集成式音圈電機模組的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種集成式音圈電機模組，適合高速定位機械手末端負載的驅動，特別適合半導體設備的點膠、裝片等末端負載小的場合應用。它包括一體式定子基座、磁鐵、一體式動子載板、線圈、直線導軌、光柵尺、編碼器讀頭、編碼器讀頭固定座。通過把底座與音圈電機的定子設計為一體，即磁鐵、導軌、底座安裝孔、編碼器讀頭固定座都設置在一體式定子基座上；把音圈電機的動子和運動承載臺也設計為一體，即線圈、導軌、負載安裝孔、光柵尺都設置在一體式動子載板上。以此方式，極大地降低了音圈電機的重量和體積，減少漏磁且提高了系統剛性。以上，使得音圈電機的快速定位性能得到大幅提升。
【專利說明】
集成式音圈電機模組
技術領域
[0001]本發明涉及音圈電機領域，特別涉及一種集成式音圈電機模組。
【背景技術】
[0002]音圈電機因為其結構簡單小巧、可靠性高、能量轉換效率高、響應快速、動作平滑，通常用在高加速度、高精度的場合，并且隨著電機驅動技術的不斷成熟，運用場合越來越廣泛。上述特點使得音圈電機特別適合應用在多維驅動的機械手終端，其小巧的結構和較小的重量，使得機械手可以較高速的運作，且帶來的震動較小。如上的許多場合為了進一步提高速度和產能，對音圈電機的要求越來越高，以至于目前傳統的音圈電機結構無法達到使用要求。
[0003]目前音圈電機的應用通常如公開號CN204271804U所示，音圈電機分為定子和動子，動子上通常封裝有線圈，定子上安裝有磁鐵。定子再安裝到固定的底座上，底座上設置線性滑軌，線性滑軌的運動部分安裝承載臺，承載臺再與音圈電機的動子相連接，構成音圈電機模組。音圈電機供應商通常提供上述音圈電機模組，或者更常見的是出售音圈電機的動子和定子，再由用戶的工程師自行設計類似上述模組結構的機構來使用。
[0004]上述傳統的結構和方法使得音圈電機存在部分不必要的運動負載，固定部件也存在一部分不必要的重量和體積。這樣不僅影響了音圈電機的高速響應性能，而且對帶動整個音圈電機模組運動的底層驅動系統而言也降低了速度和響應特性。其較大的體積和較慢的系統響應特點限制了音圈電機在工業上的許多應用。
【發明內容】
[0005]本發明針對現有技術的不足，設計一種極為緊湊的集成式音圈電機模組，減少了音圈電機運動部件和固定部件的重量和體積，最大限度地增加音圈電機的優勢，使之可應用于更極端的場合或需求，同時也避免了許多不專業的應用設計導致的系統性能下降。
[0006]本發明的技術手段是:把底座與音圈電機的定子設計為一體，即磁鐵直接設置在一體式定子基座上；導軌也直接設置在一體式定子基座上；一體式定子基座還設置有用于整體固定的底座安裝孔;一體式定子基座還安裝有光柵尺對應的編碼器讀頭固定座。同樣的思路，把音圈電機的動子和運動承載臺也設計為一體，即線圈直接嵌入或通過線圈固定座封裝在一體式動子載板上，一體式動子載板上直接設置有導軌安裝螺紋孔，一體式動子載板上還直接設置有用來安裝負載的負載安裝孔，一體式動子載板上還直接設置有光柵尺。一體式動子載板和一體式定子基座的結構即有效完成音圈定子的磁力線導通作用，也保證了線圈盡可能地接近動子承載臺的負載螺紋孔的位置，極大地降低音圈電機的負載重量和整體重量，也極大地減小了整體體積，減少漏磁且提高了系統剛性，本發明的體積和重量只有傳統音圈電機模組的50%左右。以上，使得音圈電機的快速定位性能得到大幅提升。
[0007]根據幾種不同的音圈電機及線圈的形式，在采用上述發明特征的基礎上詳細設計了以下幾種對應的實施例結構方案。
