CN116155060A - 一种平板音圈电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体设备技术领域，具体公开了一种平板音圈电机，其线圈组件包括至少一个线圈和至少一个导磁块，线圈整体为环形，线圈环绕设置在导磁块的周向，磁轨组件包括背铁和磁铁阵列，磁铁阵列固定在背铁上，线圈组件设置在磁铁阵列沿Z轴方向的中心，当线圈通电时，磁轨组件和导磁块形成的磁场共同对线圈施加安培力，通过导磁块增加了平板音圈电机在其输出方向的受力，从而在相同的铜耗下实现推力密度的提升，同时保证平板音圈电机整个运行过程平稳，出力均匀。并且对于平板音圈电机的结构改动较小，无需对现有的生产工艺进行较大改动，适用性良好，方便工业生产。

Description

一种平板音圈电机

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，尤其涉及一种平板音圈电机。

背景技术

基于安培力原理制造的平板型音圈电机的结构简单、维护方便、可靠性高、能量转换效率高，具有固定行程、直接驱动特性、平滑输出和线性控制等特点，而且电气与机械时间常数低，推力/质量比高，无齿槽效应，不需要换向，理论上有无限的位置灵敏度，无嵌齿、无滞后响应，因而被很好地应用在需要高速、高加速度、高响应速度的伺服控制系统中，满足快速、高精度定位的光刻机短行程精密定位单元的需要。

目前，半导体设备中的精密定位单元使用的平板音圈电机，有两种典型的结构，其中一种是单线圈式平板音圈电机，另一种是双线圈式平板音圈电机。然而在这两种结构中，其驱动磁路均由线圈周围的磁铁阵列提供，当应用于半导体设备中时，特别是高真空环境下，线圈中通电电流较小时，其推力密度无法满足应用场景的需要；而线圈中通电电流较大时，则温升较快。为了满足对平板音圈电机的推力密度要求，同时降低平板音圈电机表面的温升，通常方案是采用冷却板对线圈进行冷却，以带走平板音圈电机产生的热量，同时保证平板音圈电机的电流密度，进而实现推力密度增加和电机表面低温升的要求。然而，现有技术没有从电磁力驱动磁路创新的角度提出增加平板型音圈电机推力密度的方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种平板音圈电机，通过改变平板音圈电机中电磁力的驱动磁路，在通电电流不变的情况下，增大了电机沿其运动方向的推力，整个过程中温升较低，且推力波动小，电机输出平稳。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种平板音圈电机，包括：

线圈组件，所述线圈组件包括至少一个线圈和至少一个导磁块，所述线圈和所述导磁块均固定在同一支架上，所述线圈环绕设置在所述导磁块的周向；以及

磁轨组件，所述磁轨组件包括背铁和磁铁阵列，所述磁铁阵列固定在所述背铁上，线圈组件设置在磁铁阵列的中心，所述线圈通电时，所述磁轨组件和所述导磁块形成的磁场共同对所述线圈施加安培力。

可选地，所述背铁包括上背铁和下背铁，所述磁铁阵列包括第一磁组和第二磁组，所述第一磁组设置在所述上背铁，所述第二磁组设置在所述下背铁，所述线圈组件夹设在所述第一磁组与所述第二磁组之间。

可选地，所述第一磁组包括第一主磁极磁铁和第二主磁极磁铁，所述第一主磁极磁铁和所述第二主磁极磁铁的磁极相反；

所述第二磁组包括第三主磁极磁铁和第四主磁极磁铁，所述第三主磁极磁铁和所述第一主磁极磁铁相对设置且磁极相同，所述第四主磁极磁铁和所述第二主磁极磁铁相对设置且磁极相同。

