本發明涉及一種音圈電機。

背景技術：

音圈電機通常由定子和動子組成，其工作原理為：在定子間隙磁場中放入線圈繞組，線圈通電后產生電磁力，帶動動子和負載作直線運動，改變電流的強弱和極性，即可改變電磁力的大小和方向。由于音圈電機結構簡單、維護方便、可靠和能量轉換效率高，而且電氣與機械時間常數低，推力/質量比高，無齒槽效應，不需要換向，靈敏度高，因此在要求快速、高精度定位的光刻機短行程精密定位單元中具有廣泛應用。

現有的音圈電機結構如圖1所示，包括呈長方體形狀的銜鐵1’，位于銜鐵1’上方、截面呈開口朝下的E型鐵芯2’以及套設于鐵芯2’中部的線圈3’，銜鐵1’和鐵芯2’均由片狀的導磁材料堆疊而成，其中鐵芯2’與線圈3’為定子，銜鐵1’為動子；音圈電機內部電磁分布如圖2所示，圖中⊙代表電流流向為垂直紙面向外，代表電流流向垂直紙面向里。當線圈3’內部通入電流后，在鐵芯2’和銜鐵1’內部產生磁場，從而使兩者之間產生引力，銜鐵1’向上方運動并與鐵芯2’吸合，當線圈3’斷電時，銜鐵1’向下方運動與鐵芯2’分離。然而采用該種方式設置的銜鐵1’和鐵芯2’只有當線圈3’通電后，兩者距離較近時才能產生引力，且當銜鐵1’與鐵芯2’距離很小時，二者引力很大，當兩者距離稍遠時，引力急劇變小，因此行程較小，引力波動大，穩定性低；此外，該音圈電機不具備重力補償功能，加重了線圈3’沿重力相反方向的推力壓力，從而降低了音圈電機的整體性能，未能滿足光刻機長行程運動和高精度定位需求。

技術實現要素：

本發明為了克服以上不足，提供了一種具有重力補償功能，且能有效提高行程和穩定性的音圈電機。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種音圈電機，包括：

定子，設有凹槽結構，凹槽結構的數量≥1；

動子，具有突狀結構，所述突狀結構設置在上述凹槽結構內，且形狀與所述凹槽結構相匹配；

線圈，至少部分設置在所述凹槽結構內。

進一步的，所述音圈電機還包括至少2個磁性單元，所述磁性單元固定設于所述定子或/和所述動子內。

進一步的，所述定子和動子均為由片狀導磁材料堆疊而成的平板型結構。

進一步的，所述凹槽結構、所述突狀結構及所述線圈的數量比為A:B:C，其中，A、B、C為大于等于1的自然數，且A＝B≥C。

進一步的，所述凹槽結構、所述突狀結構及所述線圈的數量比A:B:C為1:1:1，所述凹槽結構為環形凹槽，所述突狀結構為與所述環形凹槽匹配的環形突起，所述線圈為環形線圈，設置在所述環形凹槽底部。

進一步的，所述環形凹槽或/和所述環形突起設有用于容納磁性單元的環形固定槽。

進一步的，所述凹槽結構、所述突狀結構及所述線圈的數量比A:B:C為2:2:1，所述凹槽結構通過定子連接部連接形成E型結構，所述突狀結構通過動子連接部連接形成U型結構。

進一步的，所述E型結構或/和所述U型結構設有用于容納磁性單元的矩形固定槽。

進一步的，所述動子連接部由非金屬材料制成。

進一步的，所述凹槽結構、所述突狀結構及所述線圈的數量比A:B:C為3:3:2, 所述凹槽結構或/和所述突狀結構設置有用于容納磁性單元的矩形固定槽。

本發明提供的音圈電機，一種音圈電機，包括：定子，設有凹槽結構，凹槽結構的數量1；動子，具有突狀結構，所述突狀結構設置在上述凹槽結構內，且形狀與所述凹槽結構相匹配；以及線圈，至少部分設置在所述凹槽結構內。本發明通過設置與凹槽結構相適配的突狀結構對動子產生與其重力方向相反的重力補償力，不僅能提高電機的穩定性，降低了線圈因重力而產生的推力壓力，而且增加了電機的行程，進一步提高了音圈電機的整體性能，有效滿足了光刻機長行程運動和高精度定位需求。

