复合电流驱动九相平面电机、直线-旋转电机及其驱动器

IPC分类号 : H02K16/00,H02K41/00,H02K57/00

申请号

CN200910138883.1

可选规格: 数量

库存1件

确认取消

￥30000; 库存1件

首页

立即咨询

看了又看

专利摘要

复合电流驱动九相平面电机、直线－旋转电机及其驱动器，属于电机领域及其控制领域。它解决了现有平面电机和直线－旋转电机的结构复杂、系统效率低及控制难度大等问题。所述平面电机及直线－旋转电机的电枢线圈分成九组，每组线圈相互串联后形成九个相电枢绕组，九个相电枢绕组采用星形连接，电机的永磁体为阵列结构，永磁体单元对角相邻，平行和垂直不相邻，并且同一行或列的永磁体极性相同，相邻行或列的永磁体极性相反。本发明的平面电机及直线－旋转电机的体积小、绕组相间绝缘简单，具有单位体积的输出推力大、动态响应快、定位力小以及动子运动范围大的优点。本发明适用于平面二维运动、直线－旋转二维运动的驱动，尤其适用于精密驱动领域。

权利要求

1、一种复合电流驱动九相平面电机，其特征在于它包括电枢部件和永磁体励磁部件，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，其中电枢部件包括电枢绕组和电枢铁心；永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板；电枢部件中的线圈距τ_t与永磁体励磁部件中的永磁体阵列极距τ_p之间满足关系3nτ_t＝(3n±1)τ_p，所述平面电机由i个单元电机构成，每个单元电机中包括9个线圈和2个永磁体，所述9个线圈组成3×3的矩阵，每个线圈为一个相电枢绕组，一共有9个相电枢绕组，分别表示为；A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相电枢绕组，所述九个相电枢绕组星形连接，所述i、n为自然数；所述平面电机是动初级结构或动次级结构。

2、一种复合电流驱动九相平面电机，其特征在于它包括电枢部件和永磁体励磁部件，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，其中电枢部件包括电枢绕组和电枢铁心；永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板；电枢部件中的线圈距τ_t与永磁体励磁部件中的永磁体阵列极距τ_p之间满足关系3nτ_t＝(3n±1)τ_p，所述平面电机由i个单元电机构成，每个单元电机中包括S个线圈和P个永磁体，所述P＝2h²，S＝9(m²+1)/2；将每个单元电机中的平板型永磁体轭板均匀分成2h×2h个永磁体单元格，所述永磁体单元格的边长为永磁体阵列极距τ_p，其中n、m、i、h为自然数，其中m和h均大于1，且3m与2h为互质数；所述P个永磁体分别固定在永磁体轭板上的对角相邻的永磁体单元格中，所述永磁体平行或垂直不相邻，并且同一行或列的永磁体极性相同，相邻行或列的永磁体极性相反；将每个单元电机中的平板形的电枢铁心均匀分成3×3个相矩形单元格，所述3×3个相矩形单元格中对应固定有9个不同的相电枢绕组分别为A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相电枢绕组，再将每个相矩形单元格均匀分成m×m个线圈单元格；每个线圈单元格的边长为线圈距τ_t，属于同一相的(m²+1)/2个线圈分布在一个相矩形单元格中对角相邻的线圈单元格中，并且对角相邻的线圈绕向相反，不同相矩形单元格中的异相线圈位于平行或垂直相邻的线圈单元格中，并且平行或垂直相邻的线圈绕向相同；每个相矩形单元格中的属于同一相的(m²+1)/2个线圈相互串联之后为一个相电枢绕组，i个单元电机中属于同一相的相电枢绕组单元串联后，通过星形连接形成九相电枢绕组所述平面电机是动初级结构或动次级结构。

3、根据权利要求2所述的复合电流驱动九相平面电机，其特征在于所述在N极永磁体与S极永磁体相邻角所形成的空间内，固定有嵌入永磁体，即每一个N极永磁体被四个嵌入永磁体所包围，每一个S极永磁体被四个嵌入永磁体所包围，每一个嵌入永磁体沿对角线方向被分割成四等份，每一等份为一等边直角三角形，每一个等边直角三角形永磁体的充磁方向与所述直角三角形的斜边垂直，并且与N极永磁体相邻的嵌入永磁体的充磁方向为面向该N极永磁体的方向，与S极相邻的嵌入永磁体的充磁方向为背离该S极永磁体的方向，所述嵌入永磁体为平行充磁。

4、根据权利要求2所述的复合电流驱动九相平面电机，其特征在于所述在N极永磁体与S极永磁体相邻角所形成的空间内，固定有嵌入永磁体，即每一个N极永磁体被四个嵌入永磁体所包围，每一个S极永磁体被四个嵌入永磁体所包围，每一个嵌入永磁体沿水平与垂直方向分割成四等份，每一等份为一矩形永磁体，每一个矩形永磁体的充磁方向为其对角线的方向，与N永磁体相邻的矩形永磁体的充磁方向为面向该N极永磁体的方向，与S极相邻的矩形永磁体的充磁方向为背离该S极永磁体的方向，所述嵌入永磁体均为平行充磁。

5、一种复合电流驱动九相平面电机，其特征在于它包括电枢部件和永磁体励磁部件，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，其中电枢部件包括电枢绕组和电枢铁心；永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板；所述电枢部件中的线圈距τ_t与永磁体励磁部件中的永磁体阵列极距τ_p之间满足关系3nτ_t＝(3n±1)τ_p，所述平面电机由i个单元电机构成，每个单元电机中包括S个线圈和P个永磁体，所述P＝2h²，S＝9m²/2；将每个单元电机中的平板型的永磁体轭板均匀分成2h×2h个永磁体单元格，所述永磁体单元格的边长为永磁体阵列极距τ_p，其中n、m、i、h为自然数，其中n＞1，m＞1，且3m与2h存在最大公约数j；所述P个永磁体分别固定在永磁体轭板上的对角相邻的永磁体单元格中，所述永磁体平行或垂直不相邻，并且同一行或列的永磁体极性相同，相邻行或列的永磁体极性相反；将每个单元电机中的平板形电枢铁心均匀分成j×j个矩形电机单元，再将每个矩形电机单元均匀分成3×3个相矩形单元格，所述3×3个相矩形单元格中对应固定有9个不同的相单元电枢绕组分别为A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相单元电枢绕组，再将每个相矩形单元格均匀分成(m/j)×(m/j)个线圈单元格，每个线圈单元格的边长为线圈距τ_t，每个相矩形单元格中有属于同一相的(m/j)×(m/j)/2个线圈，所述线圈固定在对角相邻的线圈单元格中，且绕向相反，不同的相矩形单元格中的异相线圈位于平行或垂直相邻的线圈单元格中，并且相邻的线圈绕向相同，将每个相矩形单元格中的线圈相互串联形成一个相单元电枢绕组，将j×j个矩形电机单元中属于同一相的相矩形单元格中的相单元电枢绕组串联形成一个相电枢绕组，i个单元电机中属于同一相的相电枢绕组单元串联后，通过星形连接形成九相电枢绕组，所述平面电机是动初级结构或动次级结构。

