一种电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置及其驱动方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置，包括控制板卡，控制板卡通过导线连接有功率放大器，功率放大器通过导线连接有电路板，电路板上方设置有玻璃薄板，玻璃薄板上方设置有致动器阵列，致动器阵列上方设置有被驱动薄板。解决了现有基于电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置成本高，控制复杂和结构不够紧凑，安装不便，高功耗的问题。本发明专利技术还公开了上述微型平面马达装置的驱动方法。

A micro planar motor device for electromagnetic digital actuator array and its driving method

The invention discloses a device for miniature planar motor digital electromagnetic actuator array, including control board, control board card wire connected with the power amplifier, the power amplifier is connected with a circuit board through a wire, a glass plate arranged above the circuit board and the glass plate is provided with a driven actuator array, sheet set above the actuator array. The existing micro planar motor device based on electromagnetic digital actuator array solves the problems of high cost, complex control, compact structure, inconvenient installation and high power consumption. The invention also discloses the driving method of the micro plane motor device.

【技术实现步骤摘要】
一种电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置及其驱动方法
本专利技术属于微型机械平面马达
，涉及一种电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置，本专利技术还涉及上述微型平面马达装置的驱动方法。
技术介绍
在现今的微机电系统中，致动器是一种将输入能量转化为机械输出的装置，例如机械运动，力亦或二者的结合。在这类系统中，最常见的致动器就是基于模拟控制的致动器，它们的运动单元可以到达工作行程内的任意位置。这类致动器一般有如下优点，在工作范围内连续控制，高性能，高可靠性等。为了获得这些优点，闭环控制和相应的反馈传感器都被应用在了这类型致动器上。然而，由于闭环控制以及相应的反馈传感器的应用，其控制也会相应的复杂化，以确保其高性能水平或完成复杂任务的能力。反馈传感器的安装集成有可能也会为此类致动器设计带来问题，尤其是当这类致动器被应用于紧凑的或者高度集成化的微机电系统中时,安装空间的限制就会体现出来。另外，要使运动单元保持在被要求的位置，同时抵抗外界的干扰，持续的能量输入也是必不可少的。这也将给此类系统带来焦耳热效应的影响或者系统故障。为了解决这些由于设计原理带来的缺陷，另一种基于数字控制的致动器被开发了出来。此类基于数字控制的致动器，其运动单元能够在确定的、有限的分离位置(称为稳态位置)之间被驱动。另外，这些分离位置是在加工过程中确定的。而分离位置中间的位置为过渡暂态位置，在通常情况下是不能被保持的。基于其数字驱动设计原理，此类致动器，具有如下优点：首先，开环控制。此类致动器将采用开环控制，反馈传感器将不在必要。其次，控制信号简单。通常情况下只需要能量脉冲输入就可以完成运动单元的驱动。另外，低能耗。此类致动器采用数字控制，能量输入仅仅用来驱动运动单元运动，保持运动部分在分离位置不需要任何能量输入。当然，相比于模拟致动器，此类致动器也有着两个主要缺陷。首先，对加工精度有要求。不能通过调整控制来补偿加工误差。其次，工作行程有限。但是，这个缺陷可以通过集成化多个致动器来实现行程的倍增。微型平面马达装置是一种在平面平台上完成精确移动或运输实现位移输出任务的平台型装置。运动距离(x，y)方向一般不超过10cm。这种微型移动平台大多由模拟致动器组成，精度也较高，并且应用于各种微平面位移输出场合，例如光学阵列开关和微操作平台。然而，成本高，控制复杂和结构不够紧凑，安装不便，高功耗等因为基于模拟致动器而导致的固有缺陷也存在于这类平面马达装置中。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置，其结构简单紧促，安装方便。本专利技术的另一目的是提供一种电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置的驱动方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种基于电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置，包括控制板卡，控制板卡通过导线连接有功率放大器，功率放大器通过导线连接有电路板，电路板上方设置有玻璃薄板，玻璃薄板上方设置有致动器阵列，致动器阵列上方设置有被驱动薄板。本专利技术的特点还在于，控制板卡为单片机或数字信号输出卡，功率放大器为电压电流转换器或可控硅。电路板为双面印制的PCB电路板。玻璃薄板的厚度为0.5mm。被驱动薄板为轻质磁绝缘薄板。电路板的厚度为0.4mm，致动器阵列包括至少4个致动器单元，致动器单元包括一个被驱动运动永磁铁和四个固定永磁铁。电路板上的铜线正反正交垂直布置，且分别位于电路板的两侧，正反正交的铜线的中心位置与被驱动运动永磁铁对应设置。被驱动运动永磁铁和固定永磁铁设置为圆柱形磁铁或立方体形状磁铁。圆柱形磁铁的直径为0-20mm，高度为0-8mm。立方体磁铁边长为0-20mm。本专利技术所采用的另一技术方案是，一种电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置的驱动方法，具体按照以下步骤实施：步骤1.根据实际需求确定致动器阵列的运行面积，选择致动器单元的个数；步骤2.对电路板所有相应移动方向的导线施加同向电流脉冲，使所有致动器单元被驱动运动永磁铁产生位移，从一个稳态位置移动到另一个稳态位置，由于相对位移的产生使得致动器单元与设置在其上方的被驱动薄板间存在摩擦力，在该摩擦力的作用下，被驱动薄板实现向致动器驱动方向的单步位移输出；步骤3.对少于致动器单元总数的一半的致动器单元相对应的电路板相应的导线中施加反向电流脉冲，使得相应的致动器单元回到初始稳态位置；步骤4.对致动器阵列中剩余未回复到初始位置的致动器单元重复步骤3直到致动器阵列所有致动器单元均回复移动到初始稳态位置，在重复步骤3时，每次驱动的致动器单元的数不大于致动器单元总数的一半；步骤5.依次重复实施步骤1到步骤4，即可实现被驱动薄板连续步长的位移输出。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术结构简单、开环控制，数字控制驱动致动器只需要电流脉冲，无需反馈传感器的安置，因此相比模拟致动器的装置其成本较低，安装结构紧凑；(2)由于采用电流脉冲驱动，发热少，能够有效避免焦耳效应；(3)由于采用电磁驱动的方式，致动器驱动速度快，响应快，无迟滞；(4)通过将数字控制的致动器设计为阵列形式，使用者可以有效灵活的根据不同的需求，增多或减少阵列中致动器单元的个数，从而确定该装置最终的平面位移行程，同时避免了传统单个致动器行程有限的缺点；(5)致动器单元中，被驱动运动永磁铁与固定永磁铁呈反向磁化强度放置，从而由于永磁铁间静磁场吸引力的作用，被驱动磁铁在框架中总保持在4角位置其中之一，这种状态不需要能量维持，也被成为稳态位置，即每个致动器单元有4个稳态位置，从而确定了致动器的四种稳定状态，且保持稳定状态不需能量，每两个稳定状态确定了致动器单元的一个运动方向。附图说明图1是本专利技术一种电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置的结构示意图；图2是本专利技术一种电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置的一种实施例图；图3是本专利技术一种电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置的左视图；图4是本专利技术一种电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置的驱动方法的一种实施例图；图5是本专利技术一种电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置的驱动方法的被驱动薄板沿X方向移动的示意图；图6是本专利技术一种电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置的驱动方法的被驱动薄板沿Y方向移动的示意图；图7是本专利技术一种电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置的驱动方法的被驱动薄板沿Y＝X方向移动的示意图；图8是本专利技术一种电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置的驱动方法的被驱动薄板旋转移动的示意图。图中，1.控制板卡，2.功率放大器，3.电路板，4.玻璃薄板，5.致动器阵列，6.被驱动薄板，51.致动器单元，52.被驱动运动永磁铁，53.固定永磁铁。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供的一种电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置，其结构如图1所示，包括控制板卡1，控制板卡1通过导线连接有功率放大器2，功率放大器2通过导线连接有电路板3，如图2所示，电路板3上方设置有玻璃薄板4，玻璃薄板4上方设置有致动器阵列5，致动器阵列5上方设置有被驱动薄板6。控制板卡1为单片机或数字信号输出卡，功率放大器2为电压电流转换器或可控硅。电路板3为双面印制的电路板。玻璃薄板4的厚度为0.5mm。被驱动薄板6为轻质磁绝缘薄板。电路板3的厚度为0.4mm，致动器阵列5包括至少4个致动器单元51，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置，其特征在于，包括控制板卡(1)，所述控制板卡(1)通过导线连接有功率放大器(2)，所述功率放大器(2)通过导线连接有电路板(3)，所述电路板(3)上方设置有玻璃薄板(4)，所述玻璃薄板(4)上方设置有致动器阵列(5)，所述致动器阵列(5)上方设置有被驱动薄板(6)。

