(10)授权公告号 CN 101630891 B(45)授权公告日 2011.08.17C N 101630891 B*CN101630891B*(21)申请号 200810012338.3(22)申请日 2008.07.16H02K 33/18(2006.01)H02K 1/34(2006.01)G05B 19/04(2006.01)(73)专利权人中国科学院沈阳自动化研究所地址110016 辽宁省沈阳市东陵区南塔街114号(72)发明人苏刚 李洪谊(74)专利代理机构沈阳科苑专利商标代理有限公司 21002代理人许宗富 周秀梅US 6779982 B2,2004.08.24,CN 87200807 U,1987.11.04,CN 101051786 A,2007.10.10,CN 86204843 U,1986.12.24,(54)发明名称一种微型直线电机及其驱动方式(57)摘要一种微型直线电机及其驱动方式，属于直线电机技术领域。
该电机结构包括端盖、内部铁心、外部磁轭、线圈、线圈支架及两个磁钢，两磁钢同极相对置于内部铁心两端，两磁钢外端分别安装有端盖，在两端盖内，磁钢与内部铁心的外周置有两对称的弧形磁轭，两弧型磁轭在内部铁心外周大致成圆环型，在两弧形磁轭间形成滑道，磁轭与内部铁心及磁轭与磁钢之间形成气隙，线圈置于内部铁心与磁轭之间，线圈上固定有线圈支架，线圈支架两端通过滑道穿出磁轭，线圈及线圈支架可在磁轭间的滑道上滑动。
本发明两磁钢同极相对放置，磁路的封闭性比较好，在气隙中形成比较均匀的磁场。
本发明结构简单，适合作为微小型机构的驱动器。
(51)Int.Cl.(56)对比文件审查员 肖继军(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 5 页权 利 要 求 书CN 101630891 B1/1页1.一种微型直线电机，包括端盖、内部铁心、外部磁轭、线圈、线圈支架及两个磁钢，两磁钢外端分别安装有端盖，在两端盖内，磁钢与内部铁心的外周置有两对称的弧形磁轭，两弧型磁轭在内部铁心外周大致成圆环型，在两弧形磁轭间形成滑道，线圈置于内部铁心与磁轭之间，线圈上固定有线圈支架，线圈支架两端通过滑道穿出磁轭，线圈及线圈支架可在磁轭间的滑道上滑动，其中内部铁心部分和线圈部分分别为动子或定子；其特征在于：两磁钢同极相对置于内部铁心两端，磁轭与内部铁心及磁轭与磁钢之间形成气隙，端盖、磁钢、外部磁轭和内部铁心连接在一起。
2.如权利要求1所述的微型直线电机，其特征在于：所述的磁钢直径大于等于内部铁心的直径。
3.如权利要求1所述的微型直线电机，其特征在于：当磁钢直径大于内部铁心的直径时，所述磁钢为圆柱槽型结构，在所述磁钢槽壁上对称开有两个凹槽，凹槽宽度与磁轭滑道宽度相同，且安装磁钢时的凹槽位置与磁轭滑道位置相对应，为线圈支架行程末端位置。
4.如权利要求1所述的微型直线电机，其特征在于：所述的电机外径为6-10mm，电机长度为10-18mm，电机动子运动行程为2-4mm，磁钢厚度为1-4mm，磁钢凹槽深度为0-1mm，内部铁心长度为6-10mm，内部铁心直径为3-6mm，气隙厚度为0.4-1mm。
