[发明专利]多单元微行程音圈直线电机

说明书

一种多单元微行程音圈直线电机，该电机包括磁轭、第一永磁体、第二永磁体和线圈；本音圈直线电机为模块式结构，根据需要增加线圈和永磁体的数量就可增加运动单元的数量，方便扩展。

技术领域：本发明属于音圈直线电机领域，尤其涉及一种多路相互平行、相互独立运动的多单元微行程音圈直线电机的设计方法和结构。

背景技术：音圈电机具有推力大、可动部分质量小、定位速度快、存取时间短等优点，不仅被广泛用在磁盘、激光唱片定位等精密定位系统中，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；在柔性机器人中，使末端执行器快速、精确定位。

随着机器人工业的发展，只有一个运动单元传统音圈电机已经难以满足精密、高速、高效率应用场合。

发明内容：

发明目的：本发明目的是提供一种多单元微行程音圈直线电机，其目的是解决以往所存在的问题；完成多路相互平行、相互独立的运动；在电机动子整个行程区域内，电机的推力平稳、波动小。

技术方案：本发明是通过以下技术方案实现的：

一种多单元微行程音圈直线电机，其特征在于：该电机为夹心结构，包括永磁体单元、铁磁轭和线圈单元；永磁体单元和铁磁轭组成了音圈电机的定子；线圈夹置于永磁体间，构成了多路运动单元，是电机的动子。

同一永磁体单元中的永磁体大小相同、充磁方向相同；不同永磁体单元中的永磁体大小相同、充磁方向相反；永磁体单元中的永磁体等间距排列，沿运动方向处于同一平面的两块永磁体并排安置。

同一永磁体单元中相邻的永磁体间的气隙为δ，两个永磁体单元中的永磁体的数量相等，数量为p_PM。所述音圈电机的两个端部铁磁轭必须为铁磁性材料，导磁性能较好，用来聚磁，最小化漏磁；两个永磁体单元与铁磁轭共同构成了磁通路径，提供磁场。

两个永磁体单元间设置隔磁间隙g，g≥δ，以减小处于沿运动方向上同一平面的两块永磁体间的漏磁，防止线圈在最大正向或负向位移时发生严重的推力削弱和推力波动。

两个永磁体单元产生的磁通为串联关系，磁通限制在铁磁轭和两个永磁体单元内，磁通垂直穿过线圈，该结构保证了气隙δ中的磁通为一幅值恒定的方波，从而实现线圈通电后产生的安培力最大。

线圈等间距排列成线圈单元，排列间距为δ+δ₂，δ₂为永磁体的厚度；线圈单元中的线圈数量c_n与任一永磁体单元中的永磁体数量p_PM关系为c_n＝p_PM-1；线圈的厚度δ₁小于相邻永磁体间的气隙δ，从而线圈可以自由运动。

线圈为空心长方体，窗口宽度b＝2l+2f，l为线圈的最大正向或负向位移，f为线圈运动于最大正向或负向位移处垂直于运动方向的两条边的外边缘距离永磁体外边缘的距离，称为磁通失稳区；线圈垂直于运动方向的高度e大于永磁体的高度x；在装配时，线圈平行于运动方向边的下边缘不要露出永磁体的下边缘，线圈平行于运动方向边的上边缘露出永磁体，方便与机械机构连接。

当线圈处于装置中心位置，即线圈垂直于运动方向的两条边分别处于永磁体的磁极中心位置，线圈垂直于运动方向两条边的宽度为d，d≤y-2f-2l，这样的尺寸配合确保线圈在最大正向或负向位移处，线圈垂直于运动方向的两条边包含于永磁体内，以保证线圈在整个行程内推力最大和推力稳定。

当某一个线圈通入电流时，该线圈正向运动；当电流反方向时，该线圈往负方向运动，实现了电机的往复运动；其他的线圈也符合这种运动规律，线圈单元中的每个线圈的运动相互独立、互不干扰。

本发明具体优点如下：

多单元微行程音圈直线电机具有多运动支路，电路和磁路上互不干涉，独立控制，提高了工作效率。