6、一种复合电流驱动九相直线-旋转电机，其特征在于它包括初级部件和次级部件，初级部件和次级部件之间为气隙，其中初级部件包括电枢线圈与绕组固定套筒；次级部件包括永磁体阵列和圆筒或圆柱形的输出轴；初级部件中的线圈距τ_t与次级部件中的永磁体阵列极距τ_p之间满足关系3nτ_t＝(3n±1)τ_p，所述直线—旋转电机由i个单元电机构成，每个单元电机中包括9个线圈和2个永磁体磁极单元，初级部件中的线圈距τ_t与次级部件中的永磁体阵列极距τ_p之间满足关系3τ_t＝(3±1)τ_p，所述9个线圈组成3×3的矩阵，每个线圈为一个相电枢绕组，一共有9个相电枢绕组，分别表示为；A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相电枢绕组，所述九个相电枢绕组星形连接，永磁体阵列由N极永磁体与S极永磁体构成，所述N极永磁体与S极永磁体都是径向充磁，并且对角相邻，所述i、n为自然数，所述电机是外动子结构或内动子结构。

7、一种复合电流驱动九相直线-旋转电机，其特征在于它包括初级部件和次级部件，初级部件和次级部件之间为气隙，其中初级部件包括电枢线圈与绕组固定套筒；次级部件包括永磁体阵列和和圆筒或圆柱形输出轴；初级部件中的线圈距τ_t与次级部件中的永磁体阵列极距τ_p之间满足关系3nτ_t＝(3n±1)τ_p，所述直线—旋转电机由i个单元电机构成，每个单元电机中包括S个线圈和P个永磁体磁极单元，所述P＝2h²，S＝9(m²+1)/2；将每个单元电机中的圆筒或圆柱形输出轴表面均匀分成2h×2h个永磁体单元格，所述永磁体单元格的边长为永磁体阵列极距τ_p，其中n、m、i、h为自然数，其中m和h均大于1，且3m与2h为互质数；所述P个永磁体磁极单元分别固定在输出轴表面上的对角相邻的永磁体单元格中，所述永磁体平行或垂直不相邻，并且同一行或列的永磁体极性相同，相邻行或列的永磁体磁极单元的极性相反，所述永磁体磁极单元都是径向充磁；将每个单元电机中的圆筒形的绕组固定套筒表面均匀分成3×3个相矩形单元格，所述3×3个相矩形单元格中对应固定有9个不同的相电枢绕组分别为A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相电枢绕组，再将每个相矩形单元格均匀分成m×m个线圈单元格；每个线圈单元格的边长为线圈距τ_t，属于同一相的(m²+1)/2个线圈分布在一个相矩形单元格中对角相邻的线圈单元格中，并且对角相邻的线圈绕向相反，不同相矩形单元格中的异相线圈位于平行或垂直相邻的线圈单元格中，并且平行或垂直相邻的线圈绕向相同；每个相矩形单元格中的属于同一相的(m²+1)/2个线圈相互串联之后为一个相电枢绕组，i个单元电机中属于同一相的相电枢绕组单元串联后，通过星形连接形成九相电枢绕组，所述电机是外动子结构或内动子结构。

8、根据权利要求7所述的复合电流驱动九相直线-旋转电机，其特征在于所述在N极永磁体与S极永磁体相邻角所形成的空间内，固定有嵌入永磁体，即每一个N极永磁体被四个嵌入永磁体所包围，每一个S极永磁体被四个嵌入永磁体所包围，每一个嵌入永磁体沿对角线方向被分割成四等份，每一等份为一等边直角三角形，每一个等边直角三角形永磁体的充磁方向与所述直角三角形的斜边垂直，并且与N极永磁体相邻的嵌入永磁体的充磁方向为面向该N极永磁体的方向，与S极相邻的嵌入永磁体的充磁方向为背离该S极永磁体的方向，所述嵌入永磁体为平行充磁。

9、根据权利要求7所述的复合电流驱动九相直线-旋转电机，其特征在于所述在N极永磁体与S极永磁体相邻角所形成的空间内，固定有嵌入永磁体，即每一个N极永磁体被四个嵌入永磁体所包围，每一个S极永磁体被四个嵌入永磁体所包围，每一个嵌入永磁体沿水平与垂直方向分割成四等份，每一等份为一矩形永磁体，每一个矩形永磁体的充磁方向为其对角线的方向，与N永磁体相邻的矩形永磁体的充磁方向为面向该N极永磁体的方向，与S极相邻的矩形永磁体的充磁方向为背离该S极永磁体的方向，所述嵌入永磁体均为平行充磁。

10、一种复合电流驱动九相直线-旋转电机，其特征在于它包括初级部件和次级部件，初级部件和次级部件之间为气隙，其中初级部件包括电枢线圈与绕组固定套筒；次级部件包括永磁体阵列和和圆筒或圆柱形输出轴；初级部件中的线圈距τ_t与次级部件中的永磁体阵列极距τ_p之间满足关系3nτ_t＝(3n±1)τ_p，每个直线—旋转电机由i个单元电机构成，每个单元电机中包括S个线圈和P个永磁体磁极单元，所述P＝2h²，S＝9m²/2；将每个单元电机中的圆筒或圆柱形输出轴表面均匀分成2h×2h个永磁体单元格，所述永磁体单元格的边长为永磁体阵列极距τ_p，其中n、m、i、h为自然数，其中n＞1，m＞1，且3m与2h存在最大公约数j；所述P个永磁体磁极单元分别固定在输出轴表面上的对角相邻的永磁体单元格中，所述永磁体平行、垂直都不相邻，并且同一行或列的永磁体极性相同，相邻行或列的永磁体磁极单元的极性相反，所述永磁体磁极单元都是径向充磁；将每个单元电机中的圆筒形的绕组固定套筒表面均匀分成j×j个矩形电机单元，再将每个矩形电机单元均匀分成3×3个相矩形单元格，所述3×3个相矩形单元格中对应固定有9个不同的相单元电枢绕组，分别为A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相单元电枢绕组，再将每个相矩形单元格均匀分成(m/j)×(m/j)个线圈单元格，每个线圈单元格的边长为线圈距τ_t，每个相矩形单元格中有属于同一相的(m/j)×(m/j)/2个线圈，所述线圈固定在对角相邻的线圈单元格中，且绕向相反，不同的相矩形单元格中的异相线圈位于平行或垂直相邻的线圈单元格中，并且相邻的线圈绕向相同，将每个相矩形单元格中的线圈相互串联形成一个相单元电枢绕组，将j×j个矩形电机单元中属于同一相的相矩形单元格中的相单元电枢绕组串联形成一个相电枢绕组，i个单元电机中属于同一相的相电枢绕组单元串联后，通过星形连接形成九相电枢绕组，所述电机是外动子结构或内动子结构。

