電機驅(qū)動設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電機驅(qū)動設(shè)備。該電機驅(qū)動設(shè)備包括：磁軸組件，包括多個永磁體，多個永磁體沿預(yù)定的磁軸延伸方向依次排列；至少兩個線圈組件，分別與磁軸組件構(gòu)成永磁直線電機，其中線圈組件與磁軸組件之間有氣隙；連接件，連接至少兩個線圈組件，從而被至少兩個線圈組件共同驅(qū)動，其特征在于，永磁體在其充磁方向上的長度hm與氣隙的長度δ之比hm/δ被設(shè)定在使氣隙磁密Bδ與永磁體的剩磁密度Br之比Bδ/Br隨hm/δ變化的關(guān)系曲線基本上平坦的飽和區(qū)。由此，避免了因多個直線電機的永磁體設(shè)置差異而導(dǎo)致的各直線電機不能一致同步運行的問題。
【專利說明】電機驅(qū)動設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電機驅(qū)動設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]電機驅(qū)動設(shè)備應(yīng)用非常廣泛。目前很多電機平臺使用直線電機來驅(qū)動。
[0003]直線電機有很多種。這里以無鐵芯(空芯)圓柱直線電機為例進(jìn)行描述。
[0004]無鐵芯(空芯)圓柱直線電機的結(jié)構(gòu)非常簡單。圖1是無鐵芯(空芯)圓柱直線電機的示意圖。如圖1所示，主要由兩個部件組成，一個磁軸組件110和一個圓柱繞組線圈組件120。磁軸組件110包括多個永磁體115。多個永磁體115沿一個預(yù)定的磁軸延伸方向依次排列。工作時，線圈組件120可以沿著該磁軸延伸方向運動。
[0005]另外還可以設(shè)有直線位移傳感器130，用于感測線圈組件120的位置信息。
[0006]在線圈組件120中不存在鐵芯，從而實現(xiàn)了無鐵芯設(shè)計的精度和零齒槽效應(yīng)。而空芯圓柱直線電機的線圈本身又形成了鐵芯，從而實現(xiàn)了鐵芯電機的剛度。并且電機線圈完全繞住磁體，所有磁通量都得到了有效利用，這樣不僅有效的提高了電機的電磁效率，而且實現(xiàn)了大公稱環(huán)形氣隙(> 0.5mm)。由于是圓環(huán)結(jié)構(gòu)，電機的工作氣隙就不那么關(guān)鍵，也就是說隨著行程的氣隙變化，力并沒有明顯變化?？招緢A柱直線電機充分的體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡單、精度剛度高、以及非接觸低磨損的現(xiàn)代設(shè)計理念。因其簡單的結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的動態(tài)伺服特性，大的力密度、高的運動速度以及加速度，極具競爭力的性價比，以及易于調(diào)節(jié)和控制等特點已經(jīng)在機械驅(qū)動領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。如何有效的提高空芯圓柱電機的驅(qū)動力就成為電機設(shè)計人員在設(shè)計空芯圓柱電機平臺時需要解決的問題之一。
[0007]電機設(shè)計人員一般常采用擴大空芯圓柱電機直徑和加長線圈組件的方法來提高電機的輸出力。然而，擴大空芯圓柱電機直徑會增大電機的安裝體積，在很多時候空芯圓柱電機的安裝空間有限，不能采用過大的電機直徑。加長線圈組件雖然不影響空芯圓柱電機的直徑尺寸，但在相同磁軸長度下，有效行程就縮短了，而且采用較多的線圈也會增加電機的發(fā)熱。
[0008]為了解決在有限的電機安裝空間內(nèi)如何提高電機平臺的驅(qū)動能力這個問題，可以采用多個空芯圓柱電機同時工作來驅(qū)動平臺的方法，如圖2所示。
[0009]圖2所示平臺由兩個空芯圓柱電機同時驅(qū)動。兩個磁軸組件210平行設(shè)置。兩個線圈組件220分別圍繞兩個磁軸組件210，從而分別與磁軸組件210構(gòu)成永磁直線電機。兩個線圈組件220被連接裝置250連接。這樣，連接裝置250就可以由兩個線圈組件220共同驅(qū)動。
