一种音圈电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机械工程技术领域，尤其涉及一种音圈电机。
【背景技术】
[0002]音圈电机(Voice Coil Actuator/ Voice Coil Motor),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。
[0003]音圈电机的工作原理是依据安培力原理，即通电导体放在磁场中就会产生电磁力。电磁力的大小取决于磁场强弱，电流。电磁力的计算公式为:F=BLL。其中，B为磁场的磁通密度(韦/米2) ;1为线圈导体中的总电流(安)；L为导体在磁场中的切割长度(米)；F为作用在线圈导体上的电磁力(牛)。电磁力的方向可以根据左手定则进行判定，即张开左手，大拇指与其余四指垂直，让磁力线穿过掌心，四指方向表示电流方向，则大拇指方向就是电磁力的方向。
[0004]与U型直线电机和平板型直线电机相比，音圈电机可以提供更好的高频响应特性，可做高速往复直线运动，特别适合用于短行程的闭环伺服控制系统。因此音圈电机主要应用于小行程、高速、高加速运动，适合用于狭小的空间。由于这些有点，音圈电机广泛应用在医疗、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。
[0005]现有技术下设计的音圈电机，主要是利用NS永磁阵列产生主磁场，将动子线圈置于主磁场之间，通过改变电流的大小，动子线圈的匝数来调整音圈电机的出力大小。但是，现有技术只是将电机研发的重点集中在如何提高电机出力的角度上，对电机有效行程范围内推力波动的考虑和研究做出的努力却很少。所谓推力波动(或称出力波动)是指，理论上，在有效行程范围内，电机外加激励不变的情况下，电机的推力是保持不变的，但是，实际过程中，由于受到外界因素的干扰，比如说，磁钢阵列气隙磁密分布不均匀等情况，在有效行程范围内电机推力是变化的，推力曲线不是直线而是弧线。但是，随着半导体等行业的兴起，对电机控制精度的要求越来越高。因此，如何合理控制电机推力波动成为现阶段正在面对，并需要快速解决的重要问题之一。
【发明内容】
[0006]为了解决克服现有技术的上述缺陷，本发明通过改变电机整体结构，研发出一款新型矩形音圈电机。
[0007]为了实现上述发明目的，本发明公开一种音圈电机，包括定子和动子；所述定子包括上下对称设置的两个矩形背铁、连接两个矩形背铁的关节机构以及设置在所述矩形背铁上的永磁阵列；所述动子位于所述定子的上下两个矩形背铁之间，包括线圈导体以及包裹在所述线圈导体外围的线圈盖板；所述永磁阵列位于所述定子和矩形背铁之间；所述永磁阵列或矩形背铁上设有凹槽；所述凹槽位于所述永磁阵列的磁块的中心位置并朝向所述矩形背铁或位于所述矩形背铁上并朝向所述永磁阵列的磁块的中心位置。
[0008]更进一步地，所述永磁阵列均匀分布在所述定子的上下两个矩形背铁上。
[0009]更进一步地，所述定子的上下两个矩形背铁与关节机构连接形成一 “ Π ”字型。
[0010]更进一步地，所述上下两层夹板与所述线圈导体之间填充冷却水。
[0011]更进一步地，该凹槽的形状为弧形、矩形、椭圆型中的任意一种。
[0012]更进一步地，该关节靠近该动子的一面凹陷，形成一 “U”字型结构。
[0013]更进一步地，该永磁阵列是NS永磁结构或Halbach永磁结构。
[0014]与现有技术相比较，本发明通过改变电机整体结构，研发出一款新型矩形音圈电机。该电机不仅有效的节省了材料，而且能够很好的控制全行程范围内电机推力波动比，即，在有效行程范围内电机出力最大值与出力最小值之差与电机推力峰值的比值。
[0015]与现有技术相比较，本发明采用在贴近永磁阵列侧，位于磁体中心位置开凹槽的背铁结构可以增大背铁磁路的磁阻，使位于磁体中心处的磁密在背铁凹槽处达到饱和，从而有效地改善气隙处磁密的分布情况，因此可以达到平滑推力波动的效果。
[0016]与现有技术相比较，本发明采用在贴近动子侧，位于磁体中心位置开凹槽的磁钢阵列结构因为减少了磁体中心处永磁体的体积，因此，在磁体中心处的磁密就会相应减弱，使磁体中心处的磁密与磁体边缘磁密接近，从而有效地改善气隙处磁密的分布情况，以达到平滑推力波动的效果。
[0017]与现有技术相比较，现有技术只在磁铁上开槽，其局限期在磁铁加工较难，如果磁铁厚度较小，能开槽的尺寸有限，改善推力波动的效果就很有限，此外磁铁凹槽处过薄在装配时也容易发生断裂，本发明的各种方案充分利用磁铁和背铁尺寸，给出最优的一种组合开槽方案。
【附图说明】
[0018]关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
[0019]图1是本发明所示出的音圈电机的结构示意图；
图2是本发明所示出的音圈电机的轴示图；
图3是本发明所示出的音圈电机的2D磁密矢量图；
图4是本发明所示出的音圈电机的3D磁密矢量图；
图5是本发明所示出的音圈电机与现有技术的气隙处磁密对比仿真结果示意图；
图6是本发明所示出的音圈电机与现有技术的动子线圈电磁力对比仿真结果示意图； 图7是本发明所示出的音圈电机的第二实施例；
图8是本发明所示出的音圈电机的第三实施例；
图9是本发明所示出的音圈电机的第四实施例；
图10是本发明所TK出的音圈电机的第五实施例；
图11是本发明所示出的音圈电机的第六实施例。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图详细说明本发明的一种具体实施例的音圈电机。然而，应当将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本发明的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。
[0021]在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。
[0022]如图1所示，本发明所述的音圈电机，包括定子部分、动子部分。
[0023]定子部分包括结构一致且对称放置的定子背铁部分1A、1B，用导磁材料制成； 充磁方向竖直向上的永磁块4A、4C ；
充磁方向竖直向下的永磁块4B、4D ;以及
固定背铁部分1A、1B的关节机构2，关节机构2用不导磁材料制成。
[0024]其中，永磁块4A、4B、4C、4D构成音圈电机定子部分的永磁阵列