11、一种复合电流驱动九相平面电机及直线-旋转电机的驱动器，其特征在于它有九路驱动电流输出信号，所述九路驱动电流信号分别为：

i_a＝I_xmsin(ω_xt)+I_ymsin(ω_yt)，

i_b＝I_xmsin(ω_xt)+I_ymsin(ω_yt-2π/3)，

i_c＝I_xmsin(ω_xt)+I_ymsin(ω_yt-4π/3)，

i_d＝I_xmsin(ω_xt-2π/3)+I_ymsin(ω_yt)，

i_e＝I_xmsin(ω_xt-2π/3)+I_ymsin(ω_yt-2π/3)，

i_f＝I_xmsin(ω_xt-2π/3)+I_ymsin(ω_yt-4π/3)，

i_g＝I_xmsin(ω_xt-4π/3)+I_ymsin(ω_yt)

i_h＝I_xmsin(ω_xt-4π/3)+I_ymsin(ω_yt-2π/3)

i_i＝I_xmsin(ω_xt-4π/3)+I_ymsin(ω_yt-4π/3)

其中i_a～i_i分别表示A～I相电枢绕组的驱动电流；

当驱动对象是平面电机的时候，I_xm，I_ym分别表示X，Y方向驱动电流的幅值；ω_x，ω_y分别表示X，Y方向驱动电流的角频率；

当驱动对象是直线-旋转电机的时候，I_xm表示周向旋转驱动电流的幅值，I_ym表示轴向直线驱动电流的幅值；ω_x表示周向旋转驱动电流的角频率，ω_y表示轴向直线驱动电流的角频率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合电流驱动电机及其控制器，属于电机领域及其控制领域。具体涉及到一种高推力密度平面电机及直线-旋转电机。

技术背景

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、直线旋转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、机械加工、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将电动机所产生的旋转动力转换为直线运动。由于机械装置结构复杂，传动精度和速度都受到限制，且需经常调校，具有成本高、可靠性差、体积大、维护复杂的缺点。

现有的平面驱动电机和直线-旋转驱动电机避免了上述采用电动机和机械装置配合实现平面运动、直线旋转运动的系统所具有的缺点，但仍存在绕组的利用率低、推力密度低、系统效率低以及控制难度大等问题。

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8和图9所示为现有的一种永磁同步平面电机结构。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4用于驱动动子沿X方向运动，Y向推力绕组1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5，永磁体阵列5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。

该永磁同步平面电机能够实现平面的定位运动，但存在电机结构复杂、平面运动的范围小、绕组的利用率低、推力密度低、系统效率低等问题。

国际上对直线-旋转电机的研究还很少，技术不成熟。文献《一种两自由度三相直线-旋转永磁电机》(Chen，L.Hofmann，W.Design of OneRotary-linear Permanent Magnet Motor with Two Independently Energized ThreePhase Windings.Power Electronics and Drive Systems，2007.PEDS′07.7thInternational Conference。27-30Nov.2007.P：1372-1376)提出了图19所示的直线-旋转电机的结构。该电机电枢采用两套绕组，一套用来产生旋转磁场，该磁场与转子永磁体相互作用，产生旋转电磁力，驱动转子做旋转运动；另一套绕组用来产生沿轴向平移的行波磁场，该磁场与转子(动子)永磁体相互作用，产生轴向电磁力，驱动转子做直线运动。该电机的主要缺点是用两套绕组分别产生旋转磁场与平移磁场，绕组体积、重量大、推力密度低；绕组的利用率低、损耗大；结构与加工工艺复杂，成本高；两套绕组存在电磁耦合，控制难度大。

发明内容

为了解决现有平面电机和直线-旋转电机的结构复杂、绕组的利用率低、推力密度低、系统效率低以及控制难度大等问题，本发明提出一种复合电流驱动九相平面电机、直线-旋转电机及其驱动器。

本发明的复合电流驱动九相平面电机，它包括电枢部件和永磁体励磁部件，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，其中电枢部件包括电枢绕组和电枢铁心；永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板；电枢部件中的线圈距τ_t与永磁体励磁部件中的永磁体阵列极距τ_p之间满足关系3nτ_t＝(3n±1)τ_p，每个平面电机由i个单元电机构成，每个单元电机中包括9个线圈和2个永磁体，所述9个线圈组成3×3的矩阵，每个线圈为一个相电枢绕组，一共有9个相电枢绕组，分别表示为；A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相电枢绕组，所述九个相电枢绕组星形连接。

本发明还提供另一种复合电流驱动九相平面电机，它包括电枢部件和永磁体励磁部件，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，其中电枢部件包括电枢绕组和电枢铁心；永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板；电枢部件中的线圈距τ_t与永磁体励磁部件中的永磁体阵列极距τ_p之间满足关系3nτ_t＝(3n±1)τ_p，每个平面电机由i个单元电机构成，每个单元电机中包括S个线圈和P个永磁体，所述P＝2h²，S＝9(m²+1)/2；将每个单元电机中的平板型永磁体轭板均匀分成2h×2h个永磁体单元格，所述永磁体单元格的边长为永磁体阵列极距τ_p，其中n、m、i、h为自然数，其中m和h均大于1，且3m与2h为互质数；所述P个永磁体分别固定在永磁体轭板上的对角相邻的永磁体单元格中，所述永磁体平行或垂直不相邻，并且同一行或列的永磁体极性相同，相邻行或列的永磁体极性相反；将每个单元电机中的平板形的电枢铁心均匀分成3×3个相矩形单元格，所述3×3个相矩形单元格中对应固定有9个不同的相电枢绕组分别为A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相电枢绕组，再将每个相矩形单元格均匀分成m×m个线圈单元格；每个线圈单元格的边长为线圈距τ_t，属于同一相的(m²+1)/2个线圈分布在一个相矩形单元格中对角相邻的线圈单元格中，并且对角相邻的线圈绕向相反，不同相矩形单元格中的异相线圈位于平行或垂直相邻的线圈单元格中，并且平行或垂直相邻的线圈绕向相同；每个相矩形单元格中的属于同一相的(m²+1)/2个线圈相互串联之后为一个相电枢绕组，i个单元电机中属于同一相的相电枢绕组单元串联后，通过星形连接形成九相电枢绕组。