[0010]還可以在例如導(dǎo)軌外側(cè)設(shè)置直線位移傳感器230，以感測線圈組件的位置。
[0011]在一般的空芯圓柱電機設(shè)計中電機的永磁體工作點常設(shè)計在永磁體退磁曲線的線性段內(nèi)。
[0012]圖3A至3C是在很多永磁電機設(shè)計資料(例如王秀和等編著的《永磁電機》,中國電力出版社，2011年I月第2版，第45頁)中都可見到的永磁體工作曲線，其中示出了使用永磁體工作圖法確定永磁體工作點的方法。
[0013]圖3A是永磁體的空載工作圖，圖3B是永磁體在電樞反應(yīng)去磁時的工作圖，圖3C是永磁體在電樞反應(yīng)助磁時的工作圖。
[0014]其中起點為(Fk，Φ,)的直線為描述永磁體特性的回復(fù)線，永磁體的工作點就在回復(fù)線上變化。As是主磁路的特性曲線，A。是漏磁路的特性曲線，A( = As+A。)是外磁路的合成特性曲線。
[0015]分別是空載時永磁體向外磁路提供的磁動勢和磁通。Φ S(l是空氣氣隙磁通。
[0016]Oni和F111分別是負(fù)載情況下，電樞反應(yīng)去磁時(圖3B)或電樞反應(yīng)助磁時(圖3C)，永磁體向外磁路提供的磁動勢和磁通。Φ。是漏磁通。氣隙磁通①^ = Φ,-Φοο其中，F(xiàn)ad是電樞反應(yīng)磁動勢Fa的直軸分量,其對永磁體的等效磁動勢為F' ad = Fad/ σ，σ是漏磁系數(shù)。
[0017]由圖3A-3C可見，永磁體的工作點在電機工作過程中是不斷變化的。
[0018]圖4是氣隙磁密Bδ與永磁體的剩磁密度之比Bs/Br隨永磁體在其充磁方向上的長度hm與所述氣隙的長度δ之比hm/S變化的關(guān)系曲線示意圖(參見上述王秀和等編著的《永磁電機》，第52頁)。
[0019]永磁體的充磁方向與磁軸延伸方向(即軸向)可以相同也可以不同。在一些永磁電機中，永磁體的充磁方向與磁軸延伸方向相同。
[0020]氣隙是線圈組件與磁軸組件之間的空隙。氣隙的長度為線圈組件與磁軸組件之間的距離。在無鐵芯圓柱直線電機的情況下，氣隙的長度方向與磁軸的徑向方向相同。在空芯U型直線電機等其他直線電機的情況下，氣隙的長度方向為在垂直于磁軸延伸方向(即磁軸軸向)的截面內(nèi)，從磁軸組件指向線圈`組件的方向，一般地，可以是磁軸組件表面或線圈組件表面法線方向。氣隙長度一般小于2mm。
[0021]如圖4所示，在變化的關(guān)系曲線中，當(dāng)h^/δ較小時，例如圖4示例中小于10時，近似線性地急劇增大，可以將這一段稱為“線性區(qū)”。而當(dāng)hm/s較大時，例如圖4示例中大于30時，B5/Br的變化則變得平坦，可以將這一段稱為“飽和區(qū)”。
[0022]圖4所示曲線的具體形狀會因采用不同永磁體材料而有所不同，但是曲線總體形狀都類似，都是在匕/6較小時近似線性地急劇增大，而在hm/S較大時則變得平坦。
[0023]為了有效的利用永磁體磁能，也為了電機有比較好的調(diào)節(jié)控制功能，通常把永磁體的工作點范圍選擇在線性區(qū),如圖4所示A點。
[0024]工作點設(shè)計在線性區(qū)的電機，在單獨驅(qū)動平臺的時候具有很好的性能，而且由于工作點均在線性區(qū)，可以很好的發(fā)揮永磁體的磁能，節(jié)約永磁體的用量。
[0025]但是當(dāng)兩臺或者更多臺這樣的電機同時工作來驅(qū)動平臺以提高平臺的驅(qū)動能力時，就會就碰到很多問題。由于電機工作在線性區(qū)，工作點的稍許變化和偏離就會帶來比較大的電機性能變化，這在電機控制上是很不利的。在實際的電機運行中難免會產(chǎn)生電機裝配、安裝誤差，長時間工作后電機環(huán)境溫度產(chǎn)生變化等各種各樣因素的影響，從而使得同時工作的各臺電機其工作點并不一致，這樣各臺在設(shè)計上原本要求一致同步工作的電機在性能上就會產(chǎn)生比較大的差異，如此一來就需要電機平臺的控制器對各臺電機進(jìn)行解耦控制，以便使各臺電機均能正常工作，并達(dá)到應(yīng)有的工作效率和性能。