CN212726819U - 一种集成音圈电机的直线运动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电机技术领域，具体提供了一种集成音圈电机的直线运动装置，该直线运动装置包括：机壳、滑动机构、运动机构、音圈电机以及测量机构，机壳上设有连接器；运动机构与滑动机构连接，其上设有功率电路板和输出轴，功率电路板通过第一柔性排线与连接器连接；音圈电机包括与运动机构连接的动子骨架和与机壳连接的定子，动子骨架上设有与功率电路板连接的线圈绕组；测量机构包括固定在运动机构上的直线光栅尺和固定在机壳上的读数组件，读数组件包括编码器电路板和编码器读数头，编码器电路板通过第二柔性排线与连接器连接。通过上述方式，本实用新型能够减小直线运动装置的体积和重量，并增加输出轴的直线推力和运动速度。

Description

一种集成音圈电机的直线运动装置

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，具体是涉及一种集成音圈电机的直线运动装置。

背景技术

由于音圈电机是一种基于安培力原理而设计的电机，它具有良好的静动态性能和控制特性。动子上的线圈可以看成是一个电感和一个电阻组成，当线圈内的输入电压变化时就会导致动子所受的安培力发生变化。因为无需传动装置而可以直接获得直线运动，与交流电机相比，音圈电机消除了那些间接装置而带来的机械磨损，可以用来实现精密的位置控制。音圈电机因为其结构简单小巧、可靠性高、能量转换效率高、响应快速、动作平滑，通常用在高加速度、高精度的场合，并且随着电机驱动技术的不断成熟，运用场合越来越广泛。

现有的直线电机一般采用交流电机以及带工装夹具的编码器读数头，导致直线电机的整体体积大，线路排布复杂，不利于微型化，输出轴的直线推力控制复杂。

发明内容

本实用新型提供一种集成音圈电机的直线运动装置，能够减小整个直线运动装置的体积和重量，并增加输出轴的直线推力和运动速度。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种集成音圈电机的直线运动装置，包括：

机壳，所述机壳上设有与外部控制器连接的连接器；

设于所述机壳中的滑动机构，所述滑动机构包括固定在所述机壳上的导轨和与所述导轨滑动连接的滑块；

与所述滑块固定连接的运动机构，所述运动机构上设有功率电路板和输出轴，所述功率电路板通过第一柔性排线与所述连接器连接；

设于所述机壳中的音圈电机，所述音圈电机包括与所述运动机构固定连接的动子骨架和与所述机壳固定连接的定子，所述动子骨架上设有与所述功率电路板固定连接的线圈绕组，所述定子包括定子铁芯和磁铁，所述外部控制器通过所述功率电路板控制所述线圈绕组的输入电流和输入电压，使所述线圈绕组产生与所述磁铁相切的安培力，推动所述运动机构带动所述滑块在所述导轨上作直线运动，从而带动所述输出轴作直线运动；

设于所述机壳中的测量机构，所述测量机构包括固定在所述运动机构上的直线光栅尺和固定在所述机壳上的读数组件，所述读数组件包括编码器电路板和固定在所述编码器电路板上的编码器读数头，所述编码器电路板通过第二柔性排线与所述连接器连接，所述外部控制器通过所述编码器电路板控制所述编码器读数头的输入电流和输入电压以测量所述输出轴作直线运动的位移。

根据本实用新型的一个实施例，所述机壳的一侧壁上开设有第一凹槽，所述第一凹槽用于安装所述连接器，所述机壳的另一侧壁上开设有第二凹槽，所述第二凹槽上设有轴支撑架，所述输出轴通过所述轴支撑架贯穿所述机壳。

根据本实用新型的一个实施例，所述连接器包括用于连接所述外部控制器的外接槽、间隔设有所述外接槽上的第一连接部和第二连接部，所述第一连接部卡设于所述第一凹槽上并与所述第一凹槽固定连接，所述第二连接部的两侧分别设有第一接口和第二接口，所述第一接口连接所述功率电路板，所述第二接口连接所述编码器电路板。

根据本实用新型的一个实施例，所述机壳的底壁上设有容纳部、位于所述容纳部一侧的第一安装部以及位于所述容纳部另一侧的第二安装部，所述容纳部用于收容所述第一柔性排线，所述第一安装部用于安装所述定子，所述第二安装部用于安装所述导轨。

