专利名称：一种小行程节能音圈电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种音圈电机，特别涉及一种小行程的节能音圈电机。
背景技术：
作为一种小行程的直流直线电机，音圈电机结构简单、体积小、加速度较大、响应快、推力波动小。音圈电机与常规直线电机类似，不需要滚珠丝杠、齿轮齿条等中间传动环节而直接产生直线运动，因而易于实现高速度、高精度、高加速度、高响应的精密直线运动。 但音圈电机作为一种直流直线电机，与常规交流直线电机相比，无齿槽效应、推力波动小， 更易于实现小行程的精密快速运动。音圈电机主要用于镜头调焦、硬盘磁头定位、光刻机精密定位等精确定位伺服系统。近年来，随着社会需求的不断提高和科技的快速发展，在电子装备、半导体装备等工业自动化领域，音圈电机的需求量逐渐增多，单套设备中音圈电机的用量也不断增加，而且音圈电机的运行速度也不断提高，导致音圈电机消耗的电能逐渐增加，因此提高音圈电机的节能性显得日益重要。为了提高音圈电机节能性，有研究者提出采用Halbach永磁阵列，但径向充磁磁环一般采用多片磁环组合，制造与装配工艺复杂，制造精度和长期可靠性难以保证，且成本较高。同时，采用Halbach永磁阵列后，音圈电机需要采用直线导轨等支撑结构件，使系统结构复杂，安装不方便，而且存在机械磨损，可靠性降低。此外，为了提高音圈电机节能性，一般将音圈电机的电机外壳和定子固定不动，尽可能的减小动子质量，因而动子一般被包含在电机外壳和定子内部，使反馈装置安装、调整不便。
发明内容
本发明的技术目的是针对上述节能音圈电机的技术现状，提供一种用于工业自动化设备的小行程节能音圈电机，不仅能够满足节能要求，而且具有结构紧凑、工艺简单、可靠性高、无磨损、安装调整方便等特点。本发明实现上述目的所采用的技术方案为一种小行程节能音圈电机，包括永磁动子、线圈定子和支撑结构三部分，所述的线圈定子同轴套接在永磁动子上，并且线圈定子内表面与永磁动子外表面之间存在气隙，以使永磁动子相对线圈定子沿轴向作小行程的直线往复运动，其特征是所述的永磁动子包括动杆、同轴套接在动杆上的至少一组充磁环组，以及设置在动杆两端、防止充磁环组撺动的压紧螺母；所述的充磁环组依次由轴向充磁永磁环、径向充磁永磁环和轴向充磁永磁环组成；所述的线圈定子由至少一组定圈绕组组成，所述的定圈绕组依次由同轴放置的外绝缘垫、第一线圈、内绝缘垫以及第二线圈组成； 所述的第一线圈与第二线圈的匝数相等，绕向相反；所述的充磁环组与定圈绕组沿轴向的宽度相同；所述的支撑结构是由电机外壳，与动杆两端固定连接的两端面柔性支撑体以及该固定连接部分所围成的封闭腔体；所述的线圈定子位于所述腔体内部并且与电机外壳固定绝缘连接。作为优选，所述的支撑体是径向刚度大轴向刚度小的柔性支撑片。作为优选，所述的动杆通过若干个固定螺母与两端面柔性支撑体固定连接。作为优选，所述的两端面柔性支撑体通过若干个固定螺母与电机外壳固定连接。作为优选，所述的径向充磁永磁环采用热压工艺的热压幅向充磁永磁环。作为优选，所述动杆的一端连接位移反馈装置，另一端连接被驱动零部件。其中， 所述的位移反馈装置优选为线性可变差动变压器式位移传感器或电涡流位移传感器。综上所述，本发明的音圈电机由支撑结构，以及位于支撑结构内部的若干组充磁环组与若干组定圈绕组组成，并且该充磁环组采用Halbach永磁阵列、该充磁环组与定圈绕组一一对应，与现有技术相比，本发明的音圈电机具有如下有益效果(1)充磁永磁环组采用Halbach永磁阵列，提高了音圈电机的磁场利用率和磁场强度，在相同条件下能够提高能量转换效率，具有较好的节能效果；(2)与动杆两端相连接的支撑体采用柔性支撑体，不存在机械磨损、可靠性高；(3)当径向充磁永磁环优选采用热压工艺的热压幅向充磁永磁环时，由于热压幅向永磁环制作工艺简单、成本较低，不需要多个磁片粘接组合，因而结构简单、装配工作量小、可靠性高、成本低，易于实现较高的装配精度；(4)优选采用在动杆的一端连接反馈装置，另一端连接被驱动零部件，能够方便地安装、调整反馈装置而不影响音圈电机性能，而且音圈电机内的磁场也不会影响反馈装置。(5)整个电机结构紧凑、安装方便；因此，本发明提供的小行程节能音圈电机结构紧凑，工艺简单，安装调整方便磁场利用率高、节能性能好，不存在磨损，可靠性高，使用寿命长，具有良好的应用前景。
