直線電機(jī)及電機(jī)平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種直線電機(jī)及電機(jī)平臺(tái)。直線電機(jī)的磁鐵陣列設(shè)置在定子上，線圈設(shè)置在動(dòng)子上。磁鐵陣列中的多個(gè)磁鐵的極性在X方向上相同，而在Y方向上交替變化。動(dòng)子沿X方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁鐵陣列基本上不對(duì)線圈施加作用力，而當(dāng)在線圈中通電時(shí)，磁鐵陣列對(duì)線圈產(chǎn)生Y方向上的作用力。電機(jī)平臺(tái)中，使用上述直線電機(jī)作為Y方向電機(jī)組件。Y方向電機(jī)組件通過其動(dòng)子施加的驅(qū)動(dòng)力大致經(jīng)過其驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)心。X方向電機(jī)組件通過其動(dòng)子施加的驅(qū)動(dòng)力經(jīng)過其驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)心變化范圍。由此，使得能夠容易地將兩個(gè)方向的驅(qū)動(dòng)力設(shè)置為經(jīng)過或大致經(jīng)過驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)心，從而減小附加力矩的不利影響。
【專利說明】直線電機(jī)及電機(jī)平臺(tái)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種直線電機(jī)及電機(jī)平臺(tái)。

【背景技術(shù)】
[0002]在用力驅(qū)動(dòng)物體時(shí)，驅(qū)動(dòng)力方向能夠?qū)?zhǔn)被驅(qū)動(dòng)物的質(zhì)心是比較好的。
[0003]如圖1A所示，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力F正好經(jīng)過質(zhì)心C時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠，驅(qū)動(dòng)力F也不會(huì)產(chǎn)生附加的轉(zhuǎn)矩。
[0004]反之，如圖1B所示，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力F的方向與物體的質(zhì)心C有比較大的偏差時(shí)，驅(qū)動(dòng)力F相對(duì)物體質(zhì)心C會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加轉(zhuǎn)矩M,影響物體運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和可靠性，并且使得物體承受附加的力矩作用。
[0005]在X-Y電機(jī)平臺(tái)的工作過程中也同樣會(huì)存在這個(gè)問題。
[0006]在電機(jī)平臺(tái)(例如X-Y-Theta平臺(tái))的設(shè)計(jì)中，期望盡可能把X方向(第一方向)的電機(jī)布置在使得X電機(jī)驅(qū)動(dòng)力方向與X方向運(yùn)動(dòng)質(zhì)心大致一致的位置，同樣要把Y方向的電機(jī)布置在使得Y電機(jī)驅(qū)動(dòng)力方向與Y方向運(yùn)動(dòng)質(zhì)心一致的位置。但是在實(shí)際的X-Y-Theta平臺(tái)的設(shè)計(jì)中，由于電機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式,平臺(tái)的設(shè)計(jì)安裝空間等各方面的限制，使得驅(qū)動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)質(zhì)心一致或者盡可能一致的要求難以得到滿足。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是使得電機(jī)平臺(tái)中的電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力與其所驅(qū)動(dòng)的對(duì)象的質(zhì)心一致或者盡可能一致。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種直線電機(jī)，包括定子和動(dòng)子，定子和動(dòng)子中的一個(gè)上設(shè)置有線圈，另一個(gè)上設(shè)置有磁鐵陣列。定子和動(dòng)子被設(shè)置為使得動(dòng)子能夠沿第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)運(yùn)動(dòng)，磁鐵陣列的作用表面的法線方向?yàn)榈谌较?Z方向)，第一方向、第二方向以及第三方向彼此垂直，并且線圈和磁鐵陣列被設(shè)置為使得當(dāng)動(dòng)子沿第一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)磁鐵陣列基本上不對(duì)線圈施加作用力，而當(dāng)在線圈中通電時(shí)，磁鐵陣列對(duì)線圈產(chǎn)生第二方向上的作用力。
