CN107086758A - 一种具有平行磁场的圆柱型直线运动音圈电机定子磁铁 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有平行磁场的圆柱型直线运动音圈电机定子磁铁。本发明所述四个N极磁铁呈正圆形均布在N极圆台的外周上且四个N极磁铁与N极圆台连为一体，S极內芯固定在四个N极磁铁内的N极圆台上，S极內芯与呈正圆形设置的四个N极磁铁为同心圆，所述S极內芯的曲面上轴向的均布有四个槽。当采用改进后的定子磁铁结构时，其产生的磁场在四个局部区域为近似平行匀强磁场，并且匀强磁场相互垂直，由于电机在与运动方向垂直的两个方向上可以提供小范围运动，当电机动子线圈圆周与定子线圈圆周运动到不同心的位置时，此时线圈在各个位置切割的磁力线密度仍然近似相同，受电磁力形成的合力几乎仅仅包含沿定子圆柱轴线方向，也就是运动方向。

Description

一种具有平行磁场的圆柱型直线运动音圈电机定子磁铁
技术领域
本发明涉及一种圆柱型直线运动音圈电机的设计，尤其涉及一种用于在圆柱型直线运动音圈电机中获得近似平行磁场的设计方法。本发明可以应用于两物体需要进行无接触直线相对运动，尤其对与运动方向垂直的自由度不需要有扭力输出要求的领域，例如：电磁力松弛式超静平台中的力执行器，图1所示为力执行器示意图，图1中的1为通电线圈(电机动子)，图1中的2为磁铁(电机定子)。
背景技术
目前国内外提出的圆柱型直线运动音圈电机中定子磁铁主要结构如图2所示，沿其直线运动方向的剖面图如图3所示。这种连接方式可以提供1个直线运动自由度(图2中沿圆柱的轴线方向)，在与该自由度垂直的两个方向上可以提供小范围运动，其缺点是：电机定子为同心圆筒型，这种定子在定子磁铁两极的间隙中产生的磁场为放射状磁场，磁力线在接近圆心方向密度大，越向外扩散密度越小，如图4和图5所示，图中的圆为电机动子线圈。
如图4所示，当电机动子线圈圆周与定子线圈圆周同心时，此时线圈在各个位置切割的磁力线密度相同，所受电磁力形成的合力沿定子圆柱轴线方向，也就是运动方向。由于电机在与运动方向垂直的两个方向上可以提供小范围运动，如图5所示，当电机动子线圈圆周与定子线圈圆周运动到不同心的位置时，此时线圈在各个位置切割的磁力线密度就不相同了，所受电磁力形成的合力除了沿运动方向有分力外，与运动方向垂直的两个方向上也会产生分力，而且力的方向相反，即将会产生一个使线圈扭转的力矩。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的缺点，所采用的设计方法可以将现有的放射状磁场更改为近似平行的匀强磁场，进而提供一种具有平行磁场的圆柱型直线运动音圈电机定子磁铁。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种具有平行磁场的圆柱型直线运动音圈电机定子磁铁，包括：N极圆台、S极內芯和四个N极磁铁，所述四个N极磁铁呈正圆形均布在N极圆台的外周上且四个N极磁铁与N极圆台连为一体，S极內芯固定在四个N极磁铁内的N极圆台上，S极內芯与呈正圆形设置的四个N极磁铁为同心圆，所述S极內芯的曲面上轴向的均布有四个槽。
本发明的优点是：当采用改进后的定子磁铁结构时，其产生的磁场在四个局部区域为近似平行匀强磁场，并且匀强磁场相互垂直，由于电机在与运动方向垂直的两个方向上可以提供小范围运动(如图7所示)，当电机动子线圈圆周与定子线圈圆周运动到不同心的位置时，此时线圈在各个位置切割的磁力线密度仍然近似相同，受电磁力形成的合力几乎仅仅包含沿定子圆柱轴线方向，也就是运动方向。
由于电磁力松弛式超静平台中的力执行器需要提供的运动自由度符合三轴正交的笛卡尔坐标系，所以只要安装时满足与力执行器运动方向垂直的两个自由度恰好与改进后电机定子形成的两个相互垂直的磁场方向重合即可最大限度的利用本发明的优点。
本发明相对于现有技术来说，可以在圆柱型音圈电机的定子中提供四个近似平行的磁场，从而大大降低了与运动方向垂直的两个方向上产生的分力的数量级。
附图说明
图1为力执行器的结构示意图。
图2为现有定子磁铁的结构示意图。
图3为现有定子磁铁结构的剖面图。
图4和图5为现有定子磁铁结构的俯视图。
图6为本发明定子磁铁的结构示意图。
图7和图8为本发明定子磁铁结构的俯视图。
图中的附图标记，1为通电线圈(电机动子)，2为磁铁(电机定子)，3为N极圆台，4为S极內芯，5为N极磁铁，6为动子线圈，7为槽，8为凸面。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图6～图8所示，本实施例所涉及的一种具有平行磁场的圆柱型直线运动音圈电机定子磁铁，包括：N极圆台3、S极內芯4和四个N极磁铁5，所述四个N极磁铁5呈正圆形均布在N极圆台3的外周上且四个N极磁铁5与N极圆台3连为一体，S极內芯4固定在四个N极磁铁5内的N极圆台3上，S极內芯4与呈正圆形设置的四个N极磁铁5为同心圆，所述S极內芯4的曲面上轴向的均布有四个槽7。
所述S极內芯4上的四个槽7把S极內芯4的曲面分割为均匀的四个凸面8，每个凸面8对应一个N极磁铁5。
所述S极內芯4和四个N极磁铁5等高。
所述四个N极磁铁5与S极內芯4之间形成两个相互垂直的磁场。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种具有平行磁场的圆柱型直线运动音圈电机定子磁铁，其特征在于，包括：N极圆台(3)、S极內芯(4)和四个N极磁铁(5)，所述四个N极磁铁(5)呈正圆形均布在N极圆台(3)的外周上且四个N极磁铁(5)与N极圆台(3)连为一体，S极內芯(4)固定在四个N极磁铁(5)内的N极圆台(3)上，S极內芯(4)与呈正圆形设置的四个N极磁铁(5)为同心圆，所述S极內芯(4)的曲面上轴向的均布有四个槽(7)。
2.根据权利要求1所述的具有平行磁场的圆柱型直线运动音圈电机定子磁铁，其特征在于，所述S极內芯(4)上的四个槽(7)把S极內芯(4)的曲面分割为均匀的四个凸面(8)，每个凸面(8)对应一个N极磁铁(5)。
3.根据权利要求1所述的具有平行磁场的圆柱型直线运动音圈电机定子磁铁，其特征在于，所述S极內芯(4)和四个N极磁铁(5)等高。
4.根据权利要求1所述的具有平行磁场的圆柱型直线运动音圈电机定子磁铁，其特征在于，所述四个N极磁铁(5)与S极內芯(4)之间形成两个相互垂直的磁场。
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