CN116526763B - 一种具备光栅检测闭环反馈的伺服音圈电机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种具备光栅检测闭环反馈的伺服音圈电机，包括定子外壳，动子线圈组件，永磁体组件、光栅检测电路板以及位移光栅；永磁体组件一端固定连接至定子外壳一端的内壁；动子线圈组件设置于定子外壳内并活动套接于永磁体组件；光栅检测电路板固定连接至定子外壳侧壁；位移光栅固定连接至动子线圈组件的侧壁，并与光栅检测电路板相对设置；光栅检测电路板还包括光栅头；光栅头设置于光栅检测电路板朝向位移光栅的一侧。实现了利用位移光栅以及光栅检测电路板进行位移检测，并根据检测结果进行闭环控制，提高了音圈电机响应速度以及运动精度，保证了结构的紧凑性，减少了中间机构的过渡，增强了可靠性。

Description

一种具备光栅检测闭环反馈的伺服音圈电机

技术领域

本发明涉及音圈电机技术领域，尤其涉及一种具备光栅检测闭环反馈的伺服音圈电机。

背景技术

目前，音圈电机被广泛应用于传动系统中。与传统气缸传动系统相比，音圈电机克服了气路复杂以及气路元器件繁多的缺点，能够达到高响应速度以及高精度传动；与电磁铁提升传动系统相比，音圈电机克服了只能进行单一位置提升的缺点，能够进行位置和方向的精准控制。音圈电机在工作中往往需要进行闭环控制，现有的音圈电机在进行闭环控制时，需要额外增加位置检测传感器，且位置检测传感器一般属于附加装置，导致音圈电机整体结构体积增大，且结构复杂度上升，进而降低运动精度和可靠性。

发明内容

本发明实施例提供了一种具备光栅检测闭环反馈的伺服音圈电机，旨在解决现有技术方法中当对音圈电机进行闭环控制时，需要在音圈电机外部增加额外的位置检测传感器，导致音圈电机整体结构体积增大，且结构复杂度上升，进而导致运动精度以及可靠性降低的问题。

本发明实施例提供了一种具备光栅检测闭环反馈的伺服音圈电机，包括定子外壳，动子线圈组件，永磁体组件、光栅检测电路板以及位移光栅；所述永磁体组件一端固定连接至所述定子外壳一端的内壁；所述动子线圈组件设置于所述定子外壳内；所述动子线圈组件活动套接于所述永磁体组件；所述光栅检测电路板固定连接至所述定子外壳侧壁；所述位移光栅设置于所述定子外壳与所述动子线圈组件之间，所述位移光栅固定连接至所述动子线圈组件的侧壁，并与所述光栅检测电路板相对设置；所述光栅检测电路板还包括光栅头；所述光栅头设置于所述光栅检测电路板朝向所述位移光栅的一侧，用于感应所述位移光栅的位移变化。实现了利用设置在音圈电机主体结构内部的位移光栅以及光栅检测电路板进行音圈电机的位移检测，并根据检测结果进行闭环控制，在提高音圈电机响应速度以及运动精度的同时，保证了结构的紧凑性，节省了使用空间，并减少了中间机构的过渡，增强了可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的具备光栅检测闭环反馈的伺服音圈电机的剖面示意性结构图；

