CN106712435A - 一种音圈电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种音圈电机，包括：定子，设有凹槽结构，凹槽结构的数量≧1；动子，具有突状结构，所述突状结构设置在上述凹槽结构内，且形状与所述凹槽结构相匹配；以及线圈，至少部分设置在所述凹槽结构内。本发明通过设置与凹槽结构相适配的突状结构对动子产生与其重力方向相反的重力补偿力，不仅能提高电机的稳定性，降低了线圈因重力而产生的推力压力，而且增加了电机的行程，进一步提高了音圈电机的整体性能，有效满足了光刻机长行程运动和高精度定位需求。

Description

一种音圈电机

技术领域

本发明涉及一种音圈电机。

背景技术

音圈电机通常由定子和动子组成，其工作原理为：在定子间隙磁场中放入线圈绕组，线圈通电后产生电磁力，带动动子和负载作直线运动，改变电流的强弱和极性，即可改变电磁力的大小和方向。由于音圈电机结构简单、维护方便、可靠和能量转换效率高，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，灵敏度高，因此在要求快速、高精度定位的光刻机短行程精密定位单元中具有广泛应用。

现有的音圈电机结构如图1所示，包括呈长方体形状的衔铁1’，位于衔铁1’上方、截面呈开口朝下的E型铁芯2’以及套设于铁芯2’中部的线圈3’，衔铁1’和铁芯2’均由片状的导磁材料堆叠而成，其中铁芯2’与线圈3’为定子，衔铁1’为动子；音圈电机内部电磁分布如图2所示，图中⊙代表电流流向为垂直纸面向外，代表电流流向垂直纸面向里。当线圈3’内部通入电流后，在铁芯2’和衔铁1’内部产生磁场，从而使两者之间产生引力，衔铁1’向上方运动并与铁芯2’吸合，当线圈3’断电时，衔铁1’向下方运动与铁芯2’分离。然而采用该种方式设置的衔铁1’和铁芯2’只有当线圈3’通电后，两者距离较近时才能产生引力，且当衔铁1’与铁芯2’距离很小时，二者引力很大，当两者距离稍远时，引力急剧变小，因此行程较小，引力波动大，稳定性低；此外，该音圈电机不具备重力补偿功能，加重了线圈3’沿重力相反方向的推力压力，从而降低了音圈电机的整体性能，未能满足光刻机长行程运动和高精度定位需求。

发明内容

本发明为了克服以上不足，提供了一种具有重力补偿功能，且能有效提高行程和稳定性的音圈电机。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种音圈电机，包括：

定子，设有凹槽结构，凹槽结构的数量≥1；

动子，具有突状结构，所述突状结构设置在上述凹槽结构内，且形状与所述凹槽结构相匹配；

线圈，至少部分设置在所述凹槽结构内。

进一步的，所述音圈电机还包括至少2个磁性单元，所述磁性单元固定设于所述定子或/和所述动子内。

进一步的，所述定子和动子均为由片状导磁材料堆叠而成的平板型结构。

进一步的，所述凹槽结构、所述突状结构及所述线圈的数量比为A:B:C，其中，A、B、C为大于等于1的自然数，且A＝B≥C。

进一步的，所述凹槽结构、所述突状结构及所述线圈的数量比A:B:C为1:1:1，所述凹槽结构为环形凹槽，所述突状结构为与所述环形凹槽匹配的环形突起，所述线圈为环形线圈，设置在所述环形凹槽底部。

进一步的，所述环形凹槽或/和所述环形突起设有用于容纳磁性单元的环形固定槽。

进一步的，所述凹槽结构、所述突状结构及所述线圈的数量比A:B:C为2:2:1，所述凹槽结构通过定子连接部连接形成E型结构，所述突状结构通过动子连接部连接形成U型结构。

进一步的，所述E型结构或/和所述U型结构设有用于容纳磁性单元的矩形固定槽。

进一步的，所述动子连接部由非金属材料制成。

进一步的，所述凹槽结构、所述突状结构及所述线圈的数量比A:B:C为3:3:2,所述凹槽结构或/和所述突状结构设置有用于容纳磁性单元的矩形固定槽。

本发明提供的音圈电机，一种音圈电机，包括：定子，设有凹槽结构，凹槽结构的数量1；动子，具有突状结构，所述突状结构设置在上述凹槽结构内，且形状与所述凹槽结构相匹配；以及线圈，至少部分设置在所述凹槽结构内。本发明通过设置与凹槽结构相适配的突状结构对动子产生与其重力方向相反的重力补偿力，不仅能提高电机的稳定性，降低了线圈因重力而产生的推力压力，而且增加了电机的行程，进一步提高了音圈电机的整体性能，有效满足了光刻机长行程运动和高精度定位需求。