图1是本发明实施例中小行程节能音圈电机的结构示意图；图2是图1所示音圈电机的径向刚度大轴向刚度小的柔性支撑片示意图。
具体实施例方式以下结合附图及实施例对本发明做进一步的说明。需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。图1是本发明小行程节能音圈电机的一种实施例的结构示意图，图2是图1实施例所采用的径向刚度大轴向刚度小的柔性支撑片示意图，其中的附图标记为永磁动子 20、支撑结构30、线圈定子40、动杆21、A端压紧螺母22、B端压紧螺母22'、轴向充磁永磁环23、径向充磁永磁环M、轴向充磁永磁环25、A端动子固定螺母31、B端动子固定螺母 31' ^端定子固定螺母32、B端定子固定螺母32' ^端支撑体33』端支撑体33'、电机外壳34、第一线圈41、单元内绝缘垫42、第二线圈43、单元外绝缘垫44。实施例如图1和图2所示，本实施例中的小行程节能音圈电机由永磁动子20、线圈定子 40和支撑结构30组成，其两端分别标注为A端与B端。永磁动子20穿过线圈定子40各零部件的内孔，且二者同轴，线圈定子40各零部件内表面与永磁动子20外表面之间存在气隙，使永磁动子20能够相对线圈定子40沿轴向作直线往复运动。永磁动子20包括两个压紧螺母，即A端压紧螺母22与B端压紧螺母22 ‘，动杆 21，若干组由轴向充磁永磁环23、径向充磁永磁环M和轴向充磁永磁环25组成的永磁环组，且各零部件与动杆21同轴放置。动杆21依次穿过A端压紧螺母22、永磁环组、B端压紧螺母22'的内孔，A端压紧螺母22和B端压紧螺母22'将永磁环组压紧并与动杆21固定。线圈定子40包括若干组由同轴放置的第一线圈41、内绝缘垫42、第二线圈43和外绝缘垫44组成的定圈绕组，并且第一线圈41与第二线圈43的匝数相等，绕向相反。定圈绕组的组数根据实际需要而定，本实施例中，线圈定子40由三组定圈绕组组成。各定圈绕组和外绝缘垫44沿轴向同轴放置，且相邻的定圈绕组之间采用外绝缘垫44隔开。各定圈绕组的绝缘垫和线圈的内孔曲面与动杆21的外圆曲面之间形成固定气隙。一组永磁环组沿轴向的宽度，即轴向充磁永磁环23、径向充磁永磁环M和轴向充磁永磁环25沿轴向的宽度，等于一个定圈绕组沿轴向的宽度，即第一线圈41、内绝缘垫42、 第二线圈43和外绝缘垫44沿轴向的宽度。支撑结构30包括一个电机外壳34与两端面柔性支撑体，即A端柔性支撑体33和 B端柔性支撑体33'。动杆21的A端穿过A端柔性支撑体33，通过若干个A端动子固定螺母32与A端柔性支撑体33固定连接。动杆21的B端穿过B端柔性支撑体33'，通过若干个B端动子固定螺母32'与B端柔性支撑体33'固定连接。电机外壳34、A端柔性支撑体 33、B端柔性支撑体33'以及与动杆21的A端与B端的连接部分形成一个封闭的腔体。A端柔性支撑体33通过A端动子固定螺母31与电机外壳34固定连接，B端柔性支撑体33'通过B端动子固定螺母31'与电机外壳34固定连接。线圈定子40位于封闭腔体内部且通过灌封或其它方式与电机外壳34固定绝缘连接。动杆21、A端压紧螺母22和B端压紧螺母22'为非导磁材料，轴向充磁永磁环23 和25为永磁材料，径向充磁永磁环M采用热压幅向永磁环，电机外壳34为非导磁材料，内绝缘垫42、外绝缘垫44为绝缘材料，A端柔性支撑体33和B端柔性支撑体33'采用径向刚度大轴向刚度小的柔性支撑片。本实施例中的小行程节能音圈电机需要附图1所示的线圈定子40和电机外壳34 固定不动，永磁动子20在A端柔性支撑体33和B端柔性支撑体33'的支撑下可以做小行程无磨损往复直线运动。本实施例中，动杆21的一个端部安装位移反馈装置，如线性可变差动变压器式位移传感器或电涡流位移传感器，动杆21的另一个端部安装被驱动零部件。当线圈定子40的轴向中部与永磁动子20的轴向中部重合时，音圈电机处于平衡位置，A端径向刚度大轴向刚度小的柔性支撑体33和B端径向刚度大轴向刚度小的柔性支撑体33'无轴向作用力。当线圈定子40中通入直流电时，绕组线圈第一线圈41与第二线圈43内产生方向相反的电磁场，驱动永磁动子20与被驱动零部件朝A端(或B端)进行小行程的直线运动。