這樣不僅使平臺控制器變復(fù)雜，而且需要專用的控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行解耦控制，成本上升，還經(jīng)常不能采用通用的控制器進(jìn)行控制，需要特別定制，這些因素都制約了這種多電機驅(qū)動式平臺的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0026]本發(fā)明的一個目的是提供一種電機驅(qū)動設(shè)備，其能夠在使用兩個或者更多個直線電機同時工作來驅(qū)動平臺以提高平臺的驅(qū)動能力的同時，避免因多個直線電機的永磁體設(shè)置差異而導(dǎo)致的各直線電機不能一致同步運行的問題。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種電機驅(qū)動設(shè)備，包括:磁軸組件，包括多個永磁體，多個永磁體沿預(yù)定的磁軸延伸方向依次排列；至少兩個線圈組件，分別與磁軸組件構(gòu)成永磁直線電機，其中線圈組件與磁軸組件之間有氣隙；連接件，連接至少兩個線圈組件，從而被至少兩個線圈組件共同驅(qū)動，其特征在于，永磁體在其充磁方向上的長度hm與氣隙的長度S之比hm/S被設(shè)定在使氣隙磁密Bs與永磁體的剩磁密度4之比
變化的關(guān)系曲線基本上平坦的飽和區(qū)。
[0028]優(yōu)選地,Ιι^/δ被設(shè)定在使BS/BJ逭h^/δ變化的關(guān)系曲線的斜率小于tan2°的區(qū)域。
[0029]優(yōu)選地，h^/δ被設(shè)定在使Bs隨!^/^變化的關(guān)系曲線的斜率小于tanl°的區(qū)域。
[0030]可選地，永磁體是由軟磁材料制成的，hm/S可以設(shè)定為大于30。
[0031]可選地，永磁體是由稀土類磁性材料制成的，hm/ δ可以設(shè)定為大于30。
[0032]可選地，該電機驅(qū)動設(shè)備包括至少兩個磁軸組件，每個磁軸組件分別與至少一個線圈組件構(gòu)成永磁直線電機。
[0033]可選地，至少兩個磁軸組件的磁軸延伸方向相互平行，且均平行于第一方向。
[0034]可選地，連接件包括至少一個另外的永磁直線電機，另外的永磁直線電機的磁軸組件的磁軸延伸方向與第一方向垂直。
[0035]可選地，連接件包括至少兩個另外的永磁直線電機，至少兩個另外的永磁直線電機的線圈組件被另外的連接件連接，
[0036]至少兩個另外的永磁直線電機的磁軸組件上的永磁體在其充磁方向上的長度h' 111與其氣隙的長度δ'之比h' π/δ'被設(shè)定在使其氣隙磁密B' s與其永磁體的剩磁密度B' ^之比Kr隨h' m/S '變化的關(guān)系曲線基本上平坦的飽和區(qū)。
[0037]可選地，驅(qū)動對象固定在另外的連接件上。[0038]可選地,永磁體的充磁方向與磁軸延伸方向相同,氣隙的長度為線圈組件與磁軸組件之間的距離。
[0039]可選地，永磁直線電機和另外的永磁直線電機是無鐵芯圓柱直線電機,線圈繞組被設(shè)置為圍繞磁軸組件。或者，永磁直線電機和另外的永磁直線電機是空芯U型直線電機。
[0040]本發(fā)明提出一種全新的電機設(shè)計方法，使得多臺電機的工作猶如一臺電機在工作，這樣多電機驅(qū)動式平臺在驅(qū)動和控制上跟單個電機驅(qū)動平臺時是一樣的，有效的解決了控制器解耦的問題，并且可以采用通用型控制器，有效的降低了多電機平臺的成本，使得平臺的驅(qū)動能力成倍增長。
[0041]采用本發(fā)明的方法，使得能夠在將多臺電機串聯(lián)起來正常工作的情況下，提高了電機系統(tǒng)對加工、裝配、安裝、工作溫度等的偏差容忍度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1是無鐵芯(空芯)圓柱直線電機的示意圖。
[0043]圖2是采用多個空芯圓柱電機同時工作來驅(qū)動平臺的電機驅(qū)動設(shè)備的示意圖。
