專利名稱：一種直流直線音圈電機的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于機械工程技術領域，具體涉及一種直流直線音圈電機。
技術背景音圈電機(Voice Coil Actuator, VCA )是一種特殊形式的直接驅動電機， 具有結構簡單、體積小、高速、高加速和響應快等特性。其工作原理是,通 電線圈(導體)放在磁場內就會產生力，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運動形式可以為直線或圓弧。自其問世以來，廣泛地應用于光盤驅動器、硬盤驅動器、醫療器械、 航天儀器(例如航天制冷機)、精密測距儀器(例如霍爾位移測量裝置)、活塞 車床刀架和移動電話(作為振動電機)等領域，是一種性能非常先進的直線電 機，有著廣泛的應用前景。近年來，隨著對高速、高精度定位系統性能要求的提高和音圈電機技術 的迅速發展，音圈電機在許多不同形式的高加速、高頻激勵上也得到廣泛應 用。如，光學系統中透鏡的定位；機械工具的多坐標定位平臺；醫學裝置中 精密電子管、真空管控制；激光光束掃描器的驅動；在柔性機器人中，為使 末端執行器快速、精確定位，還可以用音圈電機來有效地抑制振動。傳統結構音圈電機設計中由于磁路設計不合理常常出現漏磁問題，導 致磁體性能得不到充分利用，從而導致音圈電機的出力不符合有小尺寸大 出力、高行程高頻率應用要求的場合。例如BEI公司生產LA10-08-000A型 音圈電機，其外徑為24.13mm，平衡態長19.69mm，行程土2.54mm，出力 僅為3.61N/A。發明內容本實用新型的目的是針對現有技術的不足，提供一種直流直線音圈電 寸、大出力的特點，可保證對小型機械系統驅動的高 行程和高頻率。本實用新型提供直流直線音圈電機，包括鐵殼、鐵芯、音圈支架、漆 包線圈和磁鋼，其特征在于磁鋼包括環形磁鋼或瓦形磁鋼組和圓柱形磁 鋼；環形磁鋼的充磁方向為輻向，瓦形磁鋼組每片磁鋼充磁方向均為徑向， 圓柱形磁鋼的充磁方向為軸向；環形磁鋼或瓦形磁鋼組沿鐵殼內壁安裝在底面， 環形磁鋼或瓦形磁鋼組的N級對著鐵芯，S級對著鐵殼；圓柱形磁鋼位于 鐵殼底部中央，圓柱形磁鋼的N級對著鐵芯，S級對著鐵殼底面中心；鐵 芯位于圓柱形磁鋼上；漆包線圈緊密繞制在音圈支架上，音圈支架安裝在鐵 殼內表面和鐵芯外表面之間的氣隙中。本實用新型音圈電機克服了現有技術的缺陷，能獲得同樣尺寸下更大 的出力。本實用新型具有以下優點由于底部圓柱形磁鋼的引導，環形磁 鋼(或瓦形磁鋼組)磁力線往上通過鐵芯，并全部穿過音圈支架和漆包線 圈，從而使磁通得到了充分利用，減少甚至沒有漏磁，進而使同尺寸的音 圈電機出力更大，行程更長。由于磁漏減少同樣驅動電流下音圈電機的出 力增大，行程加長；由于出力的加大適用于需要高加速度高頻率的場合。 總之，本實用新型音圈電機結構緊密，磁通得到充分利用，磁漏大幅度減 少，具有小尺寸、大出力的優點。
圖1為本實用新型音圈電機的剖面示意圖；圖2為徑向充磁瓦形磁鋼組(12片)代替輻向充磁環形磁鋼示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實例對本實用新型作進一步詳細的說明。 如圖1所示，本實用新型音圈電機包括鐵殼l、鐵芯2、音圈支架3、漆包線圈4、環形磁鋼或瓦形磁鋼組5和圓柱形磁鋼6，其中，音圈支架3和漆包線圈4稱之為音圈部分，其余為鐵磁部分。 環形磁鋼的充磁方向為輻向，如果是瓦形磁鋼組，則每份瓦形磁鋼的 充磁方向為徑向，圓柱形磁鋼充磁方向為軸向。采用瓦形磁鋼組代替環形磁鋼 時，采用的份數越多，磁通利用率越高，音圈電機出力越大。當采用輻向 充磁環形磁鋼時音圈電機出力最大。