專利名稱：一種小行程節(jié)能音圈電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種音圈電機(jī)，特別涉及一種小行程的節(jié)能音圈電機(jī)。
背景技術(shù)：
作為一種小行程的直流直線電機(jī)，音圈電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、加速度較大、響應(yīng)快、推力波動(dòng)小。音圈電機(jī)與常規(guī)直線電機(jī)類似，不需要滾珠絲杠、齒輪齒條等中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)而直接產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)，因而易于實(shí)現(xiàn)高速度、高精度、高加速度、高響應(yīng)的精密直線運(yùn)動(dòng)。 但音圈電機(jī)作為一種直流直線電機(jī)，與常規(guī)交流直線電機(jī)相比，無(wú)齒槽效應(yīng)、推力波動(dòng)小， 更易于實(shí)現(xiàn)小行程的精密快速運(yùn)動(dòng)。音圈電機(jī)主要用于鏡頭調(diào)焦、硬盤磁頭定位、光刻機(jī)精密定位等精確定位伺服系統(tǒng)。近年來(lái)，隨著社會(huì)需求的不斷提高和科技的快速發(fā)展，在電子裝備、半導(dǎo)體裝備等工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，音圈電機(jī)的需求量逐漸增多，單套設(shè)備中音圈電機(jī)的用量也不斷增加，而且音圈電機(jī)的運(yùn)行速度也不斷提高，導(dǎo)致音圈電機(jī)消耗的電能逐漸增加，因此提高音圈電機(jī)的節(jié)能性顯得日益重要。為了提高音圈電機(jī)節(jié)能性，有研究者提出采用Halbach永磁陣列，但徑向充磁磁環(huán)一般采用多片磁環(huán)組合，制造與裝配工藝復(fù)雜，制造精度和長(zhǎng)期可靠性難以保證，且成本較高。同時(shí)，采用Halbach永磁陣列后，音圈電機(jī)需要采用直線導(dǎo)軌等支撐結(jié)構(gòu)件，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝不方便，而且存在機(jī)械磨損，可靠性降低。此外，為了提高音圈電機(jī)節(jié)能性，一般將音圈電機(jī)的電機(jī)外殼和定子固定不動(dòng)，盡可能的減小動(dòng)子質(zhì)量，因而動(dòng)子一般被包含在電機(jī)外殼和定子內(nèi)部，使反饋裝置安裝、調(diào)整不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)目的是針對(duì)上述節(jié)能音圈電機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀，提供一種用于工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的小行程節(jié)能音圈電機(jī)，不僅能夠滿足節(jié)能要求，而且具有結(jié)構(gòu)緊湊、工藝簡(jiǎn)單、可靠性高、無(wú)磨損、安裝調(diào)整方便等特點(diǎn)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案為一種小行程節(jié)能音圈電機(jī)，包括永磁動(dòng)子、線圈定子和支撐結(jié)構(gòu)三部分，所述的線圈定子同軸套接在永磁動(dòng)子上，并且線圈定子內(nèi)表面與永磁動(dòng)子外表面之間存在氣隙，以使永磁動(dòng)子相對(duì)線圈定子沿軸向作小行程的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其特征是所述的永磁動(dòng)子包括動(dòng)桿、同軸套接在動(dòng)桿上的至少一組充磁環(huán)組，以及設(shè)置在動(dòng)桿兩端、防止充磁環(huán)組攛動(dòng)的壓緊螺母；所述的充磁環(huán)組依次由軸向充磁永磁環(huán)、徑向充磁永磁環(huán)和軸向充磁永磁環(huán)組成；所述的線圈定子由至少一組定圈繞組組成，所述的定圈繞組依次由同軸放置的外絕緣墊、第一線圈、內(nèi)絕緣墊以及第二線圈組成； 所述的第一線圈與第二線圈的匝數(shù)相等，繞向相反；所述的充磁環(huán)組與定圈繞組沿軸向的寬度相同；所述的支撐結(jié)構(gòu)是由電機(jī)外殼，與動(dòng)桿兩端固定連接的兩端面柔性支撐體以及該固定連接部分所圍成的封閉腔體；所述的線圈定子位于所述腔體內(nèi)部并且與電機(jī)外殼固定絕緣連接。作為優(yōu)選，所述的支撐體是徑向剛度大軸向剛度小的柔性支撐片。作為優(yōu)選，所述的動(dòng)桿通過(guò)若干個(gè)固定螺母與兩端面柔性支撐體固定連接。作為優(yōu)選，所述的兩端面柔性支撐體通過(guò)若干個(gè)固定螺母與電機(jī)外殼固定連接。