[发明专利]一种两自由度音圈式驱动装置

说明书

技术领域

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

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。

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。

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。

传统结构音圈电机驱动装置设计中，存在以下技术问题：

（1）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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）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。

（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。

（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

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。

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。

图3是本发明在实施例中图2的A-A剖视示意图。

图4是本发明在实施例中图1的B-B剖视原理示意图。

图例说明：