[0009]優(yōu)選地，磁鐵陣列設(shè)置在定子上，線圈設(shè)置在動(dòng)子上，磁鐵陣列中的多個(gè)磁鐵的極性在第一方向上相同，而在第二方向上交替變化。
[0010]優(yōu)選地，磁鐵陣列中的每個(gè)磁鐵的作用表面為矩形，其較長的一邊沿第一方向設(shè)置，其較短的一邊沿第二方向設(shè)置，在第一方向上設(shè)置有一組或多組磁鐵，在第二方向上設(shè)置有多組磁鐵，從而形成磁鐵陣列。
[0011]優(yōu)選地，定子上設(shè)置有兩組磁鐵陣列，兩組磁鐵陣列設(shè)置在定子的線圈兩側(cè)，兩組磁鐵陣列中在第三方向上相面對(duì)的磁鐵的極性相反。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種電機(jī)平臺(tái)，包括:第一方向電機(jī)組件，驅(qū)動(dòng)其動(dòng)子在第一方向上運(yùn)動(dòng)；以及第二方向電機(jī)組件，驅(qū)動(dòng)其動(dòng)子在第二方向上運(yùn)動(dòng)，第一方向與第二方向彼此垂直，第二方向電機(jī)組件是根據(jù)本發(fā)明的直線電機(jī)，第二方向電機(jī)組件的動(dòng)子被設(shè)置為能夠在第一方向電機(jī)組件的動(dòng)子的驅(qū)動(dòng)下在第一方向上運(yùn)動(dòng)。
[0013]優(yōu)選地，第二方向電機(jī)組件通過其動(dòng)子施加的驅(qū)動(dòng)力大致經(jīng)過其驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)心，第一方向電機(jī)組件通過其動(dòng)子施加的驅(qū)動(dòng)力經(jīng)過其驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)心變化范圍。
[0014]優(yōu)選地,第一方向電機(jī)組件包括沿第一方向設(shè)置的兩個(gè)空芯圓柱直線電機(jī)，第一方向電機(jī)組件的動(dòng)子設(shè)置在兩個(gè)空芯圓柱直線電機(jī)之間。
[0015]優(yōu)選地，一個(gè)空芯圓柱直線電機(jī)的軸線高度高于第一方向電機(jī)組件的動(dòng)子的驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)心高度，另一個(gè)空芯圓柱直線電機(jī)的軸線高度低于驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)心高度，使得兩個(gè)空芯圓柱直線電機(jī)所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力的等效合力的高度與驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)心高度大致相同。
[0016]優(yōu)選地，還包括:旋轉(zhuǎn)電機(jī)，設(shè)置在第二方向電機(jī)組件的動(dòng)子上，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的具有中空筒狀結(jié)構(gòu)，其定子上設(shè)置有線圈組件，其轉(zhuǎn)子上設(shè)置有磁鐵組件。
[0017]優(yōu)選地，還包括:第一方向直線位移傳感器，其讀頭設(shè)置在底座上，其刻度尺設(shè)置在第一方向電機(jī)組件的動(dòng)子上；第二方向直線位移傳感器，其讀頭設(shè)置在第一方向電機(jī)組件的動(dòng)子上，其刻度尺設(shè)置在第二方向電機(jī)組件的動(dòng)子上。轉(zhuǎn)角位移傳感器，其讀頭設(shè)置在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子上，其刻度尺設(shè)置在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的外圓周上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1A和圖1B分別是驅(qū)動(dòng)力方向經(jīng)過驅(qū)動(dòng)對(duì)象質(zhì)心和不經(jīng)過驅(qū)動(dòng)對(duì)象質(zhì)心的情況下的示意圖。