当线圈定子40中通入方向相反的直流电时，绕组线圈内的两个线圈产生的电磁场驱动永磁动子20与被驱动零部件朝B端(或A端)进行小行程的直线运动。由于永磁动子20采用Halbach永磁阵列，本实施例的音圈电机磁场利用率和磁场强度较高，相同条件下能量利用效率有所提高，因而节能性好。由于热压幅向永磁环制作工艺简单、成本较低，不需要多个磁片粘接组合，因而实施例结构简单、装配工作量小、可靠性高、成本低，易于实现较高的装配精度。由于本实施例采用径向刚度大轴向刚度小的柔性支撑片支撑，故实施例的音圈电机结构简单、紧凑，安装方便、不存在机械磨损、可靠性高，使用寿命长，批量生产时成本低。由于本实施例在动杆21的一个端部安装位移反馈装置，另一个端部安装被驱动零部件，因而本实施例中可以方便的安装、调整反馈装置而不影响音圈电机性能，而且音圈电机内的磁场也不会影响反馈装置的精度与稳定性。以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、 补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种小行程节能音圈电机，包括永磁动子(20)、线圈定子00)和支撑结构(30)，所述的线圈定子GO)同轴套接在永磁动子00)上，并且线圈定子00)内表面与永磁动子 (20)外表面之间存在气隙，以使永磁动子O0)相对线圈定子00)沿轴向作小行程的直线往复运动，其特征是所述的永磁动子O0)包括动杆(21)、同轴套接在动杆上的至少一组充磁环组，以及设置在动杆两端、防止充磁环组撺动的压紧螺母02，22')；所述的充磁环组依次由轴向充磁永磁环(23)、径向充磁永磁环04)和轴向充磁永磁环0 组成；所述的线圈定子GO)由至少一组定圈绕组组成，所述的定圈绕组依次由同轴放置的外绝缘垫(44)、第一线圈01)、内绝缘垫02)以及第二线圈03)组成；所述的第一线圈 (41)与第二线圈(43)的匝数相等，绕向相反；所述的充磁环组与定圈绕组沿轴向的宽度相同；所述的支撑结构(30)是由电机外壳(34)，与动杆两端固定连接的两端面柔性支撑体(33，33')以及该固定连接部分所围成的封闭腔体；所述的线圈定子GO)位于所述腔体内部并且与电机外壳(34)固定绝缘连接。
2.根据权利要求1所述的小行程节能音圈电机，其特征是所述的柔性支撑体(33， 33')是径向刚度大轴向刚度小的柔性支撑片。
3.根据权利要求1或2所述的小行程节能音圈电机，其特征是所述的动杆两端通过若干个固定螺母(32，32')与柔性支撑体(33，33')固定连接。
4.根据权利要求1或2所述的小行程节能音圈电机，其特征是所述的柔性支撑体 (33,33')通过若干个固定螺母(31，31')与电机外壳(34)固定连接。
5.根据权利要求1或2所述的小行程节能音圈电机，其特征是所述的径向充磁永磁环04)是采用热压工艺的热压幅向充磁永磁环。
6.根据权利要求1或2所述的小行程节能音圈电机，其特征是所述的动杆的一端连接位移反馈装置，另一端连接被驱动零部件。
7.根据权利要求6所述的一种小行程节能音圈电机，其特征是所述的位移反馈装置是线性可变差动变压器式位移传感器或电涡流位移传感器。
全文摘要
本发明公开了一种小行程节能音圈电机，包括永磁动子、线圈定子与支撑结构，其中永磁动子包括动杆，同轴套接在动杆上的至少一组采用Halbach永磁阵列的充磁永磁环组；线圈定子包括至少一组由外绝缘垫，匝数相等、绕向相反的第一线圈与第二线圈以及其间的内绝缘垫组成的定圈绕组；充磁环组与定圈绕组沿轴向的宽度相同；支撑结构是由电机外壳，与动杆两端固定连接的两端面柔性支撑体以及该固定连接部分所围成的封闭腔体；线圈定子位于该腔体内部并且与电机外壳固定绝缘连接。与现有的音圈电机，本发明的音圈电机结构紧凑，工艺简单，安装调整方便磁场利用率高、节能性能好，不存在磨损，可靠性高，使用寿命长，具有良好的应用前景。
文档编号H02K33/18GK102570767SQ201210008010
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者周杰, 廖有用, 张 杰, 章达众, 舒鑫东, 陆彤, 黄彬彬 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所