根据本实用新型的一个实施例，靠近所述第二安装部的端部处还设有第三安装部，所述第三安装部安装有限位块，所述限位块用于限制所述滑块的运动行程。

根据本实用新型的一个实施例，所述机壳的内壁上设有第四安装部，所述读数组件还包括固定在所述第四安装部上的安装支架，所述编码器电路板固定于所述安装支架上。

根据本实用新型的一个实施例，所述运动机构包括第一主体部、第二主体部以及位于所述第一主体部和第二主体部之间的凸起部，所述凸起部上设有通孔，所述通孔用于固定所述输出轴。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一主体部和所述第二主体部上贯穿设有多个用于连接所述滑块第一安装孔，所述第一主体部上还设有用于连接所述功率电路板的第二安装孔，所述第一主体部的两端分别向远离所述第一主体部的方向延伸形成有固定部，所述固定部与所述动子骨架连接。

根据本实用新型的一个实施例，所述动子骨架包括用于缠绕所述线圈绕组的缠绕部以及位于所述缠绕部两端的限位部，所述限位部上设有与第一螺孔和定位柱，所述固定部上设有与所述第一螺孔对应的第二螺孔以及用于安装所述定位柱的定位槽。

根据本实用新型的一个实施例，所述直线运动装置还包括固定在所述机壳上的弹簧支架以及一端与所述弹簧支架固定连接、另一端与所述运动机构固定连接的弹簧。

本实用新型的有益效果是：通过集成音圈电机并将编码器读数头和线圈绕组分别集成在编码器电路板和功率电路板上，简化了直线运动装置的内部线路排布和控制复杂度，同时使直线运动装置的结构更加紧凑，减小了整个直线运动装置的体积和重量，并增加输出轴的直线推力运动速度以及控制精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型第一实施例的集成音圈电机的直线运动装置的爆炸结构示意图；

图2是本实用新型第一实施例的集成音圈电机的直线运动装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例的集成音圈电机的直线运动装置的功率电路板的布线示意图；

图4是图3沿A-A向线的剖面图；

图5是本实用新型实施例的定子的结构示意图；

图6是本实用新型实施例的集成音圈电机的直线运动装置的编码器电路板的布线示意图；

图7是本实用新型实施例的机壳的结构示意图；

图8是本实用新型实施例的运动机构的结构示意图；

图9是本实用新型实施例的运动机构的俯视图；

图10是本实用新型实施例的动子骨架的结构示意图；

图11是本实用新型实施例的动子骨架与运动机构的安装示意图；

图12是本实用新型第二实施例的集成音圈电机的直线运动装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本实用新型的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

图1是本实用新型实施例的集成音圈电机的直线运动装置的爆炸结构示意图，请参见图1，该直线运动装置100包括机壳10、滑动机构20、运动机构30、音圈电机40以及测量机构50，滑动机构20、运动机构30、音圈电机40以及测量机构50均设于机壳10内部。

其中，请参见图1和图2，机壳10上设有与外部控制器连接的连接器60，滑动机构20包括固定在机壳10上的导轨21和与导轨21滑动连接的滑块22，运动机构30与滑块22固定连接，请参见图3和图4，运动机构30上设有功率电路板301和输出轴70，功率电路板301通过第一柔性排线302与连接器60连接，音圈电机40包括与运动机构30固定连接的动子骨架41和与机壳10固定连接的定子42，动子骨架41上设有与功率电路板301固定连接的线圈绕组401，请参见图5，定子42包括定子铁芯421和磁铁422，动子骨架41位于磁铁422之间且定子铁芯421穿设动子骨架41的中心，测量机构50包括固定在运动机构30上的直线光栅尺51和固定在机壳10上的读数组件52，请参见图6，读数组件52包括固定在机壳10上的安装支架521、固定于安装支架521上的编码器电路板522和固定在编码器电路板522上的编码器读数头523，编码器电路板522通过第二柔性排线501与连接器60连接，本实施例的直线光栅尺51和编码器读数头523相对设置，编码器读数头523能够接收到直线光栅尺51反馈的位移量。

外部控制器通过功率电路板301控制线圈绕组401的输入电流和输入电压，使线圈绕组401产生与磁铁422相切的安培力，推动运动机构30带动滑块22在导轨21上作直线运动，从而带动输出轴70作直线运动；外部控制器通过编码器电路板522控制编码器读数头523的输入电流和输入电压以测量输出轴70作直线运动的位移。