附圖說明

圖1是現有音圈電機結構示意圖；

圖2是現有音圈電機內部電磁分布示意圖；

圖3是本發明音圈電機實施例1的結構示意圖；

圖4是本發明音圈電機實施例1的剖面圖；

圖5是本發明音圈電機實施例1內部電磁分布示意圖；

圖6a、6b分別是本發明音圈電機線圈不通電和通電時重力補償力沿Z軸的曲線圖；

圖7是本發明音圈電機實施例2的結構示意圖；

圖8是本發明音圈電機實施例3的結構示意圖；

圖9是本發明音圈電機實施例4的結構示意圖；

圖10是本發明音圈電機實施例5的整體結構圖；

圖11是本發明音圈電機實施例5的結構展開圖。

圖1-2中所示：1’、銜鐵；2’、鐵芯；3’、線圈；

圖3-11中所示：1、定子；101、凹槽結構；102、定子連接部；環形凹槽；2、動子；201、突狀結構；202、動子連接部；3、線圈；4、磁性單元；401、內環磁鐵；402、外環磁鐵；501、矩形固定槽；601、環形固定槽。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作詳細描述：

實施例1

如圖3所示，本發明提供一種音圈電機，包括：

定子1，本發明中定子1為鐵芯，設有凹槽結構101，凹槽結構101的數量≥1；動子2，本發明中動子為銜鐵，具有突狀結構201，所述突狀結構201設置在上述凹槽結構101內，且形狀與所述凹槽結構101相匹配；線圈3，至少部分設置在所述凹槽結構101內。本發明通過設置與凹槽結構101相適配的突狀結構201對動子產生與其重力方向相反的重力補償力，不僅能提高電機的穩定性，降低了線圈3因重力而產生的推力壓力，而且增加了電機的行程，進一步提高了音圈電機的整體性能，有效滿足了光刻機長行程運動和高精度定位需求。

優選的，所述音圈電機還包括至少2個磁性單元4，所述磁性單元4固定設于所述定子1或/和所述動子2內。通過磁性單元4對動子產生與其重力方向相反的重力補償力，不僅能提高電機的穩定性，降低了線圈因重力而產生的推力壓力；同時在鐵芯內設置凹槽結構101，并使銜鐵與凹槽結構101相適配，增加了電機的行程，進一步提高了音圈電機的整體性能，有效滿足了光刻機長行程運動和高精度定位需求。

優選的，所述定子1和動子2均為由片狀導磁材料堆疊而成的平板型結構。所述凹槽結構101、所述突狀結構201及所述線圈3的數量比為A:B:C，其中，A、B、C為大于等于1的自然數，且A＝B≥C，優選的，凹槽結構101、突狀結構201及線圈3的數量比A:B:C為2:2:1，本實施例中，凹槽結構101、突狀結構201及線圈3的數量A、B、C分別為2、2、1，凹槽結構101通過定子連接部102連接形成E型結構，突狀結構201通過動子連接部202連接形成U型結構，如圖4所示，所述動子連接部202由非金屬材料制成，采用該種設計方式可降低動子重量。

所述E型結構或/和所述U型結構設有用于容納磁性單元4的矩形固定槽501，具體的，矩形固定槽501設置在凹槽結構101開口的兩側，磁性單元4的數量為4塊，分別設置在該矩形固定槽501內，音圈電機內部的電磁分布如圖5所示，其中⊙代表電流流向為垂直紙面向外，代表電流流向垂直紙面向里。定子1、動子2與磁性單元4內部均存在磁場，由于兩組磁性單元4的磁力線需穿過空氣或真空才能閉合，但空氣或者真空的磁阻比構成銜鐵的導磁材料的磁阻大，磁力線將會從磁阻較小的介質，即從銜鐵中通過，因此，磁性單元4對銜鐵產生一個與重力方向相反的力，即重力補償力。線圈3內不通電和通電時沿Z軸方向(即與重力相反的方向)對銜鐵產生的重力補償力如圖6a、6b所示，當線圈3不通電時，磁性單元4對銜鐵的重力補償力小于銜鐵和負載(圖中未標出)的重力，此時銜鐵會帶著負載向下方運動，遠離鐵芯，到達虛線框的位置；當線圈3內通入圖5所示方向電流時，鐵芯和線圈3對銜鐵產生引力，與磁性單元4產生的重力補償力共同作用，使銜鐵向上方運動，靠近鐵芯；當線圈3內通入與圖5相反方向電流時，鐵芯和線圈3對銜鐵產生斥力，加速銜鐵和負載向下方運動。因此可通過調整線圈3內電流的大小和方向以滿足音圈電機的運動行程和速度需求。