可选地，所述第一磁组还包括第一间隔磁铁，所述第一间隔磁铁夹设在所述第一主磁极磁铁和所述第二主磁极磁铁之间；

所述第二磁组还包括第二间隔磁铁，所述第二间隔磁铁夹设在所述第三主磁极磁铁和所述第四主磁极磁铁之间。

可选地，所述线圈设置为一个，所述下背铁、所述第二磁组、所述线圈、所述第一磁组和所述上背铁沿第一方向依次设置，所述线圈内设有一个或两个所述导磁块。

可选地，所述线圈设置为两个，所述下背铁、所述第二磁组、两个所述线圈、所述第一磁组和所述上背铁沿第一方向依次设置，至少一个所述线圈内设有所述导磁块。

可选地，所述第一磁组还包括第五主磁极磁铁，沿第二方向所述第五主磁极磁铁和所述第一主磁极磁铁分别设置在所述第二主磁极磁铁的两侧，且所述第五主磁极磁铁的磁极与所述第一主磁极磁铁磁极相同；

所述第二磁组还包括第六主磁极磁铁，沿第二方向所述第六主磁极磁铁和所述第三主磁极磁铁分别设置在所述第四主磁极磁铁的两侧，且所述第六主磁极磁铁与所述第三主磁极磁铁的磁极相同。

可选地，所述线圈设置为两个，两个所述线圈沿第二方向并排设置，所述下背铁、所述第二磁组、并排设置的两个所述线圈、所述第一磁组和所述上背铁沿第一方向依次设置。

可选地，所述线圈设置为四个，其中每两个层叠设置所述线圈为一组，两组所述线圈沿第二方向并排设置，所述下背铁、所述第二磁组、并排设置的两组所述线圈、所述第一磁组和所述上背铁沿第一方向依次设置。

可选地，所述线圈组件包括冷却板，所述冷却板用于对所述线圈进行降温。

本发明的有益效果为：

本发明提供一种平板音圈电机，包括线圈组件和磁轨组件，其中，线圈组件包括至少一个线圈和至少一个导磁块，线圈整体为环形，线圈环绕设置在导磁块的周向，磁轨组件包括背铁和磁铁阵列，磁铁阵列固定在背铁上，线圈组件设置在磁铁阵列沿Z轴方向的中心，当线圈通电时，磁轨组件和导磁块形成的磁场共同对线圈施加安培力，通过在线圈的中空处设置导磁块，从而增加了平板音圈电机在其输出方向的受力，从而在相同的铜耗下实现推力密度的提升，同时保证运动磁轨质量不变，平板音圈电机整个运行过程平稳，出力均匀。并且对于平板音圈电机的结构改动较小，无需对现有的生产工艺进行较大改动，适用性良好，方便工业生产。

附图说明

图1为本发明实施例一中提供的平板音圈电机的结构示意图；

图2为本发明实施例一中提供的平板音圈电机的剖面图(移除冷却板)；

图3为传统的平板音圈电机的结构示意图；

图4为传统的平板音圈电机的磁力线分布图；

图5为本发明实施例一种提供的平板音圈电机的磁力线分布图；

图6为本发明实施例一中提供的平板音圈电机在不同电流下的X轴方向的出力的关系图；

图7为传统的平板音圈电机与本发明实施例一中提供的平板音圈电机在不同电流下的出力的对比图(选取行程中点0处)；

图8为传统的平板音圈电机与本发明实施例一中提供的平板音圈电机在不同电流下沿X轴方向的出力分量的对比图；

图9为传统的平板音圈电机与本发明实施例一中提供的平板音圈电机在不同电流下沿Z轴方向的出力分量的对比图；

图10为本发明实施例二中提供的平板音圈电机的剖面图(移除冷却板)；

图11为本发明实施例三中提供的平板音圈电机的结构示意图；

图12为本发明实施例三中提供的平板音圈电机的剖面图(移除冷却板)；

图13为传统的上下双层线圈平板音圈电机与本发明实施例三中提供的平板音圈电机在不同电流下的出力的对比图(选取行程中点0处)；

图14为本发明实施例四中提供的平板音圈电机的剖面图(移除冷却板)；

图15为本发明实施例五中提供的平板音圈电机的剖面图(移除冷却板)；

图16为本发明实施例六中提供的平板音圈电机的剖面图(移除冷却板)。

图中：

101’、背铁；102a’、主磁极磁铁一；102b’、间隔磁铁一；102c’、主磁极磁铁二；102d’、主磁极磁铁三；102e’、间隔磁铁二；102f’、主磁极磁铁四；104’、线圈单元；

