专利名称：一种基于线弹性双膜簧结构的音圈作动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种基于线弹性双模膜簧结构的音圈作动器，属于结构与机构技术领域。
背景技术：
音圈电机是一种将电能转化为机械能的装置，并实现直线型及有限摆角的运动。 利用来自永久磁钢的磁场与通电线圈导体产生的磁场中磁极间的相互作用产生有规律的运动的装置。由于音圈电机无需转动机构即可获得直线运动，所以没有传动机械磨损，而且还具有无滞后、高响应、高加速度、高速度、体积小、力特性好、控制方便等优点，市场上圆柱型音圈电机系列应用相当广泛。这种电机有很高的加速率，能够产生0. 7N-1000N的强大动力，而其行程少于50mm。该款电机主要应用在医疗、半导体、航空、汽车等领域，包括阀门制动器，小型精密替换测量仪、振动平台以及主动式减振系统等众多方面。特别是在精密运动控制、振动平台以及主动减震系统等应用领域，为了消除运动间隙及摩擦的不利影响，往往通过膜簧来支撑音圈电机的动子与定子。由于膜簧自身结构的特点，其纵向刚度往往存在很大的非线性，这种非线性对精密运动控制以及振动控制是不利的。基于上述考虑，本发明通过特殊的设计，通过双膜簧预变形刚度互补的方式，使膜簧在一定的运动范围内刚度保持恒定，为音圈电机的运动控制带来方便，使音圈作动器的控制算法简化的同时，控制效果得到改善。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种基于新型线弹性双膜簧结构的音圈作动器，其动力源采用圆柱形音圈电机，音圈的电机动子与定子通过膜簧连接，通过特殊的双膜簧结构设计，使得膜簧的纵向刚度保持恒定，使得本发明的音圈作动器具有动力特性线性化的优点， 达到控制算法简化的同时，控制效果得到改善的目的。本发明是一种基于新型线弹性双膜簧结构的音圈作动器，其具体结构包括外筒、 底盘、动子顶盖、限位块、膜簧垫圈、盖板、支杆及音圈电机的定子和动子(如图2所示)。其中底盘固定在音圈电机定子的底部，用于固定支撑音圈电机定子；外筒与底盘固连，同时与音圈电机定子外壁同轴配合，以保证外筒与音圈电机定子的同轴度；动子顶盖一端与音圈电机动子固连，另一端与膜簧的内圈固连；膜簧的内圈通过内限位块与动子顶盖压紧，外圈则利用膜簧垫圈及盖板压紧在外筒上。盖板与外筒固连，并且其中间有一圆孔，此圆孔只能在内限位块和外限位块之间运动，从而限制了音圈电机动子与音圈电机定子的相对运动幅度，起到了保护音圈电机及膜簧的作用；外限位块一端与内限位块固连，另一端与支杆固连；支杆可以用来连接其他物体，用于作动器力的输出。其中所述的膜簧采用双膜簧结构(如图4所示)，是本发明的重要创新点。两个膜簧的内圈紧挨在一起，而外圈通过膜簧垫圈隔开，这样两个膜簧在纵向上分别有相反方向的预变形。两个膜簧在其内圈相对于外圈运动时，其刚度互相补充，以保持整体刚度不变，从而达到其弹力线性化的目的。本发明的优点在于外筒与音圈电机定子直接配合，保证了音圈电机动子与音圈电机定子的同轴度；限制了音圈电机动子与音圈电机定子的相对运动幅度，起到了保护音圈电机及膜簧的作用；通过特殊的双膜簧结构设计，使得膜簧的纵向刚度保持恒定，音圈作动器具有动力特性线性化的优点，使得控制算法简化的同时，控制效果得到改善。以上特点使本发明在精密运动控制、振动平台以及主动减震系统等应用领域有很好的应用前景。
图1 音圈电机总体外观图；图2 音圈电机总体结构图；图3 双模结构外观图；图4:双膜簧结构剖视图；图5 单膜簧与双膜簧刚度变化对比。图中的具体标号如下1、外筒 2、底盘 3、音圈电机定子4、音圈电机动子5、动子顶盖6、内限位块7、膜簧垫圈 8、盖板9、外限位块10、支杆 11、膜簧