[0008]實施例[I]，為對應常見的U型或平板型音圈電機的方案；
[0009]實施例[2]，為對應常見的圓柱型音圈電機的方案，并給出3種不同導軌應用的實施方式；
[0010]實施例[3]，為對應常見的環形音圈電機的方案。
【附圖說明】
[0011]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面對實施例描述中需要的附圖做介紹，顯而易見地，下面推述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造行勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他類似的實施例。
[0012]圖1為本發明實施例[1]U型音圈電機實施方式的三維示意圖。
[0013]圖2為本發明實施例[1]U型音圈電機實施方式的爆炸圖。
[0014]圖3為本發明實施例[1]U型音圈電機的一體式定子基座的零件示意圖。
[0015]圖4為本發明實施例[1]U型音圈電機的一體式動子載板的零件示意圖。
[0016]圖5為本發明實施例[2]圓柱型音圈電機實施方式的三維示意圖。
[0017]圖6為本發明實施例[2]圓柱型音圈電機實施方式的爆炸圖。
[0018]圖7為本發明實施例[2]圓柱型音圈電機對稱使用導軌滑塊實施方式的示意圖。
[0019]圖8為本發明實施例[2]圓柱型音圈電機單面使用導軌滑塊實施方式的示意圖。
[0020]圖9為本發明實施例[3]環形音圈電機的三維示意圖。
[0021]圖10為本發明實施例[3]環形音圈電機的爆炸圖。
[0022]附圖標記說明:以下為各附圖中出現的標記說明
[0023]圖1:101—體式定子基座、102磁鐵、103—體式動子載板、104線圈、105直線導軌、106光柵尺、107編碼器讀頭、108編碼器讀頭固定座。
[0024]圖3:301底座安裝孔、302下限位梁、303下限位調節螺孔、304上限位梁、305上限位螺孔、306導軌定位邊、307導軌調整頂絲孔、308導軌安裝螺紋孔、309編碼器讀頭固定座安裝螺絲孔、310磁鐵定位沿。
[0025]圖4:401線圈固定臂、402導軌安裝孔、403負載安裝孔、404光柵尺安裝平面。
[0026]圖5:501—體式定子基座、503—體式動子載板、504線圈、506光柵尺、507編碼器讀頭、508編碼器讀頭固定座。
[0027]圖6:502磁鐵、505直線導軌、511線圈固定座、521頂面的負載安裝孔、522側面的負載安裝孔、523底座安裝孔、524、導軌安裝螺紋孔。
[0028]圖7:701直線導軌、702滑塊。
[0029]圖8:801導軌、802滑塊、803—體式定子基座、804—體式動子載板、805、底座安裝孔。
[0030]圖9:901—體式定子基座、902磁鐵、903—體式動子載板、904線圈、905直線導軌、906光柵尺、907編碼器讀頭、908滑塊、909定子基座端頭、910負載安裝孔、911、底座安裝孔。
【具體實施方式】
[0031]下面參照附圖詳細說明本發明及幾個實施例，詳細闡明本發明的特征和【具體實施方式】。
[0032]市面上常見的，比較成熟的線性音圈電機以線圈與定子的外形劃分，有U型結構、圓柱型結構和環形結構，本發明分別對應以上三種音圈電機的組合使用，提供了以下的幾種【具體實施方式】。
