1.一种多相嵌套绕组式永磁同步平面电机,包括永磁励磁部分和正交嵌套式的电枢绕组部分,两者均为平板式结构,永磁励磁部分和电枢绕组部分叠加后留有气隙;其特征在于:永磁励磁部分包括N极励磁模块和S极励磁模块组合而成的二维永磁体阵列和轭部,所述二维永磁体阵列由N极励磁模块和S极励磁模块组合而成,两者均为尺寸相同的矩形体结构,横截面均为边长为τp的方形,两者侧面向重合,沿边部交替放置,N极励磁模块四个侧面相邻的模块均为S极励磁模块1-1-2,反之亦然;
所述励磁模块尺寸相同,且均包含有一个处于中心位置的垂直励磁主磁极、四个边部的辅助磁极和四个角部的辅助磁极;所述二维永磁体阵列粘贴在轭部靠近气隙的一面,励磁模块横截面为边长为τp的正方形,处于中心的垂直励磁主磁极横截面为边长τpc的正方形,四个边部辅助磁极横截面为边长分别是τpc和(τp-τpc)的矩形,四个角部辅助磁极横截面为边长为(τp-τpc)的正方形;
电枢绕组包括沿X方向放置的绕组和沿Y方向放置的绕组,共两套双层空心绕组,其中一套绕组正交嵌套于另一套绕组之中,沿X方向放置的绕组和沿Y方向放置的绕组各自以平面电机动子部分Y向和X向中心线为分割点分为两个部分,四个部分间绕组相互独立,四个部分的绕组电流能分别控制;当平面电机不发生旋转时,相同极性励磁模块中心连线与电枢绕组平行或正交;当平面电机轭部的侧边与电枢绕组的侧边相平行,且永磁阵列中相同极性励磁模块中心连线与轭部侧边也存在平行关系时,N极励磁模块和S极励磁模块侧边与轭部侧边呈45度角;
电机运动时根据传感器反馈的动子位置,控制晶闸管连接方法以保证所述沿X方向放置的绕组和沿Y方向放置的绕组分别以二维永磁体阵列的Y向和X向中心线为分界线,分为彼此独立而电磁特性又保持对称的两部分;
通过分别控制电枢绕组四个部分中的电流调节平面电机动子上下左右四部分所受的电磁力大小,在实现水平方向推力的解耦的同时,完成悬浮高度和悬浮角度的变化,最终实现大范围、五个自由度的磁悬浮精密驱动和定位。
2.根据权利要求1所述的一种多相嵌套绕组式永磁同步平面电机,其特征在于:所述N极励磁模块中,从绕组侧观察,主磁极充磁方向为垂直轭部平面向外或者S极励磁模块中,从绕组侧观察,主磁极充磁方向为垂直轭部平面向内;边部辅助磁极充磁方向与轭部表面相平行,由S极指向N极方向;角部辅助磁极充磁方向与轭部表面相平行,为边对角线方向,磁场矢量分别与X轴或Y轴平行,且含有由S极指向N极的磁场分量。
3.根据权利要求1所述的一种多相嵌套绕组式永磁同步平面电机,其特征在于:所述N极励磁模块中,从绕组侧观察,边部辅助磁极充磁方向采用边对角线方向,磁场矢量中同时含有由S极指向N极和垂直轭部平面向外的磁场分量;或者S极励磁模块中,从绕组侧观察,边部辅助磁极充磁方向采用边对角线方向,磁场矢量中同时含有由S极指向N极和垂直轭部平面向内的磁场分量。
4.根据权利要求1所述的一种多相嵌套绕组式永磁同步平面电机,其特征在于:所述N极励磁模块中,从绕组侧观察,角部辅助磁极充磁方向采用点对角线方向,磁场矢量中同时含有与X轴或Y轴平行的分量,由S极指向N极的磁场分量,以及垂直轭部平面向外的磁场分量;或者S极励磁模块中,从绕组侧观察,角部辅助磁极充磁方向采用点对角线方向,磁场矢量中同时含有与X轴或Y轴平行的分量,由S极指向N极的磁场分量,以及垂直轭部平面向内的磁场分量。
5.根据权利要求1所述的一种多相嵌套绕组式永磁同步平面电机,其特征在于:所述电枢绕组为多层空心绕组相互正交嵌套式结构,绕组总层数为四的整数倍,基本的四层结构由沿X方向放置的双层空心绕组和沿Y方向放置的双层绕组构成,其中一套绕组正交放置在另一套双层绕组之间,双层绕组中绕组上层边和下层边之间的X或Y向绕组跨距为一个极距τ, 当绕组相数为m时,每个绕组的宽度为τ/m。
6.根据权利要求1所述的一种多相嵌套绕组式永磁同步平面电机,其特征在于:所述永磁励磁部分为平面电机的定子部分,电枢绕组部分为平面电机的动子部分;或所述永磁励磁部分为平面电机的动子部分,电枢绕组部分为平面电机的定子部分。