[0019]圖2示出了 Y方向電機(jī)組件可以使用的磁鐵組件的示例。
[0020]圖3A和3B分別是常規(guī)U型空芯直線電機(jī)的示意立體圖和示意側(cè)視圖。
[0021]圖4A和4B分別示出了沿圖3B中A-A線和B-B線的剖面圖。
[0022]圖5示出了一種新型U型空芯直線電機(jī)的示意圖。
[0023]圖6A-6C示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的U型空芯直線電機(jī)的磁鐵陣列的磁鐵極性的設(shè)置。
[0024]圖7示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)平臺(tái)的示例。
[0025]圖8A示意性地示出了旋轉(zhuǎn)電機(jī)的剖開斜視圖，圖SB示出了旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿徑面剖開的剖面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)平臺(tái)包括X方向(第一方向)電機(jī)組件和Y方向(第二方向)電機(jī)組件，分別驅(qū)動(dòng)其各自的動(dòng)子在X方向和Y方向上運(yùn)動(dòng)。X方向與Y方向彼此垂直。
[0028]對(duì)于Y方向電機(jī)組件而言，優(yōu)選使通過其動(dòng)子施加的驅(qū)動(dòng)力大致經(jīng)過其驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)心。相對(duì)于Y方向電機(jī)組件而言，其驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)心在X方向上一般是不變的，只在Y方向電機(jī)組件的驅(qū)動(dòng)下在Y方向上移動(dòng)。
[0029]而對(duì)于X方向電機(jī)組件而言，則不然。因?yàn)閄方向電機(jī)組件需要驅(qū)動(dòng)Y方向電機(jī)組件的至少部分在X方向上運(yùn)動(dòng)，而Y方向電機(jī)組件的至少動(dòng)子還會(huì)在Y方向上運(yùn)動(dòng)。這樣，X方向電機(jī)組件的驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)心會(huì)在Y方向上一定的質(zhì)心變化范圍內(nèi)移動(dòng)。
[0030]這樣，需要使X方向電機(jī)組件通過其動(dòng)子施加的驅(qū)動(dòng)力經(jīng)過其驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)心變化范圍。例如，驅(qū)動(dòng)力可以經(jīng)過質(zhì)心變化范圍的中間部分，或者經(jīng)過質(zhì)心變化范圍中其它特定的位置處(例如統(tǒng)計(jì)上質(zhì)心位于該位置處的概率最大或較大的位置)。這樣也可以減小附加力矩所產(chǎn)生的影響。
[0031]另一方面，減小Y方向上運(yùn)動(dòng)的部分的質(zhì)量也可以縮小X方向電機(jī)組件的驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)心變化范圍。這樣也進(jìn)一步有助于減小附加力矩所產(chǎn)生的影響。
[0032]X方向電機(jī)組件可以采用任意數(shù)量和類型的電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。在優(yōu)選實(shí)施例中，X方向電機(jī)組件可以包括沿X方向設(shè)置的兩個(gè)空芯圓柱直線電機(jī)，X方向電機(jī)組件的動(dòng)子設(shè)置在兩個(gè)空芯圓柱直線電機(jī)之間。
[0033]兩個(gè)直線電機(jī)的合力被設(shè)置為經(jīng)過驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)心變化范圍。
[0034]在這里，“合力”可以理解為與其幾個(gè)分力共同作用時(shí)相比，產(chǎn)生相同效果的力。這里所講的相同效果包括相對(duì)于任意參考點(diǎn)的力矩相同，即考慮到各個(gè)力的施力點(diǎn)的位置，根據(jù)力矩關(guān)系，給出了合力的等效施力點(diǎn)位置，各個(gè)分力相對(duì)于合力等效施力點(diǎn)的力矩之和為零。這里提到“合力的位置”是指合力等效施力點(diǎn)的位置。