附图说明

图1是现有音圈电机结构示意图；

图2是现有音圈电机内部电磁分布示意图；

图3是本发明音圈电机实施例1的结构示意图；

图4是本发明音圈电机实施例1的剖面图；

图5是本发明音圈电机实施例1内部电磁分布示意图；

图6a、6b分别是本发明音圈电机线圈不通电和通电时重力补偿力沿Z轴的曲线图；

图7是本发明音圈电机实施例2的结构示意图；

图8是本发明音圈电机实施例3的结构示意图；

图9是本发明音圈电机实施例4的结构示意图；

图10是本发明音圈电机实施例5的整体结构图；

图11是本发明音圈电机实施例5的结构展开图。

图1-2中所示：1’、衔铁；2’、铁芯；3’、线圈；

图3-11中所示：1、定子；101、凹槽结构；102、定子连接部；环形凹槽；2、动子；201、突状结构；202、动子连接部；3、线圈；4、磁性单元；401、内环磁铁；402、外环磁铁；501、矩形固定槽；601、环形固定槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述：

实施例1

如图3所示，本发明提供一种音圈电机，包括：

定子1，本发明中定子1为铁芯，设有凹槽结构101，凹槽结构101的数量≥1；动子2，本发明中动子为衔铁，具有突状结构201，所述突状结构201设置在上述凹槽结构101内，且形状与所述凹槽结构101相匹配；线圈3，至少部分设置在所述凹槽结构101内。本发明通过设置与凹槽结构101相适配的突状结构201对动子产生与其重力方向相反的重力补偿力，不仅能提高电机的稳定性，降低了线圈3因重力而产生的推力压力，而且增加了电机的行程，进一步提高了音圈电机的整体性能，有效满足了光刻机长行程运动和高精度定位需求。

优选的，所述音圈电机还包括至少2个磁性单元4，所述磁性单元4固定设于所述定子1或/和所述动子2内。通过磁性单元4对动子产生与其重力方向相反的重力补偿力，不仅能提高电机的稳定性，降低了线圈因重力而产生的推力压力；同时在铁芯内设置凹槽结构101，并使衔铁与凹槽结构101相适配，增加了电机的行程，进一步提高了音圈电机的整体性能，有效满足了光刻机长行程运动和高精度定位需求。

优选的，所述定子1和动子2均为由片状导磁材料堆叠而成的平板型结构。所述凹槽结构101、所述突状结构201及所述线圈3的数量比为A:B:C，其中，A、B、C为大于等于1的自然数，且A＝B≥C，优选的，凹槽结构101、突状结构201及线圈3的数量比A:B:C为2:2:1，本实施例中，凹槽结构101、突状结构201及线圈3的数量A、B、C分别为2、2、1，凹槽结构101通过定子连接部102连接形成E型结构，突状结构201通过动子连接部202连接形成U型结构，如图4所示，所述动子连接部202由非金属材料制成，采用该种设计方式可降低动子重量。

所述E型结构或/和所述U型结构设有用于容纳磁性单元4的矩形固定槽501，具体的，矩形固定槽501设置在凹槽结构101开口的两侧，磁性单元4的数量为4块，分别设置在该矩形固定槽501内，音圈电机内部的电磁分布如图5所示，其中⊙代表电流流向为垂直纸面向外，代表电流流向垂直纸面向里。定子1、动子2与磁性单元4内部均存在磁场，由于两组磁性单元4的磁力线需穿过空气或真空才能闭合，但空气或者真空的磁阻比构成衔铁的导磁材料的磁阻大，磁力线将会从磁阻较小的介质，即从衔铁中通过，因此，磁性单元4对衔铁产生一个与重力方向相反的力，即重力补偿力。线圈3内不通电和通电时沿Z轴方向(即与重力相反的方向)对衔铁产生的重力补偿力如图6a、6b所示，当线圈3不通电时，磁性单元4对衔铁的重力补偿力小于衔铁和负载(图中未标出)的重力，此时衔铁会带着负载向下方运动，远离铁芯，到达虚线框的位置；当线圈3内通入图5所示方向电流时，铁芯和线圈3对衔铁产生引力，与磁性单元4产生的重力补偿力共同作用，使衔铁向上方运动，靠近铁芯；当线圈3内通入与图5相反方向电流时，铁芯和线圈3对衔铁产生斥力，加速衔铁和负载向下方运动。因此可通过调整线圈3内电流的大小和方向以满足音圈电机的运动行程和速度需求。

需要说明的是，根据实际需要也可将衔铁作为定子1，铁芯作为动子2，工作原理相同。

实施例2

如图7所示，与上述实施例不同的是，该实施例中，矩形固定槽501设置在突出结构201的中部，具体的，磁性单元4设有2块，由于铁芯同样是由导磁材料构成，其磁阻比空气的磁阻小，因此该组磁性单元4的磁力线将会从磁阻较小的介质，即从铁芯中通过，与铁芯产生相互作用力，由于铁芯为定子1，衔铁为动子2，因此亦可看成是磁性单元4对衔铁产生与重力方向相反的重力补偿力。

