專利名稱：一種小行程節能音圈電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種音圈電機，特別涉及一種小行程的節能音圈電機。
背景技術：
作為一種小行程的直流直線電機，音圈電機結構簡單、體積小、加速度較大、響應快、推力波動小。音圈電機與常規直線電機類似，不需要滾珠絲杠、齒輪齒條等中間傳動環節而直接產生直線運動，因而易于實現高速度、高精度、高加速度、高響應的精密直線運動。 但音圈電機作為一種直流直線電機，與常規交流直線電機相比，無齒槽效應、推力波動小， 更易于實現小行程的精密快速運動。音圈電機主要用于鏡頭調焦、硬盤磁頭定位、光刻機精密定位等精確定位伺服系統。近年來，隨著社會需求的不斷提高和科技的快速發展，在電子裝備、半導體裝備等工業自動化領域，音圈電機的需求量逐漸增多，單套設備中音圈電機的用量也不斷增加，而且音圈電機的運行速度也不斷提高，導致音圈電機消耗的電能逐漸增加，因此提高音圈電機的節能性顯得日益重要。為了提高音圈電機節能性，有研究者提出采用Halbach永磁陣列，但徑向充磁磁環一般采用多片磁環組合，制造與裝配工藝復雜，制造精度和長期可靠性難以保證，且成本較高。同時，采用Halbach永磁陣列后，音圈電機需要采用直線導軌等支撐結構件，使系統結構復雜，安裝不方便，而且存在機械磨損，可靠性降低。此外，為了提高音圈電機節能性，一般將音圈電機的電機外殼和定子固定不動，盡可能的減小動子質量，因而動子一般被包含在電機外殼和定子內部，使反饋裝置安裝、調整不便。

發明內容
本發明的技術目的是針對上述節能音圈電機的技術現狀，提供一種用于工業自動化設備的小行程節能音圈電機，不僅能夠滿足節能要求，而且具有結構緊湊、工藝簡單、可靠性高、無磨損、安裝調整方便等特點。本發明實現上述目的所采用的技術方案為一種小行程節能音圈電機，包括永磁動子、線圈定子和支撐結構三部分，所述的線圈定子同軸套接在永磁動子上，并且線圈定子內表面與永磁動子外表面之間存在氣隙，以使永磁動子相對線圈定子沿軸向作小行程的直線往復運動，其特征是所述的永磁動子包括動桿、同軸套接在動桿上的至少一組充磁環組，以及設置在動桿兩端、防止充磁環組攛動的壓緊螺母；所述的充磁環組依次由軸向充磁永磁環、徑向充磁永磁環和軸向充磁永磁環組成；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相等，繞向相反；所述的充磁環組與定圈繞組沿軸向的寬度相同；所述的支撐結構是由電機外殼，與動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部并且與電機外殼固定絕緣連接。作為優選，所述的支撐體是徑向剛度大軸向剛度小的柔性支撐片。作為優選，所述的動桿通過若干個固定螺母與兩端面柔性支撐體固定連接。作為優選，所述的兩端面柔性支撐體通過若干個固定螺母與電機外殼固定連接。作為優選，所述的徑向充磁永磁環采用熱壓工藝的熱壓幅向充磁永磁環。作為優選，所述動桿的一端連接位移反饋裝置，另一端連接被驅動零部件。其中， 所述的位移反饋裝置優選為線性可變差動變壓器式位移傳感器或電渦流位移傳感器。綜上所述，本發明的音圈電機由支撐結構，以及位于支撐結構內部的若干組充磁環組與若干組定圈繞組組成，并且該充磁環組采用Halbach永磁陣列、該充磁環組與定圈繞組一一對應，與現有技術相比，本發明的音圈電機具有如下有益效果(1)充磁永磁環組采用Halbach永磁陣列，提高了音圈電機的磁場利用率和磁場強度，在相同條件下能夠提高能量轉換效率，具有較好的節能效果；(2)與動桿兩端相連接的支撐體采用柔性支撐體，不存在機械磨損、可靠性高；(3)當徑向充磁永磁環優選采用熱壓工藝的熱壓幅向充磁永磁環時，由于熱壓幅向永磁環制作工藝簡單、成本較低，不需要多個磁片粘接組合，因而結構簡單、裝配工作量小、可靠性高、成本低，易于實現較高的裝配精度；(4)優選采用在動桿的一端連接反饋裝置，另一端連接被驅動零部件，能夠方便地安裝、調整反饋裝置而不影響音圈電機性能，而且音圈電機內的磁場也不會影響反饋裝置。(5)整個電機結構緊湊、安裝方便；因此，本發明提供的小行程節能音圈電機結構緊湊，工藝簡單，安裝調整方便磁場利用率高、節能性能好，不存在磨損，可靠性高，使用壽命長，具有良好的應用前景。