本发明还提供另一种复合电流驱动九相平面电机，它包括电枢部件和永磁体励磁部件，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，其中电枢部件包括电枢绕组和电枢铁心；永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板；所述电枢部件中的线圈距τ_t与永磁体励磁部件中的永磁体阵列极距τ_p之间满足关系3nτ_t＝(3n±1)τ_p，每个平面电机由i个单元电机构成，每个单元电机中包括S个线圈和P个永磁体，所述P＝2h²，S＝9m²/2；将每个单元电机中的平板型的永磁体轭板均匀分成2h×2h个永磁体单元格，所述永磁体单元格的边长为永磁体阵列极距τ_p，其中n、m、i、h为自然数，其中n＞1，m＞1，且3m与2h存在最大公约数j；所述P个永磁体分别固定在永磁体轭板上的对角相邻的永磁体单元格中，所述永磁体平行或垂直不相邻，并且同一行或列的永磁体极性相同，相邻行或列的永磁体极性相反；将每个单元电机中的平板形电枢铁心均匀分成j×j个矩形电机单元，再将每个矩形电机单元均匀分成3×3个相矩形单元格，所述3×3个相矩形单元格中对应固定有9个不同的相单元电枢绕组分别为A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相单元电枢绕组，再将每个相矩形单元格均匀分成(m/j)×(m/j)个线圈单元格，每个线圈单元格的边长为线圈距τ_t，每个相矩形单元格中有属于同一相的(m/j)×(m/j)/2个线圈，所述线圈固定在对角相邻的线圈单元格中，且绕向相反，不同的相矩形单元格中的异相线圈位于平行或垂直相邻的线圈单元格中，并且相邻的线圈绕向相同，将每个相矩形单元格中的线圈相互串联形成一个相单元电枢绕组，将j×j个矩形电机单元中属于同一相的相矩形单元格中的相单元电枢绕组串联形成一个相电枢绕组，i个单元电机中属于同一相的相电枢绕组单元串联后，通过星形连接形成九相电枢绕组。

本发明的平面电机采用一套电枢绕组，利用复合电流驱动，实现了电机动子的X、Y二维平面运动，减小了电机的体积和重量，同时还能够减小永磁体轭部厚度和绕组端部长度，使绕组相间绝缘简单，从而提高了电机单位体积的输出推力及动态响应，还减小了电机的定位力，具有实现动子平面运动范围大，结构简单、推力波动小、推力密度大、动态特性好、效率高等特点。

本发明的平面电机尤其适用于二维平面的精确运动控制领域。

本发明所述的复合电流驱动九相直线-旋转电机，它包括初级部件和次级部件，初级部件和次级部件之间为气隙，其中初级部件包括电枢线圈与绕组固定套筒；次级部件包括永磁体阵列和圆筒或圆柱形的输出轴；初级部件中的线圈距τ_t与次级部件中的永磁体阵列极距τ_p之间满足关系3nτ_t＝(3n±1)τ_p，所述直线-旋转电机由i个单元电机构成，每个单元电机中包括9个线圈和2个永磁体磁极单元，初级部件中的线圈距τ_t与次级部件中的永磁体阵列极距τ_p之间满足关系3τ_t＝(3±1)τ_p，所述9个线圈组成3×3的矩阵，每个线圈为一个相电枢绕组，一共有9个相电枢绕组，分别表示为；A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相电枢绕组，所述九个相电枢绕组星形连接，永磁体阵列由N极永磁体与S极永磁体构成，所述N极永磁体与S极永磁体都是径向充磁，并且对角相邻，所述i、n为自然数，所述电机是外动子结构或内动子结构。

本发明还提供另一种复合电流驱动九相直线-旋转电机，它包括初级部件和次级部件，初级部件和次级部件之间为气隙，其中初级部件包括电枢线圈与绕组固定套筒；次级部件包括永磁体阵列和和圆筒或圆柱形输出轴；初级部件中的线圈距τ_t与次级部件中的永磁体阵列极距τ_p之间满足关系3nτ_t＝(3n±1)τ_p，所述直线-旋转电机由i个单元电机构成，每个单元电机中包括S个线圈和P个永磁体磁极单元，所述P＝2h²，S＝9(m²+1)/2；将每个单元电机中的圆筒或圆柱形输出轴表面均匀分成2h×2h个永磁体单元格，所述永磁体单元格的边长为永磁体阵列极距τ_p，其中n、m、i、h为自然数，其中m和h均大于1，且3m与2h为互质数；所述P个永磁体磁极单元分别固定在输出轴表面上的对角相邻的永磁体单元格中，所述永磁体平行或垂直不相邻，并且同一行或列的永磁体极性相同，相邻行或列的永磁体磁极单元的极性相反，所述永磁体磁极单元都是径向充磁；将每个单元电机中的圆筒形的绕组固定套筒表面均匀分成3×3个相矩形单元格，所述3×3个相矩形单元格中对应固定有9个不同的相电枢绕组分别为A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相电枢绕组，再将每个相矩形单元格均匀分成m×m个线圈单元格；每个线圈单元格的边长为线圈距τ_t，属于同一相的(m²+1)/2个线圈分布在一个相矩形单元格中对角相邻的线圈单元格中，并且对角相邻的线圈绕向相反，不同相矩形单元格中的异相线圈位于平行或垂直相邻的线圈单元格中，并且平行或垂直相邻的线圈绕向相同；每个相矩形单元格中的属于同一相的(m²+1)/2个线圈相互串联之后为一个相电枢绕组，i个单元电机中属于同一相的相电枢绕组单元串联后，通过星形连接形成九相电枢绕组，所述电机是外动子结构或内动子结构。

本发明还提供另一种复合电流驱动九相直线-旋转电机，它包括初级部件和次级部件，初级部件和次级部件之间为气隙，其中初级部件包括电枢线圈与绕组固定套筒；次级部件包括永磁体阵列和和圆筒或圆柱形输出轴；初级部件中的线圈距τ_t与次级部件中的永磁体阵列极距τ_p之间满足关系3nτ_t＝(3n±1)τ_p，每个直线-旋转电机由i个单元电机构成，每个单元电机中包括S个线圈和P个永磁体磁极单元，所述P＝2h²，S＝9m²/2；将每个单元电机中的圆筒或圆柱形输出轴表面均匀分成2h×2h个永磁体单元格，所述永磁体单元格的边长为永磁体阵列极距τ_p，其中n、m、i、h为自然数，其中n＞1，m＞1，且3m与2h存在最大公约数j；所述P个永磁体磁极单元分别固定在输出轴表面上的对角相邻的永磁体单元格中，所述永磁体平行、垂直都不相邻，并且同一行或列的永磁体极性相同，相邻行或列的永磁体磁极单元的极性相反，所述永磁体磁极单元都是径向充磁；将每个单元电机中的圆筒形的绕组固定套筒表面均匀分成j×j个矩形电机单元，再将每个矩形电机单元均匀分成3×3个相矩形单元格，所述3×3个相矩形单元格中对应固定有9个不同的相单元电枢绕组，分别为A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相单元电枢绕组，再将每个相矩形单元格均匀分成(m/j)×(m/j)个线圈单元格，每个线圈单元格的边长为线圈距τ_t，每个相矩形单元格中有属于同一相的(m/j)×(m/j)/2个线圈，所述线圈固定在对角相邻的线圈单元格中，且绕向相反，不同的相矩形单元格中的异相线圈位于平行或垂直相邻的线圈单元格中，并且相邻的线圈绕向相同，将每个相矩形单元格中的线圈相互串联形成一个相单元电枢绕组，将j×j个矩形电机单元中属于同一相的相矩形单元格中的相单元电枢绕组串联形成一个相电枢绕组，i个单元电机中属于同一相的相电枢绕组单元串联后，通过星形连接形成九相电枢绕组，所述电机是外动子结构或内动子结构。