作為優(yōu)選，所述的徑向充磁永磁環(huán)采用熱壓工藝的熱壓幅向充磁永磁環(huán)。作為優(yōu)選，所述動(dòng)桿的一端連接位移反饋裝置，另一端連接被驅(qū)動(dòng)零部件。其中， 所述的位移反饋裝置優(yōu)選為線性可變差動(dòng)變壓器式位移傳感器或電渦流位移傳感器。綜上所述，本發(fā)明的音圈電機(jī)由支撐結(jié)構(gòu)，以及位于支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)部的若干組充磁環(huán)組與若干組定圈繞組組成，并且該充磁環(huán)組采用Halbach永磁陣列、該充磁環(huán)組與定圈繞組一一對(duì)應(yīng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的音圈電機(jī)具有如下有益效果(1)充磁永磁環(huán)組采用Halbach永磁陣列，提高了音圈電機(jī)的磁場(chǎng)利用率和磁場(chǎng)強(qiáng)度，在相同條件下能夠提高能量轉(zhuǎn)換效率，具有較好的節(jié)能效果；(2)與動(dòng)桿兩端相連接的支撐體采用柔性支撐體，不存在機(jī)械磨損、可靠性高；(3)當(dāng)徑向充磁永磁環(huán)優(yōu)選采用熱壓工藝的熱壓幅向充磁永磁環(huán)時(shí)，由于熱壓幅向永磁環(huán)制作工藝簡(jiǎn)單、成本較低，不需要多個(gè)磁片粘接組合，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝配工作量小、可靠性高、成本低，易于實(shí)現(xiàn)較高的裝配精度；(4)優(yōu)選采用在動(dòng)桿的一端連接反饋裝置，另一端連接被驅(qū)動(dòng)零部件，能夠方便地安裝、調(diào)整反饋裝置而不影響音圈電機(jī)性能，而且音圈電機(jī)內(nèi)的磁場(chǎng)也不會(huì)影響反饋裝置。(5)整個(gè)電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便；因此，本發(fā)明提供的小行程節(jié)能音圈電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，工藝簡(jiǎn)單，安裝調(diào)整方便磁場(chǎng)利用率高、節(jié)能性能好，不存在磨損，可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，具有良好的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例中小行程節(jié)能音圈電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示音圈電機(jī)的徑向剛度大軸向剛度小的柔性支撐片示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。需要指出的是，以下所述實(shí)施例旨在便于對(duì)本發(fā)明的理解，而對(duì)其不起任何限定作用。圖1是本發(fā)明小行程節(jié)能音圈電機(jī)的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1實(shí)施例所采用的徑向剛度大軸向剛度小的柔性支撐片示意圖，其中的附圖標(biāo)記為永磁動(dòng)子 20、支撐結(jié)構(gòu)30、線圈定子40、動(dòng)桿21、A端壓緊螺母22、B端壓緊螺母22'、軸向充磁永磁環(huán)23、徑向充磁永磁環(huán)M、軸向充磁永磁環(huán)25、A端動(dòng)子固定螺母31、B端動(dòng)子固定螺母 31' ^端定子固定螺母32、B端定子固定螺母32' ^端支撐體33』端支撐體33'、電機(jī)外殼34、第一線圈41、單元內(nèi)絕緣墊42、第二線圈43、單元外絕緣墊44。實(shí)施例如圖1和圖2所示，本實(shí)施例中的小行程節(jié)能音圈電機(jī)由永磁動(dòng)子20、線圈定子 40和支撐結(jié)構(gòu)30組成，其兩端分別標(biāo)注為A端與B端。永磁動(dòng)子20穿過(guò)線圈定子40各零部件的內(nèi)孔，且二者同軸，線圈定子40各零部件內(nèi)表面與永磁動(dòng)子20外表面之間存在氣隙，使永磁動(dòng)子20能夠相對(duì)線圈定子40沿軸向作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。永磁動(dòng)子20包括兩個(gè)壓緊螺母，即A端壓緊螺母22與B端壓緊螺母22 ‘，動(dòng)桿 21，若干組由軸向充磁永磁環(huán)23、徑向充磁永磁環(huán)M和軸向充磁永磁環(huán)25組成的永磁環(huán)組，且各零部件與動(dòng)桿21同軸放置。動(dòng)桿21依次穿過(guò)A端壓緊螺母22、永磁環(huán)組、B端壓緊螺母22'的內(nèi)孔，A端壓緊螺母22和B端壓緊螺母22'將永磁環(huán)組壓緊并與動(dòng)桿21固定。