100、线圈组件；101、线圈；102、导磁块；103、冷却板；

200、磁轨组件；201、上背铁；202、下背铁；203a、第一主磁极磁铁；203b、第一间隔磁铁；203c、第二主磁极磁铁；203d、第三主磁极磁铁；203e、第二间隔磁铁；203f、第四主磁极磁铁；203g、第五主磁极磁铁；203h、第六主磁极磁铁。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置，而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例一

如图1和图2所示，本实施例提供一种平板音圈电机，该平板音圈电机包括线圈组件100和磁轨组件200，其中，线圈组件100包括至少一个线圈101和至少一个导磁块102，线圈101和导磁块102均固定在同一支架(图中未示出)上，线圈101整体为环形，线圈101环绕设置在导磁块102的周向，即导磁块102设置在线圈101的中空部分，磁轨组件200包括背铁和磁铁阵列，磁铁阵列固定在背铁上，线圈组件100设置在磁铁阵列沿Z轴方向的中心(Z轴方向记为第一方向)，当线圈101通电时，磁轨组件200和导磁块102形成的磁场共同对线圈101施加安培力，通过在线圈101的中空处从而增加了平板音圈电机在其输出方向(即第二方向)的受力，即图中沿X轴方向的受力(X轴方向记为第二方向)。相较于现有技术，可以在推力密度提升30％以上的前提下，保证运动磁轨质量不变，根据牛顿第二定律，定位单元运动的加速度可以大幅提高。

需要说明的是，导磁块102只有在线圈101通电时才会受到磁铁阵列施加的外力，当线圈101不通电时，导磁块102只受到重力的影响，并且相较于以往的线圈101，当线圈101的受力相同，即电机的推力大小相同时，线圈101内通电电流较小，由此减少产热，电机表面的温升较小。另外，由于精密定位单元使用的平板音圈电机通常采用线圈101水冷的方式，运动部分通常为磁铁(若运动线圈101，相应的水管、电缆会带来扰动)，本发明的技术方案仅需要在线圈101中空处增加导磁件，线圈101的整体外部尺寸并未改变，运动磁轨部分无需改变，因此对于半导体设备的性能迭代升级非常方便，可以采用本发明中的线圈组件100直接替换安装现有技术的线圈组件，其结构改动较小，无需对现有的生产工艺进行较大改动，适用性良好，方便工业生产。

具体地，本实施例中的背铁包括上背铁201和下背铁202，磁铁阵列包括第一磁组和第二磁组，第一磁组设置在上背铁201，第二磁组设置在下背铁202，线圈组件100夹设在第一磁组与第二磁组之间。第一磁组包括第一主磁极磁铁203a和第二主磁极磁铁203c，第一主磁极磁铁203a和第二主磁极磁铁203c的磁极相反，即第一主磁极磁铁203a和第二主磁极磁铁203c的充磁方向相反，第二磁组包括第三主磁极磁铁203d和第四主磁极磁铁203f，第三主磁极磁铁203d和第一主磁极磁铁203a相对设置且磁极相同，第四主磁极磁铁203f和第二主磁极磁铁203c相对设置且磁极相同，即第三主磁极磁铁203d和第一主磁极磁铁203a的充磁方向相同，第四主磁极磁铁203f和第二主磁极磁铁203c的充磁方向相同。

进一步地，本实施例中线圈101设置为一个，线圈101内的导磁块102设置为两个，两个导磁块102沿Z轴方向(即第一方向)层叠设置，两个导磁块102的尺寸相同，且对称设置在线圈101内，下背铁202、第二磁组、线圈101、第一磁组和上背铁201沿第一方向依次设置。为方便说明，位于上方的导磁块102记为第一导磁块，位于下方的导磁块102记为第二导磁块。通过导磁块102的设置，改变了平板音圈电机的磁路结构，从而提升电机沿X轴方向的推力。示例性地，导磁块102可以采用铁，或其他导磁材料制成。