[0044]圖3A是永磁體的空載工作圖，圖3B是永磁體在電樞反應(yīng)去磁時的工作圖，圖3C是永磁體在電樞反應(yīng)助磁時的工作圖。
[0045]圖4是氣隙磁密Bδ與永磁體的剩磁密度之比Bs/Br隨永磁體在其充磁方向上的長度hm與所述氣隙的長度δ之比hm/S變化的關(guān)系曲線示意圖。
[0046]圖5是根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)實施例的電機驅(qū)動設(shè)備的示意圖。
【具體實施方式】
[0047]下面參考附圖2、4、5，詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的電機驅(qū)動設(shè)備的實施例。
[0048]本發(fā)明提出的多電機工作平臺外形上可以與圖2基本一致，但在電機設(shè)計上本發(fā)明采用飽和磁場的設(shè)計方法，具體來講就是把電機工作點選擇在永磁體的飽和區(qū)，如圖5所示的B點。
[0049]由于電機工作在飽和區(qū)，工作點即使有比較大的變化和偏離也并不會對電機的性能產(chǎn)生明顯的影響，這樣就可以很好的解決電機裝配、安裝誤差，工作、環(huán)境溫度變化等干擾因素對各臺電機性能的影響，當(dāng)把多臺同時工作的電機串聯(lián)在一起的時候，其工作性能就猶如一臺電機一樣。通過電機飽和工作點的選擇解決了多臺電機同時工作的解耦問題，而無需控制器再進(jìn)行解耦。這樣就可以很方便的采用多臺電機來驅(qū)動一個平臺，極大的提高平臺的驅(qū)動能力，而平臺的電氣結(jié)構(gòu)與采用一臺電機驅(qū)動的時候可以完全一樣。
[0050]不管是采用兩臺空芯圓柱電機還是更多臺電機(三、四、五、六…)，也不管電機與直線導(dǎo)軌之間的位置如何配置(可以是全部電機在直線導(dǎo)軌之間，也可以是全部電機在直線導(dǎo)軌之外，還可以有的電機在導(dǎo)軌之間，有的在導(dǎo)軌之外)，只要這些電機串聯(lián)在一起同時工作，采用飽和磁場設(shè)計原理來進(jìn)行解耦的，就在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。對于直線位移傳感器的安裝位置可以根據(jù)具體的實際應(yīng)用要求靈活配置，可以安裝在平臺的任何側(cè)面，也可以安裝在平臺的中間，還可以安裝在其他合適的任意位置，均不影響本發(fā)明的核心思想，并在本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
[0051]如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的電機驅(qū)動設(shè)備具有磁軸組件210。磁軸組件210可以固定在基座上。與圖1中的磁軸組件110類似，圖2的磁軸組件210也包括多個永磁體(圖2中沒有再用附圖標(biāo)記指示)。多個永磁體沿預(yù)定的磁軸延伸方向依次排列成一線。
[0052]根據(jù)本發(fā)明的電機驅(qū)動設(shè)備還具有至少兩個線圈組件220。每個線圈組件220分別與磁軸組件210構(gòu)成永磁直線電機。線圈組件220可以沿著磁軸延伸方向運動。線圈組件220與磁軸組件210之間有氣隙。
[0053]在本發(fā)明的上下文中，當(dāng)提到線圈組件與磁軸組件構(gòu)成永磁直線電機時，并不是說這個永磁直線電機只包括線圈組件和磁軸組件。
[0054]另外，在本說明書的上下文中，特別是附圖中，都是以無鐵芯圓柱直線電機為例進(jìn)行描述。然而本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，當(dāng)使用多個其它類型的永磁直線電機時同樣可能存在相同的技術(shù)問題，并且可以用相同的技術(shù)方案來加以解決。因此，本發(fā)明不限于線圈組件220與磁軸組件210構(gòu)成無鐵芯圓柱直線電機，而是可以構(gòu)成其它類型的永磁直線電機。當(dāng)構(gòu)成其它類型的永磁直線電機時，磁軸組件210和線圈組件220的結(jié)構(gòu)以及相對關(guān)系將與圖2所示有所不同。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白如何將本發(fā)明的技術(shù)方案應(yīng)用到這樣的永磁直線電機中。