图2为本发明实施例提供的具备光栅检测闭环反馈的伺服音圈电机另一角度的剖面示意性结构图；

图3为本发明实施例提供的具备光栅检测闭环反馈的伺服音圈电机中动子线圈组件的示意性结构图；

图4为本发明实施例提供的具备光栅检测闭环反馈的伺服音圈电机中定子外壳的示意性结构图；

图5为本发明实施例提供的具备光栅检测闭环反馈的伺服音圈电机的整体示意性结构图。

其中，附图标记具体为：伺服音圈电机10，定子外壳110，电路板槽111，永磁体组件120，第一垫片121，第一永磁体122，第二垫片123，第二永磁体124，第一导向轴125，动子线圈组件130，绕线筒131，第一线圈组132，第二线圈组133，第二导向轴134，导向杆135，限位销轴136，浮动接头137，光栅检测电路板140，光栅头141，位移光栅150，导向端盖160，复位弹簧170。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的伺服音圈电机10。如图1所示，本发明实施例提供了一种伺服音圈电机10，包括定子外壳110，动子线圈组件130，永磁体组件120、光栅检测电路板140以及位移光栅150；永磁体组件120一端固定连接至定子外壳110一端的内壁；动子线圈组件130设置于定子外壳110内；动子线圈组件130活动套接于永磁体组件120；光栅检测电路板140固定连接至定子外壳110侧壁；位移光栅150设置于定子外壳110与动子线圈组件130之间，位移光栅150固定连接至动子线圈组件130的侧壁，并与光栅检测电路板140相对设置；光栅检测电路板140还包括光栅头141；光栅头141设置于光栅检测电路板140朝向位移光栅150的一侧，用于感应位移光栅150的位移变化。

在本实施例中，可选地，定子外壳110可为一端开口且具备内腔的圆柱体结构。在进行安装时，永磁体组件120可由定子外壳110一端的开口置入定子外壳110内腔，并安装至定子外壳110封闭一端的内壁；进而，动子线圈组件130以及设置于其上的位移光栅150可同时由由定子外壳110一端的开口置入定子外壳110内腔，动子线圈组件130可套接于永磁体组件120，并可沿永磁体组件120的中心轴线进行前后移动；进而，光栅检测电路板140可安装至定子外壳110侧壁，并使光栅头141朝向位移光栅150，使得光栅头141能够读取位移光栅150工作时移动产生的光信号变化，进而检测出动子线圈组件130的位移量。其中，动子线圈组件130可进行通电，并在通电后电磁力的作用下带动位移光栅150进行移动。

在一实施例中，永磁体组件120包括第一永磁体122、第二永磁体124、第一垫片121、第二垫片123以及第一导向轴125；第一导向轴125一端固定连接至定子外壳110一端的内壁，第一导向轴125的另一端依次贯穿第二永磁体124、第二垫片123、第一永磁体122以及第一垫片121；第一导向轴125固定连接至第一垫片121以及第二垫片123；第二永磁体124抵接至定子外壳110与第一导向轴125连接的一端内壁。

在本实施例中，定子外壳110中与第一导向轴125连接的一端设置有用于固定永磁体的螺栓通孔，第一永磁体122以及第二永磁体124可设置为轴向充磁的圆柱形永磁体，且第一永磁体122与第二永磁体124相对的两面为同一极性，使得永磁体组件120整体能够与定子外壳110内腔形状相匹配并提供动子线圈组件130移动所需的磁场。具体设计安装时，可在第二永磁体124、第二垫片123、第一永磁体122以及第一垫片121中央轴线处设置通孔，以适配第一导向轴125，并可优先将第一导向轴125的一端固定连接至定子外壳110，并依次将第二永磁体124、第二垫片123、第一永磁体122以及第一垫片121套接安装至第一导向轴125上。具体地，可在第二永磁体124、第二垫片123、第一永磁体122以及第一垫片121上分别设置对应的螺栓通孔，并通过螺栓串接将第二永磁体124、第二垫片123、第一永磁体122以及第一垫片121固定至定子外壳110上。具体还可将第一垫片121以及第二垫片123与第一导向轴125进行固定连接，以增强永磁体组件120的稳定性。其中，第一导向轴125主要用于为第二永磁体124、第二垫片123、第一永磁体122以及第一垫片121的安装提供导向作用，并同时确定永磁体组件120的朝向，永磁体组件120与定子外壳110共同构成伺服音圈电机10的定子套件。

在一实施例中，动子线圈组件130包括绕线筒131，第一线圈组132，第二线圈组133以及第二导向轴134；第二导向轴134连接至绕线筒131远离永磁体组件120的一端；绕线筒131靠近永磁体的一端套接于永磁体组件120并可进行移动；第一线圈组132以及第二线圈绕接于绕线筒131侧壁，且第一线圈组132以及第二线圈组133间隔设置。