本发明的直线-旋转电机采用一套电枢绕组，利用复合电流驱动，实现了电机动子的直线-旋转二维运动，减小了电机的体积和重量，同时还能够减小永磁体轭部厚度和绕组端部长度，使绕组相间绝缘简单，从而提高了电机单位体积的输出功率及动态响应，还减小了电机的定位转矩及定位力，具有结构简单、转矩及推力波动小、功率密度大、动态特性好、效率高等特点。

本发明的直线-旋转电机尤其适用于直线-旋转二维运动的精确运动控制领域。

本发明还提供了一种适用于本发明所述的复合电流驱动九相平面电机及直线-旋转电机的驱动器，它有九路驱动电流输出信号，所述九路驱动电流信号分别为：

i_a＝I_xm sin(ω_xt)+I_ym sin(ω_yt)，

i_b＝I_xm sin(ω_xt)+I_ym sin(ω_yt-2π/3)，

i_c＝I_xm sin(ω_xt)+I_ym sin(ω_yt-4π/3)，

i_d＝I_xm sin(ω_xt-2π/3)+I_ym sin(ω_yt)，

i_e＝I_xm sin(ω_xt-2π/3)+I_ym sin(ω_yt-2π/3)，

i_f＝I_xm sin(ω_xt-2π/3)+I_ym sin(ω_yt-4π/3)，

i_g＝I_xm sin(ω_xt-4π/3)+I_ym sin(ω_yt)，

i_h＝I_xm sin(ω_xt-4π/3)+I_ym sin(ω_yt-2π/3)，

i_i＝I_xm sin(ω_xt-4π/3)+I_ym sin(ω_yt-4π/3)，

其中i_a～i_i分别表示A～I相电枢绕组的驱动电流；

当驱动对象是平面电机的时候，I_xm，I_ym分别表示X，Y方向驱动电流的幅值；ω_x，ω_y分别表示X，Y方向驱动电流的角频率。

本发明所述的平面电机和直线-旋转电机的工作原理相同，其电枢结构和永磁体阵列的结构也相同。本发明是将原平面电机中的平面型的电枢结构和永磁体阵列沿X方向卷成筒状，使得动子在原X方向的运动就转变成旋转运动，即：将原平面电机中动子的平面二维运动转换成旋转加直线的运动形式，实现了直线-旋转驱动的功能。

附图说明

图1是本发明的电机与其驱动器的连接关系示意图，图2是具体实施方式一所述的平面电机的一个电机单元中的电枢线圈分布示意图；图3是具体实施方式一所述的平面电机的一个电机单元中的永磁体的排布示意图；图4是具体实施方式三所述的平面电机的电枢线圈分布示意图；图5是具体实施方式三所述的平面电机的永磁体的排布示意图；图6是具体实施方式五所述的平面电机的电枢线圈分布示意图；图7是具体实施方式五所述的平面电机的永磁体的排布示意图；图8是现有的一种永磁同步平面电机结构示意图，其中1是Y向推力绕组，2是机架，3是铁芯，4是X向推力绕组1，5是磁阵列，6是动子平台。图9是4个永磁体阵列的排布示意图。图10是具体实施方式六所述的，i＝4时的直线-旋转电机的结构示意图，图11是图10中的电枢线圈的展开后的位置关系示意图，图12是图10中的永磁体阵列展开后的位置关系示意图。图13、图14分别是具体实施方式八所述的直线-旋转电机的电枢线圈的展开后的位置关系示意图，和永磁体阵列展开后的位置关系示意图。图15、图16分别是具体实施方式十所述直线-旋转电机的一个单机单元的电枢线圈的展开后的位置关系示意图，和永磁体阵列展开后的位置关系示意图。图17是具体实施方式十一所述的复合电流驱动的九相电机中的永磁体阵列的排布示意图。图18是具体实施方式十二所述的复合电流驱动的九相电机中的永磁体阵列的排布示意图。图19是一种现有直线-旋转电机的结构，其中8是直线驱动电枢绕组，9是旋转驱动电枢绕组。

图中标有字母A、B、C、D、E、F、G、H、I的位置，分别表示固定有A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相正向缠绕线圈，图中标有字母A、B、C、D、E、F、G、H、I的位置，分别表示固定有A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相反向缠绕的线圈。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式所述的复合电流驱动九相平面电机包括电枢部件和永磁体励磁部件，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，其中电枢部件包括电枢绕组和电枢铁心；永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板；电枢部件中的线圈距τ_t与永磁体励磁部件中的永磁体阵列极距τ_p之间满足关系3nτ_t＝(3n±1)τ_p，所述平面电机由i个单元电机构成，每个单元电机中包括9个线圈和2个永磁体，所述9个线圈组成3×3的矩阵，每个线圈为一个相电枢绕组，一共有9个相电枢绕组，分别表示为；A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相电枢绕组，所述九个相电枢绕组星形连接，所述i、n为自然数。

本实施方式所述的平面电机中的一个单元电机中的电枢绕组的结构参见图2所示，永磁体结构参见图3所示。

具体实施方式二：本实施方式所述的复合电流驱动九相平面电机包括电枢部件和永磁体励磁部件，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，其中电枢部件包括电枢绕组和电枢铁心；永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板；电枢部件中的线圈距τ_t与永磁体励磁部件中的永磁体阵列极距τ_p之间满足关系3nτ_t＝(3n±1)τ_p，每个平面电机由i个单元电机构成，每个单元电机中包括S个线圈和P个永磁体，所述P＝2h²，S＝9(m²+1)/2；将每个单元电机中的平板型永磁体轭板均匀分成2h×2h个永磁体单元格，所述永磁体单元格的边长为永磁体阵列极距τ_p，其中n、m、i、h为自然数，其中m和h均大于1，且3m与2h为互质数；所述P个永磁体分别固定在永磁体轭板上的对角相邻的永磁体单元格中，所述永磁体平行或垂直不相邻，并且同一行或列的永磁体极性相同，相邻行或列的永磁体极性相反；将每个单元电机中的平板形的电枢铁心均匀分成3×3个相矩形单元格，所述3×3个相矩形单元格中对应固定有9个不同的相电枢绕组分别为A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相电枢绕组，再将每个相矩形单元格均匀分成m×m个线圈单元格；每个线圈单元格的边长为线圈距τ_t，属于同一相的(m²+1)/2个线圈分布在一个相矩形单元格中对角相邻的线圈单元格中，并且对角相邻的线圈绕向相反，不同相矩形单元格中的异相线圈位于平行或垂直相邻的线圈单元格中，并且平行或垂直相邻的线圈绕向相同；每个相矩形单元格中的属于同一相的(m²+1)/2个线圈相互串联之后为一个相电枢绕组，i个单元电机中属于同一相的相电枢绕组单元串联后，通过星形连接形成九相电枢绕组。