[0035]當(dāng)在一般情況下兩個(gè)直線電機(jī)產(chǎn)生相同大小且相同方向的驅(qū)動(dòng)力時(shí)，合力點(diǎn)在兩個(gè)直線電機(jī)之間的中心位置。在這種情況下，只需要將X方向電機(jī)組件的驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)心設(shè)置在兩個(gè)直線電機(jī)之間的中心位置附近即可，或者將驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)心變化范圍設(shè)置為包括該中心位置。
[0036]由于X方向的運(yùn)動(dòng)質(zhì)心一般難以與兩個(gè)空芯圓柱直線電機(jī)的軸心同高，所以優(yōu)選兩個(gè)空芯圓柱直線電機(jī)一高(優(yōu)選遠(yuǎn)離Y方向電機(jī)組件的空芯圓柱直線電機(jī)的軸心高些)一低(優(yōu)選靠近Y方向電機(jī)組件的空芯圓柱直線電機(jī)的軸心低些)的配置，兩個(gè)軸心的連線中點(diǎn)(或者兩個(gè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力的合力方向)與X運(yùn)動(dòng)質(zhì)心等高，使得兩個(gè)空芯圓柱直線電機(jī)所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力的等效合力的高度與驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)心高度大致相同。特別的情況，也可以把兩個(gè)空芯圓柱直線電機(jī)的軸心與X方向運(yùn)動(dòng)質(zhì)心設(shè)計(jì)成等高。
[0037]為了減小X方向電機(jī)組件的驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)量，可以采用新穎的Y方向電機(jī)組件。Y方向電機(jī)組件的定子(下面簡稱為“Y方向定子”)可以不必設(shè)置在X方向電機(jī)組件的動(dòng)子(下面簡稱為“X方向動(dòng)子”)上。而Y方向電機(jī)組件的動(dòng)子(下面簡稱為“Y方向動(dòng)子”)隨X方向動(dòng)子在X方向上運(yùn)動(dòng)。
[0038]換言之，Y方向動(dòng)子隨X方向動(dòng)子在X方向上運(yùn)動(dòng)，而在Y方向電機(jī)組件的驅(qū)動(dòng)下在Y方向運(yùn)動(dòng)。
[0039]Y方向動(dòng)子和Y方向定子上分別設(shè)置有線圈和磁鐵陣列。線圈和磁鐵陣列被設(shè)置為使得當(dāng)Y方向動(dòng)子沿X方向運(yùn)動(dòng)時(shí)磁鐵陣列基本上不對(duì)線圈施加作用力，而當(dāng)在線圈中通電時(shí)，磁鐵陣列對(duì)線圈產(chǎn)生Y方向上的作用力。
[0040]由于磁鐵組件一般質(zhì)量較大，優(yōu)選地，可以將磁鐵組件設(shè)置在Y方向定子上，而將線圈設(shè)置在Y方向動(dòng)子上。然而，也可以將磁鐵組件設(shè)置在Y方向動(dòng)子上，而將線圈設(shè)置在Y方向定子上。
[0041 ] 圖2示出了 Y方向電機(jī)組件可以使用的磁鐵組件的示例。
[0042]在X方向上設(shè)置有一組或多組磁鐵，在Y方向上設(shè)置有多組磁鐵，從而形成磁鐵陣列。
[0043]磁鐵陣列中的每個(gè)磁鐵的上表面(面對(duì)線圈的表面，可以稱為“作用表面”)為矩形，其較長的一邊沿X方向設(shè)置，其較短的一邊沿Y方向設(shè)置。這樣在X方向上可以使用較少數(shù)量的磁鐵。
[0044]如圖2所示，磁鐵陣列中的多個(gè)磁鐵的極性在X方向上相同，而在Y方向上交替變化。圖2中，第一行的3個(gè)磁鐵的作用表面都是S極，第二行的3個(gè)磁鐵的上表面都是N極，如此交替。
[0045]定子上也可以設(shè)置有相面對(duì)的兩組磁鐵陣列，兩組磁鐵陣列設(shè)置在定子的線圈兩偵U。兩組磁鐵陣列中在Z方向上相面對(duì)的磁鐵的極性相反。
[0046]圖5示出了一種新型U型空芯直線電機(jī)的示意圖。圖5所示U型空芯直線電機(jī)正是上面所提到的設(shè)置有相面對(duì)的兩組磁鐵陣列的電機(jī)組件。該U型空芯直線電機(jī)具有解耦(decouple)結(jié)構(gòu)。
[0047]圖3A和3B分別是常規(guī)U型空芯直線電機(jī)的示意立體圖和示意側(cè)視圖。
[0048]如圖3A和3B所示，磁鐵組件300內(nèi)側(cè)設(shè)置有槽，兩組磁鐵陣列310、320相面對(duì)地設(shè)置槽在兩側(cè)，中間留有空間，以使得線圈組件330能夠在其間運(yùn)動(dòng)。線圈組件330只能在一個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)。
