本發(fā)明涉及一種音圈電機。

背景技術(shù)：

音圈電機通常由定子和動子組成，其工作原理為：在定子間隙磁場中放入線圈繞組，線圈通電后產(chǎn)生電磁力，帶動動子和負載作直線運動，改變電流的強弱和極性，即可改變電磁力的大小和方向。由于音圈電機結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、可靠和能量轉(zhuǎn)換效率高，而且電氣與機械時間常數(shù)低，推力/質(zhì)量比高，無齒槽效應(yīng)，不需要換向，靈敏度高，因此在要求快速、高精度定位的光刻機短行程精密定位單元中具有廣泛應(yīng)用。

現(xiàn)有的音圈電機結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括呈長方體形狀的銜鐵1’，位于銜鐵1’上方、截面呈開口朝下的E型鐵芯2’以及套設(shè)于鐵芯2’中部的線圈3’，銜鐵1’和鐵芯2’均由片狀的導(dǎo)磁材料堆疊而成，其中鐵芯2’與線圈3’為定子，銜鐵1’為動子；音圈電機內(nèi)部電磁分布如圖2所示，圖中⊙代表電流流向為垂直紙面向外，代表電流流向垂直紙面向里。當(dāng)線圈3’內(nèi)部通入電流后，在鐵芯2’和銜鐵1’內(nèi)部產(chǎn)生磁場，從而使兩者之間產(chǎn)生引力，銜鐵1’向上方運動并與鐵芯2’吸合，當(dāng)線圈3’斷電時，銜鐵1’向下方運動與鐵芯2’分離。然而采用該種方式設(shè)置的銜鐵1’和鐵芯2’只有當(dāng)線圈3’通電后，兩者距離較近時才能產(chǎn)生引力，且當(dāng)銜鐵1’與鐵芯2’距離很小時，二者引力很大，當(dāng)兩者距離稍遠時，引力急劇變小，因此行程較小，引力波動大，穩(wěn)定性低；此外，該音圈電機不具備重力補償功能，加重了線圈3’沿重力相反方向的推力壓力，從而降低了音圈電機的整體性能，未能滿足光刻機長行程運動和高精度定位需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了克服以上不足，提供了一種具有重力補償功能，且能有效提高行程和穩(wěn)定性的音圈電機。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種音圈電機，包括：

定子，設(shè)有凹槽結(jié)構(gòu)，凹槽結(jié)構(gòu)的數(shù)量≥1；

動子，具有突狀結(jié)構(gòu)，所述突狀結(jié)構(gòu)設(shè)置在上述凹槽結(jié)構(gòu)內(nèi)，且形狀與所述凹槽結(jié)構(gòu)相匹配；

線圈，至少部分設(shè)置在所述凹槽結(jié)構(gòu)內(nèi)。

進一步的，所述音圈電機還包括至少2個磁性單元，所述磁性單元固定設(shè)于所述定子或/和所述動子內(nèi)。

進一步的，所述定子和動子均為由片狀導(dǎo)磁材料堆疊而成的平板型結(jié)構(gòu)。

進一步的，所述凹槽結(jié)構(gòu)、所述突狀結(jié)構(gòu)及所述線圈的數(shù)量比為A:B:C，其中，A、B、C為大于等于1的自然數(shù)，且A＝B≥C。

進一步的，所述凹槽結(jié)構(gòu)、所述突狀結(jié)構(gòu)及所述線圈的數(shù)量比A:B:C為1:1:1，所述凹槽結(jié)構(gòu)為環(huán)形凹槽，所述突狀結(jié)構(gòu)為與所述環(huán)形凹槽匹配的環(huán)形突起，所述線圈為環(huán)形線圈，設(shè)置在所述環(huán)形凹槽底部。

進一步的，所述環(huán)形凹槽或/和所述環(huán)形突起設(shè)有用于容納磁性單元的環(huán)形固定槽。

進一步的，所述凹槽結(jié)構(gòu)、所述突狀結(jié)構(gòu)及所述線圈的數(shù)量比A:B:C為2:2:1，所述凹槽結(jié)構(gòu)通過定子連接部連接形成E型結(jié)構(gòu)，所述突狀結(jié)構(gòu)通過動子連接部連接形成U型結(jié)構(gòu)。