線圈定子40包括若干組由同軸放置的第一線圈41、內(nèi)絕緣墊42、第二線圈43和外絕緣墊44組成的定圈繞組，并且第一線圈41與第二線圈43的匝數(shù)相等，繞向相反。定圈繞組的組數(shù)根據(jù)實(shí)際需要而定，本實(shí)施例中，線圈定子40由三組定圈繞組組成。各定圈繞組和外絕緣墊44沿軸向同軸放置，且相鄰的定圈繞組之間采用外絕緣墊44隔開。各定圈繞組的絕緣墊和線圈的內(nèi)孔曲面與動(dòng)桿21的外圓曲面之間形成固定氣隙。一組永磁環(huán)組沿軸向的寬度，即軸向充磁永磁環(huán)23、徑向充磁永磁環(huán)M和軸向充磁永磁環(huán)25沿軸向的寬度，等于一個(gè)定圈繞組沿軸向的寬度，即第一線圈41、內(nèi)絕緣墊42、 第二線圈43和外絕緣墊44沿軸向的寬度。支撐結(jié)構(gòu)30包括一個(gè)電機(jī)外殼34與兩端面柔性支撐體，即A端柔性支撐體33和 B端柔性支撐體33'。動(dòng)桿21的A端穿過(guò)A端柔性支撐體33，通過(guò)若干個(gè)A端動(dòng)子固定螺母32與A端柔性支撐體33固定連接。動(dòng)桿21的B端穿過(guò)B端柔性支撐體33'，通過(guò)若干個(gè)B端動(dòng)子固定螺母32'與B端柔性支撐體33'固定連接。電機(jī)外殼34、A端柔性支撐體 33、B端柔性支撐體33'以及與動(dòng)桿21的A端與B端的連接部分形成一個(gè)封閉的腔體。A端柔性支撐體33通過(guò)A端動(dòng)子固定螺母31與電機(jī)外殼34固定連接，B端柔性支撐體33'通過(guò)B端動(dòng)子固定螺母31'與電機(jī)外殼34固定連接。線圈定子40位于封閉腔體內(nèi)部且通過(guò)灌封或其它方式與電機(jī)外殼34固定絕緣連接。動(dòng)桿21、A端壓緊螺母22和B端壓緊螺母22'為非導(dǎo)磁材料，軸向充磁永磁環(huán)23 和25為永磁材料，徑向充磁永磁環(huán)M采用熱壓幅向永磁環(huán)，電機(jī)外殼34為非導(dǎo)磁材料，內(nèi)絕緣墊42、外絕緣墊44為絕緣材料，A端柔性支撐體33和B端柔性支撐體33'采用徑向剛度大軸向剛度小的柔性支撐片。本實(shí)施例中的小行程節(jié)能音圈電機(jī)需要附圖1所示的線圈定子40和電機(jī)外殼34 固定不動(dòng)，永磁動(dòng)子20在A端柔性支撐體33和B端柔性支撐體33'的支撐下可以做小行程無(wú)磨損往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。本實(shí)施例中，動(dòng)桿21的一個(gè)端部安裝位移反饋裝置，如線性可變差動(dòng)變壓器式位移傳感器或電渦流位移傳感器，動(dòng)桿21的另一個(gè)端部安裝被驅(qū)動(dòng)零部件。當(dāng)線圈定子40的軸向中部與永磁動(dòng)子20的軸向中部重合時(shí)，音圈電機(jī)處于平衡位置，A端徑向剛度大軸向剛度小的柔性支撐體33和B端徑向剛度大軸向剛度小的柔性支撐體33'無(wú)軸向作用力。當(dāng)線圈定子40中通入直流電時(shí)，繞組線圈第一線圈41與第二線圈43內(nèi)產(chǎn)生方向相反的電磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)永磁動(dòng)子20與被驅(qū)動(dòng)零部件朝A端(或B端)進(jìn)行小行程的直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)線圈定子40中通入方向相反的直流電時(shí)，繞組線圈內(nèi)的兩個(gè)線圈產(chǎn)生的電磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)永磁動(dòng)子20與被驅(qū)動(dòng)零部件朝B端(或A端)進(jìn)行小行程的直線運(yùn)動(dòng)。由于永磁動(dòng)子20采用Halbach永磁陣列，本實(shí)施例的音圈電機(jī)磁場(chǎng)利用率和磁場(chǎng)強(qiáng)度較高，相同條件下能量利用效率有所提高，因而節(jié)能性好。由于熱壓幅向永磁環(huán)制作工藝簡(jiǎn)單、成本較低，不需要多個(gè)磁片粘接組合，因而實(shí)施例結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝配工作量小、可靠性高、成本低，易于實(shí)現(xiàn)較高的裝配精度。由于本實(shí)施例采用徑向剛度大軸向剛度小的柔性支撐片支撐，故實(shí)施例的音圈電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，安裝方便、不存在機(jī)械磨損、可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，批量生產(chǎn)時(shí)成本低。由于本實(shí)施例在動(dòng)桿21的一個(gè)端部安裝位移反饋裝置，另一個(gè)端部安裝被驅(qū)動(dòng)零部件，因而本實(shí)施例中可以方便的安裝、調(diào)整反饋裝置而不影響音圈電機(jī)性能，而且音圈電機(jī)內(nèi)的磁場(chǎng)也不會(huì)影響反饋裝置的精度與穩(wěn)定性。