请参见图1、图2和图7，机壳10包括底壁12和围设在底壁12四周的侧壁11，左侧壁上开设有第一凹槽111，右侧壁上开设有第二凹槽112，第一凹槽111用于安装连接器60，第二凹槽112上设有轴支撑架1120，输出轴70通过轴支撑架1120贯穿机壳10。

进一步地，请参见图1、图3、图4和图6，连接器60包括用于连接外部控制器的外接槽61、间隔设有外接槽61上的第一连接部62和第二连接部63，第一连接部62卡设于第一凹槽111上并与第一凹槽111固定连接，第二连接部63的两侧分别设有第一接口631和第二接口632，功率电路板301上设有第一接头303，第一柔性排线302的一端连接第一接口631，另一端通过第一接头303连接功率电路板301，编码器电路板522上设有第二接头502，第二柔性排线501的一端连接第二接口632，另一端通过第二接头502连接编码器电路板522。

请参见图7，机壳10的底壁12上设有容纳部121、位于容纳部121一侧的第一安装部122、位于容纳部121另一侧的第二安装部123以及靠近第二安装部123的端部设置的第三安装部124，容纳部121用于收容第一柔性排线302，在运动机构30带动功率电路板301作直线运动的过程中，第一柔性排线302在容纳部121中作折叠和伸展运动，防止第一柔性排线302裸露在外侧，干扰直线运动装置100的运动过程，第一安装部122用于安装定子42，第二安装部123用于安装导轨21，第三安装部124上安装有限位块1240，限位块1240用于限制滑块22的运动行程，从而限制整个直线运动装置100的可移动行程，以防在直线运动装置100运行过程中，当编码器读数头523出现故障时，发生动子骨架41与定子42冲撞而导致断裂。

请参见图3，机壳10的上侧壁内侧还设有第四安装部113，安装支架521固定在第四安装部113上。

本实施例的机壳10的内部设置方式能够使整个直线运动装置100的结构更加紧凑，减小整个直线运动装置100的体积，有利于直线运动装置100微型化和控制简单化。

请参见图8和图9，运动机构30包括第一主体部31、第二主体部32以及位于第一主体部31和第二主体部32之间的凸起部33，凸起部33上设有通孔331，通孔331用于固定输出轴70，第一主体部31和第二主体部32上贯穿设有多个用于连接滑块22第一安装孔311，优选地，第一安装孔311设置四个，第一主体部31和第二主体部32上各设置两个，滑块22通过第一安装孔311与运动机构30螺接，保证固定在运动机构30上的输出轴70能够作稳定地作水平直线运动。第一主体部31上还设有用于连接功率电路板301的第二安装孔312，第一主体部31的两端分别向远离第一主体部31的方向延伸形成有固定部34，固定部34与动子骨架41连接。

进一步地，请参见图10，动子骨架41包括用于缠绕线圈绕组401的缠绕部411以及位于缠绕部411两端的限位部412，限位部412上设有与第一螺孔4121和定位柱4122，请参见图8和图9，固定部34上设有与第一螺孔4121对应的第二螺孔341以及用于安装定位柱4122的定位槽342。请参见图11，安装时，将定位柱4122与定位槽342抵接同时螺钉依次穿过第一螺孔4121、第二螺孔341以将动子骨架41和运动机构30固定。

请参见图12，直线运动装置100还包括固定在机壳10上的弹簧支架80以及一端与弹簧支架80固定连接、另一端与运动机构30固定连接的弹簧90。进一步地，请参见图7，机壳10的底壁12上设有第五安装部125，第五安装部125位于第三安装部124的左侧，请参见图9，第二主体部32上设有位于第一安装孔311左侧的第三安装孔321。直线运动装置100使用时需要垂直安放，在未通电的情况下，运动机构30会因为重力作用使弹簧90压缩，弹簧90对运动机构30具有支撑作用，能够保护运动机构30不受撞击，也可以防止在直线运动装置100使用结束后，运动机构30直接下落砸坏其他设备。

本实施例的直线运动装置10通过集成音圈电机20并将编码器读数头523和线圈绕组401分别集成在编码器电路板522和功率电路板301上，简化了直线运动装置100的内部线路排布和控制复杂度，同时使直线运动装置100的结构更加紧凑，减小了整个直线运动装置100的体积和重量，并增加输出轴70的直线推力运动速度以及控制精度。本实施例的直线运动装置100主要运用在测试设备上以及需要持续高效间断施加负载的场景中，例如机械键盘按键的疲劳测试，该直线运动装置100能够实现15N的瞬间最大推力，0.1N的力控精度以及0.44m/s的最大运动速度。