進一步的，所述E型結(jié)構(gòu)或/和所述U型結(jié)構(gòu)設(shè)有用于容納磁性單元的矩形固定槽。

進一步的，所述動子連接部由非金屬材料制成。

進一步的，所述凹槽結(jié)構(gòu)、所述突狀結(jié)構(gòu)及所述線圈的數(shù)量比A:B:C為3:3:2, 所述凹槽結(jié)構(gòu)或/和所述突狀結(jié)構(gòu)設(shè)置有用于容納磁性單元的矩形固定槽。

本發(fā)明提供的音圈電機，一種音圈電機，包括：定子，設(shè)有凹槽結(jié)構(gòu)，凹槽結(jié)構(gòu)的數(shù)量1；動子，具有突狀結(jié)構(gòu)，所述突狀結(jié)構(gòu)設(shè)置在上述凹槽結(jié)構(gòu)內(nèi)，且形狀與所述凹槽結(jié)構(gòu)相匹配；以及線圈，至少部分設(shè)置在所述凹槽結(jié)構(gòu)內(nèi)。本發(fā)明通過設(shè)置與凹槽結(jié)構(gòu)相適配的突狀結(jié)構(gòu)對動子產(chǎn)生與其重力方向相反的重力補償力，不僅能提高電機的穩(wěn)定性，降低了線圈因重力而產(chǎn)生的推力壓力，而且增加了電機的行程，進一步提高了音圈電機的整體性能，有效滿足了光刻機長行程運動和高精度定位需求。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有音圈電機結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是現(xiàn)有音圈電機內(nèi)部電磁分布示意圖；

圖3是本發(fā)明音圈電機實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明音圈電機實施例1的剖面圖；

圖5是本發(fā)明音圈電機實施例1內(nèi)部電磁分布示意圖；

圖6a、6b分別是本發(fā)明音圈電機線圈不通電和通電時重力補償力沿Z軸的曲線圖；

圖7是本發(fā)明音圈電機實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明音圈電機實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是本發(fā)明音圈電機實施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是本發(fā)明音圈電機實施例5的整體結(jié)構(gòu)圖；

圖11是本發(fā)明音圈電機實施例5的結(jié)構(gòu)展開圖。

圖1-2中所示：1’、銜鐵；2’、鐵芯；3’、線圈；

圖3-11中所示：1、定子；101、凹槽結(jié)構(gòu)；102、定子連接部；環(huán)形凹槽；2、動子；201、突狀結(jié)構(gòu)；202、動子連接部；3、線圈；4、磁性單元；401、內(nèi)環(huán)磁鐵；402、外環(huán)磁鐵；501、矩形固定槽；601、環(huán)形固定槽。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細描述：

實施例1

如圖3所示，本發(fā)明提供一種音圈電機，包括：

定子1，本發(fā)明中定子1為鐵芯，設(shè)有凹槽結(jié)構(gòu)101，凹槽結(jié)構(gòu)101的數(shù)量≥1；動子2，本發(fā)明中動子為銜鐵，具有突狀結(jié)構(gòu)201，所述突狀結(jié)構(gòu)201設(shè)置在上述凹槽結(jié)構(gòu)101內(nèi)，且形狀與所述凹槽結(jié)構(gòu)101相匹配；線圈3，至少部分設(shè)置在所述凹槽結(jié)構(gòu)101內(nèi)。本發(fā)明通過設(shè)置與凹槽結(jié)構(gòu)101相適配的突狀結(jié)構(gòu)201對動子產(chǎn)生與其重力方向相反的重力補償力，不僅能提高電機的穩(wěn)定性，降低了線圈3因重力而產(chǎn)生的推力壓力，而且增加了電機的行程，進一步提高了音圈電機的整體性能，有效滿足了光刻機長行程運動和高精度定位需求。

優(yōu)選的，所述音圈電機還包括至少2個磁性單元4，所述磁性單元4固定設(shè)于所述定子1或/和所述動子2內(nèi)。通過磁性單元4對動子產(chǎn)生與其重力方向相反的重力補償力，不僅能提高電機的穩(wěn)定性，降低了線圈因重力而產(chǎn)生的推力壓力；同時在鐵芯內(nèi)設(shè)置凹槽結(jié)構(gòu)101，并使銜鐵與凹槽結(jié)構(gòu)101相適配，增加了電機的行程，進一步提高了音圈電機的整體性能，有效滿足了光刻機長行程運動和高精度定位需求。

