专利名称：一种直流直线音圈电机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于机械工程技术领域，具体涉及一种直流直线音圈电机。
技术背景音圈电机(Voice Coil Actuator, VCA )是一种特殊形式的直接驱动电机， 具有结构简单、体积小、高速、高加速和响应快等特性。其工作原理是,通 电线圈(导体)放在磁场内就会产生力，力的大小与施加在线圈上的电流成 比例。基于此原理制造的音圈电机运动形式可以为直线或圆弧。自其问世以来，广泛地应用于光盘驱动器、硬盘驱动器、医疗器械、 航天仪器(例如航天制冷机)、精密测距仪器(例如霍尔位移测量装置)、活塞 车床刀架和移动电话(作为振动电机)等领域，是一种性能非常先进的直线电 机，有着广泛的应用前景。近年来，随着对高速、高精度定位系统性能要求的提高和音圈电机技术 的迅速发展，音圈电机在许多不同形式的高加速、高频激励上也得到广泛应 用。如，光学系统中透镜的定位；机械工具的多坐标定位平台；医学装置中 精密电子管、真空管控制；激光光束扫描器的驱动；在柔性机器人中，为使 末端执行器快速、精确定位，还可以用音圈电机来有效地抑制振动。传统结构音圈电机设计中由于磁路设计不合理常常出现漏磁问题，导 致磁体性能得不到充分利用，从而导致音圈电机的出力不符合有小尺寸大 出力、高行程高频率应用要求的场合。例如BEI公司生产LA10-08-000A型 音圈电机，其外径为24.13mm，平衡态长19.69mm，行程土2.54mm，出力 仅为3.61N/A。发明内容本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种直流直线音圈电 寸、大出力的特点，可保证对小型机械系统驱动的高 行程和高频率。本实用新型提供直流直线音圈电机，包括铁壳、铁芯、音圈支架、漆 包线圈和磁钢，其特征在于磁钢包括环形磁钢或瓦形磁钢组和圆柱形磁 钢；环形磁钢的充磁方向为辐向，瓦形磁钢组每片磁钢充磁方向均为径向， 圆柱形磁钢的充磁方向为轴向；环形磁钢或瓦形磁钢组沿铁壳内壁安装在底面， 环形磁钢或瓦形磁钢组的N级对着铁芯，S级对着铁壳；圆柱形磁钢位于 铁壳底部中央，圆柱形磁钢的N级对着铁芯，S级对着铁壳底面中心；铁 芯位于圆柱形磁钢上；漆包线圈紧密绕制在音圈支架上，音圈支架安装在铁 壳内表面和铁芯外表面之间的气隙中。本实用新型音圈电机克服了现有技术的缺陷，能获得同样尺寸下更大 的出力。本实用新型具有以下优点由于底部圆柱形磁钢的引导，环形磁 钢(或瓦形磁钢组)磁力线往上通过铁芯，并全部穿过音圈支架和漆包线 圈，从而使磁通得到了充分利用，减少甚至没有漏磁，进而使同尺寸的音 圈电机出力更大，行程更长。由于磁漏减少同样驱动电流下音圈电机的出 力增大，行程加长；由于出力的加大适用于需要高加速度高频率的场合。 总之，本实用新型音圈电机结构紧密，磁通得到充分利用，磁漏大幅度减 少，具有小尺寸、大出力的优点。
图1为本实用新型音圈电机的剖面示意图；图2为径向充磁瓦形磁钢组(12片)代替辐向充磁环形磁钢示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本实用新型作进一步详细的说明。 如图1所示，本实用新型音圈电机包括铁壳l、铁芯2、音圈支架3、漆包线圈4、环形磁钢或瓦形磁钢组5和圆柱形磁钢6，其中，音圈支架3和漆包线圈4称之为音圈部分，其余为铁磁部分。 环形磁钢的充磁方向为辐向，如果是瓦形磁钢组，则每份瓦形磁钢的 充磁方向为径向，圆柱形磁钢充磁方向为轴向。采用瓦形磁钢组代替环形磁钢 时，采用的份数越多，磁通利用率越高，音圈电机出力越大。当采用辐向 充磁环形磁钢时音圈电机出力最大。