一种两自由度音圈式驱动装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及超精密运动定位设备领域，具体涉及一种两自由度音圈式驱动装置。
【背景技术】
[0002]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的运动形式可以为直线或圆弧。
[0003]自从问世以来，音圈电机被广泛的应用于计算机存储设备、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)、精密车床以及移动电话中，特别是应用在高档家用电器和计算机中。音圈电机是一种性能非常先进的直线电机，有着广泛的应用前景。
[0004]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，音圈电机驱动装置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，还可以用音圈电机驱动装置来有效地抑制振动。
[0005]传统结构音圈电机驱动装置设计中，存在以下技术问题:
(O电机外部漏磁，且磁路元件的机械结构尺寸设计不适合有严格要求的精密定位平台；
(2)由于结构体积的限制，传统的音圈电机驱动装置只能实现单自由度的往复运动，从而导致音圈电机驱动装置不符合小尺寸大出力、高行程高频率、多自由度运动的应用要求；
(3)由于磁路设计不够合理，线圈动子在磁路中的线圈面积没有得到充分利用，导致磁体性能得不到充分发挥。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种能在加强磁场的同时有效屏蔽电机漏磁磁场、且磁路元件的机械结构尺寸设计适合精密定位平台严格要求的一种两自由度音圈式驱动装置。
[0007]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种两自由度音圈式驱动装置，包括构成上下盖合配合的方框状磁体上盖组件和磁体下盖组件，所述磁体上盖组件和磁体下盖组件的每条边上设置有一个永磁体，在所述磁体上盖组件和磁体下盖组件上位于两个上下相邻永磁体的位置处形成半密封腔室，上下相邻永磁体之间均设置有一个线圈组件。
[0008]作为本发明的进一步改进:所述磁体上盖组件和磁体下盖组件均包括磁轭盖体以及位于磁轭盖体上的永磁体安装部，永磁体嵌设于永磁体安装部，所述磁体上盖组件和磁体下盖组件上的永磁体安装部配合形成半密封腔室。
[0009]作为本发明的进一步改进:所述每个半密封腔室内的上下两个永磁体均水平方向双向充磁、且充磁方向相反以形成垂直于线圈组件的闭环磁路。
[0010]作为本发明的进一步改进:所述线圈组件包括线圈骨架和绕制在线圈骨架上的线圈，所述线圈骨架均从半密封腔室内伸出且相互连接。
[0011]作为本发明的进一步改进:所述线圈包括漆包线绕组，所述线圈骨架包括由环氧玻璃布层压板FR-4制成的印制电路板。
[0012]作为本发明的进一步改进:所述永磁体由钕铁硼N50M材料制成。
[0013]与现有技术相比，本发明的优点在于:
(I)本发明的一种两自由度音圈式驱动装置，采用上下盖形式的软铁磁轭构成半密封空腔，并在半密封空腔内采用磁极反向联排永磁体构成闭环磁路，在加强磁场的同时，有效屏蔽电机漏磁磁场，降低了电机外部漏磁，减小对电机临近紧凑布置的电磁元件的影响；同时，有效减小了磁路元件的机械结构尺寸，适合应用于对机械结构尺寸有严格要求的精密定位平台设计。
[0014](2)本发明的一种两自由度音圈式驱动装置，不仅能满足音圈电机动子X轴方向的运动要求，而且电机动子能够沿Y轴方向运动，增加了电机的工作空间，解决了现有音圈电机结构中动子只能单向运动的问题。
[0015](3)本发明的一种两自由度音圈式驱动装置，更大程度地利用了线圈动子在磁路中的有效线圈面积，能够形成非常均匀的磁场，使得在运动过程中电机出力的变化很小，特别适合于超精密定位领域。
【附图说明】
[0016]图1是本发明一种两自由度音圈式驱动装置的立体结构原理示意图。
[0017]图2是本发明一种两自由度音圈式驱动装置的立体分解原理示意图。
[0018]图3是本发明在实施例中图2的A-A剖视示意图。
[0019]图4是本发明在实施例中图1的B-B剖视原理示意图。
[0020]图例说明:
1、磁体上盖组件；11、上磁轭盖体；12、上永磁体；2、磁体下盖组件；21、下磁轭盖体；22、下永磁体；3、线圈组件；31、线圈骨架；32、线圈。
【具体实施方式】
[0021]以下结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。
[0022]如图1至图4所示，本发明提供一种两自由度音圈式驱动装置，包括构成上下盖合配合的方框状磁体上盖组件I和磁体下盖组件2，所述磁体上盖组件I和磁体下盖组件2的每条边上设置有一个永磁体，在所述磁体上盖组件I和磁体下盖组件2上位于两个上下相邻永磁体的位置处形成半密封腔室，上下相邻永磁体之间均设置有一个线圈组件3。