[0055]如圖2所示，當(dāng)線圈組件220和磁軸組件210構(gòu)成無鐵芯圓柱直線電機時，線圈繞組220被設(shè)置為圍繞磁軸組件210。
[0056]在圖2所示實施例中，具有兩個磁軸組件210，每個磁軸組件210上設(shè)置有一個線圈組件220。
[0057]然而，本發(fā)明的電機驅(qū)動設(shè)備不限于此。磁軸組件210的數(shù)量不限于兩個，可以有更多個。每個磁軸組件210上設(shè)置的線圈組件220的數(shù)量也可以不限于一個，而是可以有多個，分別與該磁軸組件210構(gòu)成永磁直線電機,并沿著磁軸延伸方向運動。
[0058]另一方面，本發(fā)明的電機驅(qū)動設(shè)備也可以只包括一個磁軸組件210，而在這一個磁軸組件210上設(shè)置有多個，例如兩個線圈組件220。這兩個線圈繞組220與該磁軸組件210分別構(gòu)成永磁直線電機。這兩個永磁直線電機之間同樣可能存在發(fā)明【背景技術(shù)】部分中提到的問題。因此，對于這樣構(gòu)造的電機驅(qū)動設(shè)備，采用本發(fā)明的方案同樣是有優(yōu)勢的。
[0059]本發(fā)明的電機驅(qū)動設(shè)備還具有連接件250。連接件250連接這些線圈組件220。當(dāng)線圈組件220沿磁軸延伸方向運動時，連接件250將在這些運動中的線圈組件220的共同驅(qū)動下運動。當(dāng)多個線圈組件220朝同一個方向運動(或者具有同一個方向上的運動分量)時，對連接件250產(chǎn)生合 力，從而增大了對連接件250的驅(qū)動力。
[0060]圖2所示的電機驅(qū)動設(shè)備中，兩個磁軸組件210的磁軸延伸方向相互平行。兩個線圈組件220可以同步運行。這樣，連接件250可以是剛性的，始終保持兩個線圈組件220之間的相對位置關(guān)系。當(dāng)線圈組件220沿磁軸延伸方向運動時，連接件也沿相同的方向同步運動。
[0061]然而，本發(fā)明的電機驅(qū)動設(shè)備不限于此。兩個或多個磁軸組件210的磁軸延伸方向之間可以具有一夾角。在這種情況下，連接件250與線圈組件220之間可以是活動連接的，或者連接件250可以包括兩個活動連接的部分。當(dāng)兩個或多個線圈組件220沿著各自對應(yīng)的磁軸延伸方向運動時，連接件250也可以在這些線圈組件220的共同驅(qū)動下運動。
[0062]可以將最終期望驅(qū)動的對象(未示出)，例如定點操控設(shè)備，設(shè)置在連接件250上合適的位置，這樣就可以通過控制線圈組件220的運動來將期望驅(qū)動的對象驅(qū)動到目標(biāo)位置。
[0063]本發(fā)明的關(guān)鍵點在于,永磁體在其充磁方向上的長度hm與氣隙的長度δ的設(shè)定與現(xiàn)有技術(shù)不同。
[0064]在本發(fā)明中，永磁體的充磁方向可以選擇為與其所在磁軸的磁軸延伸方向相同。氣隙的長度方向可以與【背景技術(shù)】描述中提到的相同。
[0065]在根據(jù)本發(fā)明的電機驅(qū)動設(shè)備中，Ιι^/δ被設(shè)定在使氣隙磁密Bs與永磁體的剩磁密度之比BsZ^隨hm/ δ變化的關(guān)系曲線基本上平坦的飽和區(qū)，如圖4所示的B點處。
[0066]如上所述，當(dāng)在制造、裝配、工作等過程中，各直線電機的hm/ δ變得不一致時，由于處于飽和區(qū)中，變化的關(guān)系曲線較為平坦，所以Bs不會發(fā)生大的變化。這樣，多個直線電機的線圈組件220仍然可以同步運動以共同驅(qū)動連接件250。多個直線電機的性能差異不會太大，仍然可以按照設(shè)定一致同步地工作。