環形磁鋼或瓦形磁鋼組5沿著鐵殼1內壁安裝到底面，環形磁鋼或瓦形磁鋼組5的N級對著鐵芯2， S級對著鐵殼l。圓柱形磁鋼6粘合到鐵殼 l底部中心，圓柱形磁鋼6的N級對著鐵芯2， S級對著鐵殼l底面中心。 鐵芯2粘合在圓柱形磁鋼6上。漆包線圈4緊密地繞制在音圈支架3上。 鐵芯2外表面和鐵殼1內表面形成環形氣隙，音圈部分安裝在鐵殼1內表面 和鐵芯2外表面之間的環形氣隙中。音圈部分在環形氣隙中沿軸向運動，適 當地留出一定的氣隙空隙，音圈部分還可以與鐵芯2軸線成一定角度運動。 鐵殼1和鐵芯2采用電工純鐵制作，表面作氧化處理防止生銹；音圈 支架3采用尼龍塑料制作；漆包線圈4采用銅芯漆包線繞制，繞制完后在 漆包線表面涂絕緣漆；環形磁鋼或瓦形磁鋼組5和圓柱形磁鋼6采用釹鐵 硼永磁體制作。環形磁鋼或瓦形磁鋼組5與圓柱形磁鋼6配合使用，圓柱形磁鋼6磁 力線方向迫使環形磁鋼或瓦形磁鋼組5磁力線方向順著鐵芯往上，并絕大 部分穿過鐵殼1和鐵芯2之間的漆包線圈4,使得線圈氣隙中的磁密最大， 從而使磁通達到最大利用效率，這樣的設計不會引起泄漏，幾乎從磁體表面 發出的所有磁力線都通過氣隙，進而實現音圈電機的小尺寸大出力。環形磁鋼或瓦形磁鋼組5和圓柱形磁鋼6的尺寸可以作優化，為了磁 力線順利地向上導出，可以適當地把圓柱形磁鋼6加長，從而逼迫環形磁 鋼或瓦形磁鋼組5磁力線往上走，阻止磁通的損失。鐵芯2為圓柱形，外徑可以適量變化，變化以不產生磁飽和為臨界點。 因為鐵芯2外徑每縮小一點，磁鋼尺寸就增加一點，從而增加磁密，不過, 這一切以鐵芯2不產生磁飽和為前提，設計在臨界點應該是最好的選擇。 同時，鐵芯2可以設計成上頭稍粗的雙圓柱型結構，有利于磁感線的導向。實例
根據以上所述結構試制了一個音圈電機(如圖2所示，瓦形磁鋼組由 12片充磁方向為徑向的瓦形磁鋼組成)，其外徑為25mm，平衡態長24mm, 行程士2.5mm，出力為6.39N/A，在小尺寸的限制下達到了大的音圈出力， 從而能獲得更大范圍的應用，例如可以驅動機械掃描角度為±5°的激光光束 掃描器達到掃描頻率200Hz以上。
權利要求1、一種直流直線音圈電機，包括鐵殼、鐵芯、音圈支架、漆包線圈和磁鋼，其特征在于磁鋼包括環形磁鋼或瓦形磁鋼組(5)和圓柱形磁鋼(6)；環形磁鋼的充磁方向為輻向，瓦形磁鋼組每片磁鋼充磁方向均為徑向，圓柱形磁鋼充磁方向為軸向；環形磁鋼或瓦形磁鋼組(5)沿鐵殼(1)內壁安裝在底面，環形磁鋼或瓦形磁鋼組(5)的N級對著鐵芯(2)，S級對著鐵殼(1)；圓柱形磁鋼(6)位于鐵殼(1)底部中央，圓柱形磁鋼(6)的N級對著鐵芯(2)，S級對著鐵殼(1)底面中心；鐵芯(2)位于圓柱形磁鋼(6)上；漆包線圈(4)繞制在音圈支架(3)上，音圈支架(3)安裝在鐵殼(1)內表面和鐵芯(2)外表面之間的環形氣隙中。
專利摘要本實用新型公開了一種直流直線音圈電機，包括鐵殼、鐵芯、音圈支架、漆包線圈、環形磁鋼或瓦形磁鋼組和圓柱形磁鋼。環形磁鋼充磁方向為輻向，瓦形磁鋼組每片磁鋼充磁方向均為徑向，圓柱形磁鋼充磁方向為軸向；環形磁鋼或瓦形磁鋼組沿鐵殼內壁安裝在底面，環形磁鋼或瓦形磁鋼組N級對著鐵芯，S級對著鐵殼；圓柱形磁鋼位于鐵殼底部中央，圓柱形磁鋼N級對著鐵芯，S級對著鐵殼底面中心；鐵芯位于圓柱形磁鋼上；漆包線圈繞制在音圈支架上，音圈支架安裝在鐵殼內表面和鐵芯外表面之間的氣隙中。本實用新型由于磁通得到充分利用，音圈電機結構緊密，磁漏大幅度減少，具有小尺寸下大出力，高行程的優點，由于出力的加大適用于需要高加速度高頻率的場合。
文檔編號H02K33/18GK201041979SQ20072008511
公開日2008年3月26日 申請日期2007年6月6日 優先權日2007年6月6日
發明者向思樺, 鑫 吳, 丁 肖, 陳四海, 馬冬新, 偉 魏 申請人:華中科技大學