在本实施例中，绕线筒131可设置为一端开口且具备内腔的圆柱体结构，且绕线筒131开口一端形成的内腔可与永磁体组件120相适配，并可套接于永磁体组件120上，并沿永磁体组件120中央轴线进行前后移动。绕线筒131封闭一端上远离永磁体组件120的一侧可固定连接第二导向轴134。

第一线圈组132与第二线圈组133为独立绕接在绕线筒131侧壁上的两组漆包线圈，并可实现通电。具体地，第一线圈组132与第二线圈组133可设置为绕接方向相反的两组漆包线圈，且第一线圈组132与第二线圈组133之间具有间隙，以防止第一线圈组132与第二线圈组133之间的短路以及互相影响。具体还可在绕线筒131上设置第一凹槽与第二凹槽，使得第一线圈组132适配于第一凹槽进行绕接，并使得第二线圈组133适配于第二凹槽进行绕接，进而可使绕线同筒侧壁平滑设置。其中，第一线圈组132以及第二线圈组133可电性连接至设置于伺服音圈电机10外的电机驱动器，电机驱动器为第一线圈组132和第二线圈组133提供电流。且由于第一线圈组132和第二线圈组133绕接方向相反，第一线圈组132与第二线圈组133内部电流方向相反。进而当第一线圈组132通电或第二线圈组133通电时，动子线圈组件130在永磁体组件120的磁场中受力方向相反，可通过通电线圈组的改变来实现动子线圈组件130移动方向的改变。

在一实施例中，定子外壳110设置有电路板槽111；光栅检测电路板140固定连接至电路板槽111内；位移光栅150固定连接至绕线筒131侧壁，位移光栅150与光栅检测电路板140的距离大于第一线圈组132或第二线圈组133与光栅检测电路板140的距离。

在本实施例中，定子外壳110可在自身圆柱结构的侧壁开设电路板槽111，使得光栅检测电路板140与电路板槽111相适配，并将设置有光栅头141的一面朝向定子外壳110内腔设置。位移光栅150可连接至绕线筒131自身圆柱结构的侧壁，且位移光栅150的连接机构规避第一线圈组132以及第二线圈组133设置。同时位移光栅150与光栅检测电路板140的距离小于第一线圈组132以及第二线圈组133，具体可根据实际需要将位移光栅150设置于第一线圈组132上方或者设置于第二线圈组133上方。其中，位移光栅150跟随动子线圈组件130进行移动，在移动过程中，光栅头141将会感应位移光栅150上产生的光信号的变化，从而检测出移动的位移量。同时由于光栅头141与光栅检测电路板140之间实现电性连接，且光栅检测电路板140与电机驱动器实现电性连接，光栅头141可将检测到的位移信息传递至电机驱动器，电机驱动器可对位移量是否满足设定值进行判定，若位移量未满足设定值，则电机驱动器继续为动子线圈组件130通入相同方向电流，直至位移量满足要求。

在一实施例中，动子线圈组件130还包括导向杆135；导向杆135一端活动穿设于第一导向轴125内，导向杆135另一端固定连接至绕线筒131远离第一导向轴125的一端；导向杆135用于为动子线圈组件130的移动提供导向。

在本实施例中，第一导向轴125可设置为中空结构，且第一导向轴125，第二导向轴134以及绕线筒131的中央轴线可设置为重合轴线。进而，当动子线圈组件130进行移动时，导向杆135可在第一导向轴125的中空结构中自由移动，使得动子线圈组件130与永磁体组件120之间可形成有效的导向机构，从而保证动子线圈组件130能够稳定地在永磁体组件120的轴线方向进行移动。

在一实施例中，伺服音圈电机10还包括导向端盖160，导向端盖160固定连接至定子外壳110另一端；第二导向轴134活动贯穿导向端盖160；导向端盖160用于为动子线圈组件130提供导向。

在本实施例中，导向端盖160可通过螺栓连接至定子外壳110自身圆柱结构的开口一端，与定子外壳110一同形成密闭结构。导向端盖160上可设置有通孔，以使第二导向轴134能够贯穿导向端盖160并与工作负载实施连接。导向端盖160可为动子线圈组件130的移动提供第二重方向限定，导向杆135与导向端盖160的双重定向可使得伺服音圈电机10的可靠性进一步提升。其中，导向端盖160可采用自润滑的工程塑料材料进行制造，同时可在导向端盖160设置出线开孔，以使得第一线圈组132以及第二线圈组133能够与设置于伺服音圈电机10外部的电机驱动器实施电性连接。

