一种基于高动态响应与低推力波动的音圈电机的制作方法

本发明涉及一种基于高动态响应与低推力波动的音圈电机，属于电机结构领域。

背景技术：

1、音圈电机是一种性能先进的直线电机。音圈电机有效部分包括定子和动子，工作原理为：在定子的气隙磁场内中放入动子，当动子中的线圈通电后在磁场的作用下产生电磁力，电磁力推动动子作直线运动，通过改变电流的大小和方向，可以改变动子运动的速度和方向。

2、音圈电机是一种特殊形式的直流直线电机，其具有高频响、高加速度、体积小和控制方便等优点，由于这些优点，音圈电机能够解决精度与速度和行程之间矛盾问题。近年来，随着超精密定位系统性能指标的提高，导致音圈电机技术迅速发展，不仅在半导体制造装备、高档数控机床和光学电子显微镜等超精密定位系统中得到广泛应用，还在医疗、振动平台和主动减振系统等高激励运动系统中运用。

3、现有技术中，常规音圈电机采用常规圆形磁钢或者等厚瓦片型磁钢结构，电机的输出推力主要关注最大输出推力，对推力的波动关注较少，因此在一些对推力波动较为敏感的应用场合，常规的音圈电机无法满足使用要求。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，存在推力波动较大的问题，提出了一种基于高动态响应与低推力波动的音圈电机。

2、本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

3、一种基于高动态响应与低推力波动的音圈电机，包括定子组件、动子组件、轴承部件，定子组件包括定子壳、磁钢、定子端盖，动子组件包括电机动子、线圈组件、轴承连杆、动子端面、柔性引出线，轴承部件包括直线轴承、直线轴承套组件，磁钢安装于定子壳内部，定子壳中心位置设置有中心通孔用于安装轴承部件的直线轴承套组件，轴承连杆安装于线圈组件的中心位置并与动子端面固定，柔性引出线一端焊接到线圈组件中的漆包线的引出端，并由动子端面引出，柔性引出线另一端穿过定子端盖与外部连接，电机动子通过直线轴承支撑进行直线运动，电机动子的运动方向及轴承连杆输出的推力大小根据线圈组件的漆包线内的电流的方向、大小决定。

4、所述定子壳包括磁钢环形腔室、中心通孔，磁钢环形腔室、中心通孔同轴心布置，中心通孔设置在磁钢环形腔室的内侧，磁钢环形腔室在磁钢安装完毕后，磁钢环形腔室与磁钢间的运动空间为动子组件的运动空间，磁钢环形腔室的外壳、定子壳的定子壳端部、中心通孔的外壳间相互连接，定子壳为一体加工而成。

5、所述定子壳中心位置设置的中心通孔，用于容纳轴承套组件，中心通孔的限位孔用来阻止直线轴承在动子组件运动过程中，轴承部件的保持架从定子壳端部滑出，动子组件的轴承连杆在运动过程从限位孔中穿过，定子壳端部上设置有安装孔，用于将定子组件、动子组件、轴承部件组成的音圈电机整体安装于外部设备上，安装孔按照定子壳端部的圆周方向均匀布置。

6、所述磁钢外侧面粘接于定子壳的磁钢环形腔室内壁，磁钢的内侧面与中心通孔的外壁间形成空腔，磁钢沿着圆周方向由块彼此独立的磁钢部件拼接而成，磁钢部件沿圆周方向彼此间隔开且均布设置形成磁钢，磁钢于轴向截面上为阶梯形状，阶梯数大于或等于二。

7、所述磁钢为烧结钕铁硼材料，定子壳采用导磁切削加工材料制成，定子壳进行镀镍处理，磁钢环形腔室的外壁、定子壳端部、中心通孔外壁设置为磁轭，磁钢的磁场强度分布均匀且磁路顺畅，定子端盖沿轴向安装在定子壳的开口侧，共同围成定子组件的内部空间，用以容纳动子组件。

8、所述定子端盖内部设置有指定长度空腔的圆筒形空间，定子端盖开口侧的凸台与定子壳开口侧的凹台通过环氧粘接胶粘接固定，用于保证定子壳和定子端盖的密封性，定子端盖的内侧设置有两个限位槽，用于限定动子组件的圆周方向的旋转位置，定子端盖的端面设置有缝状出口，用于柔性引出线的引出。

9、所述动子组件的线圈组件部分设置于定子组件的磁钢的径向内侧，磁钢于电磁作用下相对于定子组件进行直线运动，轴承连杆延伸穿过中心通孔的限位孔，轴承连杆为单悬臂结构，固定于动子端面中心，线圈组件与动子端面为一体加工成型，通过轴承连杆随线圈组件共同运动，轴承连杆的悬臂侧伸出音圈电机的外侧用于输出推力。