示例性地，本实施例中以第一主磁极磁铁203a和第三主磁极磁铁203d的充磁方向为沿Z轴的负方向(即第一方向的负方向)，第四主磁极磁铁203f和第二主磁极磁铁203c的充磁方向为沿Z轴的正方向(即第一方向的正方向)，线圈101的电流方向为顺时针，即线圈101右侧流通的电流方向沿Y轴的正方向(即第三方向的正方向，垂直于纸面向外)，线圈101左侧流通的电流方向沿Y轴的负方向(即第三方向的负方向，垂直于纸面向里)，由此，位于第一磁组和第二磁组之间的线圈101受到沿X轴的正方向的力，即电机的推力方向沿X轴正方向。进一步地，为了使线圈101在Z轴方向上的合力不发生改变，第一导磁块与第一磁组之间的距离与第二导磁块与第二磁组之间的距离相同，由此保证仅增大线圈101沿X轴方向的受力，而不影响其沿Z轴方向的受力。

可选地，在一些实施例中第一磁组还包括第一间隔磁铁203b，第一间隔磁铁203b固定在上背铁201上，第一间隔磁铁203b夹设在第一主磁极磁铁203a和第二主磁极磁铁203c之间，且第一间隔磁铁203b的充磁方向由第二主磁极磁铁203c指向第一主磁极磁铁203a，第二磁组还包括第二间隔磁铁203e，第二间隔磁铁203e固定在下背铁202上，第二间隔磁铁203e夹设在第三主磁极磁铁203d和第四主磁极磁铁203f之间，第二间隔磁铁203e的充磁方向由第三主磁极磁铁203d指向第四主磁极磁铁203f。

如图3所示为传统技术的平板音圈电机的结构示意图，图4所示为传统技术的平板音圈电机的磁力线分布图(空载不加电流的情况下)，图5为本实施例中平板音圈电机的磁力线分布图(空载不加电流的情况下)。由于导磁块102的存在，根据“磁阻最小原理”，即磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合，一部分磁力线会穿过导磁块102，由此，本实施例中平板音圈电机会形成以下三种磁力线闭合的路径：

第一磁力线闭合路径为：第一主磁极磁铁203a、线圈101右侧、第三主磁极磁铁203d、下背铁202、第四主磁极磁铁203f、线圈101左侧、第二主磁极磁铁203c和上背铁201(或第一间隔磁铁203b)；

第二磁力线闭合路径为：第一主磁极磁铁203a、位于上方的导磁块102、第二主磁极磁铁203c和第一间隔磁铁203b(或上背铁201)；

第三磁力线闭合路径为：第三主磁极磁铁203d、第二间隔磁铁203e(或下背铁202)、第四主磁极磁铁203f和位于下方的导磁块102。

由此，本实施例中平板音圈电机沿X轴方向的出力可以分为三个部分：其一，线圈101与磁铁阵列相互作用产生的出力，记为F_i(对应第一磁力线闭合路径)；位于上方的导磁块102与磁铁阵列相互作用产生的出力，记为F_c1(对应第二磁力线闭合路径)；位于下方的导磁块102与磁铁阵列相互作用产生的出力，记为F_c2(对应第三磁力线闭合路径)。

而从图3中可以得到，传统技术的磁路闭合路径包括：

磁力线闭合路径1，具体为：主磁极磁铁一102a’、线圈单元104’右侧,主磁极磁铁三102d’、位于下方的背铁101’(或者间隔磁铁二102e’)、主磁极磁铁四102f’、线圈单元104’左侧、主磁极磁铁二102c’和位于上方的背铁101’(或者间隔磁铁一102b’)；