圖1是本發明實施例中小行程節能音圈電機的結構示意圖；圖2是圖1所示音圈電機的徑向剛度大軸向剛度小的柔性支撐片示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖及實施例對本發明做進一步的說明。需要指出的是，以下所述實施例旨在便于對本發明的理解，而對其不起任何限定作用。圖1是本發明小行程節能音圈電機的一種實施例的結構示意圖，圖2是圖1實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，其中的附圖標記為永磁動子 20、支撐結構30、線圈定子40、動桿21、A端壓緊螺母22、B端壓緊螺母22'、軸向充磁永磁環23、徑向充磁永磁環M、軸向充磁永磁環25、A端動子固定螺母31、B端動子固定螺母 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'、電機外殼34、第一線圈41、單元內絕緣墊42、第二線圈43、單元外絕緣墊44。實施例如圖1和圖2所示，本實施例中的小行程節能音圈電機由永磁動子20、線圈定子 40和支撐結構30組成，其兩端分別標注為A端與B端。永磁動子20穿過線圈定子40各零部件的內孔，且二者同軸，線圈定子40各零部件內表面與永磁動子20外表面之間存在氣隙，使永磁動子20能夠相對線圈定子40沿軸向作直線往復運動。永磁動子20包括兩個壓緊螺母，即A端壓緊螺母22與B端壓緊螺母22 ‘，動桿 21，若干組由軸向充磁永磁環23、徑向充磁永磁環M和軸向充磁永磁環25組成的永磁環組，且各零部件與動桿21同軸放置。動桿21依次穿過A端壓緊螺母22、永磁環組、B端壓緊螺母22'的內孔，A端壓緊螺母22和B端壓緊螺母22'將永磁環組壓緊并與動桿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的匝數相等，繞向相反。定圈繞組的組數根據實際需要而定，本實施例中，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孔曲面與動桿21的外圓曲面之間形成固定氣隙。一組永磁環組沿軸向的寬度，即軸向充磁永磁環23、徑向充磁永磁環M和軸向充磁永磁環25沿軸向的寬度，等于一個定圈繞組沿軸向的寬度，即第一線圈41、內絕緣墊42、 第二線圈43和外絕緣墊44沿軸向的寬度。支撐結構30包括一個電機外殼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'。動桿21的A端穿過A端柔性支撐體33，通過若干個A端動子固定螺母32與A端柔性支撐體33固定連接。動桿21的B端穿過B端柔性支撐體33'，通過若干個B端動子固定螺母32'與B端柔性支撐體33'固定連接。電機外殼34、A端柔性支撐體 33、B端柔性支撐體33'以及與動桿21的A端與B端的連接部分形成一個封閉的腔體。A端柔性支撐體33通過A端動子固定螺母31與電機外殼34固定連接，B端柔性支撐體33'通過B端動子固定螺母31'與電機外殼34固定連接。線圈定子40位于封閉腔體內部且通過灌封或其它方式與電機外殼34固定絕緣連接。動桿21、A端壓緊螺母22和B端壓緊螺母22'為非導磁材料，軸向充磁永磁環23 和25為永磁材料，徑向充磁永磁環M采用熱壓幅向永磁環，電機外殼34為非導磁材料，內絕緣墊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。本實施例中的小行程節能音圈電機需要附圖1所示的線圈定子40和電機外殼34 固定不動，永磁動子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磨損往復直線運動。本實施例中，動桿21的一個端部安裝位移反饋裝置，如線性可變差動變壓器式位移傳感器或電渦流位移傳感器，動桿21的另一個端部安裝被驅動零部件。當線圈定子40的軸向中部與永磁動子20的軸向中部重合時，音圈電機處于平衡位置，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'無軸向作用力。當線圈定子40中通入直流電時，繞組線圈第一線圈41與第二線圈43內產生方向相反的電磁場，驅動永磁動子20與被驅動零部件朝A端(或B端)進行小行程的直線運動。