[发明专利]大推力短行程音圈电机

说明书

技术领域

本发明涉及电机领域，具体涉及精确定位音圈电机。

背景技术

音圈电机是一种短行程的直流直线电机，其特点是结构简单、体积小、推力波动小、高加速度、响应快等。与旋转电机相比较，无需中间转换环节(滚珠丝杠)便可实现直线运动，降低成本、且提高定位精度；与传统交流直线电机相比较，无齿槽效应，能实现更好的定位效果。

基于以上特点音圈电机主要用于精确定位伺服系统，如镜头调平调焦、计算机硬盘磁头定位和光刻机宏、微定位系统等。但随着科技的发展，对音圈电机的技术要求更为苛刻。例如：在IC装备业中，要求加工的晶片尺寸愈来愈大，而加工精度却愈来愈高，这样就要求音圈电机的推力增大、定位精度更高。而对于这种高精度加工的系统来说，环境的温度恒定要求同样很高。因此，需要一种大推力、小推力波动、低温升的音圈电机。

发明内容

本发明为了解决现有音圈电机推力小、推力波动相对较大等缺点，而提出了一种大推力短行程音圈电机。

本发明由定子、动子、电机底座、定子支架、导轨和滑块组成；两个定子支架的下台面上设置有导轨，与所述导轨连接的滑块设置在动子的下底面，定子置于动子的U型槽内，两个定子支架的一端分别固定在定子的两端上，两个定子支架的另一端固定在电机底座的立板的两端；定子包括定子线圈架、三个定子线圈、两个定子附加线圈和定子线圈定位键；三个定子线圈和二个定子附加线圈通过定子线圈定位键固定在定子线圈架的沟道内，二个定子附加线圈位于三个定子线圈的两侧，五个线圈串联连接；动子由动子轭板、动子磁钢安装座和动子磁钢组成；动子的动子磁钢采用双边串联永磁体结构，动子磁钢固定在动子轭板上，动子轭板固定在动子磁钢安装座上，动子磁钢由三种长度的磁钢组成，以中间的第一个第三种长度的磁钢为对称轴依次向两侧排布有第一种长度的磁钢、第三种长度的磁钢和第二种长度的磁钢；动子磁钢的充磁方向的分布为Halbach阵列结构；第一种长度的磁钢的运动方向有效长度为l₁，第二种长度的磁钢的运动方向有效长度为l₂，第三种长度的磁钢的运动方向有效长度为l₃，定子线圈由大线圈和小线圈组成，定子线圈的小线圈的半线圈和定子附加线圈的半线圈在动子运动方向上的有效长度为s₂，定子线圈的大线圈的半线圈在动子运动方向上的有效长度为s₁，定子线圈定位键的长度为s₃，动子运动最大行程的二分之一为d，其中长度关系满足：s₁＝l₂+2d，s₂＝l₁+2d-s₁，s₃＝l₃-2d。

在本发明中，音圈电机的动子采用双边、串联、Halbach阵列的永磁体结构。磁钢采用双边结构可以避免单边结构产生的单边磁拉力。磁钢采用串联结构减小单块永磁体的体积，使得单磁路路径缩短，从而增大气隙磁密、减小轭部磁密；对磁钢采用Halbach结构可以进一步提高音圈电机的气隙磁密，减小轭部磁密，并提高其平均推力；由于减小了音圈电机轭部体积，降低运动部分的质量。音圈电机采用单极结构，确保相邻同通方向电流线圈在同一极下的永磁体做直线运动，从而保证同一时刻不同线圈受电磁力的方向保持一致。音圈电机的速度和加速度较大，且频繁的进行往复运动，若采用动线圈结构，线圈的电源连接线易折断、损坏，可能会成为安全隐患因此采用了固定线圈的结构，即动磁钢结构，使得线圈的电源连接线固定不动，保证了电机的可靠性。为了避免电机的线圈对外部环境辐射热量，定子设置了定子线圈架，起到对线圈进行支撑定位及冷却槽的作用。音圈电机定子线圈采用了醇溶型自粘性漆包线，缠绕线圈时涂抹90％浓度的酒精，放入电烤箱中进行加温定型，再通过线圈定位键直接固定在线圈支架中，直接浸泡在冷却液中。由于动子端部漏磁通较大，会引起一定的推力波动，为了减小电机的推力波动，在电机的两侧增添了附加线圈，使得线圈位移发生变化时，切割永磁体有效磁通的线圈导体数基本保持不变。

本发明中的有益效果：提高了音圈电机单位体积的推力，并且减小了推力波动，减小了电机本身对外界环境的热辐射，提高了电机的可靠性。

附图说明