一種兩自由度音圈式驅(qū)動(dòng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超精密運(yùn)動(dòng)定位設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種兩自由度音圈式驅(qū)動(dòng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]音圈電機(jī)((Voice Coil Actuator VCA)是一種特殊形式的直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、高速、高加速和響應(yīng)快等特性。其工作原理是，通電線圈(導(dǎo)體)放在磁場(chǎng)內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生力，力的大小與施加在線圈上的電流成比例，基于此原理制造的音圈電機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式可以為直線或圓弧。
[0003]自從問(wèn)世以來(lái)，音圈電機(jī)被廣泛的應(yīng)用于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備、航天儀器(例如航天制冷機(jī))、精密測(cè)距儀器(例如霍爾位移測(cè)量裝置)、精密車(chē)床以及移動(dòng)電話中，特別是應(yīng)用在高檔家用電器和計(jì)算機(jī)中。音圈電機(jī)是一種性能非常先進(jìn)的直線電機(jī)，有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0004]近年來(lái)，隨著對(duì)高速、高精度定位系統(tǒng)性能要求的提高和音圈電機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置在許多不同形式的高加速、高頻激勵(lì)上也得到廣泛應(yīng)用。如，光學(xué)系統(tǒng)中透鏡的定位，機(jī)械工具的多坐標(biāo)定位平臺(tái)，醫(yī)學(xué)裝置中精密電子管、真空管控制，激光光束掃描器的驅(qū)動(dòng)。在柔性機(jī)器人中，為使末端執(zhí)行器快速、精確定位，還可以用音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)有效地抑制振動(dòng)。
[0005]傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)中，存在以下技術(shù)問(wèn)題:
(O電機(jī)外部漏磁，且磁路元件的機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)不適合有嚴(yán)格要求的精密定位平臺(tái)；
(2)由于結(jié)構(gòu)體積的限制，傳統(tǒng)的音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置只能實(shí)現(xiàn)單自由度的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置不符合小尺寸大出力、高行程高頻率、多自由度運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用要求；
(3)由于磁路設(shè)計(jì)不夠合理，線圈動(dòng)子在磁路中的線圈面積沒(méi)有得到充分利用，導(dǎo)致磁體性能得不到充分發(fā)揮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能在加強(qiáng)磁場(chǎng)的同時(shí)有效屏蔽電機(jī)漏磁磁場(chǎng)、且磁路元件的機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)適合精密定位平臺(tái)嚴(yán)格要求的一種兩自由度音圈式驅(qū)動(dòng)裝置。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種兩自由度音圈式驅(qū)動(dòng)裝置，包括構(gòu)成上下蓋合配合的方框狀磁體上蓋組件和磁體下蓋組件，所述磁體上蓋組件和磁體下蓋組件的每條邊上設(shè)置有一個(gè)永磁體，在所述磁體上蓋組件和磁體下蓋組件上位于兩個(gè)上下相鄰永磁體的位置處形成半密封腔室，上下相鄰永磁體之間均設(shè)置有一個(gè)線圈組件。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述磁體上蓋組件和磁體下蓋組件均包括磁軛蓋體以及位于磁軛蓋體上的永磁體安裝部，永磁體嵌設(shè)于永磁體安裝部，所述磁體上蓋組件和磁體下蓋組件上的永磁體安裝部配合形成半密封腔室。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述每個(gè)半密封腔室內(nèi)的上下兩個(gè)永磁體均水平方向雙向充磁、且充磁方向相反以形成垂直于線圈組件的閉環(huán)磁路。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述線圈組件包括線圈骨架和繞制在線圈骨架上的線圈，所述線圈骨架均從半密封腔室內(nèi)伸出且相互連接。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述線圈包括漆包線繞組，所述線圈骨架包括由環(huán)氧玻璃布層壓板FR-4制成的印制電路板。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述永磁體由釹鐵硼N50M材料制成。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