当本实施方式中的电枢铁心可以为齿槽结构时，需要把每一个线圈绕在正方形的齿上。

本实施方式中的动子永磁体可以采用高性能的稀土永磁体。

本实施方式所述的电机既可以为动初级结构，也可以为动次级结构。

当需要增加电机的行程的时候，只需要增加个单元电机的个数i就能达到目的。

具体实施方式三：参见图4、图5说明本实施方式。本实施方式是具体实施方式二所述的复合电流驱动九相平面电机的一个实施例，本实施例由一个电机单元构成，其中m＝3，h＝4，n＝3，电机有S＝45个线圈和P＝32个永磁体，电枢部件中的线圈距τ_t与永磁体励磁部件中的永磁体阵列极距τ_p之间满足关系9τ_t＝8τ_p。参见图5，由于3m与2h分别为9和8，为互质数，将平板型的永磁体轭板均匀分成2h×2h个永磁体单元格，即8×8个永磁体单元格，所述32个永磁体分别固定在永磁体轭板上的对角相邻的永磁体单元格中，所述永磁体平行或垂直不相邻，并且同一行或列的永磁体极性相同，相邻行或列的永磁体极性相反，本实施方式中，在第1、3、5、7行的第1、3、5、7列中固定N极永磁体，在第2、4、6、8行的第2、4、6、8列中固定S极永磁体；将平板形的电枢铁心均匀分成3×3个相矩形单元，每个相矩形单元再均匀分成m×m个，即3×3个单元格；每个相矩形单元中的3×3个单元格中分布有(3²+1)/2＝5个线圈，所述5个线圈分布在每个相矩形单元中对角相邻的单元格中，即第1行中的第1、3列、第2行中的第2列、第3行中的第1、3列中，并且对角相邻的线圈绕向相反，即第1行中的第1、3列和第3行中的第1、3列中的线圈正向缠绕，第2行中的第2列的线圈反向缠绕，相邻的两个相矩形单元中的线圈平行或垂直相邻或者不相邻，并且平行或垂直相邻的线圈绕向相同，即第3列第1、3行与相邻相矩形单元中的第4列中的第1、3行、第4行中的第3列的线圈相邻，且均为正向缠绕，第2列第2行的线圈与相邻矩形单元中的第2列第5行的线圈、第5列第2行的线圈均不相邻，第3行第1、3列的线圈与相邻的相矩形单元中的第4行第1、3列、第3行第4列的线圈相邻且均为正向缠绕，每个相矩形单元中的5个线圈相互串联之后形成一相电枢绕组，3×3个相矩形单元中的电枢绕组共形成9个相电枢绕组分别为：A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相电枢绕组，所述9个相电枢绕组单元星型连接形成九相电枢绕组。

具体实施方式四：本实施方式所述的复合电流驱动九相平面电机包括电枢部件和永磁体励磁部件，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，其中电枢部件包括电枢绕组和电枢铁心；永磁体励磁部件包括永磁体阵列和永磁体轭板；所述电枢部件中的线圈距τ_t与永磁体励磁部件中的永磁体阵列极距τ_p之间满足关系3nτ_t＝(3n±1)τ_p，每个平面电机由i个单元电机构成，每个单元电机中包括S个线圈和P个永磁体，所述P＝2h²，S＝9m²/2；将每个单元电机中的平板型的永磁体轭板均匀分成2h×2h个永磁体单元格，所述永磁体单元格的边长为永磁体阵列极距τ_p，其中n、m、i、h为自然数，其中n＞1，m＞1，且3m与2h存在最大公约数j；所述P个永磁体分别固定在永磁体轭板上的对角相邻的永磁体单元格中，所述永磁体平行或垂直不相邻，并且同一行或列的永磁体极性相同，相邻行或列的永磁体极性相反；将每个单元电机中的平板形电枢铁心均匀分成j×j个矩形电机单元，再将每个矩形电机单元均匀分成3×3个相矩形单元格，所述3×3个相矩形单元格中对应固定有9个不同的相单元电枢绕组分别为A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相单元电枢绕组，再将每个相矩形单元格均匀分成(m/j)×(m/j)个线圈单元格，每个线圈单元格的边长为线圈距τ_t，每个相矩形单元格中有属于同一相的(m/j)×(m/j)/2个线圈，所述线圈固定在对角相邻的线圈单元格中，且绕向相反，不同的相矩形单元格中的异相线圈位于平行或垂直相邻的线圈单元格中，并且相邻的线圈绕向相同，将每个相矩形单元格中的线圈相互串联形成一个相单元电枢绕组，将j×j个矩形电机单元中属于同一相的相矩形单元格中的相单元电枢绕组串联形成一个相电枢绕组，i个单元电机中属于同一相的相电枢绕组单元串联后，通过星形连接形成九相电枢绕组。

具体实施方式五：参见图7和图8说明本实施例。本实施方式是具体实施方式四所述的复合电流驱动九相平面电机的一个实施例，本实施例由一个电机单元构成，其中m＝4，h＝5，包括S个线圈和P个永磁体，所述P＝2h²＝50，S＝9m²/2＝72，电机的电枢线圈距τ_t与永磁体阵列极距τ_p之间满足关系12τ_t＝10τ_p。由于3m与2h分别为12和10有最大公约数为2，即j＝2，将每个单元电机中的平板型的永磁体轭板均匀分成2h×2h＝10×10个永磁体单元格，所述50个永磁体分别固定在永磁体轭板上的对角相邻的永磁体单元格中，所述永磁体平行或垂直不相邻，第1、3、5、7、9列的第1、3、5、7、9行的永磁体单元格中为N极永磁体，第2、4、6、8、10列的第2、4、6、8、10行的永磁体单元格中为S极永磁体；将平板形电枢铁心均匀分成2×2个矩形电机单元，再将每个矩形电机单元均匀分成3×3个相矩形单元，所述3×3个相矩形单元内放置9个相电枢绕组，每个相矩形单元中有同相的(m/j)×(m/j)/2＝2个线圈，再将每个相矩形单元均匀分成(m/j)×(m/j)＝2×2个线圈单元，同相的2个线圈固定在一个线圈单元中，并且所述同相的2个线圈对角相邻，且绕向相反，所述同相的2个线圈相互串联形成一个相单元线圈绕组，异相的线圈平行或垂直相邻，并且相邻的线圈绕向相同，所述3×3个相矩形单元中共有9个相单元线圈绕组分别为：A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相单元线圈绕组，2×2个矩形电机单元中属于同一相的单元线圈绕组相互串联连接形成一个相电枢绕组，9个相电枢绕组星形连接形成九相电枢绕组。