实施例3

如图8所示，与上述实施例不同的是，本实施例中，凹槽结构101开口两侧和突出结构201的中部均设有与磁性单元4相适配的矩形固定槽501，磁性单元4的数量为6块，分别设置在凹槽结构101开口两侧的矩形固定槽501和突出结构201中部的矩形固定槽501内，同理，凹槽结构101开口两侧的矩形固定槽501中的磁性单元4的磁力线从衔铁中通过，对其产生向上的重力补偿力，而突出结构201中部的矩形固定槽501内的一组磁性单元4的磁力线从铁芯中通过，与铁芯产生引力，也看作对衔铁产生重力补偿力，如此设置可有效提高重力补偿力，进一步减少线圈3对衔铁和负载沿重力反方向的推力压力。

实施例4

如图9所示，与上述实施例不同的是，本实施例中凹槽结构101、所述突状结构201及所述线圈3的数量比A:B:C为3:3:2,本实施例中，凹槽结构101、突状结构201及线圈3的数量A、B、C分别为3、3、2，凹槽结构101或/和突状结构201设置有用于容纳磁性单元4的矩形固定槽501，具体的，衔铁的数量也可为三块，位置分别与所述凹槽结构101相对应，衔铁之间通过非金属材料连接，形成开口向上的E型结构，凹槽结构101的开口两端设有与磁性单元4相适配的矩形固定槽501。

实施例5

如图10-11所示，与上述实施例不同的是，本实施例中铁芯和衔铁均为一侧开口的圆筒形状，凹槽结构101、突状结构201及所述线圈3的数量比A:B:C为1:1:1，所述凹槽结构101为环形凹槽，所述突状结构201为与环形凹槽匹配的环形突起，所述线圈3为环形线圈，设置在环形凹槽底部，环形凹槽或/和环形突起设有用于容纳磁性单元4的环形固定槽601。具体的，磁性单元4的数量为2个，分别为内环磁铁401和外环磁铁402，环形固定槽601也设有2个，分别与内环磁铁401和外环磁铁402相适配。

实施例6

与实施例5不同的是，本实施例中衔铁内也设有与磁铁单元4相适配的环形固定槽(图中未标出)，磁铁单元4的数量为3个，分别设置在铁芯和衔铁内的环形固定槽601内。

综上所述，本发明提供的音圈电机，一种音圈电机，包括：定子1，设有凹槽结构101，凹槽结构101的数量1；动子2，具有突状结构201，所述突状结构201设置在上述凹槽结构101内，且形状与所述凹槽结构101相匹配；以及线圈3，至少部分设置在所述凹槽结构101内。本发明通过设置与凹槽结构101相适配的突状结构201对动子2产生与其重力方向相反的重力补偿力，不仅能提高电机的稳定性，降低了线圈因重力而产生的推力压力，而且增加了电机的行程，进一步提高了音圈电机的整体性能，有效满足了光刻机长行程运动和高精度定位需求。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种音圈电机，其特征在于，所述音圈电机包括：

定子，设有凹槽结构，凹槽结构的数量≥1；

动子，具有突状结构，所述突状结构设置在上述凹槽结构内，且形状与所述凹槽结构相匹配；

线圈，至少部分设置在所述凹槽结构内。

2.根据权利要求1所述的音圈电机，其特征在于，所述音圈电机还包括至少2个磁性单元，所述磁性单元固定设于所述定子或/和所述动子内。

3.根据权利要求2所述的音圈电机，其特征在于，所述定子和动子均为由片状导磁材料堆叠而成的平板型结构。

4.根据权利要求1所述的音圈电机，其特征在于，所述凹槽结构、所述突状结构及所述线圈的数量比为A:B:C,其中，A、B、C为大于等于1的自然数，且A＝B≥C。

5.根据权利要求4所述的音圈电机，其特征在于，所述凹槽结构、所述突状结构及所述线圈的数量比A:B:C为1:1:1，所述凹槽结构为环形凹槽，所述突状结构为与所述环形凹槽匹配的环形突起，所述线圈为环形线圈，设置在所述环形凹槽底部。

6.根据权利要求5所述的音圈电机，其特征在于，所述环形凹槽或/和所述环形突起设有用于容纳磁性单元的环形固定槽。

7.根据权利要求4所述的音圈电机，其特征在于，所述凹槽结构、所述突状结构及所述线圈的数量比A:B:C为2:2:1，所述凹槽结构通过定子连接部连接形成E型结构，所述突状结构通过动子连接部连接形成U型结构。

8.根据权利要求7所述的音圈电机，其特征在于，所述E型结构或/和所述U型结构设有用于容纳磁性单元的矩形固定槽。

9.根据权利要求7所述的音圈电机，其特征在于，所述动子连接部由非金属材料制成。

10.根据权利要求4所述的音圈电机，其特征在于，所述凹槽结构、所述突状结构及所述线圈的数量比A:B:C为3:3:2,所述凹槽结构或/和所述突状结构设置有用于容纳磁性单元的矩形固定槽。