具体实施方案下面结合附图和实施方案对本发明的技术方案进一步说明。本发明旨在提供一种基于新型线弹性双膜簧结构的音圈作动器，其具体结构如图 2所示，其中底盘2固定在音圈电机定子3的底部，用于固定支撑音圈电机定子3 ；外筒1与底盘2固连，同时与音圈电机定子3外壁同轴配合，以保证外筒1与音圈电机定子3的同轴度；动子顶盖5 —端与音圈电机动子4固连，另一端与膜簧11的内圈固连；膜簧11的内圈通过内限位块6与动子顶盖5压紧，外圈则利用膜簧垫圈7及盖板8压紧在外筒1上。盖板 8与外筒1固连，并且其中间有一圆孔，此圆孔只能在内限位块6和外限位块9之间运动，从而限制了音圈电机动子4与音圈电机定子3的相对运动幅度，起到了保护音圈电机及膜簧 11的作用；外限位块9 一端与内限位块6固连，另一端与支杆10固连；支杆10可以用来连接其他物体，用于作动器力的输出。其中所述的膜簧采用双膜簧结构如图4所示，是本发明的重要创新点。两个膜簧的内圈紧挨在一起，而外圈通过膜簧垫圈7隔开，这样两个膜簧11在纵向上分别有相反方向的预变形。两个膜簧11在其内圈相对于外圈运动时，其刚度互相补充，以保持整体刚度不变，从而达到其弹力线性化的目的。参阅图5，以图4中膜簧垫圈7的底部中心为原点，单个膜簧内圈位移从0到6mm 变化时的刚度曲线和双膜簧结构内圈位移从0到6mm变化是的刚度曲线如图5所示，可以明显看出单膜簧的刚度从2500N/m左右上升到4700N/m左右，而双膜簧结构的刚度保持在 3700N/m附件，基本保持不变。
权利要求
1.一种基于新型线弹性双膜簧结构的音圈作动器，其特征在于其动力源采用圆柱形音圈电机，底盘固定在音圈电机定子的底部，用于固定支撑音圈电机定子；外筒与底盘固连，同时与音圈电机定子外壁同轴配合，以保证外筒与音圈电机定子的同轴度；动子顶盖一端与音圈电机动子固连，另一端与膜簧的内圈固连；膜簧的内圈通过内限位块与动子顶盖压紧，外圈则利用膜簧垫圈及盖板压紧在外筒上。盖板与外筒固连，并且其中间有一圆孔， 此圆孔只能在内限位块和外限位块之间运动，从而限制了音圈电机动子与音圈电机定子的相对运动幅度，起到了保护音圈电机及膜簧的作用；外限位块一端与内限位块固连，另一端与支杆固连；支杆可以用来连接其他物体，用于作动器力的输出。两个膜簧的内圈紧挨在一起，而外圈通过膜簧垫圈隔开，这样两个膜簧在纵向上分别有相反方向的预变形。两个膜簧在其内圈相对于外圈运动时，其刚度互相补充，以保持整体刚度不变，从而达到其弹力线性化的目的。
2.根据权利要求1所述的一种基于新型线弹性双膜簧结构的音圈作动器，其特征在于外筒与底盘固连，同时与音圈电机定子外壁同轴配合，以保证外筒与音圈电机定子的同轴度ο
3.根据权利要求1所述的一种基于新型线弹性双膜簧结构的音圈作动器，其特征在于盖板与外筒固连，并且其中间有一圆孔，此圆孔只能在内限位块和外限位块之间运动， 从而限制了音圈电机动子与音圈电机定子的相对运动幅度，起到了保护音圈电机及膜簧的作用。
4.根据权利要求1所述的一种基于新型线弹性双膜簧结构的音圈作动器，其特征在于两个膜簧的内圈紧挨在一起，而外圈通过膜簧垫圈隔开，这样两个膜簧在纵向上分别有相反方向的预变形。两个膜簧在其内圈相对于外圈运动时，其刚度互相补充，以保持整体刚度不变，从而达到其弹力线性化的目的。
全文摘要
本发明涉及一种基于新型线弹性双膜簧结构的音圈作动器，其动力源采用圆柱形音圈电机，音圈的电机动子与定子通过膜簧连接，通过特殊的双膜簧结构设计，使得膜簧的纵向刚度保持恒定，使得本发明的音圈作动器具有动力特性线性化的优点，达到控制算法简化的同时，控制效果得到改善的目的。本发明在精密运动控制、振动平台以及主动减震系统等应用领域有很好的应用前景。
文档编号H02K33/18GK102412695SQ20111028693
公开日2012年4月11日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者李伟鹏, 杨天光, 黄海 申请人:北京航空航天大学