(I)本發(fā)明的一種兩自由度音圈式驅(qū)動(dòng)裝置，采用上下蓋形式的軟鐵磁軛構(gòu)成半密封空腔，并在半密封空腔內(nèi)采用磁極反向聯(lián)排永磁體構(gòu)成閉環(huán)磁路，在加強(qiáng)磁場(chǎng)的同時(shí)，有效屏蔽電機(jī)漏磁磁場(chǎng)，降低了電機(jī)外部漏磁，減小對(duì)電機(jī)臨近緊湊布置的電磁元件的影響；同時(shí)，有效減小了磁路元件的機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸，適合應(yīng)用于對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸有嚴(yán)格要求的精密定位平臺(tái)設(shè)計(jì)。
[0014](2)本發(fā)明的一種兩自由度音圈式驅(qū)動(dòng)裝置，不僅能滿足音圈電機(jī)動(dòng)子X(jué)軸方向的運(yùn)動(dòng)要求，而且電機(jī)動(dòng)子能夠沿Y軸方向運(yùn)動(dòng)，增加了電機(jī)的工作空間，解決了現(xiàn)有音圈電機(jī)結(jié)構(gòu)中動(dòng)子只能單向運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題。
[0015](3)本發(fā)明的一種兩自由度音圈式驅(qū)動(dòng)裝置，更大程度地利用了線圈動(dòng)子在磁路中的有效線圈面積，能夠形成非常均勻的磁場(chǎng)，使得在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電機(jī)出力的變化很小，特別適合于超精密定位領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明一種兩自由度音圈式驅(qū)動(dòng)裝置的立體結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明一種兩自由度音圈式驅(qū)動(dòng)裝置的立體分解原理示意圖。
[0018]圖3是本發(fā)明在實(shí)施例中圖2的A-A剖視示意圖。
[0019]圖4是本發(fā)明在實(shí)施例中圖1的B-B剖視原理示意圖。
[0020]圖例說(shuō)明:
1、磁體上蓋組件；11、上磁軛蓋體；12、上永磁體；2、磁體下蓋組件；21、下磁軛蓋體；22、下永磁體；3、線圈組件；31、線圈骨架；32、線圈。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0022]如圖1至圖4所示，本發(fā)明提供一種兩自由度音圈式驅(qū)動(dòng)裝置，包括構(gòu)成上下蓋合配合的方框狀磁體上蓋組件I和磁體下蓋組件2，所述磁體上蓋組件I和磁體下蓋組件2的每條邊上設(shè)置有一個(gè)永磁體，在所述磁體上蓋組件I和磁體下蓋組件2上位于兩個(gè)上下相鄰永磁體的位置處形成半密封腔室，上下相鄰永磁體之間均設(shè)置有一個(gè)線圈組件3。
[0023]在本實(shí)施例中，所述磁體上蓋組件I和磁體下蓋組件2均包括磁軛蓋體以及位于磁軛蓋體上的永磁體安裝部，永磁體嵌設(shè)于永磁體安裝部，所述磁體上蓋組件I和磁體下蓋組件2上的永磁體安裝部配合形成半密封腔室。
[0024]在本實(shí)施例中，所述每個(gè)半密封腔室內(nèi)的上下兩個(gè)永磁體均水平方向雙向充磁、且充磁方向相反以形成垂直于線圈組件3的閉環(huán)磁路。
[0025]如圖4所示，在本實(shí)施例中，處于磁體上蓋組件I上的上永磁體12左側(cè)為S極、右側(cè)為N極，處于磁體下蓋組件2上的下永磁體22左側(cè)為N極、右側(cè)為S極，上下兩個(gè)永磁體的S極N極相互對(duì)置，使得在永磁體左側(cè)磁路為從下至上，在永磁體右側(cè)磁路為從上至下；由于磁體上蓋組件I和磁體下蓋組件2構(gòu)成上下蓋合配合，磁體上蓋組件I的上磁軛蓋體11和磁體下蓋組件2的下磁軛蓋體21的四條邊的外側(cè)面上下對(duì)應(yīng)相連形成四個(gè)半密封腔室，通過(guò)上磁軛蓋體11和下磁軛蓋體21的導(dǎo)磁作用形成閉環(huán)磁場(chǎng)，從而在加強(qiáng)磁場(chǎng)的同時(shí)，有效屏蔽電機(jī)漏磁磁場(chǎng)，降低了電機(jī)外部漏磁，減小對(duì)電機(jī)臨近緊湊布置的電磁元件的影響；并且封閉磁場(chǎng)垂直穿過(guò)線圈組件3的有效表面，電流方向與磁場(chǎng)方向垂直，最大化地利用了每個(gè)線圈組件3的有效面積，從而能夠輸出更大的推力，減少電機(jī)空間尺寸；同時(shí)，由于在半密封空腔內(nèi)采用磁極反向聯(lián)排永磁體構(gòu)成閉環(huán)磁路，有效減小了磁路元件的機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸，降低了電機(jī)外部漏磁，使得本發(fā)明適合應(yīng)用于對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸有嚴(yán)格要求的精密定位平臺(tái)設(shè)計(jì)。