以上所述的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、 補(bǔ)充或類似方式替代等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種小行程節(jié)能音圈電機(jī)，包括永磁動(dòng)子(20)、線圈定子00)和支撐結(jié)構(gòu)(30)，所述的線圈定子GO)同軸套接在永磁動(dòng)子00)上，并且線圈定子00)內(nèi)表面與永磁動(dòng)子 (20)外表面之間存在氣隙，以使永磁動(dòng)子O0)相對(duì)線圈定子00)沿軸向作小行程的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其特征是所述的永磁動(dòng)子O0)包括動(dòng)桿(21)、同軸套接在動(dòng)桿上的至少一組充磁環(huán)組，以及設(shè)置在動(dòng)桿兩端、防止充磁環(huán)組攛動(dòng)的壓緊螺母02，22')；所述的充磁環(huán)組依次由軸向充磁永磁環(huán)(23)、徑向充磁永磁環(huán)04)和軸向充磁永磁環(huán)0 組成；所述的線圈定子GO)由至少一組定圈繞組組成，所述的定圈繞組依次由同軸放置的外絕緣墊(44)、第一線圈01)、內(nèi)絕緣墊02)以及第二線圈03)組成；所述的第一線圈 (41)與第二線圈(43)的匝數(shù)相等，繞向相反；所述的充磁環(huán)組與定圈繞組沿軸向的寬度相同；所述的支撐結(jié)構(gòu)(30)是由電機(jī)外殼(34)，與動(dòng)桿兩端固定連接的兩端面柔性支撐體(33，33')以及該固定連接部分所圍成的封閉腔體；所述的線圈定子GO)位于所述腔體內(nèi)部并且與電機(jī)外殼(34)固定絕緣連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小行程節(jié)能音圈電機(jī)，其特征是所述的柔性支撐體(33， 33')是徑向剛度大軸向剛度小的柔性支撐片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的小行程節(jié)能音圈電機(jī)，其特征是所述的動(dòng)桿兩端通過(guò)若干個(gè)固定螺母(32，32')與柔性支撐體(33，33')固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的小行程節(jié)能音圈電機(jī)，其特征是所述的柔性支撐體 (33,33')通過(guò)若干個(gè)固定螺母(31，31')與電機(jī)外殼(34)固定連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的小行程節(jié)能音圈電機(jī)，其特征是所述的徑向充磁永磁環(huán)04)是采用熱壓工藝的熱壓幅向充磁永磁環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的小行程節(jié)能音圈電機(jī)，其特征是所述的動(dòng)桿的一端連接位移反饋裝置，另一端連接被驅(qū)動(dòng)零部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種小行程節(jié)能音圈電機(jī)，其特征是所述的位移反饋裝置是線性可變差動(dòng)變壓器式位移傳感器或電渦流位移傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種小行程節(jié)能音圈電機(jī)，包括永磁動(dòng)子、線圈定子與支撐結(jié)構(gòu)，其中永磁動(dòng)子包括動(dòng)桿，同軸套接在動(dòng)桿上的至少一組采用Halbach永磁陣列的充磁永磁環(huán)組；線圈定子包括至少一組由外絕緣墊，匝數(shù)相等、繞向相反的第一線圈與第二線圈以及其間的內(nèi)絕緣墊組成的定圈繞組；充磁環(huán)組與定圈繞組沿軸向的寬度相同；支撐結(jié)構(gòu)是由電機(jī)外殼，與動(dòng)桿兩端固定連接的兩端面柔性支撐體以及該固定連接部分所圍成的封閉腔體；線圈定子位于該腔體內(nèi)部并且與電機(jī)外殼固定絕緣連接。與現(xiàn)有的音圈電機(jī)，本發(fā)明的音圈電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，工藝簡(jiǎn)單，安裝調(diào)整方便磁場(chǎng)利用率高、節(jié)能性能好，不存在磨損，可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H02K33/18GK102570767SQ201210008010
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者周杰, 廖有用, 張 杰, 章達(dá)眾, 舒鑫東, 陸彤, 黃彬彬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所