5.如权利要求1所述的微型直线电机的驱动方式，所述电机的端盖、磁钢、外部磁轭和内部铁心连接在一起构成滑块，线圈支架与外部机构相连，其特征在于包括如下运动阶段：阶段1：滑块位于外部设备外壳的初始端，接通电机电源，滑块向终端加速运动，外壳克服外部的摩擦向初始端加速运动；阶段2：滑块运动一段距离后改变电机电流方向，滑块开始作减速运动，此时外壳也因改变受力方向而作减速运动；阶段3：外壳速度比滑块速度先减小到零，通过控制电机电流，使滑块与外壳之间的作用力小于外壳与环境的摩擦力，壳体保持静止，使滑块的速度逐渐减小到零；阶段4：通过控制电机电流，控制外壳与滑块的作用力，使得外壳在外部摩擦力的作用下保持静止状态，滑块向初始端缓慢运动，直到滑块返回到相对于外壳的初始位置，开始下一个循环。
一种微型直线电机及其驱动方式技术领域[0001] 本发明属于直线电机技术领域，特别是涉及一种微型直线电机及其驱动方式。
背景技术[0002] 随着机器人技术的不断发展，微型机器人已经在不断的应用于人们的生产和生活中。
冲击式的驱动方式是比较适合应用于微型机器人的驱动方式之一，它要求驱动器具有体积小、输出力大和直线输出的特点。
传统的采用旋转机构转变为直线运动的方式，结构复杂，不但不能保证体积的要求，而且可靠性低。
利用直线电机直接驱动是比较好的解决方案，但是现有直线电机大多是针对特定应用场合设计，通用性较差：或是由于结构限制不利于微型化，或是微型化后输出力难以达到要求。
而且在冲击式驱动中，采用不同的机理，也会要求驱动器具有不同的输出特性。
发明内容[0003] 针对上述存在的技术问题，根据一种冲击式驱动的机理，本发明提供一种微型直线电机及其驱动方式，该电机在保证一定的输出力和输出特性的条件下，具有很小的体积。
[0004] 本发明的电机结构，包括端盖、内部铁心、外部磁轭、线圈、线圈支架及两个磁钢，两磁钢同极相对置于内部铁心两端，两磁钢外端分别安装有端盖，在两端盖内，磁钢与内部铁心的外周置有两对称的弧形磁轭，两弧型磁轭在内部铁心外周大致成圆环型，在两弧形磁轭间形成滑道，磁轭与内部铁心及磁轭与磁钢之间形成气隙，端盖、磁钢、外部磁轭和内部铁心连接在一起；线圈置于内部铁心与磁轭之间，线圈上固定有线圈支架，线圈支架两端通过滑道穿出磁轭，线圈及线圈支架可在磁轭间的滑道上滑动，其中内部铁心部分和线圈部分分别为动子或定子。
[0005] 所述的磁钢直径大于等于内部铁心的直径。
磁钢为圆柱槽型结构，当磁钢直径大于内部铁心的直径时，在所述槽壁上对称开有两个凹槽，凹槽宽度与磁轭滑道宽度相同，且安装磁钢时的凹槽位置与磁轭滑道位置相对应，为线圈支架行程末端位置。
所述的电机外径为6-10mm，电机长度为10-18mm，电机动子运动行程为2-4mm，磁钢厚度为1-4mm，磁钢凹槽深度为0-1mm，内部铁心长度为6-10mm，内部铁心直径为3-6mm，气隙厚度为0.4-1mm。
[0006] 本发明微型直线电机的端盖、磁钢、外部磁轭和内部铁心连接在一起构成滑块，线圈支架与外部机构相连，其驱动方式包括如下运动阶段：[0007] 阶段1：滑块位于外部设备外壳的初始端，接通电机电源，滑块向终端加速运动，外壳克服外部的摩擦向初始端加速运动；[0008] 阶段2：滑块运动一段距离后改变电机电流方向，滑块开始作减速运动，此时外壳也因改变受力方向而作减速运动；[0009] 阶段3：外壳速度比滑块速度先减小到零，通过控制电机电流，使滑块与外壳之间的作用力小于外壳与环境的摩擦力，壳体保持静止，使滑块的速度逐渐减小到零；[0010] 阶段4：通过控制电机电流，控制外壳与滑块的作用力，使的外壳在外部摩擦力的作用下保持静止状态，，滑块向初始端缓慢运动，直到滑块返回到相对于外壳的初始位置，开始下一个循环。
