[發(fā)明專利]基于雙層平面線圈的軸向磁通電磁型微驅(qū)動(dòng)器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910045043.0
• 申請(qǐng)日: 2009-01-08
• 公開（公告）號(hào): CN101478195A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李振波;陳佳品;唐曉寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H02K7/08
• 分類號(hào): H02K7/08;H02K7/10;H02K1/06;H02K1/02
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種微機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域的軸向磁通電磁型微驅(qū)動(dòng)器，特別是一 種基于雙層平面線圈的軸向磁通電磁型微驅(qū)動(dòng)器。

背景技術(shù)

電磁型微驅(qū)動(dòng)器一般分為軸向磁通和徑向磁通結(jié)構(gòu)。徑向磁通結(jié)構(gòu)線圈結(jié)構(gòu) 易于實(shí)現(xiàn)，徑向尺寸小，但這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)大輸出力矩的代價(jià)是軸向尺寸很大，是 徑向尺寸的幾倍以上(徑向尺寸在毫米尺度，而軸向尺寸在厘米尺度)，很難應(yīng) 用在微系統(tǒng)內(nèi)部。同時(shí)徑向磁通結(jié)構(gòu)的定子線圈是在圓周內(nèi)分布，不利于目前微 細(xì)加工工藝實(shí)現(xiàn)。軸向磁通結(jié)構(gòu)的定子一般為平面線圈。輸出相同力矩，采用軸 向向磁通結(jié)構(gòu)的微驅(qū)動(dòng)器軸向尺寸大大縮小，與徑向尺寸處于同一尺度內(nèi)。其平 面定子結(jié)構(gòu)也易于目前微細(xì)加工工藝實(shí)現(xiàn)。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮椋?00710037892.2，名稱 為：定子內(nèi)嵌式電磁懸浮轉(zhuǎn)子微馬達(dá)，該專利自述為：“上定子和下定子都設(shè)在 中間基體上，和中間基體形成固定聯(lián)結(jié)，盒形微轉(zhuǎn)子呈中空的圓形盒子形狀，盒 形微轉(zhuǎn)子在上定子和下定子的電磁力作用下穩(wěn)定懸浮在中間基體的外緣，中間基 體上分布有八塊旋轉(zhuǎn)線圈，它們分成兩組四相線圈。本發(fā)明采用了盒形微轉(zhuǎn)子和 定子內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)，可增加懸浮微轉(zhuǎn)子的懸浮剛度和側(cè)向穩(wěn)定剛度，同時(shí)中間基體 在盒形微轉(zhuǎn)子不工作的時(shí)候起到對(duì)微轉(zhuǎn)子限位的作用”。

檢索中還發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?3116583.4名稱為：雙穩(wěn)態(tài)電磁型微驅(qū) 動(dòng)器及其制備方法，該專利自述為：“一種雙穩(wěn)態(tài)電磁型微驅(qū)動(dòng)器及其制備方法， 以分布于基體上的軟磁襯底為基礎(chǔ)，其上分兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置一對(duì)永磁體基座，軟磁 性扭梁通過(guò)軟磁過(guò)渡層安置在一對(duì)基座之上形成橋式結(jié)構(gòu)，橋的兩側(cè)襯底上分別 設(shè)置一組包含鐵芯的平面繞組；扭梁中部的兩側(cè)雙向水平伸展軟磁性懸臂梁，懸 臂梁兩端處于平面繞組的上方，并在懸臂梁和繞組之間形成可供懸臂梁運(yùn)動(dòng)的氣 隙。”在上述構(gòu)造中，永磁體借助襯底的聯(lián)系作用與扭梁、懸臂梁和繞組構(gòu)成兩 個(gè)并聯(lián)磁回路，借助繞組中脈沖電流方向的改變可以任意選擇其中氣隙之一閉 合，靠永磁力實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)。

兩種專利都是采用單層平面線圈，線圈的形狀為梯形形狀，線圈在平面內(nèi)需 要自形成回路；定子繞組中與轉(zhuǎn)子相互作用產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的有效部分是切割磁力線 的繞組。單層平面線圈為在平面內(nèi)構(gòu)成回路而制備成梯形形狀，梯形的上下平行 兩邊都是為形成回路的無(wú)效繞組，尤其是梯形下邊長(zhǎng)的繞組其長(zhǎng)度近整個(gè)繞組的 1/3。這種單層平面線圈結(jié)構(gòu)不但降低單位體積的輸出功率，而且微驅(qū)動(dòng)器的發(fā) 熱比較嚴(yán)重，對(duì)微驅(qū)動(dòng)器的效率和壽命都有影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服以上技術(shù)中的不足，提供一種基于雙層平面線圈的軸 向磁通電磁型微驅(qū)動(dòng)器，具有毫米尺寸結(jié)構(gòu)，提高微驅(qū)動(dòng)器在微小尺寸下的效率 及壽命，特別適合微系統(tǒng)中散熱不良的環(huán)境。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括：雙層平面線圈定子、單面 磁鋼轉(zhuǎn)子、雙面磁鋼轉(zhuǎn)子、輸出軸、軸承，單面磁鋼轉(zhuǎn)子、雙面磁鋼轉(zhuǎn)子通過(guò)輸 出軸連接；雙面磁鋼轉(zhuǎn)子位于輸出軸的軸向中心位置，與輸出軸固定連接；兩個(gè) 雙層平面線圈定子位于雙面磁鋼轉(zhuǎn)子的兩側(cè)，通過(guò)軸承與輸出軸連接；兩個(gè)單面 磁鋼轉(zhuǎn)子分別位于兩個(gè)雙層平面線圈定子的外側(cè)，其磁鋼與雙層平面線圈定子的 繞組相對(duì)，與輸出軸固定連接。

所述雙層平面線圈定子上下兩層繞組結(jié)構(gòu)為U字結(jié)構(gòu)線圈，開口靠近基本外 側(cè)，上下兩個(gè)U字結(jié)構(gòu)線圈通過(guò)線圈基板外側(cè)的線圈結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上下兩層互聯(lián)，形 成定子繞組回路，從而去除單層平面線圈中梯形結(jié)構(gòu)中靠近基板外側(cè)的下邊繞組 結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)減少定子線圈中的無(wú)效繞組，增加微驅(qū)動(dòng)器輸出力矩，提高驅(qū)動(dòng)器 效率，減少發(fā)熱。

本發(fā)明中，兩定子三轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮雙層平面線圈定子結(jié)構(gòu)的效率。一個(gè) 雙面磁鋼轉(zhuǎn)子和兩個(gè)單面磁鋼轉(zhuǎn)子與兩個(gè)雙層平面線圈定子的四層平面繞組相 互作用，帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，輸出力矩。三轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)提供靈活輸出，微驅(qū)動(dòng)器可以根 據(jù)需求在轉(zhuǎn)子位置和輸出軸兩端驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的部件。

本發(fā)明通過(guò)雙層平面線圈定子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使得定子繞組效率提高近30％， 相同體積條件下，輸出力矩提高近30％，而軸向尺寸并無(wú)增加；兩定子三轉(zhuǎn)子的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得單位體積內(nèi)的輸出力矩提高，并增加了系統(tǒng)力矩輸出的靈活性， 適合在微系統(tǒng)設(shè)計(jì)中將微驅(qū)動(dòng)器及執(zhí)行部件結(jié)合設(shè)計(jì)。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