CN111130302A - 双差动音圈直线电机 - Google Patents

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许海金
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Abstract

本发明提供了一种双差动音圈直线电机，包括：磁体组件、输出轴盘、预紧弹簧、支撑底盘、内动圈组件以及外动圈组件，所述磁体组件设有两组，磁体组件设于支撑底盘上方两侧，磁体组件包括导磁筒、下磁体、中导磁环、中磁体、上导磁环、上磁体、内磁气隙以及外磁气隙，导磁筒设于支撑底盘上表面，导磁筒内从下到上依次为下磁体、中导磁环、中磁体、上导磁环以及上磁体，内磁气隙与外磁气隙设于导磁筒两侧，内动圈组件设于内磁气隙中，外动圈组件设于外磁气隙中，内动圈组件与外动圈组件固定在输出轴盘上，输出轴盘设于导磁筒之间，预紧弹簧设于输出轴盘与支撑底盘之间。本发明提高了磁体的磁场利用，增加动圈的有效驱动力。

Description

双差动音圈直线电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体地，涉及一种双差动音圈直线电机。
背景技术
音圈直线电机是一种将电能直接转换为直线运动的机电转换装置，这种装置不需要任何中间运动传动和转换机构，具有直接驱动的特点，可广泛应用于航空航天、工业自动化、仪器仪表、检测技术以及其他多个技术领域。
在很多***应用中，重负载的音圈电机为了减轻音圈电机的重量，在有限的磁体重量下必须提高音圈电机的出力系数。差动音圈电机是一种新型的线圈结构，能够有效利用磁体磁能，增加出力系数，因此成为设计与开发的一个热点。
在差动音圈电机设计中，为了提高音圈电机的有效输出力及动态性能，主要采用不同的磁体安装方式、磁路结构、线圈结构设计以及动子定子的设计、以及控制策略等，其目的在于提高磁体的利用率，增加线圈的有效电磁作用力。本发明提出的双音圈差动音圈电机结构，旨在提高磁体的磁场利用，增加动圈的有效驱动力。
专利文献CN110198141A(申请号：201910570198.X)公开了差动箝位式尺蠖型压电直线电机，包括四箝位盘、一作动模块、两导向机构、两连接杆及两连接弹簧。四箝位盘、两连接杆和两连接弹簧组成两单元。四箝位盘都设有中心孔，每单元的两箝位盘通过中心孔套在连接杆上，每单元包括的两箝位盘分为主箝位盘和辅助箝位盘，主箝位盘和作动模块固接，辅助箝位盘通过连接弹簧与主箝位盘连接；四箝位盘的形状相等且都包括圆盘，四箝位盘的圆盘的偏心布置安装有压电陶瓷；导向机构包括C字型的套筒，套筒内壁凸设有导轨，四箝位盘外周壁凹设有导槽；两单元分别装设在两套筒内，另设预紧元件使套筒压在四箝位盘上，使导轨和导槽适配。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种双差动音圈直线电机。
根据本发明提供的双差动音圈直线电机，包括：磁体组件、输出轴盘、预紧弹簧、支撑底盘、内动圈组件以及外动圈组件，所述磁体组件设有两组，所述磁体组件设于所述支撑底盘上方两侧，所述磁体组件包括导磁筒、下磁体、中导磁环、中磁体、上导磁环、上磁体、内磁气隙以及外磁气隙，所述导磁筒设于所述支撑底盘上表面，所述导磁筒内从下到上依次为下磁体、中导磁环、中磁体、上导磁环以及上磁体，所述内磁气隙与外磁气隙设于所述导磁筒两侧，所述内动圈组件设于所述内磁气隙中，所述外动圈组件设于所述外磁气隙中，所述内动圈组件与外动圈组件固定在所述输出轴盘上，所述输出轴盘设于所述导磁筒之间，所述预紧弹簧设于所述输出轴盘与支撑底盘之间。
优选地，所述内动圈组件包括：内正向绕组、内反向绕组以及内线圈架，所述内线圈架设于所述导磁筒内侧，所述内正向绕组设于所述内线圈架的上方，所述内反向绕组设于所述内线圈架的下方。