[0049]圖4A和4B分別示出了沿圖3B中A-A線和B-B線的剖面圖，其中示出了兩組磁鐵陣列310、320的相對(duì)表面處的極性布置。
[0050]如圖4A所示，磁鐵陣列310的磁鐵表面處極性為(從左到右)N、S、N、......、S，磁鐵陣列320的磁鐵表面處極性為(從左到右)S、N、S、……、N。每一個(gè)磁鐵陣列中的磁鐵表面處極性交替變化。兩組磁鐵陣列中相面對(duì)的磁鐵的表面處極性相反。
[0051]圖5所示根據(jù)本發(fā)明的U型空芯直線電機(jī)。
[0052]如圖5所示，定子500上設(shè)置有兩組磁鐵陣列510、520。兩組磁鐵陣列510、520設(shè)置在線圈組件(動(dòng)子)530上設(shè)置的線圈兩側(cè)。
[0053]兩組磁鐵陣列510、520中在Z方向上相面對(duì)的磁鐵的極性相反。這樣，兩側(cè)的磁鐵陣列510、520能夠?qū)€圈產(chǎn)生相同方向上的作用力。
[0054]圖6A-6C示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的U型空芯直線電機(jī)的磁鐵陣列510、520的磁鐵極性(即兩個(gè)磁鐵陣列相對(duì)的表面，也即對(duì)線圈產(chǎn)生作用的作用表面)的設(shè)置。
[0055]其中圖6B是圖5所示U型空芯直線電機(jī)的示意性頂視圖。圖6A是假設(shè)沿圖6B中C-C線剖開后向上翻開的剖視圖。圖6C是假設(shè)沿圖6B中D-D線剖開后向下翻開的剖視圖。
[0056]如圖6A和6C所不,磁鐵陣列510、520中各磁鐵的幾何尺寸可以是一樣的，只是充磁方向不一樣。每一行具有相同極性的三條磁鐵。然而本發(fā)明不限于一行三條磁鐵，可以是一條長磁鐵，也可以是任何其它數(shù)量的磁鐵。
[0057]從上到下看，每一列的磁性交替變化。沿Y方向看，磁鐵陣列510的磁鐵表面處極性依次為(圖中從上到下)S、N、S、……、N，相應(yīng)地，磁鐵陣列520的磁鐵表面處極性依次為(圖中從下到上)N、S、N、……、S。每一個(gè)磁鐵陣列中的磁鐵表面處極性交替變化。而兩組磁鐵陣列中相面對(duì)的磁鐵的表面處極性相反。
[0058]圖6A和圖6C所示只是磁鐵極性設(shè)置的示例，兩個(gè)剖面的極性設(shè)置也可以互換，而不影響電機(jī)的性能。
[0059]當(dāng)線圈組件530在X方向的兩個(gè)空芯圓柱直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過線圈組件的磁通量基本上沒有變化(各磁鐵的幾何尺寸誤差和充磁誤差可以忽略不計(jì)時(shí))，因此，不管線圈組件是否通電，其在X方向均不能產(chǎn)生輸出力，也就是說線圈組件只能隨著X方向運(yùn)動(dòng)，不會(huì)干擾和影響X方向的運(yùn)動(dòng)。但當(dāng)線圈組件通電時(shí)，這時(shí)候的Decouple結(jié)構(gòu)U型空芯直線電機(jī)實(shí)際上就是一個(gè)普通的U型空芯直線電機(jī),產(chǎn)生Y方向的輸出和運(yùn)動(dòng)。
[0060]Y方向電機(jī)組件采用這種特殊的解耦結(jié)構(gòu)，巧妙地把Y方向電機(jī)組件的磁鐵置于X方向的運(yùn)動(dòng)之外，使得X方向的電機(jī)不用驅(qū)動(dòng)非常笨重的Y方向電機(jī)的磁鐵組件，極大地提高了 X-Y平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)能力和動(dòng)態(tài)性能。并且采用這種解耦結(jié)構(gòu)可以非常方便地布置Y方向驅(qū)動(dòng)力的方向，使其很容易對(duì)準(zhǔn)或者盡可能對(duì)準(zhǔn)Y方向運(yùn)動(dòng)的重心。
[0061]下面參考附圖7描述根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)平臺(tái)的示例。其中，X方向電機(jī)組件使用兩個(gè)空芯圓柱直線電機(jī)，而Y方向電機(jī)組件使用如圖5所示的U型空芯直線電機(jī)。
[0062]圖7所示的電機(jī)平臺(tái)大致上可以分為三個(gè)組件，X方向電機(jī)組件100、Y方向電機(jī)組件200、旋轉(zhuǎn)電機(jī)400。
[0063]X方向電機(jī)組件100包括設(shè)置在底座150上的兩個(gè)空芯圓柱直線電機(jī)110、X方向?qū)к?20和X板130。X板(X方向電機(jī)組件的動(dòng)子)130搭在X方向?qū)к?20上，并且設(shè)置在兩個(gè)空芯圓柱直線電機(jī)120之間。另外，還包括X方向直線位移傳感器140，其讀頭設(shè)置在底座上，其刻度尺設(shè)置在X方向電機(jī)組件的動(dòng)子上。