[0011] 本发明具有如下优点：[0012] 1.本发明将两块磁钢同极相对放置，内部铁心和外部磁轭磁化后等效为磁铁的两级，磁路的封闭性比较好，在气隙中形成比较理想的磁场。
[0013] 2.磁钢直径可以大于或等于铁心直径，当安装不同直径的铁心时，可以得到不同的输出特性；磁钢直径大于铁心直径时，磁钢所形成的侧极使得主极磁钢在铁心边缘的磁漏降低，增加了气隙磁通密度。
[0014] 3.线圈及其线圈支架部分和内部铁心、磁钢及磁轭部分可以分别作为定子，分别用于需要大惯性和小惯性的场合。
[0015] 4.本发明电机结构简单、小巧，构思新颖，易于小型化，适合作为微小型机构的驱动器。
[0016] 5.采用本发明直线电机的结构，则可以省去中间的转化机构，提高设备的可靠性和效率。
附图说明[0017] 图1为本发明的装配示意图。
[0018] 图2为本发明剖视示意图。
[0019] 图3为图2的A-A剖视图。
[0020] 图4为本发明磁钢结构示意图。
[0021] 图5为图4的左视图。
[0022] 图6为本发明线圈支架结构示意图。
[0023] 图7为图6的侧视局部剖视示意图。
[0024] 图8为本发明端盖结构示意图。
[0025] 图9为图8左视图。
[0026] 图10为本发明电机驱动过程示意图。
具体实施方式[0027] 下面结合实施例及附图详细说明本发明。
[0028] 实施例1：如图1--图3所示，本发明包括端盖1、内部铁心6、外部磁轭3、线圈5、线圈支架4及两个磁钢2，两磁钢2同极相对置于内部铁心6两端，两磁钢2外端分别安装有端盖1，在两端盖1内，磁钢2与内部铁心6的外周置有两对称的弧形磁轭3，两弧形磁轭3间形成滑道11，两弧型磁轭3在铁心6外周大致成圆环型，磁轭3与内部铁心6及磁轭3与磁钢2之间形成气隙，线圈5置于内部铁心6与磁轭2之间，线圈5上固定有线圈支架4，线圈支架4通过滑道11穿出磁轭3，线圈支架4可在磁轭3的滑道11上滑动。
[0029] 本发明的端盖1、磁钢2、外部磁轭3和内部铁心6连接在一起，线圈支架4和线圈5固定在一起，这两部分可分别作为定子和动子，可以互换。
本发明将线圈5及其线圈支架4作为定子，内部铁心6、磁钢2及磁轭3作为动子时，电机的质量大部分集中在动子上，由于动子具有较大的惯力，适合于利用冲击式驱动的微型机构。
反之，将线圈5及其线圈支架4作为动子，内部铁心6、磁钢2及磁轭3作为定子时，动子惯性小，适合于一般要求具有较快响应速度的场合。
工作时当线圈5中通一定频率的电流时，在电机动子和定子之间将产生一个随电流方向变化的力，因此动子将以与电源相同的频率进往复的运动，驱动负载。
[0030] 如图6、图7所示，为本例线圈支架4的结构示意图。
线圈支架4为带有两个伸出端9的圆环型结构，其可带动线圈5在滑道11内沿内部铁心6滑动。
通过两伸出端9与外部其它器件连接，起到固定或输出动力的作用，并可同时起到通气、散热和减小空气阻尼的效果。
[0031] 如图4、图5所示，本例的磁钢2为圆柱槽型结构，在所述槽壁7上对称开有两个凹槽8，凹槽8宽度与磁轭3滑道宽度相同，且安装磁钢2时的凹槽8位置与磁轭3滑道位置相对应，两侧的凹槽8为线圈支架4行程末端位置。
磁钢2直径大于内部铁心6的直径，其中凹槽8与内部铁心6相配合，作为主磁极，而突起的槽壁7部分作为侧极，减少了与铁心等径部分的主极磁钢的漏磁，并且主极与侧极磁势相互叠加，进一步增大了磁通密度，使线圈5能够与侧极9向接触，在行程范围内产生了两端磁密较大，中间磁密比较均匀的磁场，因此输出力也是在两端比较大而中间部分比较平稳。