CN108551250A - 磁阻抑制型电机绕线骨架及直线音圈电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及小型电机制造技术领域，具体涉及磁阻抑制型电机绕线骨架及直线音圈电机。绕线骨架包括固定连接的本体和上盖，本体为金属材质，本体内具有贯穿其内部的通孔，在本体上沿通孔轴线方向具有切开槽，且切开槽长度大于动子在直线音圈电机中的运动行程。电机包括在绕线骨架上绕有线圈形成的电机动子，还包括外磁体、外磁轭体和内磁轭体，外磁轭体包覆于外磁体的外表面，内磁轭体固定安装于外磁体内部，且电机动子可插入外磁体和内磁轭体间的空隙并在空隙中往复运动。上述结构可电机动子运动阻力大幅减小，有效提高音圈电机运行时的响应速度，提高系统灵活度；同时，使用金属材质的绕线骨架保证了直线音圈电机需要的机械强度和尺寸要求。

Description

磁阻抑制型电机绕线骨架及直线音圈电机

技术领域

本发明涉及小型电机制造技术领域，具体涉及磁阻抑制型电机绕线骨架及直线音圈电机。

背景技术

音圈电机(Voice Coil Motor)是一种特殊形式的直接驱动电机。具有结构简单体积小、高速、高加速响应快等特性。其工作原理是，通电线圈(导体)放在磁场内就会产生力，力的大小与施加在线圈上的电流成比例。基于此原理制造的音圈电机运动形式可以为直线或者圆弧。近年来，随着对高速高精度定位系统性能要求的提高和音圈电机技术的迅速发展，音圈电机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，为使末端执行器快速、精确定位，还可以用音圈电机来有效地抑制振动。

直线音圈电机是位于径向电磁场内的一个管状线圈绕组。铁磁圆筒内部是由永久磁铁产生的磁场，这样的布置可使贴在线圈上的磁体具有相同的极性。铁磁材料的内芯配置在线圈轴向中心线上，与永久磁体的一端相连，用来形成磁回路。当给线圈通电时，根据安培力原理，它受到磁场作用，在线圈和磁体之间产生沿轴线方向的力，通电线圈两端电压的极性决定力的方向。一般将绕有线圈的直线运动部分称为电机动子，其固定并提供磁场的部分称为电机定子，用于缠绕线圈并直线运动的部分称为绕线骨架。

采用金属材料制作的绕线骨架由于直线运动切割电机定子产生的磁感线，会在金属材料内部形成感应电流，而感应电流受到的磁场力(安培力)总是反抗绕线骨架的运动，且无论线圈是否通电，只要绕线骨架相对于电机定子运动，上述磁场力总是存在，从而导致动态响应变慢，系统的灵活度降低。而对于音圈电机这样的小型高频电机，使用绝缘材质的绕线骨架又难以保证机械强度和尺寸需要，因此，人们迫切的需要一种使用金属材质以保证机械强度和尺寸需要，同时又可抑制相对运动产生磁场力，提高动态响应速率和系统灵活性的电机绕线骨架。

发明内容

本发明所要解决的技术问题为：提供磁阻抑制型电机绕线骨架，其可避免现有直线音圈电机存在的绕线骨架相对运动时出现磁场力，阻碍绕线骨架在电机定子中的运动的问题，从而避免直线音圈电机运行时响应速度慢，系统灵活度低的问题；同时，金属材质的绕线骨架也可保证直线音圈电机需要的机械强度和尺寸要求。

本发明还提供包含上述绕线骨架的直线音圈电机，可避免上述问题的产生。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

磁阻抑制型电机绕线骨架，包括固定连接的本体和上盖，所述本体为金属材质，所述本体内具有贯穿其内部的通孔，在本体上沿通孔轴线方向具有切开槽，且所述切开槽长度大于动子在直线音圈电机中的运动行程。

在一种优选的实施方式中，所述本体为圆筒状结构，四条所述切开槽沿圆筒状结构的轴线对称设置于本体上。

在一种优选的实施方式中，在所述切开槽中填有绝缘材料。

在一种优选的实施方式中，所述绝缘材料为环氧树脂。

在一种优选的实施方式中，在所述本体的外表面上具有绕外表面设置的挡片，相邻的两个挡片和本体外表面形成用于固定线圈的绕线槽。

在一种优选的实施方式中，在所述通孔中安装有缓冲垫，所述缓冲垫的一面固定于上盖上。

在一种优选的实施方式中，所述本体的材料为铝合金、镁铝合金、钛合金中的任意一种。

直线音圈电机，包含上述任一项所述的绕线骨架，在所述绕线骨架上绕有线圈形成电机动子，还包括外磁体、外磁轭体和内磁轭体，所述外磁轭体包覆于外磁体的外表面，所述内磁轭体固定安装于外磁体内部，且所述电机动子可插入外磁体和内磁轭体间的空隙并在空隙中往复运动。