磁力线闭合路径2，具体为：主磁极磁铁一102a’、主磁极磁铁二102c’和间隔磁铁一102b’(或者位于上方的背铁101’)；

磁力线闭合路径3，具体为：主磁极磁铁三102d’、间隔磁铁二102e’(或者位于下方的背铁101’)和主磁极磁铁四102f’。

显然，传统技术中平板音圈电机的出力仅由线圈单元104’与其磁轨组件相互作用产生的洛伦兹力F_i(对应磁路闭合路径1)提供；磁力线闭合路径2和磁力线闭合路径3均是漏磁场，不会产生对应的出力。

由此可知，当增加了导磁块102之后，即本实施例中提供的平板音圈电机，在原有电机出力的方向上增加了两个出力F_c1和F_c2，由此产生电磁力驱动磁路带来的推力密度增加。

另外，参见图6，本实施例中的平板音圈电机在不同电流下的X方向出力情况(行程正负1mm，电磁仿真软件得到该结果)，可以看到平板音圈电机出力平滑，在不同电流下，平板音圈电机全行程内的推力波动都很小(峰值小于1N)。

参见图7，图中所示为不加导磁块102的传统平板音圈电机的出力与本实施例中平板音圈电机在不同电流下出力的对比(选取行程中点0处)。可以看到，相较于传统技术，本实施例在4.9A电流下，电机出力从52.4N增加至69.2N；在9.8A电流下，电机出力从104.8N增加至138.4N，推力增加的幅度近32％，可见本实施例中明显提高了平板音圈电机的推力密度。

图8和图9给出了不同电流下(选取行程中点0处)，本实施例在X和Z方向的出力分量F_i，F_c1和F_c2。可以看到，本实施例中沿X轴方向(即第二方向)，分量F_c1和F_c2随着电流大小等比例增加，二者出力方向和F_i相同，最终实现比传统技术更大的电机出力。而沿Z轴方向(即第一方向)，F_i的值为0，位于上方的导磁块102受到磁铁阵列的吸引力指向Z轴的正方向，而位于下方的导磁块102受到磁铁阵列的吸引力指向Z轴的负方向，由于两个导磁块102对称设置，且距离第一磁组和第二磁组的距离相同，最终实现线圈组件100在Z轴方向上的合力为零。

需要注意的是，导磁块102的尺寸特征、在线圈101中空处的放置位置，以及沿Z轴方向上与第一磁组和第二磁组之间的间隙大小，都会影响电机全行程内沿X轴方向的出力大小和力波动，以及沿Z轴方向的吸引力大小和方向。本实施例仅给出一种磁铁组件对线圈组件100施加的Z轴方向上的合力为零的情况，此时平板音圈电机沿X轴方向的推力波动较小。当然，在其他实施例中，任何改变导磁块102尺寸或者形状特征、放置位置和导磁块102间隙大小的方案，都属于本实施例的保护范围。

可选地，继续参见图1，本实施例中的线圈组件100还包括冷却板103，其中冷却板103设置为两块，其中一块冷却板103夹设在线圈101与第一磁组之间，另一块冷却板103夹设在线圈101与第二磁组之间，通过冷却板103可以对线圈101进行冷却降温。

实施例二

本实施例中提供了一种平板音圈电机，参见图10，其与实施例一中的平板音圈电机的区别在于：本实施例中线圈101设置为一个，线圈101内的导磁块102设置为一个，且该导磁块102靠近第一磁组设置。与传统技术相比，本实施例中的导磁块102依然能够改变平板音圈电机的磁路结构，从而提升电机沿X轴方向的推力。但与实施例一不同的是由于仅设有一个导磁块102，该导磁块102受到第一磁组对其施加的指向Z轴正方向的吸引力，此时线圈组件100受到的合力指向Z轴正方向，使得线圈组件100产生Z向悬浮力，抵抗掉部分重力影响，适用于一些需要线圈组件100产生Z轴方向悬浮力的应用场合。

