[发明专利]一种小行程节能音圈电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种音圈电机，特别涉及一种小行程的节能音圈电机。

背景技术

作为一种小行程的直流直线电机，音圈电机结构简单、体积小、加速度较大、响应快、推力波动小。音圈电机与常规直线电机类似，不需要滚珠丝杠、齿轮齿条等中间传动环节而直接产生直线运动，因而易于实现高速度、高精度、高加速度、高响应的精密直线运动。但音圈电机作为一种直流直线电机，与常规交流直线电机相比，无齿槽效应、推力波动小，更易于实现小行程的精密快速运动。

音圈电机主要用于镜头调焦、硬盘磁头定位、光刻机精密定位等精确定位伺服系统。近年来，随着社会需求的不断提高和科技的快速发展，在电子装备、半导体装备等工业自动化领域，音圈电机的需求量逐渐增多，单套设备中音圈电机的用量也不断增加，而且音圈电机的运行速度也不断提高，导致音圈电机消耗的电能逐渐增加，因此提高音圈电机的节能性显得日益重要。

为了提高音圈电机节能性，有研究者提出采用Halbach永磁阵列，但径向充磁磁环一般采用多片磁环组合，制造与装配工艺复杂，制造精度和长期可靠性难以保证，且成本较高。同时，采用Halbach永磁阵列后，音圈电机需要采用直线导轨等支撑结构件，使系统结构复杂，安装不方便，而且存在机械磨损，可靠性降低。

此外，为了提高音圈电机节能性，一般将音圈电机的电机外壳和定子固定不动，尽可能的减小动子质量，因而动子一般被包含在电机外壳和定子内部，使反馈装置安装、调整不便。

发明内容

本发明的技术目的是针对上述节能音圈电机的技术现状，提供一种用于工业自动化设备的小行程节能音圈电机，不仅能够满足节能要求，而且具有结构紧凑、工艺简单、可靠性高、无磨损、安装调整方便等特点。

本发明实现上述目的所采用的技术方案为：一种小行程节能音圈电机，包括永磁动子、线圈定子和支撑结构三部分，所述的线圈定子同轴套接在永磁动子上，并且线圈定子内表面与永磁动子外表面之间存在气隙，以使永磁动子相对线圈定子沿轴向作小行程的直线往复运动，其特征是：所述的永磁动子包括动杆、同轴套接在动杆上的至少一组充磁环组，以及设置在动杆两端、防止充磁环组撺动的压紧螺母；所述的充磁环组依次由轴向充磁永磁环、径向充磁永磁环和轴向充磁永磁环组成；所述的线圈定子由至少一组定圈绕组组成，所述的定圈绕组依次由同轴放置的外绝缘垫、第一线圈、内绝缘垫以及第二线圈组成；所述的第一线圈与第二线圈的匝数相等，绕向相反；所述的充磁环组与定圈绕组沿轴向的宽度相同；所述的支撑结构是由电机外壳，与动杆两端固定连接的两端面柔性支撑体以及该固定连接部分所围成的封闭腔体；所述的线圈定子位于所述腔体内部并且与电机外壳固定绝缘连接。

作为优选，所述的支撑体是径向刚度大轴向刚度小的柔性支撑片。

作为优选，所述的动杆通过若干个固定螺母与两端面柔性支撑体固定连接。

作为优选，所述的两端面柔性支撑体通过若干个固定螺母与电机外壳固定连接。

作为优选，所述的径向充磁永磁环采用热压工艺的热压幅向充磁永磁环。

作为优选，所述动杆的一端连接位移反馈装置，另一端连接被驱动零部件。其中，所述的位移反馈装置优选为线性可变差动变压器式位移传感器或电涡流位移传感器。

综上所述，本发明的音圈电机由支撑结构，以及位于支撑结构内部的若干组充磁环组与若干组定圈绕组组成，并且该充磁环组采用Halbach永磁阵列、该充磁环组与定圈绕组一一对应，与现有技术相比，本发明的音圈电机具有如下有益效果：

(1)充磁永磁环组采用Halbach永磁阵列，提高了音圈电机的磁场利用率和磁场强度，在相同条件下能够提高能量转换效率，具有较好的节能效果；

(2)与动杆两端相连接的支撑体采用柔性支撑体，不存在机械磨损、可靠性高；

(3)当径向充磁永磁环优选采用热压工艺的热压幅向充磁永磁环时，由于热压幅向永磁环制作工艺简单、成本较低，不需要多个磁片粘接组合，因而结构简单、装配工作量小、可靠性高、成本低，易于实现较高的装配精度；

(4)优选采用在动杆的一端连接反馈装置，另一端连接被驱动零部件，能够方便地安装、调整反馈装置而不影响音圈电机性能，而且音圈电机内的磁场也不会影响反馈装置。

(5)整个电机结构紧凑、安装方便；

因此，本发明提供的小行程节能音圈电机结构紧凑，工艺简单，安装调整方便磁场利用率高、节能性能好，不存在磨损，可靠性高，使用寿命长，具有良好的应用前景。

附图说明