CN200962563Y - 精密线性位移装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种精密线性位移装置，包括：壳体、运动载座、电磁驱动单元、永磁单元和弹性支撑座，永磁单元设置在壳体内，运动载座通过弹性支撑座安装在所述壳体内，电磁驱动单元固定在运动载座上。本实用新型向电磁驱动单元通电后，使运动载座随电流的强弱变化相应进行前后移动，通过借助磁场作用力和板簧的机械回复力而使载座移动到所需的位置，因此不仅反应速度快、轴向移动精度高，而且避免了运动载座的径向摆动。

Description

精密线性位移装置

技术领域

本实用新型涉及一种精密线性位移装置，尤其涉及用于微型磁头读写系统、医疗检测成像系统、影像调节系统、微型机器人驱动、微型开关和微型流体泵等精密短程线性位移应用范畴。

背景技术

就目前而言，常见的线性位移装置通常由永磁电机或步进电机输入、机械传送机构及输出承载机构组合而成，图10即为传统的典型线性位移装置的结构示意图。请参看图10所示，当前技术线性位移装置CTZZ包括：输入电机(永磁或步进)CT01，进给丝杠(蜗杆)CT03，进给丝杠匹配的螺母CT04，线性位移承载座CT05就固定在该螺母上。当输入电机CT01的转动轴端套入齿轮CT02后跟进给丝杠(蜗杆)CT03端部的齿轮啮合，即将输入电机CT01转轴的圆周旋转运动，转变为螺母CT04的直线运动。因为线性位移承载座CT05跟螺母CT04固定在一起，所以输入电机CT01的旋转角度便可以决定承载座CT05的线性位移量。

由以上现有技术不难看出，传统机构虽然能够提供线性位移，但存在很多先天的缺陷。以永磁电机作为输入，可以提供远程的位移输出，但位置定位不够精确，不能应用在一些精密线性位移应用上；以步进电机作为输入，可以提供短程的较精确的位移，但总体来说，部件多而机构复杂、体积庞大，使得承载座在移动过程中会出现误差，造成精度不量的状态。另外，运动中的径向摆动大、反应速度慢、机械传动产生的噪音、部件磨擦产生的损耗、耐颠簸耐冲击性差都是传统结构的致命缺陷，很大程度局限了其在精密线性位移领域的应用。

实用新型内容

针对上述存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种反应速度快、轴向位移精度高且径向晃度低的精密线性位移装置。

为实现上述目的，本实用新型一种精密线性位移装置包括：壳体、运动载座、电磁驱动单元、永磁单元和弹性支撑座，永磁单元设置在壳体内，运动载座通过弹性支撑座安装在所述壳体内，电磁驱动单元固定在运动载座上。

进一步地，所述电磁驱动单元为环形线匝，所述运动载座为一侧端带有凸缘的圆筒，环形线匝同轴套装在圆筒上，并与所述凸缘相固定，所述环形线匝与所述圆筒之间具有适当间隙。

进一步地，所述凸缘与所述环形线匝相接触的面上设置有凹槽，该凹槽的宽度小于所述环形线匝的壁厚，通过在所述环形线匝与凸缘的接触面上及凹槽内施胶使环形线匝固定在凸缘上。

进一步地，所述永磁单元包括磁瓦和铁磁性材料制成的环槽形外壳，环槽形外壳包括外环和内环，磁瓦的外圆周面的半径与外环的内表面半径相同，并周向设置在外环内表面上，所述磁瓦的磁力线方向为径向，所述环形线匝套装在磁瓦与内环之间，所述内环位于所述环形线匝与所述圆筒之间的间隙内。

进一步地，所述弹性支撑座包括前、后板簧，所述板簧包括具有同心结构的内环缘和外环缘，内环缘和外环缘之间通过簧丝相连，所述后板簧的内环缘通过凹凸卡位与所述凸缘相固定，所述前板簧的内环缘也通过凹凸卡位与所述圆筒的和凸缘相对的另一端面相固定。

进一步地，所述前板簧的内环缘上还开设有散热孔。

进一步地，所述壳体包括前盖板和后盖板，前盖板和后盖板之间通过倒扣自锁装置相卡合固定。

进一步地，还包括一环状定位片，该定位片压靠在所述后板簧的外环缘和环槽形外壳的外环之间。

进一步地，还包括一绝缘片，该绝缘片设置在所述前板簧的外环缘和壳体之间。

本实用新型向电磁驱动单元通电后，使运动载座随电流的强弱变化相应进行前后移动，通过借助磁场作用力和板簧的机械回复力而使载座移动到所需的位置，因此不仅反应速度快、轴向移动精度高，而且避免了运动载座的径向摆动。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的结构分解示意图；