[0023]在本实施例中，所述磁体上盖组件I和磁体下盖组件2均包括磁轭盖体以及位于磁轭盖体上的永磁体安装部，永磁体嵌设于永磁体安装部，所述磁体上盖组件I和磁体下盖组件2上的永磁体安装部配合形成半密封腔室。
[0024]在本实施例中，所述每个半密封腔室内的上下两个永磁体均水平方向双向充磁、且充磁方向相反以形成垂直于线圈组件3的闭环磁路。
[0025]如图4所示，在本实施例中，处于磁体上盖组件I上的上永磁体12左侧为S极、右侧为N极，处于磁体下盖组件2上的下永磁体22左侧为N极、右侧为S极，上下两个永磁体的S极N极相互对置，使得在永磁体左侧磁路为从下至上，在永磁体右侧磁路为从上至下；由于磁体上盖组件I和磁体下盖组件2构成上下盖合配合，磁体上盖组件I的上磁轭盖体11和磁体下盖组件2的下磁轭盖体21的四条边的外侧面上下对应相连形成四个半密封腔室，通过上磁轭盖体11和下磁轭盖体21的导磁作用形成闭环磁场，从而在加强磁场的同时，有效屏蔽电机漏磁磁场，降低了电机外部漏磁，减小对电机临近紧凑布置的电磁元件的影响；并且封闭磁场垂直穿过线圈组件3的有效表面，电流方向与磁场方向垂直，最大化地利用了每个线圈组件3的有效面积，从而能够输出更大的推力，减少电机空间尺寸；同时，由于在半密封空腔内采用磁极反向联排永磁体构成闭环磁路，有效减小了磁路元件的机械结构尺寸，降低了电机外部漏磁，使得本发明适合应用于对机械结构尺寸有严格要求的精密定位平台设计。
[0026]如图1和图2所示，当X轴方向上的两个线圈组件3通电时，X轴方向上两个线圈组件3在洛仑磁力的作用下可以实现X轴方向的运动；当Y轴方向上的两个线圈组件3通电时，Y轴方向上两个线圈组件3在洛仑磁力的作用下可以实现Y轴方向的运动；当四个线圈组件3都通电时，线圈组件3可以实现X轴Y轴方向平面运动。这样不仅能满足音圈电机动子X轴方向的运动要求，而且电机动子能够沿Y轴方向运动，增加了电机的工作空间，解决了现有音圈电机驱动装置结构中动子只能单向运动的问题。
[0027]在本实施例中，所述线圈组件3包括线圈骨架31和绕制在线圈骨架31上的线圈32，所述线圈骨架31均从半密封腔室内伸出且相互连接。
[0028]在本实施例中，所述线圈32包括漆包线绕组，所述线圈骨架31包括由环氧玻璃布层压板FR-4制成的印制电路板。
[0029]在本实施例中，所述永磁体由钕铁硼N50M材料制成。在实际使用中，磁体上盖组件I和磁体下盖组件2的横向纵向尺寸可以根据需要稍大于线圈组件3的尺寸，这样线圈组件3能够在X轴、Y轴方向获得更大的行程。
[0030]以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种两自由度音圈式驱动装置，其特征在于，包括构成上下盖合配合的方框状磁体上盖组件(I)和磁体下盖组件(2)，所述磁体上盖组件(I)和磁体下盖组件(2)的每条边上设置有一个永磁体，在所述磁体上盖组件(I)和磁体下盖组件(2)上位于两个上下相邻永磁体的位置处形成半密封腔室，上下相邻永磁体之间均设置有一个线圈组件(3)。
2.根据权利要求1所述的一种两自由度音圈式驱动装置，其特征在于，所述磁体上盖组件(I)和磁体下盖组件(2)均包括磁轭盖体以及位于磁轭盖体上的永磁体安装部，永磁体嵌设于永磁体安装部，所述磁体上盖组件(I)和磁体下盖组件(2)上的永磁体安装部配合形成半密封腔室。
3.根据权利要求2所述的一种两自由度音圈式驱动装置，其特征在于，所述每个半密封腔室内的上下两个永磁体均水平方向双向充磁、且充磁方向相反以形成垂直于线圈组件(3)的闭环磁路。
4.根据权利要求1?3任意一项所述的一种两自由度音圈式驱动装置，其特征在于，所述线圈组件(3)包括线圈骨架(31)和绕制在线圈骨架(31)上的线圈(32)，所述线圈骨架(31)均从半密封腔室内伸出且相互连接。
5.根据权利要求4所述的一种两自由度音圈式驱动装置，其特征在于，所述线圈(32)包括漆包线绕组，所述线圈骨架(31)包括由环氧玻璃布层压板FR-4制成的印制电路板。
6.根据权利要求5所述的一种两自由度音圈式驱动装置，其特征在于，所述永磁体由钕铁硼N50M材料制成。
【专利摘要】本发明公开了一种两自由度音圈式驱动装置，包括构成上下盖合配合的方框状磁体上盖组件和磁体下盖组件，所述磁体上盖组件和磁体下盖组件的每条边上设置有一个永磁体，在所述磁体上盖组件和磁体下盖组件上位于两个上下相邻永磁体的位置处形成半密封腔室，上下相邻永磁体之间设置有一个线圈组件。本发明在加强磁场的同时，有效屏蔽电机漏磁磁场，实现了音圈电机驱动装置中动子两自由度方向运动。
【IPC分类】H02K33-18
【公开号】CN104779763
【申请号】CN201510135297
【发明人】范世珣, 范大鹏, 洪华杰, 彭永华, 翟德德
【申请人】中国人民解放军国防科学技术大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年3月26日