同样地，任何改变导磁块102尺寸或者形状特征、放置位置的方案，都属于本实施例的保护范围。本实施例中的其余结构均与实施例一相同，此处不再一一赘述。

实施例三

本实施例中提供了一种平板音圈电机，参见图11和图12，其与实施例一中的平板音圈电机的区别在于：本实施例中线圈101设置为两个，且两个线圈101沿Z轴方向(即第一方向)层叠设置，每个线圈101内设有一个导磁块102，两个线圈101距离第一磁组和第二磁组的距离相同，且两个线圈101内的导磁块102对称设置，从而实现平板音圈电机沿X轴方向的推力密度的提升。需要说明的是，本实施例中线圈组件100沿Z轴方向的受到的合力为零。且与传统技术相比，在相同铜耗下，该平板音圈电机的推力密度提升超过50％以上。

具体地，参见图13，图中示出了平板音圈电机行程中点处不同电流下的电机推力，通过仿真发现本实施例中的平板音圈电机在4.9A电流下，电机出力从36.9N增加至56.5N；在9.8A电流下，电机出力从73.8N增加至112.8N，推力增加的幅度近53％。

继续参见图11，本实施例中的冷却板103设置为一块，且该冷却板103夹设在两个线圈101之间。

同样地，任何改变导磁块102尺寸或者形状特征、放置位置的方案，都属于本实施例的保护范围。本实施例中的其余结构与实施例一中均相同，此处不再一一赘述。

实施例四

本实施例中提供了一种平板音圈电机，参见图14，其与实施例一中的平板音圈电机的区别在于：本实施例中线圈101设置为两个，且两个线圈101沿z轴方向(即第一方向)层叠设置，靠近第一磁组的线圈101内设有一个导磁块102，另一个线圈101内未设置导磁块102，两个线圈101距离第一磁组和第二磁组的距离相同，从而实现平板音圈电机沿X轴方向的推力密度的提升。需要说明的是，本实施例中线圈组件100沿Z轴正方向的受到的合力为正，适用于一些需要使线圈组件100产生Z向悬浮力的应用场合，且与传统技术相比，在相同铜耗下，该平板音圈电机沿X轴方向(即第二方向)的推力密度提升超过20％以上。

本实施例中的冷却板103设置为一块，且该冷却板103夹设在两个线圈101之间。

同样地，任何改变导磁块102尺寸或者形状特征、放置位置的方案，都属于本实施例的保护范围。本实施例中的其余结构与实施例一中均相同，此处不再一一赘述。

实施例五

本实施例中提供了一种平板音圈电机，参见图15，其与实施例一中的平板音圈电机的区别在于：本实施例中的第一磁组还包括第五主磁极磁铁203g，第五主磁极磁铁203g固定在上背铁201，沿X轴方向(即第二方向)，第五主磁极磁铁203g和第一主磁极磁铁203a分别设置在第二主磁极磁铁203c的两侧，且第五主磁极磁铁203g的磁极与第一主磁极磁铁203a磁极相同；第二磁组包括第六主磁极磁铁203h，第六主磁极磁铁203h固定在下背铁202，沿X轴方向(即第二方向)，第六主磁极磁铁203h和第三主磁极磁铁203d分别设置在第四主磁极磁铁203f的两侧，且第六主磁极磁铁203h与第三主磁极磁铁203d的磁极相同。

进一步地，线圈101设置为两个，且两个线圈101沿X轴方向(即第二方向)并排设置，每个线圈101内设有两个导磁块102，两个线圈101距离第一磁组和第二磁组的距离相同，且两个线圈101内的导磁块102对称设置，下背铁202、第二磁组、并排设置的两个线圈101、第一磁组和上背铁201沿Z轴方向(即第一方向)依次设置，从而实现双线圈101式平板音圈电机沿X轴方向的推力密度的提升。需要说明的是，本实施例中线圈组件100沿Z轴正方向的受到的合力为零。