當線圈定子40中通入方向相反的直流電時，繞組線圈內的兩個線圈產生的電磁場驅動永磁動子20與被驅動零部件朝B端(或A端)進行小行程的直線運動。由于永磁動子20采用Halbach永磁陣列，本實施例的音圈電機磁場利用率和磁場強度較高，相同條件下能量利用效率有所提高，因而節能性好。由于熱壓幅向永磁環制作工藝簡單、成本較低，不需要多個磁片粘接組合，因而實施例結構簡單、裝配工作量小、可靠性高、成本低，易于實現較高的裝配精度。由于本實施例采用徑向剛度大軸向剛度小的柔性支撐片支撐，故實施例的音圈電機結構簡單、緊湊，安裝方便、不存在機械磨損、可靠性高，使用壽命長，批量生產時成本低。由于本實施例在動桿21的一個端部安裝位移反饋裝置，另一個端部安裝被驅動零部件，因而本實施例中可以方便的安裝、調整反饋裝置而不影響音圈電機性能，而且音圈電機內的磁場也不會影響反饋裝置的精度與穩定性。以上所述的實施例對本發明的技術方案進行了詳細說明，應理解的是以上所述僅為本發明的具體實施例，并不用于限制本發明，凡在本發明的原則范圍內所做的任何修改、 補充或類似方式替代等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種小行程節能音圈電機，包括永磁動子(20)、線圈定子00)和支撐結構(30)，所述的線圈定子GO)同軸套接在永磁動子00)上，并且線圈定子00)內表面與永磁動子 (20)外表面之間存在氣隙，以使永磁動子O0)相對線圈定子00)沿軸向作小行程的直線往復運動，其特征是所述的永磁動子O0)包括動桿(21)、同軸套接在動桿上的至少一組充磁環組，以及設置在動桿兩端、防止充磁環組攛動的壓緊螺母02，22')；所述的充磁環組依次由軸向充磁永磁環(23)、徑向充磁永磁環04)和軸向充磁永磁環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)的匝數相等，繞向相反；所述的充磁環組與定圈繞組沿軸向的寬度相同；所述的支撐結構(30)是由電機外殼(34)，與動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)位于所述腔體內部并且與電機外殼(34)固定絕緣連接。
2.根據權利要求1所述的小行程節能音圈電機，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.根據權利要求1或2所述的小行程節能音圈電機，其特征是所述的動桿兩端通過若干個固定螺母(32，32')與柔性支撐體(33，33')固定連接。
4.根據權利要求1或2所述的小行程節能音圈電機，其特征是所述的柔性支撐體 (33,33')通過若干個固定螺母(31，31')與電機外殼(34)固定連接。
5.根據權利要求1或2所述的小行程節能音圈電機，其特征是所述的徑向充磁永磁環04)是采用熱壓工藝的熱壓幅向充磁永磁環。
6.根據權利要求1或2所述的小行程節能音圈電機，其特征是所述的動桿的一端連接位移反饋裝置，另一端連接被驅動零部件。
7.根據權利要求6所述的一種小行程節能音圈電機，其特征是所述的位移反饋裝置是線性可變差動變壓器式位移傳感器或電渦流位移傳感器。
全文摘要
本發明公開了一種小行程節能音圈電機，包括永磁動子、線圈定子與支撐結構，其中永磁動子包括動桿，同軸套接在動桿上的至少一組采用Halbach永磁陣列的充磁永磁環組；線圈定子包括至少一組由外絕緣墊，匝數相等、繞向相反的第一線圈與第二線圈以及其間的內絕緣墊組成的定圈繞組；充磁環組與定圈繞組沿軸向的寬度相同；支撐結構是由電機外殼，與動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部并且與電機外殼固定絕緣連接。與現有的音圈電機，本發明的音圈電機結構緊湊，工藝簡單，安裝調整方便磁場利用率高、節能性能好，不存在磨損，可靠性高，使用壽命長，具有良好的應用前景。
文檔編號H02K33/18GK102570767SQ201210008010
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者周杰, 廖有用, 張 杰, 章達眾, 舒鑫東, 陸彤, 黃彬彬 申請人:中國科學院寧波材料技術與工程研究所