环形磁钢或瓦形磁钢组5沿着铁壳1内壁安装到底面，环形磁钢或瓦形磁钢组5的N级对着铁芯2， S级对着铁壳l。圆柱形磁钢6粘合到铁壳 l底部中心，圆柱形磁钢6的N级对着铁芯2， S级对着铁壳l底面中心。 铁芯2粘合在圆柱形磁钢6上。漆包线圈4紧密地绕制在音圈支架3上。 铁芯2外表面和铁壳1内表面形成环形气隙，音圈部分安装在铁壳1内表面 和铁芯2外表面之间的环形气隙中。音圈部分在环形气隙中沿轴向运动，适 当地留出一定的气隙空隙，音圈部分还可以与铁芯2轴线成一定角度运动。 铁壳1和铁芯2采用电工纯铁制作，表面作氧化处理防止生锈；音圈 支架3采用尼龙塑料制作；漆包线圈4采用铜芯漆包线绕制，绕制完后在 漆包线表面涂绝缘漆；环形磁钢或瓦形磁钢组5和圆柱形磁钢6采用钕铁 硼永磁体制作。环形磁钢或瓦形磁钢组5与圆柱形磁钢6配合使用，圆柱形磁钢6磁 力线方向迫使环形磁钢或瓦形磁钢组5磁力线方向顺着铁芯往上，并绝大 部分穿过铁壳1和铁芯2之间的漆包线圈4,使得线圈气隙中的磁密最大， 从而使磁通达到最大利用效率，这样的设计不会引起泄漏，几乎从磁体表面 发出的所有磁力线都通过气隙，进而实现音圈电机的小尺寸大出力。环形磁钢或瓦形磁钢组5和圆柱形磁钢6的尺寸可以作优化，为了磁 力线顺利地向上导出，可以适当地把圆柱形磁钢6加长，从而逼迫环形磁 钢或瓦形磁钢组5磁力线往上走，阻止磁通的损失。铁芯2为圆柱形，外径可以适量变化，变化以不产生磁饱和为临界点。 因为铁芯2外径每缩小一点，磁钢尺寸就增加一点，从而增加磁密，不过, 这一切以铁芯2不产生磁饱和为前提，设计在临界点应该是最好的选择。 同时，铁芯2可以设计成上头稍粗的双圆柱型结构，有利于磁感线的导向。实例
根据以上所述结构试制了一个音圈电机(如图2所示，瓦形磁钢组由 12片充磁方向为径向的瓦形磁钢组成)，其外径为25mm，平衡态长24mm, 行程士2.5mm，出力为6.39N/A，在小尺寸的限制下达到了大的音圈出力， 从而能获得更大范围的应用，例如可以驱动机械扫描角度为±5°的激光光束 扫描器达到扫描频率200Hz以上。
权利要求1、一种直流直线音圈电机，包括铁壳、铁芯、音圈支架、漆包线圈和磁钢，其特征在于磁钢包括环形磁钢或瓦形磁钢组(5)和圆柱形磁钢(6)；环形磁钢的充磁方向为辐向，瓦形磁钢组每片磁钢充磁方向均为径向，圆柱形磁钢充磁方向为轴向；环形磁钢或瓦形磁钢组(5)沿铁壳(1)内壁安装在底面，环形磁钢或瓦形磁钢组(5)的N级对着铁芯(2)，S级对着铁壳(1)；圆柱形磁钢(6)位于铁壳(1)底部中央，圆柱形磁钢(6)的N级对着铁芯(2)，S级对着铁壳(1)底面中心；铁芯(2)位于圆柱形磁钢(6)上；漆包线圈(4)绕制在音圈支架(3)上，音圈支架(3)安装在铁壳(1)内表面和铁芯(2)外表面之间的环形气隙中。
专利摘要本实用新型公开了一种直流直线音圈电机，包括铁壳、铁芯、音圈支架、漆包线圈、环形磁钢或瓦形磁钢组和圆柱形磁钢。环形磁钢充磁方向为辐向，瓦形磁钢组每片磁钢充磁方向均为径向，圆柱形磁钢充磁方向为轴向；环形磁钢或瓦形磁钢组沿铁壳内壁安装在底面，环形磁钢或瓦形磁钢组N级对着铁芯，S级对着铁壳；圆柱形磁钢位于铁壳底部中央，圆柱形磁钢N级对着铁芯，S级对着铁壳底面中心；铁芯位于圆柱形磁钢上；漆包线圈绕制在音圈支架上，音圈支架安装在铁壳内表面和铁芯外表面之间的气隙中。本实用新型由于磁通得到充分利用，音圈电机结构紧密，磁漏大幅度减少，具有小尺寸下大出力，高行程的优点，由于出力的加大适用于需要高加速度高频率的场合。
文档编号H02K33/18GK201041979SQ20072008511
公开日2008年3月26日 申请日期2007年6月6日 优先权日2007年6月6日
发明者向思桦, 鑫 吴, 丁 肖, 陈四海, 马冬新, 伟 魏 申请人:华中科技大学