10、所述线圈组件包括线圈骨架、漆包线，线圈骨架设置有圆柱形开槽，线圈骨架的圆柱形开槽内沿圆周方向和轴向均匀绕制漆包线，流经线圈组件的电流的方向垂直于磁场方向，生成沿轴承连杆轴线方向的电磁驱动力，驱动线圈组件带动轴承连杆沿轴向方向线性移动，漆包线在绕制后通过浸漆紧固在线圈骨架上以保证线圈组件的外表面光滑平整。

11、所述漆包线的两个出线端各自经由动子组件的端面通孔及过线槽延伸至固定柱侧边，过线槽内施加粘接剂，固定漆包线以防止漆包线由于滑动或松线造成的损伤，动子端面设置有四个端面通孔，用以保持线圈骨架内外联通，减少动子组件移动时的空气阻力，动子组件的固定柱用于安装柔性引出线，漆包线经由柔性引出线连接至外电路。

12、所述音圈电机通过柔性引出线从外部向动子组件的线圈组件供应电流，动子组件运动期间，柔性引出线发生变形以适应动子组件运动，柔性引出线包括导电铜箔片、导电铜箔片，分别与对应的漆包线的两个出线端供电，导电铜箔片、导电铜箔片设置于动子组件的正面基底、底面基底之间，并进行封装与外界隔离。

13、所述柔性引出线设置有闭合螺旋环外环，闭合螺旋环外环外边缘一位置处设置有直线延伸部，导电铜箔片、导电铜箔片于直线延伸部内相互平行并向外延伸而引出，柔性引出线内设置有两个螺旋环，两个螺旋环等间距设置以防止短路并形成双螺旋结构，柔性引出线正中心位置设置有螺旋环中心孔，螺旋环中心孔，两侧对称位置设置有两个焊盘。

14、所述柔性引出线通过螺旋环中心孔穿过固定柱，并通过固定环用环氧树脂胶粘接套到固定柱上，并实现柔性引出线与动子端面的固定，柔性引出线的外侧部分设置的螺旋环外环安装在定子端盖的近侧端面上，并且二者用环氧树脂胶粘接固定。

15、外部电路由柔性引出线向线圈组件供电时，动子组件将沿轴向直线运动，柔性引出线的螺旋环外环固定于定子端盖的近侧端面上，与定子组件保持静止以稳定与外部电路的电连接，柔性引出线的导电铜箔片、导电铜箔片固定在动子端面，并跟随柔性引出线轴向运动以稳定与线圈组件的电连接，柔性引出线的两个螺旋环沿轴线方向伸长或缩短以适应定子组件、动子组件间的相对运动。

16、所述动子组件进行旋转运动时，动子组件上的两个限位柱、定子端盖内设置的两个限位槽，动子组件于指定角度范围内进行转动，音圈电机运行期间，动子组件于两个限位槽内的极限位置之间转动，对引出线进行保护。

17、所述直线轴承用于减小定子组件、动子组件间的摩擦阻力，轴承套组件同轴心设置在定子组件的中心通孔内，轴承套的外表面固定到中心通孔的内表面，轴承套与中心通孔过盈配合或间隙配合，间隙配合时，轴承套与中心通孔通过环氧树脂胶粘接固定，轴承套的轴向长度与中心通孔的轴向长度相同，端部对齐。

18、所述保持架安装于轴承套和轴承连杆之间，轴承套组件包括轴承套和保持架，保持架上安装有钢珠，钢珠沿圆周方向和轴向均匀地分布在保持架上，各钢珠设置于保持架的球室内部，各钢珠于保持架内自由转动，各钢珠的内部、外部分别伸出保持架内表面和外表面，各钢珠的外部与轴承套的内表面滚动接触，内部与轴承连杆的外表面滚动接触，各钢珠在轴承套和轴承连杆之间作为滚动轴承，用于减少轴承连杆在直线运动时的摩擦力以实现音圈电机动子组件运动的快速响应。

19、本发明与现有技术相比的优点在于：

20、本发明提供的一种基于高动态响应与低推力波动的音圈电机，通过对电机磁路进行提高推力的针对性优化，并采取阶梯式磁钢的结构设计，在实现了推力增大的同时降低了推力波动，此外采用低阻尼直线轴承的内部连接形式，保证音圈电机在运行过程中运行稳定、推力波动低，降低摩擦力进而使音圈电机具有更快的响应速度，同时通过使用柔性引出线，大大提高音圈电机的可靠性及使用寿命。