[0026]如圖1和圖2所示，當(dāng)X軸方向上的兩個(gè)線圈組件3通電時(shí)，X軸方向上兩個(gè)線圈組件3在洛侖磁力的作用下可以實(shí)現(xiàn)X軸方向的運(yùn)動(dòng)；當(dāng)Y軸方向上的兩個(gè)線圈組件3通電時(shí)，Y軸方向上兩個(gè)線圈組件3在洛侖磁力的作用下可以實(shí)現(xiàn)Y軸方向的運(yùn)動(dòng)；當(dāng)四個(gè)線圈組件3都通電時(shí)，線圈組件3可以實(shí)現(xiàn)X軸Y軸方向平面運(yùn)動(dòng)。這樣不僅能滿足音圈電機(jī)動(dòng)子X(jué)軸方向的運(yùn)動(dòng)要求，而且電機(jī)動(dòng)子能夠沿Y軸方向運(yùn)動(dòng)，增加了電機(jī)的工作空間，解決了現(xiàn)有音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)中動(dòng)子只能單向運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題。
[0027]在本實(shí)施例中，所述線圈組件3包括線圈骨架31和繞制在線圈骨架31上的線圈32，所述線圈骨架31均從半密封腔室內(nèi)伸出且相互連接。
[0028]在本實(shí)施例中，所述線圈32包括漆包線繞組，所述線圈骨架31包括由環(huán)氧玻璃布層壓板FR-4制成的印制電路板。
[0029]在本實(shí)施例中，所述永磁體由釹鐵硼N50M材料制成。在實(shí)際使用中，磁體上蓋組件I和磁體下蓋組件2的橫向縱向尺寸可以根據(jù)需要稍大于線圈組件3的尺寸，這樣線圈組件3能夠在X軸、Y軸方向獲得更大的行程。
[0030]以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種兩自由度音圈式驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，包括構(gòu)成上下蓋合配合的方框狀磁體上蓋組件(I)和磁體下蓋組件(2)，所述磁體上蓋組件(I)和磁體下蓋組件(2)的每條邊上設(shè)置有一個(gè)永磁體，在所述磁體上蓋組件(I)和磁體下蓋組件(2)上位于兩個(gè)上下相鄰永磁體的位置處形成半密封腔室，上下相鄰永磁體之間均設(shè)置有一個(gè)線圈組件(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩自由度音圈式驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述磁體上蓋組件(I)和磁體下蓋組件(2)均包括磁軛蓋體以及位于磁軛蓋體上的永磁體安裝部，永磁體嵌設(shè)于永磁體安裝部，所述磁體上蓋組件(I)和磁體下蓋組件(2)上的永磁體安裝部配合形成半密封腔室。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種兩自由度音圈式驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述每個(gè)半密封腔室內(nèi)的上下兩個(gè)永磁體均水平方向雙向充磁、且充磁方向相反以形成垂直于線圈組件(3)的閉環(huán)磁路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任意一項(xiàng)所述的一種兩自由度音圈式驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述線圈組件(3)包括線圈骨架(31)和繞制在線圈骨架(31)上的線圈(32)，所述線圈骨架(31)均從半密封腔室內(nèi)伸出且相互連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種兩自由度音圈式驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述線圈(32)包括漆包線繞組，所述線圈骨架(31)包括由環(huán)氧玻璃布層壓板FR-4制成的印制電路板。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種兩自由度音圈式驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述永磁體由釹鐵硼N50M材料制成。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種兩自由度音圈式驅(qū)動(dòng)裝置，包括構(gòu)成上下蓋合配合的方框狀磁體上蓋組件和磁體下蓋組件，所述磁體上蓋組件和磁體下蓋組件的每條邊上設(shè)置有一個(gè)永磁體，在所述磁體上蓋組件和磁體下蓋組件上位于兩個(gè)上下相鄰永磁體的位置處形成半密封腔室，上下相鄰永磁體之間設(shè)置有一個(gè)線圈組件。本發(fā)明在加強(qiáng)磁場(chǎng)的同時(shí)，有效屏蔽電機(jī)漏磁磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中動(dòng)子兩自由度方向運(yùn)動(dòng)。
【IPC分類(lèi)】H02K33-18
【公開(kāi)號(hào)】CN104779763
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510135297
【發(fā)明人】范世珣, 范大鵬, 洪華杰, 彭永華, 翟德德
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年3月26日