[0067]當(dāng)將hm/S設(shè)定在飽和區(qū)時，永磁體的充磁方向長度hm的值將變得較大。本發(fā)明通過采用比較多的永磁體用量，可以使得串聯(lián)結(jié)構(gòu)的多臺空芯圓柱直線電機同時具備空芯直線電機(動態(tài)響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡單、安裝容易)、鐵芯直線電機(大剛性、功率密度高，輸出力大)和音圈電機(運行平穩(wěn)、波動小、控制簡單容易)的優(yōu)點。
[0068]在一個實施例中，tv/δ可以設(shè)定在使變化的關(guān)系曲線的斜率小于tan2°的區(qū)域中。
[0069]更優(yōu)選地，hm/S可以設(shè)定在使變化的關(guān)系曲線的斜率小于tanl°的區(qū)域中。
[0070]另外，如前所述，對于不同的永磁體材料，圖4所示的曲線會有所不同。
[0071]永磁體可以由軟磁材料或稀土類磁性材料制成，hm/ δ例如可以設(shè)定為大于30。另外，針對不同的磁性材料，hm/ δ也可以設(shè)定在不同的數(shù)值范圍。
[0072]如上所述，通過將匕/6設(shè)定在變化的關(guān)系曲線的飽和區(qū)，可以使多個直線電機一致同步地工作，這樣連接件250的運動將更加平穩(wěn)可控。
[0073]在這種情況下，可以進(jìn)一步發(fā)展出一種在運動控制領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用前景的全新XY平臺，X運動方向采用兩臺以上(三、四、五、…)電機串聯(lián)驅(qū)動，Y方向采用一臺或者多臺(二、三、…)電機串聯(lián)驅(qū)動，多臺電機串聯(lián)的時候，電機的磁場工作點選擇在飽和區(qū)。
[0074]不管X方向是采用兩臺空芯圓柱電機還是更多臺電機(三、四、五、六…)，也不管電機與X導(dǎo)軌之間的位置如何`配置(可以是全部電機在X導(dǎo)軌之間，也可以是全部電機在X導(dǎo)軌之外，還可以有的電機在X導(dǎo)軌之間，有的在X導(dǎo)軌之外)，只要這些電機串聯(lián)在一起同時工作，采用飽和磁場設(shè)計原理來進(jìn)行解耦的，就在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。對于X直線位移傳感器的安裝位置可以根據(jù)具體的實際應(yīng)用要求靈活配置，可以安裝在X平臺的任何側(cè)面，也可以安裝在X平臺的中間，還可以安裝在其他合適的任意位置，均不影響本發(fā)明的核心思想和權(quán)利要求。
[0075]不管Y方向是采用一臺空芯圓柱電機(當(dāng)采用一臺電機驅(qū)動Y方向時并不要求必須采用飽和磁場設(shè)計，當(dāng)然可以采用飽和磁場設(shè)計)還是更多臺電機(二、三、四、五、六…)，也不管這多臺電機與Y導(dǎo)軌之間的位置如何配置(可以是全部電機在Y導(dǎo)軌之間，也可以是全部電機在Y導(dǎo)軌之外，還可以有的電機在Y導(dǎo)軌之間，有的在Y導(dǎo)軌之外)，只要這多臺電機串聯(lián)在一起同時工作，采用飽和磁場設(shè)計原理來進(jìn)行解耦的，就在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。對于Y直線位移傳感器的安裝位置可以根據(jù)具體的實際應(yīng)用要求靈活配置，可以安裝在Y平臺的任何側(cè)面，也可以安裝在Y平臺的中間，還可以安裝在其他合適的任意位置，均不影響本發(fā)明的核心思想，并且仍在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0076]圖5示意性地示出了作為上述XY平臺的一個示例的電機驅(qū)動設(shè)備。
[0077]下層X方向上的磁軸組件510、線圈組件520、直線位移傳感器530可以與圖2所示的磁軸組件210、線圈組件220、直線位移傳感器230相同或類似。
