[发明专利]基于双层平面线圈的轴向磁通电磁型微驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种微机电技术领域的轴向磁通电磁型微驱动器，特别是一 种基于双层平面线圈的轴向磁通电磁型微驱动器。

背景技术

电磁型微驱动器一般分为轴向磁通和径向磁通结构。径向磁通结构线圈结构 易于实现，径向尺寸小，但这种结构实现大输出力矩的代价是轴向尺寸很大，是 径向尺寸的几倍以上(径向尺寸在毫米尺度，而轴向尺寸在厘米尺度)，很难应 用在微系统内部。同时径向磁通结构的定子线圈是在圆周内分布，不利于目前微 细加工工艺实现。轴向磁通结构的定子一般为平面线圈。输出相同力矩，采用轴 向向磁通结构的微驱动器轴向尺寸大大缩小，与径向尺寸处于同一尺度内。其平 面定子结构也易于目前微细加工工艺实现。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号为：200710037892.2，名称 为：定子内嵌式电磁悬浮转子微马达，该专利自述为：“上定子和下定子都设在 中间基体上，和中间基体形成固定联结，盒形微转子呈中空的圆形盒子形状，盒 形微转子在上定子和下定子的电磁力作用下稳定悬浮在中间基体的外缘，中间基 体上分布有八块旋转线圈，它们分成两组四相线圈。本发明采用了盒形微转子和 定子内嵌式结构，可增加悬浮微转子的悬浮刚度和侧向稳定刚度，同时中间基体 在盒形微转子不工作的时候起到对微转子限位的作用”。

检索中还发现，中国专利申请号为03116583.4名称为：双稳态电磁型微驱 动器及其制备方法，该专利自述为：“一种双稳态电磁型微驱动器及其制备方法， 以分布于基体上的软磁衬底为基础，其上分两侧对称设置一对永磁体基座，软磁 性扭梁通过软磁过渡层安置在一对基座之上形成桥式结构，桥的两侧衬底上分别 设置一组包含铁芯的平面绕组；扭梁中部的两侧双向水平伸展软磁性悬臂梁，悬 臂梁两端处于平面绕组的上方，并在悬臂梁和绕组之间形成可供悬臂梁运动的气 隙。”在上述构造中，永磁体借助衬底的联系作用与扭梁、悬臂梁和绕组构成两 个并联磁回路，借助绕组中脉冲电流方向的改变可以任意选择其中气隙之一闭 合，靠永磁力实现双稳态。

两种专利都是采用单层平面线圈，线圈的形状为梯形形状，线圈在平面内需 要自形成回路；定子绕组中与转子相互作用产生驱动力的有效部分是切割磁力线 的绕组。单层平面线圈为在平面内构成回路而制备成梯形形状，梯形的上下平行 两边都是为形成回路的无效绕组，尤其是梯形下边长的绕组其长度近整个绕组的 1/3。这种单层平面线圈结构不但降低单位体积的输出功率，而且微驱动器的发 热比较严重，对微驱动器的效率和寿命都有影响。

发明内容

本发明的目的在于克服以上技术中的不足，提供一种基于双层平面线圈的轴 向磁通电磁型微驱动器，具有毫米尺寸结构，提高微驱动器在微小尺寸下的效率 及寿命，特别适合微系统中散热不良的环境。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：双层平面线圈定子、单面 磁钢转子、双面磁钢转子、输出轴、轴承，单面磁钢转子、双面磁钢转子通过输 出轴连接；双面磁钢转子位于输出轴的轴向中心位置，与输出轴固定连接；两个 双层平面线圈定子位于双面磁钢转子的两侧，通过轴承与输出轴连接；两个单面 磁钢转子分别位于两个双层平面线圈定子的外侧，其磁钢与双层平面线圈定子的 绕组相对，与输出轴固定连接。

所述双层平面线圈定子上下两层绕组结构为U字结构线圈，开口靠近基本外 侧，上下两个U字结构线圈通过线圈基板外侧的线圈结构实现上下两层互联，形 成定子绕组回路，从而去除单层平面线圈中梯形结构中靠近基板外侧的下边绕组 结构。该结构减少定子线圈中的无效绕组，增加微驱动器输出力矩，提高驱动器 效率，减少发热。

本发明中，两定子三转子结构充分发挥双层平面线圈定子结构的效率。一个 双面磁钢转子和两个单面磁钢转子与两个双层平面线圈定子的四层平面绕组相 互作用，带动转轴旋转，输出力矩。三转子结构提供灵活输出，微驱动器可以根 据需求在转子位置和输出轴两端驱动相应的部件。

本发明通过双层平面线圈定子结构的设计，使得定子绕组效率提高近30％， 相同体积条件下，输出力矩提高近30％，而轴向尺寸并无增加；两定子三转子的 结构设计，使得单位体积内的输出力矩提高，并增加了系统力矩输出的灵活性， 适合在微系统设计中将微驱动器及执行部件结合设计。

附图说明

图1本发明结构示意图