示例性地，本实施例中以第一主磁极磁铁203a、第三主磁极磁铁203d、第五主磁极磁铁203g、第六主磁极磁铁203h的充磁方向为沿Z轴的正方向(即第一方向的正方向)，第四主磁极磁铁203f和第二主磁极磁铁203c的充磁方向为沿Z轴的负方向(即第一方向的负方向)，线圈101的电流方向为逆时针，即线圈101右侧流通的电流方向沿Y轴的负方向(即第三方向的负方向，垂直于纸面向里)，线圈101左侧流通的电流方向沿Y轴的正方向(即第三方向的正方向，垂直于纸面向外)，由此，位于第一磁组和第二磁组之间的线圈101受到沿X轴的正方向的力，即电机的推力方向沿X轴正方向。进一步地，为了使线圈101在Z轴方向上的合力不发生改变，并排设置的两个线圈101内的两个导磁块102与第一磁组和的距离相同，由此保证仅增大线圈101沿X轴方向的受力，而不影响其沿Z轴方向的受力。与传统技术相比，该平板音圈电机的推力密度可提升超过30％以上。

需要说明的是，此时位于中间位置的第二主磁极磁铁203c和第四主磁极磁铁203f，与位于外侧的第一主磁极磁铁203a、第五主磁极磁铁203g、第三主磁极磁铁203d和第四主磁极磁铁203f形成两个第一磁力线闭合路径，两个第二磁力线闭合路径和两个第三磁力线闭合路径。由此，本实施例中平板音圈电机的出力方向可以分为三个部分：其一，线圈101与磁铁阵列相互作用产生的出力，记为F_i(对应两个第一磁力线闭合路径)；位于上方的导磁块102与磁铁阵列相互作用产生的出力，记为F_c1(对应两个第二磁力线闭合路径)；位于下方的导磁块102与磁铁阵列相互作用产生的出力，记为F_c2(对应两个第三磁力线闭合路径)。

本实施例中的冷却板103设置为两块，其中一块冷却板103夹设在线圈101与第一磁组之间，另一块冷却板103夹设线圈101与第二磁组之间。

同样地，任何改变导磁块102尺寸或者形状特征、放置位置的方案，都属于本实施例的保护范围。本实施例中的其余结构与实施例一中均相同，此处不再一一赘述。

实施例六

本实施例中提供了一种平板音圈电机，参见图16，其与实施例五中的平板音圈电机的区别在于：本实施例中平板音圈电机的线圈101设置为四个，其中每两个层叠设置线圈101为一组，两组线圈101沿X轴方向(即第二方向)并排设置，两组线圈101距离第一磁组和第二磁组的距离相同，每个线圈101内设有一个导磁块102。下背铁202、第二磁组、并排设置的两组线圈101、第一磁组和上背铁201沿Z轴方向(即第一方向)依次设置，从而实现双线圈101式平板音圈电机沿X轴方向的推力密度的提升。需要说明的是，本实施例中线圈组件100在Z轴方向的受到的合力为零。

本实施例中的冷却板103设置为一块，该冷却板103夹设在两层线圈101之间。

同样地，任何改变导磁块102尺寸或者形状特征、放置位置的方案，都属于本实施例的保护范围。任何简单地对上述实施例中的导磁块102数量做直接增加或者减少的方案，都属于本专利的保护范围。任何简单的对平板电机线圈101数量进行增加，以及在相应线圈101的中空处增加导磁块102以改变电磁力驱动磁路的方案，都属于本专利的保护范围。

上述实施例中，线圈101都采用了冷却板103冷却的技术。需要说明的是，对自然冷却的平板音圈电机(无冷却板103)，若在相应线圈101的中空处增加导磁块102以改变电磁力驱动磁路的方案，也属于本专利的保护范围。

本实施例中的其余结构与实施例五中均相同，此处不再一一赘述。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种平板音圈电机，其特征在于，包括：

线圈组件(100)，所述线圈组件(100)包括至少一个线圈(101)和至少一个导磁块(102)，所述线圈(101)和所述导磁块(102)均固定在同一支架上，所述线圈(101)环绕设置在所述导磁块(102)的周向；以及