需要說明的是，根據實際需要也可將銜鐵作為定子1，鐵芯作為動子2，工作原理相同。

實施例2

如圖7所示，與上述實施例不同的是，該實施例中，矩形固定槽501設置在突出結構201的中部，具體的，磁性單元4設有2塊，由于鐵芯同樣是由導磁材料構成，其磁阻比空氣的磁阻小，因此該組磁性單元4的磁力線將會從磁阻較小的介質，即從鐵芯中通過，與鐵芯產生相互作用力，由于鐵芯為定子1，銜鐵為動子2，因此亦可看成是磁性單元4對銜鐵產生與重力方向相反的重力補償力。

實施例3

如圖8所示，與上述實施例不同的是，本實施例中，凹槽結構101開口兩側和突出結構201的中部均設有與磁性單元4相適配的矩形固定槽501，磁性單元4的數量為6塊，分別設置在凹槽結構101開口兩側的矩形固定槽501和突出結構201中部的矩形固定槽501內，同理，凹槽結構101開口兩側的矩形固定槽501中的磁性單元4的磁力線從銜鐵中通過，對其產生向上的重力補償力，而突出結構201中部的矩形固定槽501內的一組磁性單元4的磁力線從鐵芯中通過，與鐵芯產生引力，也看作對銜鐵產生重力補償力，如此設置可有效提高重力補償力，進一步減少線圈3對銜鐵和負載沿重力反方向的推力壓力。

實施例4

如圖9所示，與上述實施例不同的是，本實施例中凹槽結構101、所述突狀結構201及所述線圈3的數量比A:B:C為3:3:2,本實施例中，凹槽結構101、突狀結構201及線圈3的數量A、B、C分別為3、3、2，凹槽結構101或/和突狀結構201設置有用于容納磁性單元4的矩形固定槽501，具體的，銜鐵的數量也可為三塊，位置分別與所述凹槽結構101相對應，銜鐵之間通過非金屬材料連接，形成開口向上的E型結構，凹槽結構101的開口兩端設有與磁性單元4相適配的矩形固定槽501。

實施例5

如圖10-11所示，與上述實施例不同的是，本實施例中鐵芯和銜鐵均為一側開口的圓筒形狀，凹槽結構101、突狀結構201及所述線圈3的數量比A:B:C為1:1:1，所述凹槽結構101為環形凹槽，所述突狀結構201為與環形凹槽匹配的環形突起，所述線圈3為環形線圈，設置在環形凹槽底部，環形凹槽或/和環形突起設有用于容納磁性單元4的環形固定槽601。具體的，磁性單元4的數量為2個，分別為內環磁鐵401和外環磁鐵402，環形固定槽601也設有2個，分別 與內環磁鐵401和外環磁鐵402相適配。

實施例6

與實施例5不同的是，本實施例中銜鐵內也設有與磁鐵單元4相適配的環形固定槽(圖中未標出)，磁鐵單元4的數量為3個，分別設置在鐵芯和銜鐵內的環形固定槽601內。

綜上所述，本發明提供的音圈電機，一種音圈電機，包括：定子1，設有凹槽結構101，凹槽結構101的數量1；動子2，具有突狀結構201，所述突狀結構201設置在上述凹槽結構101內，且形狀與所述凹槽結構101相匹配；以及線圈3，至少部分設置在所述凹槽結構101內。本發明通過設置與凹槽結構101相適配的突狀結構201對動子2產生與其重力方向相反的重力補償力，不僅能提高電機的穩定性，降低了線圈因重力而產生的推力壓力，而且增加了電機的行程，進一步提高了音圈電機的整體性能，有效滿足了光刻機長行程運動和高精度定位需求。

雖然說明書中對本發明的實施方式進行了說明，但這些實施方式只是作為提示，不應限定本發明的保護范圍。在不脫離本發明宗旨的范圍內進行各種省略、置換和變更均應包含在本發明的保護范圍內。