[发明专利]一种具有多层复合哈尔巴赫磁极阵列的圆筒型音圈电机

说明书

本发明提供一种具有多层复合哈尔巴赫磁极阵列的圆筒型音圈电机，包括：由外层向内层依次配置的外层背铁、外层磁铁、外层线圈、中间层磁铁、内层线圈、内层磁铁和内层背铁；外层磁铁和内层磁铁均为哈尔巴赫阵列，两者对应的径向磁铁充磁方向相同，两者对应的轴向磁铁充磁方向相反；中间层磁铁为径向磁铁阵列，其径向磁铁充磁方向与哈尔巴赫阵列中对应的径向磁铁的充磁方向相同。

技术领域

本发明涉及一种音圈电机，尤其涉及一种具有多层复合哈尔巴赫磁极阵列的圆筒型音圈电机。

背景技术

疲劳试验是在飞行器试飞前对其结构进行循环往复力加载，有效评估其结构刚度、预测寿命的重要一环。传统的结构部件疲劳加载多采用液压伺服技术控制液压缸进行力加载，技术较为成熟，适合千牛级大载荷加载应用。但随着近年来无人机及复合材料技术的迅猛发展，越来越多结构部件采用新型复合材料的轻薄结构以减轻部件重量，例如战斗机雷达罩、无人机机翼等。由于新型轻薄材料特点所限，结构疲劳加载级别通常为百牛级小载荷，如果继续沿用传统的液压加载方式，液压缸的泄露以及摩擦问题会严重影响加载精度。

直线电机作为一种特种电机，可以直接输出直线运动，相比传统旋转电机带运动转换机构复杂系统具有效率高、噪声小、寿命长等突出优势，近年来得到了越来越多研究者的关注。

音圈电机(一种直线电机)通常采用圆筒状结构，永磁作为定子、线圈作为动子。因磁路内部没有齿槽等结构，输出力平稳性得到了保证；此外，轻质线圈作为动子可以实现高频响的运动特性。音圈电机产品和应用较为成熟，在高精度定位系统、高动态系统以及作动系统中均有广泛的应用。美国SMAC、BEI-Kimco作为全球最大的音圈电机工厂开发了一系列音圈电机作动器，可实现1-500N量级的稳定力输出。但由于现有产品通常采用经典轴向阵列，输出力密度较低以及发热严重成为应用到力加载系统中的瓶颈。为了解决输出力密度低的问题，研究者从创新磁极阵列角度开展研究。英国纽卡斯尔大学的Smith采用单层径向交替阵列设计音圈电机定子，但由于该阵列边端磁漏较为严重，输出力密度提升较为有限。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种新型的具有复合哈尔巴赫磁极阵列的多层磁极音圈电机，保证输出力密度的同时降低电机发热、提升电机动态性能。本发明通过以下技术方案实现：

一种具有多层复合哈尔巴赫磁极阵列的圆筒型音圈电机，包括：由外层向内层依次配置的外层背铁、外层磁铁、外层线圈、中间层磁铁、内层线圈、内层磁铁、内层背铁；所述外层磁铁和所述内层磁铁均为哈尔巴赫阵列，两者对应的径向磁铁充磁方向相同，两者对应的轴向磁铁充磁方向相反；所述中间层磁铁为径向磁铁阵列，其径向磁铁充磁方向与所述哈尔巴赫阵列中对应的径向磁铁的充磁方向相同。

其中，所述外层背铁、外层磁铁、中间层磁铁和内层磁铁均为圆筒状结构。

进一步地，所述内层线圈配置在所述内层磁铁和所述中间层磁铁之间，所述外层线圈配置在所述外层磁铁和所述中间层磁铁之间；所述外层线圈和所述内层线圈中的轴向相邻线圈的通电方向均相反。

进一步地，所述外层线圈和所述内层线圈中径向对应的线圈的通电方向相同。(同上，对应二字用不用进一步解释)

进一步地，所述中间层磁铁中的相邻磁铁的充磁方向相反。

进一步地，所述外层线圈和所述内层线圈作为所述圆筒型音圈电机的动子。

进一步地，所述中间层磁铁中的相邻磁铁之间配置不导磁的间隔圆环。其中所述间隔圆环可以通过粘结的方式与两侧的磁铁固定，便于安装固定中间层磁铁。

进一步地，所述外层背铁的两端均具有端盖。

进一步地，所述外层线圈和所述内层线圈均具有线圈支架。

其中，优选的，材料选择为：内层背铁、外层背铁——电工纯铁，磁铁——钕铁硼，线圈——漆包铜线，线圈支架——工程塑料。