[0078]連接裝置550上設(shè)置了另一個永磁直線電機，包括沿Y方向延伸的磁軸組件560和設(shè)置在磁軸組件560上以便在Y方向上運動的線圈組件570。驅(qū)動對象(未示出)由線圈組件570帶動。[0079]圖5中，Y方向與X方向垂直。然而本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，磁軸組件560的磁軸延伸方向與磁軸組件510的磁軸延伸方向之間的夾角完全可以是其它角度。只要兩者不平行，就可以實現(xiàn)在二維平面上對驅(qū)動對象的自由運動及定位。
[0080]圖5中Y方向和X方向一樣，也平行于底座平面。然而，雖然圖中沒有示出，Y方向還可以垂直于底座平面(或成其它角度)。這樣可以實現(xiàn)在X方向和垂直于底座平面的Y方向(高度方向)上的自由運動和定位。
[0081]圖5中還不出了 X方向上的導(dǎo)軌540,和磁軸組件510 —樣設(shè)置在底座上。另外，還示出了 Y方向上的導(dǎo)軌580，和磁軸組件560 —樣設(shè)置在連接件550上。導(dǎo)軌540和導(dǎo)軌580都分別設(shè)置在磁軸組件510和磁軸組件560的外側(cè)，然而，這不是本發(fā)明所必須的。
[0082]另外，圖5中示出了 Y方向上提供一個永磁直線電機的情況。這種情況下，Y方向上的磁軸組件560的永磁體可以不必設(shè)定在圖4所示的平坦的飽和區(qū)中。 [0083]然而，Y方向上還可以設(shè)置多個永磁直線電機。這些永磁直線電機設(shè)置在由下層X方向上的線圈組件520帶動的連接件550上。設(shè)置方式可以與X方向上的永磁直線電機的設(shè)置方式相同。只是上下兩層的磁軸組件的磁軸延伸方向之間可以有一個夾角，優(yōu)選相互垂直。
[0084]這多個永磁直線電機的線圈組件560被另外的連接件(未示出)連接。此時可以將驅(qū)動對象(未示出)固定在連接多個Y方向線圈組件560的另外的連接件上。
[0085]當(dāng)在Y方向上設(shè)置多個永磁直線電機時，將同樣面臨上文中提到的問題。這樣，本發(fā)明的永磁體工作點設(shè)定方案對于Y方向上的多個永磁直線電機也將是有利的。也就是說，將Y方向上的磁軸組件560上的永磁體在其充磁方向上的長度V m與其氣隙的長度δ /之比h' π/δ'也設(shè)定在使其氣隙磁密B' 8與其永磁體的剩磁密度B' ^之比B' δ/B' J逭h' m/5 ,變化的關(guān)系曲線基本上平坦的飽和區(qū)中。
[0086]Y方向上永磁體的V m/5 /的優(yōu)選取值范圍可以與上文中參考圖2的描述中的優(yōu)選取值范圍相同。
[0087]這樣，Y方向上的多個線圈組件570也可以一致同步的運動。
[0088]上文中，以無鐵芯圓柱直線電機為例進(jìn)行了說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，本發(fā)明不限于無鐵芯圓柱直線電機。例如常用的空芯U型直線電機也可適用于本發(fā)明。在無鐵芯圓柱直線電機的情況下，線圈繞組被設(shè)置為圍繞磁軸組件。而在空芯U型直線電機情況下，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，磁鐵組件和線圈組件要做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，并且線圈組件位于磁鐵組件之間。不管是無鐵芯圓柱直線電機還是空芯U型直線電機，或者其它類型的直線電機，只要采用飽和磁場設(shè)計方法設(shè)計，兩個以上串聯(lián)直接工作就在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