在一实施例中，动子线圈组件130还包括限位销轴136；限位销轴136一端固定连接至导向端盖160，限位销轴136另一端活动贯穿绕线筒131与第二导向轴134连接的一端；限位销轴136用于限制动子线圈组件130的旋转。

在本实施例中，绕线筒131上可设置通孔以供限位销轴136穿设进入，限位销轴136与第二导向轴134相配合，可防止动子线圈组件130在移动过程中出现旋转情况，使得动子线圈组件130稳定地在中央轴线方向进行移动并使位移光栅150与光栅头141精确配合，进而避免影响伺服音圈电机10移动的精准度以及光栅检测闭环反馈的可靠性。

在一实施例中，伺服音圈电机10还包括复位弹簧170；复位弹簧170一端贯穿第一导向轴125并固定连接至定子外壳110与第一导向轴125连接的一端内壁；复位弹簧170的另一端依次贯穿绕线筒131以及第二导向轴134，并固定连接至第二导向轴134远离绕线筒131的一端；复位弹簧170用于为动子线圈组件130提供初始位置。

在本实施例中，复位弹簧170一端抵接至定子铁壳自身圆柱结构封闭一端的内壁，且另一端固定连接至第二导向轴134远离绕线筒131的一端，具体地，第二导向轴134以及绕线筒131可设置与复位弹簧170适配的通孔，且复位弹簧170穿设于第一导向轴125的中空部位，并沿永磁体组件120以及动子线圈组件130的中央轴线到达第二导向轴134远离绕线筒131的一端。复位弹簧170的初始形态可将动子线圈组件130维持在初始位置，保证动子线圈组件130初始的复位。当动子线圈组件130通电并进行移动后，产生的位移将会使复位弹簧170的形态发生变化，当光栅头141将位移变化的检测结果反馈至电机驱动器时，电机驱动器可判定当前位移量是否满足预设位移量。若已满足位移量，则电机驱动器停止供电，此时由于外接的负载以及处于伸缩状态复位弹簧170对动子线圈组件130均施加外力，因此电机驱动器需要根据此时的实际趋势运动方向以及预设条件对伺服音圈电机10进行间断性供电，使动子线圈组件130能够在特定的波动量中维持动态平衡。

在一实施例中，动子线圈组件130还包括浮动接头137，浮动接头137固定连接至第二导向轴134远离绕线筒131的一端。

在本实施例中，浮动接头137用于将伺服音圈电机10与工作负载进行连接，以对工作负载进行精确的驱动。

在一实施例中，绕线筒131与第二导向轴134连接的第一端面可抵接至导向端盖160，绕线筒131与第一端面相邻的第二端面可抵接至第一垫片121。

在本实施例中，当动子线圈组件130驱动负载向远离永磁体组件120方向推进最大距离时，绕线筒131与第二导向轴134连接的第一端面可抵接至导向端盖160；当动子线圈组件130驱动负载向靠近永磁体组件120方向推进最大距离时，绕线筒131与第一端面相邻的第二端面可抵接至第一垫片121。其中，位移光栅150始终位于光栅头141的读取范围内。