在一种优选的实施方式中，所述外磁体、外磁轭体和内磁轭体均为圆筒状结构，且外磁体和内磁轭体的轴线重合，所述外磁体和内磁轭体间形成以轴线为中心放射的磁感线。

在一种优选的实施方式中，所述外磁体通过多块磁瓦拼接而成，且在外磁体轴线方向上的相邻磁瓦间使用铝圈固定。

本发明的有益效果是：绕线骨架的本体内具有贯穿其内部的通孔，在本体上沿通孔轴线方向具有切开槽，且所述切开槽长度大于动子在直线音圈电机中的运动行程，从而使绕线骨架在相对电机定子做直线运动时，金属绕线骨架被切开槽切割成相互分离的部分，大幅减小了切割磁感线造成的感应电流，从而使电机动子运动阻力大幅减小，有效提高音圈电机运行时的响应速度，提高系统灵活度；同时，使用金属材质的绕线骨架保证了直线音圈电机需要的机械强度和尺寸要求。

附图说明

图1是本发明实施例1所述绕线骨架的立体图；

图2是本发明实施例1所述绕线骨架另一角度的立体图；

图3是本发明实施例1所述直线音圈电机的爆炸图；

图4是本发明实施例1所述直线音圈电机的剖面图；

图5是本发明实施例1所述外磁体、外磁轭体和内磁轭体的爆炸图；

图6是现有技术中的音圈电机在本体上不具有切开槽时的磁场、电流分布图；

图7是本发明实施例1所述音圈电机在本体上具有切开槽时的磁场、电流分布图。

图中各附图标记为：1：电机动子，11：本体，111：挡片，112：绕线槽，113：切开槽，114：通孔，12：上盖，13：接线柱，14：缓冲垫，15：线圈，2：电机定子，21：外磁轭体，211：螺钉，22：外磁体，221：铝圈，222：磁瓦，223：压圈，23：内磁轭体。

具体实施方式

下面结合各附图，对本发明做详细描述。

实施例1

结合图1和图2，对本发明所述的电机绕线骨架的结构进行详细说明。所述绕线骨架包括圆筒形结构的本体11，优选的，所述本体11材料为铝合金、镁铝合金和钛合金中的任意一种，其均具有质量轻且机械强度高的优点，在绕线骨架沿电机定子2高频、快速直线运动时，可提供足够的支撑力和抗拉、抗扭强度。在本体11顶面具有用于限位作用的上盖12，在上盖12的上平面上安装有接线柱13。在本体11外侧表面上具有绕本体11周向设置并沿轴向排列的四个挡片111，所述挡片111高出本体11侧面一定距离，下方的两个挡片111和上方的两个挡片111分别构成两个用于安装线圈15的绕线槽112。本体11的圆筒状结构具有通孔114，在所述通孔114与上盖12的共有平面上安装有缓冲垫14，所述缓冲垫14可对绕线骨架在沿轴线方向运动时，提供缓冲保护作用，避免长期高频快速运动导致电机动子1或电机定子2的损坏。在本体11的实体上，沿轴线方向对称设置有四个切开槽113，且所述切开槽113应保证沿切开槽113两侧的本体11断开连接，同时应保证切开槽113的长度应大于绕线骨架在电机定子2中的运动行程。优选的，在切开槽113中填入绝缘材料，所述绝缘材料可为硅胶或塑料，加入绝缘材料，可进一步保证切开槽113两侧的本体11具有更好的绝缘性能，防止本体11切割磁感线时，部分电流在切开槽113中形成电弧，使本体11还具有一部分电流强度，从而造成磁阻抑制效果不佳的问题；同时，绝缘材料可对切开槽113两侧相邻的本体11进行机械连接，进一步提高本体11的机械强度。

结合图3-图5，对包含上述绕线骨架的直线音圈电机结构进行详细说明。在上述绕线骨架对应的绕线槽112中绕制线圈15，即形成电机动子1，其可在电机定子2中进行往复直线运动。所述电机定子2包括外磁轭体21、外磁体22和内磁轭体23，其中，外磁轭体21为底部封口的桶装结构，在外磁轭体21内壁上固定安装有外磁体22，所述外磁体22由多片磁瓦222拼接而成，且在外磁体22轴线方向上的磁瓦222使用铝圈221进行连接，以强化整体连接强度和机械强度，在磁瓦222顶面使用压圈223进行连接，上述形成一个整体的电机定子2外表面。在外磁体22内部安装有内磁轭体23，且内磁轭体23通过螺钉211固定于外磁轭体21底面上，并保证外磁体22和内磁轭体23之间具有一圆环空隙。所述电机动子1插入圆环空隙中且不与外磁体22和内磁轭体23避面接触，并在上述圆环空隙中运动。当对线圈15通电时，线圈15中具有电流，在上述圆环空隙中形成的磁场使通有电流的线圈15收到轴线方向上的力从而使整个电机动子1运动，且当电流为交流电时，电流方向的改变导致受到的力方向发生改变，从而使电机动子1实现高频快速往复运动。