具体实施方式六：本实施方式所述的一种复合电流驱动九相直线-旋转电机，它包括初级部件和次级部件，初级部件和次级部件之间为气隙，其中初级部件包括电枢线圈与绕组固定套筒；次级部件包括永磁体阵列和圆筒或圆柱形的输出轴；初级部件中的线圈距τ_t与次级部件中的永磁体阵列极距τ_p之间满足关系3nτ_t＝(3n±1)τ_p，所述直线-旋转电机由i个单元电机构成，每个单元电机中包括9个线圈和2个永磁体磁极单元，初级部件中的线圈距τ_t与次级部件中的永磁体阵列极距τ_p之间满足关系3τ_t＝(3±1)τ_p，所述9个线圈组成3×3的矩阵，每个线圈为一个相电枢绕组，一共有9个相电枢绕组，分别表示为；A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相电枢绕组，所述九个相电枢绕组星形连接，永磁体阵列由N极永磁体与S极永磁体构成，所述N极永磁体与S极永磁体都是径向充磁，并且对角相邻，所述i、n为自然数，所述直线-旋转电机是外动子结构或内动子结构。

本实施方式中的次级部件中的输出轴是圆筒形或圆柱形，当本实施方式所述的直线-旋转电机是外动子结构的时候，所述输出轴为圆筒形，所述永磁体阵列固定在输出轴的内表面。当本实施方式所述的直线-旋转电机是内动子结构的时候，所述输出轴为圆柱形，所述永磁体阵列固定在输出轴的外表面。

图10-12是当i＝4时，本实施方式所述的直线-旋转电机的结构示意图，其中，图11是所述直线-旋转电机的电枢的平面展开示意图，图12是所述直线-旋转电机的永磁体阵列的平面展开示意图。

具体实施方式七：本实施方式所述的复合电流驱动九相直线-旋转电机包括初级部件和次级部件，初级部件和次级部件之间为气隙，其中初级部件包括电枢线圈与绕组固定套筒；次级部件包括永磁体阵列和和圆筒或圆柱形输出轴；初级部件中的线圈距τ_t与次级部件中的永磁体阵列极距τ_p之间满足关系3nτ_t＝(3n±1)τ_p，所述直线-旋转电机由i个单元电机构成，每个单元电机中包括S个线圈和P个永磁体磁极单元，所述P＝2h²，S＝9(m²+1)/2；将每个单元电机中的圆筒或圆柱形输出轴表面均匀分成2h×2h个永磁体单元格，所述永磁体单元格的边长为永磁体阵列极距τ_p，其中n、m、i、h为自然数，其中m和h均大于1，且3m与2h为互质数；所述P个永磁体磁极单元分别固定在输出轴表面上的对角相邻的永磁体单元格中，所述永磁体平行或垂直不相邻，并且同一行或列的永磁体极性相同，相邻行或列的永磁体磁极单元的极性相反，所述永磁体磁极单元都是径向充磁；将每个单元电机中的圆筒形的绕组固定套筒表面均匀分成3×3个相矩形单元格，所述3×3个相矩形单元格中对应固定有9个不同的相电枢绕组分别为A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相电枢绕组，再将每个相矩形单元格均匀分成m×m个线圈单元格；每个线圈单元格的边长为线圈距τ_t，属于同一相的(m²+1)/2个线圈分布在一个相矩形单元格中对角相邻的线圈单元格中，并且对角相邻的线圈绕向相反，不同相矩形单元格中的异相线圈位于平行或垂直相邻的线圈单元格中，并且平行或垂直相邻的线圈绕向相同；每个相矩形单元格中的属于同一相的(m²+1)/2个线圈相互串联之后为一个相电枢绕组，i个单元电机中属于同一相的相电枢绕组单元串联后，通过星形连接形成九相电枢绕组，所述直线-旋转电机是外动子结构或内动子结构。

具体实施方式八：参见图13、图14说明本实施方式。本实施方式是具体实施方式七所述的复合电流驱动九相直线-旋转电机的一个实施例，本实施例由一个电机单元构成，其中m＝3，h＝4，n＝3，电机有S＝45个线圈和P＝32个永磁体，电枢部件中的线圈距τ_t与永磁体励磁部件中的永磁体阵列极距τ_p之间满足关系9τ_t＝8τ_p。参见图131所示，由于3m与2h分别为9和8，为互质数，将平板型的永磁体轭板均匀分成2h×2h个永磁体单元格，即8×8个永磁体单元格，所述32个永磁体分别固定在永磁体轭板上的对角相邻的永磁体单元格中，所述永磁体平行或垂直不相邻，并且同一行或列的永磁体极性相同，相邻行或列的永磁体极性相反，本实施方式中，在第1、3、5、7行的第1、3、5、7列中固定N极永磁体，在第2、4、6、8行的第2、4、6、8列中固定S极永磁体；将平板形的电枢铁心均匀分成3×3个相矩形单元，每个相矩形单元再均匀分成m×m个，即3×3个单元格；每个相矩形单元中的3×3个单元格中分布有(3²+1)/2＝5个线圈，所述5个线圈分布在每个相矩形单元中对角相邻的单元格中，即第1行中的第1、3列、第2行中的第2列、第3行中的第1、3列中，并且对角相邻的线圈绕向相反，即第1行中的第1、3列和第3行中的第1、3列中的线圈正向缠绕，第2行中的第2列的线圈反向缠绕，相邻的两个相矩形单元中的线圈平行或垂直相邻或者不相邻，并且平行或垂直相邻的线圈绕向相同，即第3列第1、3行与相邻相矩形单元中的第4列中的第1、3行、第4行中的第3列的线圈相邻，且均为正向缠绕，第2列第2行的线圈与相邻矩形单元中的第2列第5行的线圈、第5列第2行的线圈均不相邻，第3行第1、3列的线圈与相邻的相矩形单元中的第4行第1、3列、第3行第4列的线圈相邻且均为正向缠绕，每个相矩形单元中的5个线圈相互串联之后形成一相电枢绕组，3×3个相矩形单元中的电枢绕组共形成9个相电枢绕组分别为：A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相电枢绕组，所述9个相电枢绕组单元星型连接形成九相电枢绕组。

根据图13和图14与图4和图5的对比可以获知，本实施方式所述的复合电流驱动九相直线-旋转电机的电枢结构和永磁体结构的平面展开图与具体实施方式三所述的复合电流驱动九相平面电机的电枢结构和永磁体结构相同。