图3是运动载座和环形线匝的安装结构示意图；

图4是磁场单元结构示意图；

图5是运动承载座与线匝、前板簧片、后板簧片的结构示意图；

图6是前、后盖板，以及底座结构安装示意图；

图7是现有技术线性位移装置结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括：壳体2、运动载座5、电磁驱动单元6、永磁单元7和弹性支撑座3，永磁单元7设置在壳体2内，运动载座5通过弹性支撑座3安装在壳体2内，电磁驱动单元6固定在运动载座5上，当向电磁驱动单元6通电时，永磁单元7向电磁驱动单元6施加与弹性支撑座3向运动载座5相反的作用力，并在永磁单元7的作用下电磁驱动单元6带动运动载座5移动。

以下借助附图描述本实用新型的具体实施方式，附图中相似或相同的零部件均采用相同的标号表示。

如图1、2所示，电磁驱动单元6为环形线匝61，运动载座5为一侧端带有凸缘51的圆筒52，环形线匝61同轴套装在圆筒52上，并与凸缘51相固定，环形线匝61与圆筒52之间具有适当间隙。如图3所示，凸缘51与环形线匝61相接触的面上设置有凹槽53，该凹槽53的宽度小于环形线匝61的壁厚，通过在环形线匝61与凸缘51的接触面上及凹槽53内施胶使环形线匝61固定在凸缘51上。如图1、4所示，永磁单元7包括磁瓦71和铁磁性材料制成的环槽形外壳72，环槽形外壳72包括外环73和内环74，磁瓦71的外圆周面的半径与外环73的内表面半径相同，并周向设置在外环73内表面上，磁瓦71的磁力线方向为径向，环形线匝61套装在磁瓦71与内环74之间，内环74位于环形线匝61与圆筒52之间的间隙内。如图5所示，弹性支撑3座包括前、后板簧32、31，前、后板簧32、31分别包括具有同心结构的内环缘36、34和外环缘35、33，内环缘36和外环缘35之间和内环缘34和外环缘33之间分别通过簧丝38、37相连，后板簧31的内环缘34通过凹凸卡位与凸缘51相固定，前板簧32的内环缘36也通过凹凸卡位与圆筒52的和凸缘51相对的另一端面相固定。前板簧32的内环缘36上还开设有散热孔39。如图6所示，壳体2包括前盖板22和后盖板21，前盖板22和后盖板21之间通过倒扣自锁装置23相卡合固定。如图1、2、5所示，还包括一环状定位片4和一绝缘片8，该定位片4压靠在后板簧21的外环缘37和环槽形外壳72的外环73之间，绝缘片8设置在前板簧22的外环缘35和前盖板22之间。如图1、2、6所示，本实用新型可以通过一底座1安装在使用装置上。

前、后盖板22、21由电气绝缘材料(例如合成树脂等)制成，特别指出本实用新型提供了倒扣自锁装置23，分别分布在四个角连接处，如图6所示，可以容纳前述运动载座5、外壳72、磁瓦71、前、后板簧32、31、绝缘片8和定位片4，并将它们紧密卡合在一起。即方便了批量生产的快速对位操作，也使整个装置的结构更紧密、更牢靠。

环槽形的金属外壳72采用铁磁性材料制成。而磁瓦71由稀土强性永磁材料制成，本装置采用四片磁瓦71径向吸附在外壳72的环槽内，如图4所示，能最大限度的利用磁瓦71径向厚度，从而大大增加外侧及内侧间隙部的磁通密度。为最大程度减小该装置径向尺寸提供可能。

运动载座5由电气绝缘材料(例如合成树脂等)制成；具有圆筒形外形，运动载座5前、后端通过凹凸卡位实现与环形线匝61、前、后板簧32、31的内环缘36、34同轴心对接，如图5所示，运动载座5前后端的径向同时承载，可确保装置的径向耐颠簸、耐冲击性。运动载座5带有内或外螺纹结构，可以满足不同的输出对口要求。

环形线匝61可由热固成型高温自粘铜导线绕制，套装固定在运动载座5上，如图1、3所示。其机械位置位于由磁瓦71和外壳72外壁所构成的外侧间隙内。这样就形成了从磁瓦71开始，经过外壳72外壁、底壁、内壁，穿过环形线匝61，最后返回磁瓦71的一条闭合磁路，这也是本实用新型需要的有效磁路。