[0033]第一種實施例如圖1、圖2、圖3、圖4所不的一種米用U型音圈電機的實施方式。圖1為本發明實施例[1]U型音圈電機實施方式的三維示意圖；圖2為本發明實施例[1]U型音圈電機實施方式的爆炸圖；圖3為本發明實施例[1]U型音圈電機的一體式定子基座的零件示意圖；圖4為本發明實施例[1]U型音圈電機的一體式動子載板的零件示意圖。
[0034]—體式定子基座101同時具有音圈電機定子和音圈電機模組基座的機能，其內腔表面設有用于定位的磁鐵定位沿310，其內腔表面如圖位置安裝固定有4塊方形磁鐵102;其一個端面直接設置有直線導軌105;其上還設置有用于整體固定的底座安裝孔301;其一個側面還設置有用于安裝編碼器讀頭的固定座安裝螺絲孔309;其上下端面還設置有用于機械限位的下限位梁302、下限位調節螺孔303、上限位梁304和上限為螺孔305。同樣的思路，把音圈電機的動子和運動承載臺設計為一體，即線圈104直接嵌入兩個線圈固定臂401之間，并與一體式動子載板103封裝為一體，其上直接設置有導軌安裝螺紋孔，其前表面還直接設置有用來安裝負載的負載安裝孔403，其側面還直接設置有用于安裝光柵尺106的光柵尺安裝平面404。一體式定子基座1I為鐵磁性材料。
[0035]此U型音圈電機實施例圖中所述的直線導軌105，采用的交叉滾子式直線導軌，所以在一體式定子基座101上還設置了用于定位的導軌定位邊306、導軌調整頂絲孔307和導軌安裝螺紋孔308，通過調節導軌調整頂絲孔307中的頂絲的頂緊扭力，再固定鎖緊導軌安裝螺絲，保證導軌順滑且具有可靠的剛性和精度。導軌可選用SUS304材質。當然也可以選用如圖7所示的導軌滑塊方式來實施。
[0036]根據不同的應用場合，上述一體式定子基座101上的底座安裝孔301可以是通孔，也可以是螺紋孔，并且可以設置在一體式定子基座101的不同位置或表面上。同樣的，上述一體式動子載板103上的負載安裝孔403可以是通孔，也可以是螺紋孔，并且可以設置在一體式動子載板103的不同位置或表面上。
[0037]第二種實施例如圖5、圖6、所不的一種米用圓柱型音圈電機的實施方式。圖5為本發明實施例[2]圓柱型音圈電機實施方式的三維示意圖；圖6為本發明實施例[2]圓柱型音圈電機實施方式的爆炸圖。
[0038]其實施的方式和原理同第一種U型音圈電機實施例一樣，只是使用的是比較成熟的圓柱型音圈線圈和對應磁鐵的結構方式，圖中所示，一體式定子基座501、一體式動子載板503、線圈504、直線導軌505、光柵尺506、編碼器讀頭507、編碼器讀頭固定座508、導軌安裝螺紋孔524的安裝配合方式與特征與第一種實施例一樣，不再重復。而由于采用圓柱式音圈，其線圈需要的固定架設計為如圖的線圈固定座511，所述的線圈固定座511用來固定線圈的部位為管狀結構，線圈504封裝固定在線圈固定座511外側圓柱環槽內，并通過螺絲與一體式動子載板固定為一體，達到經濟實用又緊湊的目的。其可采用I塊圓柱形磁鐵502，其一體式動子載板503上的負載安裝孔可一并設計在頂面和側面，如頂面的負載安裝孔521、側面的負載安裝孔522所示；同理，一體式定子基座501上的底座安裝孔，如底座安裝孔523所示，也可一并設置在其底面和多個側面上，以方便用戶選擇性使用。
[0039]圖7、圖8提供了第二種實施例拓展的另外兩種具體的實施方式，其一體式定子基座上安裝有一對導軌滑塊。圖7、圖8分別是使用I對兒對稱排布的導軌滑塊，以及在一個平面上并列排布的I對兒導軌滑塊的實施例方式。直線導軌701、滑塊702、導軌801、滑塊802、一體式定子基座803、一體式動子載板804、底座安裝孔805以圖示位置和方式排布，用以實現本發明。結構特征同上，不再重復。