优选地，所述外动圈组件包括：外反向绕组、外正向绕组以及外线圈架，所述外线圈架设于所述导磁筒外侧，所述外反向绕组设于所述外线圈架的上方，所述外正向绕组设于所述外线圈架的下方。
优选地，所述内线圈架与所述外线圈架呈圆筒形，所述内线圈架和所述外线圈架固定在所述输出轴盘上。
优选地，所述下磁体、中磁体和上磁体均呈圆环形。
优选地，所述外反向绕组与所述外正向绕组的绕线方向相反，所述外反向绕组与所述外正向绕组串行连接。
优选地，所述内正向绕组与所述内反向绕组的绕线方向相反，所述内正向绕组与所述内反向绕组串行连接。
优选地，所述外反向绕组与内正向绕组的绕线方向相反，所述外正向绕组与内反向绕组的绕线方向相反。
优选地，所述导磁筒中部设有轴孔。
优选地，所述轴孔内部中空，所述输出轴盘下端设于所述轴孔内。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明在直线执行器中设计的磁体结构、音圈结构及绕制方法，保证了在绕组通电时，外反向绕组、外正向绕组、内正向绕组、内反向绕组在各自的磁场气隙中产生的电磁力方向一致，提高了磁体的磁场利用，增加动圈的有效驱动力。
2、本发明在磁体结构提供内外两个磁气隙，内动圈组件和外动圈组件分别位于内外磁气隙中，当外正向绕组、外反向绕组、内正向绕组、内反向绕组通电时，可以产生沿输出轴盘轴线方向的推拉力。
3、本发明通过在上导磁环之上增加安装上磁体，以弥补磁阻带来的上气隙磁场中的损失，上磁体的作用在于增强了气隙的磁场强度，使得气隙磁场变得均匀。
4、本发明通过将输出轴盘由导磁筒的中空的轴孔支撑，并使用预紧弹簧连接在支撑底盘上，轴孔支撑提高了运动输出的刚度，预紧弹簧提供运动输出的预紧力。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为双差动音圈直线执行器的组成结构图；
图2为磁体组件安装结构图；
图3为磁路结构图；
图4为绕线方法示意图；
图5为磁场方向和线圈绕组的电流方向示意图。
图中：1-导磁筒；2-下磁体；3-外正向绕组；4-中导磁环；5-中磁体；6-外反向绕组；7-上磁体；8-内正向绕组；9-输出轴盘；10-内线圈架；11-内反向绕组；12-上导磁环；13-外线圈架；14-支撑底盘；15-预紧弹簧；16-轴孔；17-内磁气隙；18-外磁气隙；101-磁体组件；102-内动圈组件；103-外动圈组件；131-入口孔；132-线圈槽口；133-出口孔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供的一种双差动音圈直线电机，具体包括磁体组件101、输出轴盘9、预紧弹簧15、支撑底盘14、内动圈组件102以及外动圈组件103，磁体组件101包括导磁筒1、下磁体2、中导磁环4、中磁体5、上导磁环12和上磁体7，由外反向绕组6、外正向绕组3、外线圈架13组成外动圈组件103，由内正向绕组8、内反向绕组11、内线圈架10组成内动圈组件102，内动圈组件102、外线圈组件103固定在输出轴盘9上，输出轴盘9支撑在导磁筒1的轴孔里，通过预紧弹簧15连接在支撑底盘14上。
如图2和图3所示，本发明提供的一种可能的磁体结构组成方式如下：下磁体2、中磁体5和上磁体7为圆环柱状，磁化方向沿中心轴线方向，安装时，导磁筒1、下磁体2、中导磁环4、中磁体5、上导磁环12、上磁体7的轴线彼此互相重合，下磁体2、中导磁环4、中磁体5、上导磁环12、上磁体7依次叠放在导磁筒1内，其中下磁体2与中磁体5的磁极相反(图中示出下磁体2的N极朝下，中磁体5的N极朝上)，而上磁体7与中磁体5的磁极相反(图中示出上磁体7的N极朝下)，这种结构可以在中导磁环12外柱面与导磁筒1外环内侧柱面之间、上导磁环12外柱面与导磁筒1外环内侧柱面之间产生沿直径方向向外的气隙磁场，同时也可以在中导磁环4内柱面与导磁筒1内环外侧柱面之间、上导磁环12内柱面与导磁筒1内环外侧柱面之间产生沿直径方向向内的气隙磁场，而且中导磁环4外柱面与导磁筒1外环内侧柱面之间、中导磁环4内柱面与导磁筒1内环外侧柱面之间所产生的气隙磁场的磁场方向相反，同时上导磁环12外柱面与导磁筒1外环内侧柱面之间、上导磁环12内柱面与导磁筒1内环外侧柱面之间所产生的气隙磁场的磁场方向相反。