本发明实施例所提供的一种具备光栅检测闭环反馈的伺服音圈电机10，包括定子外壳110，动子线圈组件130，永磁体组件120、光栅检测电路板140以及位移光栅150；永磁体组件120一端固定连接至定子外壳110一端的内壁；动子线圈组件130设置于定子外壳110内；动子线圈组件130活动套接于永磁体组件120；光栅检测电路板140固定连接至定子外壳110侧壁；位移光栅150设置于定子外壳110与动子线圈组件130之间，位移光栅150固定连接至动子线圈组件130的侧壁，并与光栅检测电路板140相对设置；光栅检测电路板140还包括光栅头141；光栅头141设置于光栅检测电路板140朝向位移光栅150的一侧，用于感应位移光栅150的位移变化。实现了利用设置在音圈电机主体结构内部的位移光栅150以及光栅检测电路板140进行音圈电机的位移检测，并根据检测结果进行闭环控制，在提高音圈电机响应速度以及运动精度的同时，保证了结构的紧凑性，节省了使用空间，并减少了中间机构的过渡，增强了可靠性。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种伺服音圈电机，其特征在于，包括定子外壳，动子线圈组件，永磁体组件、光栅检测电路板以及位移光栅；所述永磁体组件一端固定连接至所述定子外壳一端的内壁；所述动子线圈组件设置于所述定子外壳内；所述动子线圈组件活动套接于所述永磁体组件；所述光栅检测电路板固定连接至所述定子外壳侧壁；所述位移光栅设置于所述定子外壳与所述动子线圈组件之间，所述位移光栅固定连接至所述动子线圈组件的侧壁，并与所述光栅检测电路板相对设置；

所述光栅检测电路板还包括光栅头；所述光栅头设置于所述光栅检测电路板朝向所述位移光栅的一侧，用于感应所述位移光栅的位移变化；

所述永磁体组件包括第一永磁体、第二永磁体、第一垫片、第二垫片以及第一导向轴；所述第一导向轴一端固定连接至所述定子外壳一端的内壁，所述第一导向轴的另一端依次贯穿所述第二永磁体、所述第二垫片、所述第一永磁体以及所述第一垫片；所述第一导向轴固定连接至所述第一垫片以及所述第二垫片；所述第二永磁体抵接至所述定子外壳与所述第一导向轴连接的一端内壁；

所述动子线圈组件包括绕线筒，第一线圈组，第二线圈组以及第二导向轴；所述第二导向轴连接至所述绕线筒远离所述永磁体组件的一端；所述绕线筒靠近所述永磁体的一端套接于所述永磁体组件并可进行移动；所述第一线圈组以及所述第二线圈绕接于所述绕线筒侧壁，且所述第一线圈组以及所述第二线圈组间隔设置；

所述定子外壳设置有电路板槽；所述光栅检测电路板固定连接至所述电路板槽内；所述位移光栅固定连接至所述绕线筒侧壁，所述位移光栅与所述光栅检测电路板的距离大于所述第一线圈组或所述第二线圈组与所述光栅检测电路板的距离。

2.根据权利要求1所述的伺服音圈电机，其特征在于，所述动子线圈组件还包括导向杆；所述导向杆一端活动穿设于所述第一导向轴内，所述导向杆另一端固定连接至所述绕线筒远离所述第一导向轴的一端；所述导向杆用于为所述动子线圈组件的移动提供导向。

3.根据权利要求2所述的伺服音圈电机，其特征在于，所述伺服音圈电机还包括导向端盖，所述导向端盖固定连接至所述定子外壳另一端；所述第二导向轴活动贯穿所述导向端盖；所述导向端盖用于为所述动子线圈组件提供导向。

4.根据权利要求3所述的伺服音圈电机，其特征在于，所述动子线圈组件还包括限位销轴；所述限位销轴一端固定连接至所述导向端盖，所述限位销轴另一端活动贯穿所述绕线筒与所述第二导向轴连接的一端；所述限位销轴用于限制所述动子线圈组件的旋转。

5.根据权利要求4所述的伺服音圈电机，其特征在于，所述伺服音圈电机还包括复位弹簧；所述复位弹簧一端贯穿所述第一导向轴并固定连接至所述定子外壳与所述第一导向轴连接的一端内壁；所述复位弹簧的另一端依次贯穿所述绕线筒以及所述第二导向轴，并固定连接至所述第二导向轴远离所述绕线筒的一端；所述复位弹簧用于为所述动子线圈组件提供初始位置。

6.根据权利要求5所述的伺服音圈电机，其特征在于，所述动子线圈组件还包括浮动接头，所述浮动接头固定连接至所述第二导向轴远离所述绕线筒的一端。

7.根据权利要求6所述的伺服音圈电机，其特征在于，所述绕线筒与所述第二导向轴连接的第一端面可抵接至所述导向端盖，所述绕线筒与第一端面相邻的第二端面可抵接至所述第一垫片。