優(yōu)選的，所述定子1和動子2均為由片狀導(dǎo)磁材料堆疊而成的平板型結(jié)構(gòu)。所述凹槽結(jié)構(gòu)101、所述突狀結(jié)構(gòu)201及所述線圈3的數(shù)量比為A:B:C，其中，A、B、C為大于等于1的自然數(shù)，且A＝B≥C，優(yōu)選的，凹槽結(jié)構(gòu)101、突狀結(jié)構(gòu)201及線圈3的數(shù)量比A:B:C為2:2:1，本實施例中，凹槽結(jié)構(gòu)101、突狀結(jié)構(gòu)201及線圈3的數(shù)量A、B、C分別為2、2、1，凹槽結(jié)構(gòu)101通過定子連接部102連接形成E型結(jié)構(gòu)，突狀結(jié)構(gòu)201通過動子連接部202連接形成U型結(jié)構(gòu)，如圖4所示，所述動子連接部202由非金屬材料制成，采用該種設(shè)計方式可降低動子重量。

所述E型結(jié)構(gòu)或/和所述U型結(jié)構(gòu)設(shè)有用于容納磁性單元4的矩形固定槽501，具體的，矩形固定槽501設(shè)置在凹槽結(jié)構(gòu)101開口的兩側(cè)，磁性單元4的數(shù)量為4塊，分別設(shè)置在該矩形固定槽501內(nèi)，音圈電機內(nèi)部的電磁分布如圖5所示，其中⊙代表電流流向為垂直紙面向外，代表電流流向垂直紙面向里。定子1、動子2與磁性單元4內(nèi)部均存在磁場，由于兩組磁性單元4的磁力線需穿過空氣或真空才能閉合，但空氣或者真空的磁阻比構(gòu)成銜鐵的導(dǎo)磁材料的磁阻大，磁力線將會從磁阻較小的介質(zhì)，即從銜鐵中通過，因此，磁性單元4對銜鐵產(chǎn)生一個與重力方向相反的力，即重力補償力。線圈3內(nèi)不通電和通電時沿Z軸方向(即與重力相反的方向)對銜鐵產(chǎn)生的重力補償力如圖6a、6b所示，當(dāng)線圈3不通電時，磁性單元4對銜鐵的重力補償力小于銜鐵和負載(圖中未標(biāo)出)的重力，此時銜鐵會帶著負載向下方運動，遠離鐵芯，到達虛線框的位置；當(dāng)線圈3內(nèi)通入圖5所示方向電流時，鐵芯和線圈3對銜鐵產(chǎn)生引力，與磁性單元4產(chǎn)生的重力補償力共同作用，使銜鐵向上方運動，靠近鐵芯；當(dāng)線圈3內(nèi)通入與圖5相反方向電流時，鐵芯和線圈3對銜鐵產(chǎn)生斥力，加速銜鐵和負載向下方運動。因此可通過調(diào)整線圈3內(nèi)電流的大小和方向以滿足音圈電機的運動行程和速度需求。

需要說明的是，根據(jù)實際需要也可將銜鐵作為定子1，鐵芯作為動子2，工作原理相同。

實施例2

如圖7所示，與上述實施例不同的是，該實施例中，矩形固定槽501設(shè)置在突出結(jié)構(gòu)201的中部，具體的，磁性單元4設(shè)有2塊，由于鐵芯同樣是由導(dǎo)磁材料構(gòu)成，其磁阻比空氣的磁阻小，因此該組磁性單元4的磁力線將會從磁阻較小的介質(zhì)，即從鐵芯中通過，與鐵芯產(chǎn)生相互作用力，由于鐵芯為定子1，銜鐵為動子2，因此亦可看成是磁性單元4對銜鐵產(chǎn)生與重力方向相反的重力補償力。

