子在X方向也是N层，就构成沿Y方向移动的直线电机。

Claims (9)

1.一种开关磁阻二维面电机，包括定子和动子，定子与动子之间形成气隙，二者之间通过磁力变换，使动子向预定方向移动，其特征在于：所述定子由定子齿极构成，定子齿极的端面在二维面上形成阵列，定子齿极之间的距离的一半，小于定子齿极端面中心到端面周边的最小距离；所述动子由动子齿极构成，动子齿极的端面在二维面上的形状与定子齿极的端面形状相同，动子齿极成对组合，每一对动子齿极中，一个动子齿极与对应定子齿极重合时，另一个动子齿极位于定子齿极间隔中心线的交汇点。
2.如权利要求1所述的一种开关磁阻二维面电机，其特征在于，所述定子齿极的端面形状是正方形。
3.如权利要求1所述的一种开关磁阻二维面电机，其特征在于，所述定子齿极的端面形状是正六边形。
4.如权利要求3所述的一种开关磁阻二维面电机，其特征在于，所述三对正六边形齿极阵列为六边环形齿极阵列，六边环形齿极阵列由轭铁将动子齿极连接，构成齿极动子B。
5.如权利要求3所述的一种开关磁阻二维面电机，其特征在于，所述六边环形齿极阵列为三个， 三个六边环形齿极阵列再呈三角形阵列。
6.如权利要求1-3之一所述的一种开关磁阻二维面电机，其特征在于，所述二维面为XYZ坐标系的二维面，就是平面，该电机就是开关磁阻平面电机。
7.如权利要求1-3之一所述的一种开关磁阻二维面电机，其特征在于，所述二维面为球坐标系的二维面就是球面，此时，电机就是球面开关磁阻电机。
8.如权利要求1-3之一所述的一种开关磁阻二维面电机，其特征在于，所述二维面为柱坐标系的二维面，所述电机就是柱状面电机。
9.如权利要求3所述的一种二维面移动电机，其特征在于，所述平面为XY平面，定子阵列在X方向是N层，而动子在X方向也是N层，就构成沿Y方向移动的直线电机。
CN201611269212.5A 2016-12-31 2016-12-31 一种开关磁阻二维面电机 Withdrawn CN108270337A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611269212.5A CN108270337A (zh) 2016-12-31 2016-12-31 一种开关磁阻二维面电机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611269212.5A CN108270337A (zh) 2016-12-31 2016-12-31 一种开关磁阻二维面电机

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108270337A true CN108270337A (zh) 2018-07-10

Family

ID=62771246

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611269212.5A Withdrawn CN108270337A (zh) 2016-12-31 2016-12-31 一种开关磁阻二维面电机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108270337A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115023405A (zh) * 2020-02-18 2022-09-06 株式会社日立高新技术 搬送装置及具有搬送装置的检体分析***
EP3937359A4 (en) * 2019-03-08 2022-11-30 Hitachi High-Tech Corporation TRANSPORT DEVICE, AND SAMPLE ANALYSIS SYSTEM AND SAMPLE PRE-TREATMENT DEVICE COMPRISING THE SAME
EP4362282A1 (en) * 2022-10-26 2024-05-01 Raw Power S.r.I. Primary component for electric machines and electric motor comprising such component

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102694454A (zh) * 2012-03-02 2012-09-26 太原理工大学 直驱式开关磁阻平面电机动子位移控制方式
CN102800368A (zh) * 2012-07-12 2012-11-28 清华大学 一种气浮平面电机初始零位的定位方法
CN103312116A (zh) * 2013-05-13 2013-09-18 深圳大学 一种段式平面开关磁阻电机

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102694454A (zh) * 2012-03-02 2012-09-26 太原理工大学 直驱式开关磁阻平面电机动子位移控制方式
CN102800368A (zh) * 2012-07-12 2012-11-28 清华大学 一种气浮平面电机初始零位的定位方法
CN103312116A (zh) * 2013-05-13 2013-09-18 深圳大学 一种段式平面开关磁阻电机

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张鲁: "复合电流驱动的永磁同步平面电机基础研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3937359A4 (en) * 2019-03-08 2022-11-30 Hitachi High-Tech Corporation TRANSPORT DEVICE, AND SAMPLE ANALYSIS SYSTEM AND SAMPLE PRE-TREATMENT DEVICE COMPRISING THE SAME
CN115023405A (zh) * 2020-02-18 2022-09-06 株式会社日立高新技术 搬送装置及具有搬送装置的检体分析***
CN115023405B (zh) * 2020-02-18 2023-07-07 株式会社日立高新技术 搬送装置及具有搬送装置的检体分析***
EP4362282A1 (en) * 2022-10-26 2024-05-01 Raw Power S.r.I. Primary component for electric machines and electric motor comprising such component

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101610054B (zh) 采用三维永磁阵列的平面电机
CN102594220B (zh) 超导体励磁结构磁悬浮平面电机
CN101741289B (zh) 短行程多自由度磁悬浮平面电机
CN104811011A (zh) 圆筒型横向磁场开关磁链永磁直线电机
CN105281535A (zh) 一种直线运动线性模组
CN102497083B (zh) 同心式绕组结构永磁同步平面电机
CN108270337A (zh) 一种开关磁阻二维面电机
CN209088784U (zh) 一种无铁芯直线电机
WO2023056667A1 (zh) 一种线性传输***
CN101741290A (zh) 六自由度磁悬浮微动平台
JP5511713B2 (ja) リニアモータ
CN203911720U (zh) 一种磁悬浮永磁直线电机
CN101710779A (zh) 集成绕组结构长行程同步平面电机
CN101610022B (zh) 一种采用槽型线圈的平面电机
CN101752983B (zh) 长行程高精度多自由度平面电机
CN101599677B (zh) 复合电流驱动九相平面电机、直线-旋转电机及其驱动器
CN102891585A (zh) 一种单边型动磁直线电机
CN102011828A (zh) 混合励磁直线电磁阻尼器
CN205212677U (zh) 一种直线运动线性模组
CN101800460B (zh) 集成绕组结构短行程直流平面电机
CN102739122B (zh) 双边初级结构磁悬浮平面电机
CN203827153U (zh) 直线电机及电机平台
CN203984218U (zh) 直线电机、盘式旋转电机和电机平台
CN103997186A (zh) 直线电机、盘式旋转电机和电机平台
CN102223052B (zh) 多自由度短行程平面电机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20180710