如图4和图5所示，本发明提供的一种音圈绕组的绕线方法，以外反向绕组6和外正向绕组3为例，这两个绕组由漆包线绕制在外线圈架13上，漆包线由外线圈架13的入口孔131进入，然后沿着一个方向绕线，到达外线圈架13的中部，穿过外线圈架13的线圈槽口132，然后沿着相反的方向绕线，直至外线圈架13的底部，继续沿着这个绕线方向往外线圈架13的中部绕线，穿过外线圈架13的线圈槽口132后，绕线方向取反，恢复到与入绕时相同的方向绕制，直至外线圈架13的上部，然后由出口孔133后引出；对内线圈架10，采用与线圈架13相同的绕线方法，但是需要保证漆包线从入口孔131引入后绕制的方向与线圈架13的绕向相反，从出口孔133处绕的方向也是相反的。在以上这种结构设计中，将内线圈架10和外线圈架13的入口孔处漆包线接头连接，出口处的漆包线接头连接，两组线圈并联，则线圈绕组通电后，由左右定则可以判断，外反向绕组6、正向绕组3、内反向绕组11、内正向绕组8受到的电磁力沿轴线向下，如果改变通电的电流方向，则电磁力沿轴线向上。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种双差动音圈直线电机，其特征在于，包括：磁体组件、输出轴盘、预紧弹簧、支撑底盘、内动圈组件以及外动圈组件，所述磁体组件设有两组，所述磁体组件设于所述支撑底盘上方两侧，所述磁体组件包括导磁筒、下磁体、中导磁环、中磁体、上导磁环、上磁体、内磁气隙以及外磁气隙，所述导磁筒设于所述支撑底盘上表面，所述导磁筒内从下到上依次为下磁体、中导磁环、中磁体、上导磁环以及上磁体，所述内磁气隙与外磁气隙设于所述导磁筒两侧，所述内动圈组件设于所述内磁气隙中，所述外动圈组件设于所述外磁气隙中，所述内动圈组件与外动圈组件固定在所述输出轴盘上，所述输出轴盘设于所述导磁筒之间，所述预紧弹簧设于所述输出轴盘与支撑底盘之间。
2.根据权利要求1所述的双差动音圈直线电机，其特征在于，所述内动圈组件包括：内正向绕组、内反向绕组以及内线圈架，所述内线圈架设于所述导磁筒内侧，所述内正向绕组设于所述内线圈架的上方，所述内反向绕组设于所述内线圈架的下方。
3.根据权利要求2所述的双差动音圈直线电机，其特征在于，所述外动圈组件包括：外反向绕组、外正向绕组以及外线圈架，所述外线圈架设于所述导磁筒外侧，所述外反向绕组设于所述外线圈架的上方，所述外正向绕组设于所述外线圈架的下方。
4.根据权利要求3所述的双差动音圈直线电机，其特征在于，所述内线圈架与所述外线圈架呈圆筒形，所述内线圈架和所述外线圈架固定在所述输出轴盘上。
5.根据权利要求1所述的双差动音圈直线电机，其特征在于，所述下磁体、中磁体和上磁体均呈圆环形。
6.根据权利要求1所述的双差动音圈直线电机，其特征在于，所述外反向绕组与所述外正向绕组的绕线方向相反，所述外反向绕组与所述外正向绕组串行连接。
7.根据权利要求1所述的双差动音圈直线电机，其特征在于，所述内正向绕组与所述内反向绕组的绕线方向相反，所述内正向绕组与所述内反向绕组串行连接。
8.根据权利要求1所述的双差动音圈直线电机，其特征在于，所述外反向绕组与内正向绕组的绕线方向相反，所述外正向绕组与内反向绕组的绕线方向相反。
9.根据权利要求1所述的双差动音圈直线电机，其特征在于，所述导磁筒中部设有轴孔。
10.根据权利要求1所述的双差动音圈直线电机，其特征在于，所述轴孔内部中空，所述输出轴盘下端设于所述轴孔内。
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