具体实施方式九：一种复合电流驱动九相直线-旋转电机，其特征在于它包括初级部件和次级部件，初级部件和次级部件之间为气隙，其中初级部件包括电枢线圈与绕组固定套筒；次级部件包括永磁体阵列和和圆筒或圆柱形输出轴；初级部件中的线圈距τ_t与次级部件中的永磁体阵列极距τ_p之间满足关系3nτ_t＝(3n±1)τ_p，每个直线-旋转电机由i个单元电机构成，每个单元电机中包括S个线圈和P个永磁体磁极单元，所述P＝2h²，S＝9m²/2；将每个单元电机中的圆筒或圆柱形输出轴表面均匀分成2h×2h个永磁体单元格，所述永磁体单元格的边长为永磁体阵列极距τ_p，其中n、m、i、h为自然数，其中n＞1，m＞1，且3m与2h存在最大公约数j；所述P个永磁体磁极单元分别固定在输出轴表面上的对角相邻的永磁体单元格中，所述永磁体平行、垂直都不相邻，并且同一行或列的永磁体极性相同，相邻行或列的永磁体磁极单元的极性相反，所述永磁体磁极单元都是径向充磁；将每个单元电机中的圆筒形的绕组固定套筒表面均匀分成j×j个矩形电机单元，再将每个矩形电机单元均匀分成3×3个相矩形单元格，所述3×3个相矩形单元格中对应固定有9个不同的相单元电枢绕组，分别为A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相单元电枢绕组，再将每个相矩形单元格均匀分成(m/j)×(m/j)个线圈单元格，每个线圈单元格的边长为线圈距τ_t，每个相矩形单元格中有属于同一相的(m/j)×(m/j)/2个线圈，所述线圈固定在对角相邻的线圈单元格中，且绕向相反，不同的相矩形单元格中的异相线圈位于平行或垂直相邻的线圈单元格中，并且相邻的线圈绕向相同，将每个相矩形单元格中的线圈相互串联形成一个相单元电枢绕组，将j×j个矩形电机单元中属于同一相的相矩形单元格中的相单元电枢绕组串联形成一个相电枢绕组，i个单元电机中属于同一相的相电枢绕组单元串联后，通过星形连接形成九相电枢绕组，所述直线-旋转电机是外动子结构或内动子结构。

具体实施方式十：参见图15和图16说明本实施例。本实施方式是具体实施方式四所述的复合电流驱动九相平面电机的一个实施例，本实施例由一个电机单元构成，其中m＝4，h＝5，包括S个线圈和P个永磁体，所述P＝2h²＝50，S＝9m²/2＝72，电机的电枢线圈距τ_t与永磁体阵列极距τ_p之间满足关系12τ_t＝10τ_p。由于3m与2h分别为12和10有最大公约数为2，即j＝2，将每个单元电机中的平板型的永磁体轭板均匀分成2h×2h＝10×10个永磁体单元格，所述50个永磁体分别固定在永磁体轭板上的对角相邻的永磁体单元格中，所述永磁体平行或垂直不相邻，第1、3、5、7、9列的第1、3、5、7、9行的永磁体单元格中为N极永磁体，第2、4、6、8、10列的第2、4、6、8、10行的永磁体单元格中为S极永磁体；将平板形电枢铁心均匀分成2×2个矩形电机单元，再将每个矩形电机单元均匀分成3×3个相矩形单元，所述3×3个相矩形单元内放置9个相电枢绕组，每个相矩形单元中有同相的(m/j)×(m/j)/2＝2个线圈，再将每个相矩形单元均匀分成(m/j)×(m/j)＝2×2个线圈单元，同相的2个线圈固定在一个线圈单元中，并且所述同相的2个线圈对角相邻，且绕向相反，所述同相的2个线圈相互串联形成一个相单元线圈绕组，异相的线圈平行或垂直相邻，并且相邻的线圈绕向相同，所述3×3个相矩形单元中共有9个相单元线圈绕组分别为：A相、B相、C相、D相、E相、F相、G相、H相、I相单元线圈绕组，2×2个矩形电机单元中属于同一相的单元线圈绕组相互串联连接形成一个相电枢绕组，9个相电枢绕组星形连接形成九相电枢绕组。

根据图15和图16与图6和图7的对比可以获知，本实施方式所述的复合电流驱动九相直线-旋转电机的电枢结构和永磁体结构的平面展开图与具体实施方式五所述的复合电流驱动九相平面电机的电枢结构和永磁体结构相同。

具体实施方式十一：参见图17说明本实施方式。本实施方式是对具体实施方式一至十任意一个实施方式所述的复合电流驱动高推力密度九相电机中的永磁体阵列的结构的进一步限定，所述永磁体阵列还包括嵌入永磁体，所述嵌入永磁体固定在N极永磁体与S极永磁体相邻角所形成的空间内，即每一个N极永磁体被四个嵌入永磁体所包围，每一个S极永磁体被四个嵌入永磁体所包围，每一个嵌入永磁体沿对角线方向被分割成四等份，每一等份为一等边直角三角形，每一个等边直角三角形永磁体的充磁方向与所述直角三角形的斜边垂直，并且与N极永磁体相邻的嵌入永磁体的充磁方向为面向该N极永磁体的方向，与S极相邻的嵌入永磁体的充磁方向为背离该S极永磁体的方向，所述嵌入永磁体为平行充磁。

具体实施方式十二：参见图18说明本实施方式。本实施方式是对具体实施方式一至十任意一个实施方式所述的复合电流驱动高推力密度九相电机中的永磁体阵列的结构的进一步限定，所述永磁体阵列还包括嵌入永磁体，所述永磁体固定在N极永磁体与S极永磁体相邻角所形成的空间内，即每一个N极永磁体被四个嵌入永磁体所包围，每一个S极永磁体被四个嵌入永磁体所包围，每一个嵌入永磁体沿水平与垂直方向分割成四等份，每一等份为一矩形永磁体，每一个矩形永磁体的充磁方向为其对角线的方向，与N永磁体相邻的矩形永磁体的充磁方向为面向该N极永磁体的方向，与S极相邻的矩形永磁体的充磁方向为背离该S极永磁体的方向，所述嵌入永磁体均为平行充磁。

具体实施方式六至十二任一实施方式所述的直线-旋转电机中的电枢铁心可以采用齿槽结构，此时，每一个线圈绕在正方形的齿上。

具体实施方式六至十二任一实施方式所述的直线-旋转电机中的永磁体可以采用高性能的稀土永磁体。

具体实施方式六至十二任一实施方式所述的直线-旋转电机都是由多个单元电机组成，当需要增加电机的直线行程的时候，只需要增加单元电机的个数i就能达到目的。

具体实施方式十三：本实施方式所述的是针对具体实施方式一至十二任一实施方式所述的复合电流驱动高推力密度九相电机的驱动器，它有九路驱动电流输出信号，所述九路驱动电流信号分别为：