[0040]第三種實施例如圖9、圖10所示的一種采用環形音圈電機的實施方式。圖9為本發明實施例[3]環形音圈電機的三維示意圖；圖10為本發明實施例[3]環形音圈電機的爆炸圖。
[0041]其實施的方式和原理同第一種U型音圈電機實施例一樣，只是使用的是比較成熟的環形音圈線圈和對應磁鐵的結構方式，圖中所示，一體式定子基座901、一體式動子載板903、線圈904、直線導軌905、光柵尺906、編碼器讀頭907、負載安裝孔910、底座安裝孔911的安裝配合方式和特征與第一種實施例一樣，不再重復。而由于采用環形音圈線圈，為了實現安裝，設計了定子基座端頭909，在裝入磁鐵902和線圈904之后，再扣合安裝此定子基座端頭909零件。一體式定子基座901，其內側安裝兩塊方形磁鐵，其固定磁鐵的兩個安裝面部分和套入線圈中的鐵心為一個整體的零件。并且此種實施例方案可以不使用編碼器讀頭的固定座，將編碼器讀頭907直接固定在一體式動子載板903上。
【主權項】
1.集成式音圈電機模組，通過使用音圈電機實現小負載應用的高速且高精度定位，所述的集成式音圈電機模組其特征在于包括一體式定子基座、磁鐵、一體式動子載板、線圈、直線導軌、光柵尺、編碼器讀頭，其磁鐵、導軌、底座安裝孔都設置在一體式定子基座上，所述一體式定子基座為鐵磁性材料。2.如權利要求1中所述的集成式音圈電機模組，其特征在于，所述的集成式音圈電機模組，其線圈、導軌、負載安裝孔都直接設置在一體式動子載板上。3.如權利要求1中所述的集成式音圈電機模組，其特征在于，所述的集成式音圈電機模組，其編碼器讀頭固定座直接安裝在一體式定子基座上。4.如權利要求1中所述的集成式音圈電機模組，其特征在于，所述的集成式音圈電機模組，其光柵尺直接貼裝在一體式動子載板上。5.如權利要求1或2或3或4中所述的集成式音圈電機模組，采用U型音圈電機的形式，其特征在于所述的一體式定子基座，其內腔表面設有用于定位的磁鐵定位沿，其內腔表面安裝固定有4塊方形磁鐵。6.如權利要求1或2或3或4中所述的集成式音圈電機模組，采用U型音圈電機的形式，其特征在于，所述的一體式定子基座，其上下端面還設置有用于機械限位的下限位梁和上限位梁。7.如權利要求1或2或3或4中所述的集成式音圈電機模組，采用U型音圈電機的形式，其特征在于，所述的一體式動子載板，其線圈直接嵌入兩個線圈固定臂之間，并與一體式動子載板封裝為一體，其上直接設置有導軌安裝螺紋孔，其前表面還直接設置有用來安裝負載的負載安裝孔，其側面還直接設置有用于安裝光柵尺的光柵尺安裝平面。8.如權利要求1或3或4中所述的集成式音圈電機模組，采用圓柱型音圈電機的形式，其特征在于，所述線圈封裝固定在線圈固定座上，并通過螺絲與一體式動子載板固定為一體，所述的線圈固定座用來固定線圈的部位為管狀結構。9.如權利要求1或3或4中所述的集成式音圈電機模組，采用圓柱型音圈電機的形式，其特征在于所述的集成式音圈電機模組，其一體式定子基座上安裝有一對導軌滑塊。10.如權利要求1或2或3或4中所述的集成式音圈電機模組，采用環形音圈電機的形式，其特征在于所述的一體式定子基座安裝有基座端頭，其內側安裝兩塊方形磁鐵，其固定磁鐵的兩個安裝面部分和套入線圈中的鐵心為一個整體的零件。
【文檔編號】H02K1/18GK105896758SQ201610331409
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月10日
【發明人】劉寧
【申請人】劉寧