[0064]Y方向電機(jī)組件200包括定子210、線圈組件215、Y板230、Y方向?qū)к?20。定子210獨(dú)立于X方向電機(jī)組件的動(dòng)子部分而設(shè)置。線圈組件215與Y板230固定連接，形成Y方向動(dòng)子。Y方向?qū)к?20設(shè)置在X板上，Y板230搭在Y方向?qū)к?20上。另外，還包括Y方向直線位移傳感器240，其讀頭設(shè)置在X板130 (即X方向電機(jī)組件的動(dòng)子)上，其刻度尺設(shè)置在Y板(即Y方向電機(jī)組件的動(dòng)子)上。Y方向電機(jī)組件200可以是圖5所示U型空芯直線電機(jī)。
[0065]旋轉(zhuǎn)電機(jī)400設(shè)置在Y板230上。旋轉(zhuǎn)電機(jī)400上設(shè)置有轉(zhuǎn)角位移傳感器440，其讀頭設(shè)置在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子上，其刻度尺設(shè)置在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的外圓周上。下面將參考圖8Α和8Β詳細(xì)描述旋轉(zhuǎn)電機(jī)400的示例。
[0066]X方向電機(jī)組件100的所要驅(qū)動(dòng)的工件(驅(qū)動(dòng)對(duì)象)包括兩個(gè)空芯圓柱直線電機(jī)110的線圈組件、X板130及其附屬工件(例如線纜的固定連結(jié)件、搭在X方向?qū)к?20上的滑塊等)、x方向直線位移傳感器的刻度尺、Y方向?qū)к?20、Y方向電機(jī)的線圈組件215、Y板230及其附屬工件(例如線纜的固定連結(jié)件、搭在Y方向?qū)к壣系幕瑝K等)、Y方向直線位移傳感器240的讀頭和刻度尺、以及旋轉(zhuǎn)電機(jī)400。
[0067]Y板230及其附屬工件、Y方向直線位移傳感器240的刻度尺以及旋轉(zhuǎn)電機(jī)400會(huì)在Y方向電機(jī)組件的驅(qū)動(dòng)下，在Y方向上移動(dòng)。因此，X方向電機(jī)組件100的驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)心有一定的變化范圍。
[0068]通過設(shè)計(jì)兩個(gè)空芯圓柱直線電機(jī)110、X板130的相對(duì)位置，可以將兩個(gè)空芯圓柱直線電機(jī)110所產(chǎn)生的合力的方向設(shè)置為經(jīng)過該質(zhì)心變化范圍。優(yōu)選地，例如可以經(jīng)過質(zhì)心變化范圍的中間部分，或者可以經(jīng)過在該質(zhì)心變化范圍中成為質(zhì)心的概率較大的部分。
[0069]靠近Y方向電機(jī)組件200的定子210的空芯圓柱直線電機(jī)110設(shè)置得較低(方便Y板230和Y方向線圈組件215運(yùn)動(dòng))，而遠(yuǎn)離Y方向電機(jī)組件200的定子210的空芯圓柱直線電機(jī)110設(shè)置得較高。這樣可以使得兩個(gè)空芯圓柱直線電機(jī)110的合力的高度大致上與質(zhì)心的高度相同(質(zhì)心高度一般變化不大)。
[0070]Y方向電機(jī)組件200的所要驅(qū)動(dòng)的工件(驅(qū)動(dòng)對(duì)象)包括Y方向電機(jī)的線圈組件215、Y板230及其附屬工件(例如線纜的固定連結(jié)件、搭在Y方向?qū)к壣系幕瑝K等)、Y方向直線位移傳感器240的刻度尺、以及旋轉(zhuǎn)電機(jī)400。
[0071]Y板230上與線圈組件215固定連接的部分在Z方向上是凸起的，使得線圈215的高度(以及Y方向電機(jī)組件的驅(qū)動(dòng)力的高度)與Y方向電機(jī)組件的驅(qū)動(dòng)對(duì)象的高度大致相同。另外，可以進(jìn)一步設(shè)置線圈組件215相對(duì)于其驅(qū)動(dòng)對(duì)象在X方向上的相對(duì)位置關(guān)系，以使Y方向電機(jī)組件200施加的驅(qū)動(dòng)力大致經(jīng)過其驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)心。
[0072]圖8A示意性地示出了旋轉(zhuǎn)電機(jī)的剖開斜視圖，圖SB示出了旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿徑面剖開的剖面圖。