實施例3

如圖8所示，與上述實施例不同的是，本實施例中，凹槽結(jié)構(gòu)101開口兩側(cè)和突出結(jié)構(gòu)201的中部均設(shè)有與磁性單元4相適配的矩形固定槽501，磁性單元4的數(shù)量為6塊，分別設(shè)置在凹槽結(jié)構(gòu)101開口兩側(cè)的矩形固定槽501和突出結(jié)構(gòu)201中部的矩形固定槽501內(nèi)，同理，凹槽結(jié)構(gòu)101開口兩側(cè)的矩形固定槽501中的磁性單元4的磁力線從銜鐵中通過，對其產(chǎn)生向上的重力補償力，而突出結(jié)構(gòu)201中部的矩形固定槽501內(nèi)的一組磁性單元4的磁力線從鐵芯中通過，與鐵芯產(chǎn)生引力，也看作對銜鐵產(chǎn)生重力補償力，如此設(shè)置可有效提高重力補償力，進一步減少線圈3對銜鐵和負載沿重力反方向的推力壓力。

實施例4

如圖9所示，與上述實施例不同的是，本實施例中凹槽結(jié)構(gòu)101、所述突狀結(jié)構(gòu)201及所述線圈3的數(shù)量比A:B:C為3:3:2,本實施例中，凹槽結(jié)構(gòu)101、突狀結(jié)構(gòu)201及線圈3的數(shù)量A、B、C分別為3、3、2，凹槽結(jié)構(gòu)101或/和突狀結(jié)構(gòu)201設(shè)置有用于容納磁性單元4的矩形固定槽501，具體的，銜鐵的數(shù)量也可為三塊，位置分別與所述凹槽結(jié)構(gòu)101相對應(yīng)，銜鐵之間通過非金屬材料連接，形成開口向上的E型結(jié)構(gòu)，凹槽結(jié)構(gòu)101的開口兩端設(shè)有與磁性單元4相適配的矩形固定槽501。

實施例5

如圖10-11所示，與上述實施例不同的是，本實施例中鐵芯和銜鐵均為一側(cè)開口的圓筒形狀，凹槽結(jié)構(gòu)101、突狀結(jié)構(gòu)201及所述線圈3的數(shù)量比A:B:C為1:1:1，所述凹槽結(jié)構(gòu)101為環(huán)形凹槽，所述突狀結(jié)構(gòu)201為與環(huán)形凹槽匹配的環(huán)形突起，所述線圈3為環(huán)形線圈，設(shè)置在環(huán)形凹槽底部，環(huán)形凹槽或/和環(huán)形突起設(shè)有用于容納磁性單元4的環(huán)形固定槽601。具體的，磁性單元4的數(shù)量為2個，分別為內(nèi)環(huán)磁鐵401和外環(huán)磁鐵402，環(huán)形固定槽601也設(shè)有2個，分別 與內(nèi)環(huán)磁鐵401和外環(huán)磁鐵402相適配。

實施例6

與實施例5不同的是，本實施例中銜鐵內(nèi)也設(shè)有與磁鐵單元4相適配的環(huán)形固定槽(圖中未標(biāo)出)，磁鐵單元4的數(shù)量為3個，分別設(shè)置在鐵芯和銜鐵內(nèi)的環(huán)形固定槽601內(nèi)。

綜上所述，本發(fā)明提供的音圈電機，一種音圈電機，包括：定子1，設(shè)有凹槽結(jié)構(gòu)101，凹槽結(jié)構(gòu)101的數(shù)量1；動子2，具有突狀結(jié)構(gòu)201，所述突狀結(jié)構(gòu)201設(shè)置在上述凹槽結(jié)構(gòu)101內(nèi)，且形狀與所述凹槽結(jié)構(gòu)101相匹配；以及線圈3，至少部分設(shè)置在所述凹槽結(jié)構(gòu)101內(nèi)。本發(fā)明通過設(shè)置與凹槽結(jié)構(gòu)101相適配的突狀結(jié)構(gòu)201對動子2產(chǎn)生與其重力方向相反的重力補償力，不僅能提高電機的穩(wěn)定性，降低了線圈因重力而產(chǎn)生的推力壓力，而且增加了電機的行程，進一步提高了音圈電機的整體性能，有效滿足了光刻機長行程運動和高精度定位需求。

雖然說明書中對本發(fā)明的實施方式進行了說明，但這些實施方式只是作為提示，不應(yīng)限定本發(fā)明的保護范圍。在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)進行各種省略、置換和變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。