前、后板簧32、31都是由铜合金材料制成的；一方面具有板簧功能，具有同心结构的内环缘36、34和外环缘35、33，环缘靠凹凸卡位与运动载座5实现径向定位，靠前、后盖板32、31与定位片4的压合实现轴向定位；前、后板簧32、31的内外环缘之间分别靠极细的簧丝38、39连接，组成网兜状弹性装置，实现轴向同轴心弹力，当装置到达位移极限位置后，由前、后板簧32、31的回复合力将运动载座5拉回初试位置，因此具备良好的轴向耐冲击性；另一方面还可以向环形线匝61提供导电途径，起导电作用，可以减少装置零部件，简化机构，为尽可能减少装置轴向尺寸提供可能。

定位片4由电气绝缘材料(例如合成树脂等)制成；前端面支撑永磁单元7，后端面压住后板簧31的外环缘35。绝缘片8是尼龙薄膜；介于前板簧32的外环缘35与金属外壳72之间，使二者之间导电绝缘，该结构使将前板簧32外环缘35压在金属外壳72端面上成为可能，确保了板簧的片形平整度，减少应力变形的可能。

以下借助图1描述本实用新型的工作原理及其效果：

图1是本装置在非工作(自然静止)状态下的结构图。运动载座5静止不动。当环形线匝61内通以电流时，磁瓦71就会对环形线匝61产生电磁力，因此带动运动载座5(包括其连接的位移输出)向前移动。反过来，因为连接在运动载座5与前、后盖板22、21之间的前、后板簧32、31处于被动拉伸状态，所以会产生相应的相反的弹性力，该弹性力与运动载座5相对前、后板簧32、31平衡位置的位移成正比。运动载座5向前移动到某一位置时会自动停下来，该位置弹性力与电磁力相等而处于均衡状态。由此可见，通过给环形线匝61施加合适大小的电流，可以使运动载座5移动到所需的位置。

综上所述，本实用新型精密线性位移装置由电磁力和弹性力的相互作用产生动力，各构件的同轴心结构确保能够精确控制线性位移。同时，运动过程中不存在任何磨擦和接触，从而能避免机械噪声、部件磨损。运动载座5前后两端安置了前、后板簧32、31，内、外环缘中间簧丝连接结构能够确保装置优良的抗颠簸、抗冲击性能，提高了安全使用性能。本装置结构安排紧凑，使装置根据应用场合需求小型化变为可能。

以上所描述的仅是本实用新型的一种实施情况，本实用新型并不局限于上述实施例形态，只要不脱离本实用新型的主旨可作种种形态上的变更。

Claims (9)

1、一种精密线性位移装置，其特征在于，包括：壳体、运动载座、电磁驱动单元、永磁单元和弹性支撑座，永磁单元设置在壳体内，运动载座通过弹性支撑座安装在所述壳体内，电磁驱动单元固定在运动载座上。

2、根据权利要求1所述的一种精密线性位移装置，其特征在于，所述电磁驱动单元为环形线匝，所述运动载座为一侧端带有凸缘的圆筒，环形线匝同轴套装在圆筒上，并与所述凸缘相固定，所述环形线匝与所述圆筒之间具有适当间隙。

3、根据权利要求2所述的一种精密线性位移装置，其特征在于，所述凸缘与所述环形线匝相接触的面上设置有凹槽，该凹槽的宽度小于所述环形线匝的壁厚，通过在所述环形线匝与凸缘的接触面上及凹槽内施胶使环形线匝固定在凸缘上。

4、根据权利要求2或3所述的一种精密线性位移装置，其特征在于，所述永磁单元包括磁瓦和铁磁性材料制成的环槽形外壳，环槽形外壳包括外环和内环，磁瓦的外圆周面的半径与外环的内表面半径相同，并周向设置在外环内表面上，所述磁瓦的磁力线方向为径向，所述环形线匝套装在磁瓦与内环之间，所述内环位于所述环形线匝与所述圆筒之间的间隙内。

5、根据权利要求4所述的一种精密线性位移装置，其特征在于，所述弹性支撑座包括前、后板簧，所述板簧包括具有同心结构的内环缘和外环缘，内环缘和外环缘之间通过簧丝相连，所述后板簧的内环缘通过凹凸卡位与所述凸缘相固定，所述前板簧的内环缘也通过凹凸卡位与所述圆筒的和凸缘相对的另一端面相固定。

6、根据权利要求5所述的一种精密线性位移装置，其特征在于，所述前板簧的内环缘上还开设有散热孔。

7、根据权利要求1所述的一种精密线性位移装置，其特征在于，所述壳体包括前盖板和后盖板，前盖板和后盖板之间通过倒扣自锁装置相卡合固定。

8、根据权利要求6所述的一种精密线性位移装置，其特征在于，还包括一环状定位片，该定位片压靠在所述后板簧的外环缘和环槽形外壳的外环之间。

9、根据权利要求8所述的一种精密线性位移装置，其特征在于，还包括一绝缘片，该绝缘片设置在所述前板簧的外环缘和壳体之间。

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