[0073]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中所使用的旋轉(zhuǎn)電機(jī)是大中空的DDR (直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn))電機(jī)，具有中空筒狀結(jié)構(gòu)。底座810上設(shè)置有固定的圓環(huán)狀線圈組件(定子)和線圈組件內(nèi)側(cè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的圓環(huán)狀磁鐵組件(轉(zhuǎn)子)。線圈組件包括鐵芯820和線圈830。磁鐵組件上設(shè)置有磁鐵840。
[0074]線圈組件和磁鐵組件直接有角接觸球軸承或交叉滾子軸承850。
[0075]線圈組件上方設(shè)置有角度編碼器讀頭860。磁鐵組件上方圓環(huán)部件的外圓周上設(shè)置有角度編碼器刻度尺870。角度編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)尺870可以是光柵尺或磁柵尺。
[0076]所有的位置傳感器(直線或者轉(zhuǎn)角位移傳感器)，不論是采用光電編碼器還是磁性編碼器，都采用編碼器讀頭固定，編碼器刻度尺(光柵尺或者磁柵尺)運(yùn)動(dòng)，這樣有利于減小傳感器線纜的運(yùn)動(dòng)對(duì)平臺(tái)性能的影響和對(duì)傳感器輸出信號(hào)的影響。
[0077]采用本發(fā)明的方案設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的樣機(jī)性能指標(biāo)如下:X方向分辨率為lum，X方向運(yùn)動(dòng)精度為土5um，加速度為6G (G為重力加速度)，X方向最大運(yùn)動(dòng)速度為1.5m/s,X方向動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間為IOms ;Y方向分辨率為lum，Y方向運(yùn)動(dòng)精度為±5um，加速度為8G(G為重力加速度)，Y方向最大運(yùn)動(dòng)速度為2m/s，Y方向動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間為IOms ;Theta的分辨率為20000?6000000counts/rev，Theta方向DDR電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩將近lOONm，Theta方向動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間為10ms, Theta方向最大轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為3000rev/min(不同分辨率最大轉(zhuǎn)動(dòng)速度不一樣)。
[0078]至此，已詳細(xì)描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例。然而本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，本發(fā)明不限于上面提到的細(xì)節(jié)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求書限定。
【權(quán)利要求】
1.一種直線電機(jī)，包括定子和動(dòng)子，所述定子和所述動(dòng)子中的一個(gè)上設(shè)置有線圈，另一個(gè)上設(shè)置有磁鐵陣列， 其特征在于， 所述定子和所述動(dòng)子被設(shè)置為使得所述動(dòng)子能夠沿第一方向和第二方向運(yùn)動(dòng)， 所述磁鐵陣列的作用表面的法線方向?yàn)榈谌较颍? 所述第一方向、所述第二方向以及所述第三方向彼此垂直，并且所述線圈和所述磁鐵陣列被設(shè)置為使得當(dāng)所述動(dòng)子沿所述第一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)所述磁鐵陣列基本上不對(duì)所述線圈施加作用力，而當(dāng)在線圈中通電時(shí)，所述磁鐵陣列對(duì)所述線圈產(chǎn)生所述第二方向上的作用力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的直線電機(jī)，其特征在于， 所述磁鐵陣列設(shè)置在所述定子上，所述線圈設(shè)置在所述動(dòng)子上， 所述磁鐵陣列中的多個(gè)磁鐵的極性在所述第一方向上相同，而在所述第二方向上交替變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的直線電機(jī)，其特征在于， 所述磁鐵陣列中的每個(gè)磁鐵的作用表面為矩形，其較長的一邊沿所述第一方向設(shè)置，其較短的一邊沿所述 第二方向設(shè)置， 在所述第一方向上設(shè)置有一組或多組磁鐵，在所述第二方向上設(shè)置有多組磁鐵，從而形成所述磁鐵陣列。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的直線電機(jī)，其特征在于， 所述定子上設(shè)置有兩組磁鐵陣列，所述兩組磁鐵陣列設(shè)置在所述動(dòng)子上設(shè)置的線圈兩偵U， 所述兩組磁鐵陣列中在所述第三方向上相面對(duì)的磁鐵的極性相反。