【技术特征摘要】
1.一种电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置，其特征在于，包括控制板卡(1)，所述控制板卡(1)通过导线连接有功率放大器(2)，所述功率放大器(2)通过导线连接有电路板(3)，所述电路板(3)上方设置有玻璃薄板(4)，所述玻璃薄板(4)上方设置有致动器阵列(5)，所述致动器阵列(5)上方设置有被驱动薄板(6)。2.根据权利要求1所述的一种电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置，其特征在于，所述控制板卡(1)为单片机或数字信号输出卡，所述功率放大器(2)为电压电流转换器或可控硅。3.根据权利要求1所述的一种电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置，其特征在于，所述电路板(3)为双面印制的PCB电路板。4.根据权利要求1所述的一种电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置，其特征在于，所述玻璃薄板(4)的厚度为0.5mm，所述电路板(3)的厚度为0.4mm。5.根据权利要求1所述的一种电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置，其特征在于，所述被驱动薄板(6)为轻质磁绝缘薄板。6.根据权利要求3所述的一种电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置，其特征在于，所述致动器阵列(5)包括至少4个致动器单元(51)，所述致动器单元(51)包括一个被驱动运动永磁铁(52)和四个固定永磁铁(53)。7.根据权利要求6所述的一种电磁数字致动器阵列的微型平面马达装置，其特征在于，所述电路板(3)上的铜线正反正交垂直布置，且分别位于电路板(3)的两侧，正反正交的铜线的中心位置与被驱动运动永磁铁(52)对应设置。8.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：呼延鹏飞，毕宏彦，窦浩，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61