磁轨组件(200)，所述磁轨组件(200)包括背铁和磁铁阵列，所述磁铁阵列固定在所述背铁上，所述线圈组件(100)设置在所述磁铁阵列的中心，所述线圈(101)通电时，所述磁轨组件(200)和所述导磁块(102)形成的磁场共同对所述线圈(101)施加安培力。

2.根据权利要求1所述的平板音圈电机，其特征在于，所述背铁包括上背铁(201)和下背铁(202)，所述磁铁阵列包括第一磁组和第二磁组，所述第一磁组设置在所述上背铁(201)，所述第二磁组设置在所述下背铁(202)，所述线圈组件(100)夹设在所述第一磁组与所述第二磁组之间。

3.根据权利要求2所述的平板音圈电机，其特征在于，所述第一磁组包括第一主磁极磁铁(203a)和第二主磁极磁铁(203c)，所述第一主磁极磁铁(203a)和所述第二主磁极磁铁(203c)的磁极相反；

所述第二磁组包括第三主磁极磁铁(203d)和第四主磁极磁铁(203f)，所述第三主磁极磁铁(203d)和所述第一主磁极磁铁(203a)相对设置且磁极相同，所述第四主磁极磁铁(203f)和所述第二主磁极磁铁(203c)相对设置且磁极相同。

4.根据权利要求3所述的平板音圈电机，其特征在于，所述第一磁组还包括第一间隔磁铁(203b)，所述第一间隔磁铁(203b)夹设在所述第一主磁极磁铁(203a)和所述第二主磁极磁铁(203c)之间；

所述第二磁组还包括第二间隔磁铁(203e)，所述第二间隔磁铁(203e)夹设在所述第三主磁极磁铁(203d)和所述第四主磁极磁铁(203f)之间。

5.根据权利要求4所述的平板音圈电机，其特征在于，所述线圈(101)设置为一个，所述下背铁(202)、所述第二磁组、所述线圈(101)、所述第一磁组和所述上背铁(201)沿第一方向依次设置，所述线圈(101)内设有一个或两个所述导磁块(102)。

6.根据权利要求4所述的平板音圈电机，其特征在于，所述线圈(101)设置为两个，所述下背铁(202)、所述第二磁组、两个所述线圈(101)、所述第一磁组和所述上背铁(201)沿第一方向依次设置，至少一个所述线圈(101)内设有所述导磁块(102)。

7.根据权利要求3所述的平板音圈电机，其特征在于，所述第一磁组还包括第五主磁极磁铁(203g)，沿第二方向所述第五主磁极磁铁(203g)和所述第一主磁极磁铁(203a)分别设置在所述第二主磁极磁铁(203c)的两侧，且所述第五主磁极磁铁(203g)的磁极与所述第一主磁极磁铁(203a)磁极相同；

所述第二磁组还包括第六主磁极磁铁(203h)，沿第二方向所述第六主磁极磁铁(203h)和所述第三主磁极磁铁(203d)分别设置在所述第四主磁极磁铁(203f)的两侧，且所述第六主磁极磁铁(203h)与所述第三主磁极磁铁(203d)的磁极相同。

8.根据权利要求7所述的平板音圈电机，其特征在于，所述线圈(101)设置为两个，两个所述线圈(101)沿第二方向并排设置，所述下背铁(202)、所述第二磁组、并排设置的两个所述线圈(101)、所述第一磁组和所述上背铁(201)沿第一方向依次设置。

9.根据权利要求7所述的平板音圈电机，其特征在于，所述线圈(101)设置为四个，其中每两个层叠设置所述线圈(101)为一组，两组所述线圈(101)沿第二方向并排设置，所述下背铁(202)、所述第二磁组、并排设置的两组所述线圈(101)、所述第一磁组和所述上背铁(201)沿第一方向依次设置。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的平板音圈电机，其特征在于，所述线圈组件(100)包括冷却板(103)，所述冷却板(103)用于对所述线圈(101)进行降温。

Images