5.一種電機(jī)平臺(tái)，包括: 第一方向電機(jī)組件，驅(qū)動(dòng)其動(dòng)子在第一方向上運(yùn)動(dòng)；以及 第二方向電機(jī)組件，驅(qū)動(dòng)其動(dòng)子在第二方向上運(yùn)動(dòng)，所述第一方向與所述第二方向彼此垂直， 其特征在于， 所述第二方向電機(jī)組件是根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)的直線電機(jī)， 所述第二方向電機(jī)組件的動(dòng)子被設(shè)置為能夠在所述第一方向電機(jī)組件的動(dòng)子的驅(qū)動(dòng)下在所述第一方向上運(yùn)動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電機(jī)平臺(tái)，其特征在于， 所述第二方向電機(jī)組件通過其動(dòng)子施加的驅(qū)動(dòng)力大致經(jīng)過其驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)心， 所述第一方向電機(jī)組件通過其動(dòng)子施加的驅(qū)動(dòng)力經(jīng)過其驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)心變化范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的電機(jī)平臺(tái)，其特征在于， 所述第一方向電機(jī)組件包括沿所述第一方向設(shè)置的兩個(gè)空芯圓柱直線電機(jī)， 所述第一方向電機(jī)組件的動(dòng)子設(shè)置在所述兩個(gè)空芯圓柱直線電機(jī)之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電機(jī)平臺(tái)，其特征在于， 一個(gè)空芯圓柱直線電機(jī)的軸線高度高于所述第一方向電機(jī)組件的動(dòng)子的驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)心高度，另一個(gè)空芯圓柱直線電機(jī)的軸線高度低于所述驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)心高度，使得所述兩個(gè)空芯圓柱直線電機(jī)所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力的等效合力的高度與所述驅(qū)動(dòng)對(duì)象的質(zhì)心高度大致相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的電機(jī)平臺(tái)，其特征在于，還包括: 旋轉(zhuǎn)電機(jī)，設(shè)置在所述第二方向電機(jī)組件的動(dòng)子上，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)的具有中空筒狀結(jié)構(gòu)，其定子上設(shè)置有線圈組件，其轉(zhuǎn)子上設(shè)置有磁鐵組件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的電機(jī)平臺(tái)，其特征在于，還包括: 第一方向直線位移傳感器，其讀頭設(shè)置在底座上，其刻度尺設(shè)置在所述第一方向電機(jī)組件的動(dòng)子上； 第二方向直線位移傳感器，其讀頭設(shè)置在所述第一方向電機(jī)組件的動(dòng)子上，其刻度尺設(shè)置在所述第二方向電機(jī)組件的動(dòng)子上；以及 轉(zhuǎn)角位移傳感器，其讀頭設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子上，其刻度尺設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的外圓 周上。
【文檔編號(hào)】H02K41/02GK104052233SQ201410187117
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年5月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月5日
【發(fā)明者】肖俊東 申請(qǐng)人:肖俊東