以上所述仅为本实用新型的部分实施例，并非因此限制本实用新型的保护范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种集成音圈电机的直线运动装置，其特征在于，包括：

机壳，所述机壳上设有与外部控制器连接的连接器；

设于所述机壳中的滑动机构，所述滑动机构包括固定在所述机壳上的导轨和与所述导轨滑动连接的滑块；

与所述滑块固定连接的运动机构，所述运动机构上设有功率电路板和输出轴，所述功率电路板通过第一柔性排线与所述连接器连接；

设于所述机壳中的音圈电机，所述音圈电机包括与所述运动机构固定连接的动子骨架和与所述机壳固定连接的定子，所述动子骨架上设有与所述功率电路板固定连接的线圈绕组，所述定子包括定子铁芯和磁铁，所述外部控制器通过所述功率电路板控制所述线圈绕组的输入电流和输入电压，使所述线圈绕组产生与所述磁铁相切的安培力，推动所述运动机构带动所述滑块在所述导轨上作直线运动，从而带动所述输出轴作直线运动；

设于所述机壳中的测量机构，所述测量机构包括固定在所述运动机构上的直线光栅尺和固定在所述机壳上的读数组件，所述读数组件包括编码器电路板和固定在所述编码器电路板上的编码器读数头，所述编码器电路板通过第二柔性排线与所述连接器连接，所述外部控制器通过所述编码器电路板控制所述编码器读数头的输入电流和输入电压以测量所述输出轴作直线运动的位移。

2.根据权利要求1所述的直线运动装置，其特征在于，所述机壳的一侧壁上开设有第一凹槽，所述第一凹槽用于安装所述连接器，所述机壳的另一侧壁上开设有第二凹槽，所述第二凹槽上设有轴支撑架，所述输出轴通过所述轴支撑架贯穿所述机壳。

3.根据权利要求2所述的直线运动装置，其特征在于，所述连接器包括用于连接所述外部控制器的外接槽、间隔设有所述外接槽上的第一连接部和第二连接部，所述第一连接部卡设于所述第一凹槽上并与所述第一凹槽固定连接，所述第二连接部的两侧分别设有第一接口和第二接口，所述第一接口连接所述功率电路板，所述第二接口连接所述编码器电路板。

4.根据权利要求1所述的直线运动装置，其特征在于，所述机壳的底壁上设有容纳部、位于所述容纳部一侧的第一安装部以及位于所述容纳部另一侧的第二安装部，所述容纳部用于收容所述第一柔性排线，所述第一安装部用于安装所述定子，所述第二安装部用于安装所述导轨。

5.根据权利要求4所述的直线运动装置，其特征在于，靠近所述第二安装部的端部处还设有第三安装部，所述第三安装部安装有限位块，所述限位块用于限制所述滑块的运动行程。

6.根据权利要求4所述的直线运动装置，其特征在于，所述机壳的内壁上设有第四安装部，所述读数组件还包括固定在所述第四安装部上的安装支架，所述编码器电路板固定于所述安装支架上。

7.根据权利要求1所述的直线运动装置，其特征在于，所述运动机构包括第一主体部、第二主体部以及位于所述第一主体部和第二主体部之间的凸起部，所述凸起部上设有通孔，所述通孔用于固定所述输出轴。

8.根据权利要求7所述的直线运动装置，其特征在于，所述第一主体部和所述第二主体部上贯穿设有多个用于连接所述滑块第一安装孔，所述第一主体部上还设有用于连接所述功率电路板的第二安装孔，所述第一主体部的两端分别向远离所述第一主体部的方向延伸形成有固定部，所述固定部与所述动子骨架连接。

9.根据权利要求8所述的直线运动装置，其特征在于，所述动子骨架包括用于缠绕所述线圈绕组的缠绕部以及位于所述缠绕部两端的限位部，所述限位部上设有与第一螺孔和定位柱，所述固定部上设有与所述第一螺孔对应的第二螺孔以及用于安装所述定位柱的定位槽。

10.根据权利要求1所述的直线运动装置，其特征在于，所述直线运动装置还包括固定在所述机壳上的弹簧支架以及一端与所述弹簧支架固定连接、另一端与所述运动机构固定连接的弹簧。

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