[0089]至此，已參考附圖描述了根據(jù)本發(fā)明的各個實施例的電機驅(qū)動設(shè)備。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，還可以對這些實施例做出各種修改和變更，這些修改和變更同樣在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍不受說明書中描述的具體細(xì)節(jié)的限制，而是由所附權(quán)利要求書限定。
【權(quán)利要求】
1.一種電機驅(qū)動設(shè)備,包括: 磁軸組件，包括多個永磁體，所述多個永磁體沿預(yù)定的磁軸延伸方向依次排列； 至少兩個線圈組件，分別與所述磁軸組件構(gòu)成永磁直線電機，其中所述線圈組件與所述磁軸組件之間有氣隙； 連接件，連接所述至少兩個線圈組件，從而被所述至少兩個線圈組件共同驅(qū)動， 其特征在于， 所述永磁體在其充磁方向上的長度hm與所述氣隙的長度δ之Khm/5被設(shè)定在使氣隙磁密Bs與永磁體的剩磁密度之比Bs隨hm/ δ變化的關(guān)系曲線基本上平坦的飽和區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電機驅(qū)動設(shè)備，其特征在于，hffl/5被設(shè)定在使^/^隨匕/^變化的關(guān)系曲線的斜率小于tan2°的區(qū)域中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電機驅(qū)動設(shè)備，其特征在于，hm/S被設(shè)定在使^/^隨匕/^變化的關(guān)系曲線的斜率小于tanl°的區(qū)域中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電機驅(qū)動設(shè)備，其特征在于， 所述永磁體是由軟磁材料或稀土類磁性材料制成的，hm/ δ被設(shè)定為大于30。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的電機驅(qū)動設(shè)備，其特征在于，該電機驅(qū)動設(shè)備包括至少兩個所述磁軸組件，每個磁軸組件分別與至少一個所述線圈組件構(gòu)成永磁直線電機。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電機驅(qū)動設(shè)備，其特征在于，所述至少兩個磁軸組件的磁軸延伸方向相互平行，且均平行于第一方向。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電機驅(qū)動設(shè)備，其特征在于，所述連接件包括至少一個另外的永磁直線電機，所述另外的永磁直線電機的磁軸組件的磁軸延伸方向與所述第一方向垂直。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電機驅(qū)動設(shè)備，其特征在于， 所述連接件包括至少兩個所述另外的永磁直線電機， 所述至少兩個另外的永磁直線電機的線圈組件被另外的連接件連接， 所述至少兩個另外的永磁直線電機的磁軸組件上的永磁體在其充磁方向上的長度h' 111與其氣隙的長度δ'之比h' π/δ'被設(shè)定在使其氣隙磁密B' s與其永磁體的剩磁密度B' ^之比Kr隨h' m/S '變化的關(guān)系曲線基本上平坦的飽和區(qū)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的電機驅(qū)動設(shè)備，其特征在于，所述永磁體的充磁方向與所述磁軸延伸方向相同，所述氣隙的長度為所述線圈組件與所述磁軸組件之間的距離。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任何一項的電機驅(qū)動設(shè)備，其特征在于，所述永磁直線電機和所述另外的永磁直線電機是無鐵芯圓柱直線電機或空芯U型直線電機。
【文檔編號】H02K41/02GK103701294SQ201310671558
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】肖俊東 申請人:肖俊東