结合图6和图7，说明本发明所述设置切开槽113从而抑制绕线骨架产生磁阻的原理。对于现有技术中不选择在金属材质本体11上开设有切开槽113的情况，应该注意的是，无论线圈15中是否通电，或者在绕线骨架上是否安装有线圈15，只要绕线骨架在外磁体22和内磁轭体23之间的圆环空隙中运动，就会产生电磁阻力。其原因在于：由于在外磁体22和内磁轭体23之间具有恒定的径向分布的磁场(图6或图7中实线箭头所示)，当金属材质的本体11在上述磁场中运动时，造成对磁感线的切割，从而使本体11上产生感应电流；而在运动的本体11上的感应电流受到的磁场力总是反抗本体11的运动(即受到与运动方向相反的电磁阻力)，因此，在圆环空隙中往复运动的本体11若无切开槽113的结构，其总是受到电磁阻力的干扰。当采用本发明所述的具有切开槽113的绕线骨架时，由于本体11被切开槽113断开，当本体11在圆环空隙中切割磁感线时，其沿周向方向上无法形成圈闭的电流，又由于本体11的厚度较小，在两个切开槽113间的本体11内部形成的局部电流较小，因此，其受到的电磁阻力也相对现有技术中的小很多。上述即是本发明在本体11上设置切开槽113从而对磁阻进行抑制的原理，在无法完全消除磁阻的前提下，此方法可最大限度的对磁阻进行有效抑制，从而使电机动子1运动阻力大幅减小，有效提高音圈电机运行时的响应速度，提高系统灵活度。由上述分析可知，在本体11上设置的切开槽113数量越多，相应的本体11被切割分离的单个尺寸越小，其内部的局部电流就越小，因此，本发明的切开槽113数量不限于四个，且数量越多，对磁阻的抑制效果越好。

实施例2

本发明还提供关于直线音圈电机的另一个实施例，其与实施例1的区别在于：将多片分散磁瓦222拼接组成的环状结构替换为单个环状结构磁瓦，并将两个上述单个环状结构磁瓦通过铝圈221连接并与外磁轭体21连接，同时在上部的单个环状结构磁瓦顶部安装压圈223。使用上述的方案，可大幅降低加工难度和装配难度，使直线音圈电机的整体构造更为简单，从而有效降低故障率和解决分散磁瓦222损坏造成的更换、维修繁琐的问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.磁阻抑制型电机绕线骨架，其特征在于，包括固定连接的本体和上盖，所述本体为金属材质，所述本体内具有贯穿其内部的通孔，在本体上沿通孔轴线方向具有切开槽，且所述切开槽长度大于动子在直线音圈电机中的运动行程。

2.如权利要求1所述的磁阻抑制型电机绕线骨架，其特征在于，所述本体为圆筒状结构，四条所述切开槽沿圆筒状结构的轴线对称设置于本体上。

3.如权利要求2所述的磁阻抑制型电机绕线骨架，其特征在于，在所述切开槽中填有绝缘材料。

4.如权利要求3所述的磁阻抑制型电机绕线骨架，其特征在于，所述绝缘材料为环氧树脂。

5.如权利要求1所述的磁阻抑制型电机绕线骨架，其特征在于，在所述本体的外表面上具有绕外表面设置的挡片，相邻的两个挡片和本体外表面形成用于固定线圈的绕线槽。

6.如权利要求1所述的磁阻抑制型电机绕线骨架，其特征在于，在所述通孔中安装有缓冲垫，所述缓冲垫的一面固定于上盖上。

7.如权利要求1-6任一项所述的磁阻抑制型电机绕线骨架，其特征在于，所述本体的材料为铝合金、镁铝合金、钛合金中的任意一种。

8.直线音圈电机，其特征在于，包含权利要求1-7任一项所述的绕线骨架，在所述绕线骨架上绕有线圈形成电机动子，还包括外磁体、外磁轭体和内磁轭体，所述外磁轭体包覆于外磁体的外表面，所述内磁轭体固定安装于外磁体内部，且所述电机动子可插入外磁体和内磁轭体间的空隙并在空隙中往复运动。

9.如权利要求8所述的直线音圈电机，其特征在于，所述外磁体、外磁轭体和内磁轭体均为圆筒状结构，且外磁体和内磁轭体的轴线重合，所述外磁体和内磁轭体间形成以轴线为中心放射的磁感线。

10.如权利要求9所述的直线音圈电机，其特征在于，所述外磁体通过多块磁瓦拼接而成，且在外磁体轴线方向上的相邻磁瓦间使用铝圈固定。