电磁电机的制作方法

文档序号:8397670阅读:340来源:国知局
电磁电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电机领域,包括电动机和发电机,具体涉及一种电磁电机。
【背景技术】
[0002]电磁电机已有近200年的历史,用于基于电磁效应进行电能与机械能之间的转换。由于发电机与电动机的可逆性,本文中所称电机既包括发电机也包括电动机,或者是具有双重功能的可逆电机。简明起见,以下以电动机为例进行讨论,但本领域技术人员悉知,所涉及的技术也适用于发电机。
[0003]经过漫长的发展,电磁电机具有丰富的种类,但通常都具有定子和动子,本文中,将电机中运动的部件称为动子,将电机中相对固定的部件称为定子。可以按照不同的特性对电机的种类进行划分,例如,按照驱动电流,可分为直流电机和交流电机;按照定子与动子的结构,可分为轴向电机和盘式电机;按照励磁方式,可分为带励磁绕组的电机和不带励磁绕组的电机;按照动子的运动形态,可分为旋转电机和直线电机,其中旋转电机的动子又称为转子。上述不同特性可以叠加存在,产生各种不同形态的电机。
[0004]传统电机中的绕组通常采用铜线绕制而成,为保证绕线的一致性,有时使用专门的绕线设备进行绕制。这使得传统电机难以进入某些应用领域,例如微型电机领域。在这些领域,发展出其他类型的电机来取代电磁电机。例如超声电机(USM,Ultra Sonic Moto)。但是超声电机也有其局限性,工作电压高,制作的一致性不好,在共振模态下工作,生产效率不高等。

【发明内容】

[0005]依据本发明提供一种电磁电机,包括定子和动子,定子或动子之一具有绕组,或二者皆具有绕组,其中,至少一个绕组由印刷电路制成。
[0006]依据本发明的电磁电机,使用印刷电路作为绕组,不仅节省了用铜线绕制绕组的工时以及铜材料,且能够实现精确的线路设计,有利于电磁电机的小型化。
[0007]以下结合附图,对依据本发明的具体示例进行详细说明。
【附图说明】
[0008]图1是依据本发明的一种轴向电机的定子和动子截面示意图;
图2是依据本发明的一种4层印刷电路的绕线方式示意图;
图3是依据本发明的另一种4层印刷电路的绕线方式示意图;
图4是依据本发明的一种印刷电路的平面布置方式示意图;
图5是实施例1的盘式电机的结构示意图;
图6是实施例1中动子的磁极面示意图;
图7是实施例2的盘式电机的定子和动子端面示意图;
图8是实施例2中定子和动子的磁芯与PCB或FPC绕组的组合示意图; 图9是实施例3的复合式电机定子和动子端面示意图;
图10是实施例3中定子端面的磁芯与PCB或FPC绕组的组合示意图;
图11是实施例4的直线电机的结构示意图;
图12是实施例4中定子的磁芯与PCB或FPC绕组的组合示意图;
图13是依据本发明的另一种直线电机的结构示意图。
【具体实施方式】
[0009]依据本发明的电磁电机的一个示例结构可参照图1,不失一般性地,图1中以轴向电机为例进行说明,适用于本发明的电机可以是其他类型的电机,例如盘式电机、直线电机等。本示例中,电机包括定子11和动子12,定子和动子均具有绕组13 (简明起见,图中只画出了位于一个绕线槽中的绕组),这些绕组由印刷电路制成。当然,根据具体的电机设计,定子或动子也可以只有一者具有绕组。
[0010]本发明所称印刷电路可制作于硬板,例如印刷电路板(PCB, Print CircuitBoard),也可制作于软板,例如柔性印刷电路板(FPC, Flexi ble Printed Circuit)。每一块PCB或FPC可以具有单层电路,也可以由两层以上电路组成,例如两层、四层、六层、八层、十层、十二层电路等。采用多层电路能够大幅压缩绕组所占的空间,减少线材成本,降低电阻损耗,减少发热。
[0011]印刷电路采用导电材料制成,例如可采用常规的铜材料或者其他金属及其复合材料,也可优选地采用超导材料,从而大幅降低电机的铜损和发热,提高电机的性能和可靠性,并有利于减小尺寸。例如已有提出的锡氟(Stanene)复合超导材料(斯坦福大学,张首晟教授),由其制成的锡氟单层晶格复合材料薄膜,其边缘具有常温下的超导性能,将这种超导薄膜材料用于PCB或FPC的电路制作,将带来优越的性能。
[0012]一个绕组可以由一块PCB或FPC来实现,也可以由两块以上PCB或FPC或二者的混合来实现。基于成熟的印刷电路制作技术,可以按照预定的线圈构造对印刷电路的结构进行排布,以整体(一块PCB或FPC)或多块拼装(端部需要连接的线路进行焊接)的方式来实现所需要的绕组。参见图2、图3和图4,示出了几种典型的印刷电路排布方式,图中箭头为示例的电流方向,本领域技术人员容易理解,可以根据绕组需要的构造相应设计印刷电路的排布和/或拼装方式。其中,图2中示出了轴向多层重叠的平面螺旋绕线方式,先在单层进行螺旋绕线然后通过穿孔进入另一层继续进行螺旋绕线,每一层螺旋电路可以是一块单层的PCB或FPC,也可以是多层PCB或FPC中的一层,层间通过导电通孔进行连接(下同)。图3中示出了径向多层嵌套的立体螺旋绕线方式,先在不同的层间螺旋绕线,再从内到外(或从外到内)进行立体螺旋绕线,可视为多个不同直径的立式线圈的嵌套。图4中示出了一种印刷电路的平面布置方式,采用FPC制作,按照虚线所示将FPC的端部进行焊接即可形成一组螺旋绕线,图4中印刷电路的布置方式也适用于PCB,不过由于PCB不可弯折,因此需要两块以上PCB进行拼接来形成螺旋绕线,图4中仅示出了一层线路布置,也可以有多层,分别进行对位焊接即可。
[0013]图1中绕组103可采用各种适合的印刷线路制成,例如可采用图4中的FPC制成,将一块或多块FPC (单层或多层)插入线圈槽内,绕过定子11 (或动子12)对应的部位后将端部焊接在一起即可获得需要的绕组,这种绕线方法加工简单,成本低且绕组更为轻巧,因此损耗也更小。由于线圈槽的不规则性,可以使用多块PCB或FPC来充分利用空间,此外,采用多层或多条FPC也有利于增加线圈的匝数。在实际生产中,为有利于散热以及绕组的固定,还可以为PCB或FPC制作散热包裹,例如可以使用导热胶对放置PCB或FPC绕组后的线圈槽进行灌注等。
[0014]在空间结构允许的情况下,定子(或动子)的全部绕组可印刷在单块PCB或FPC上,以获得更加紧凑和经济的电机。PCB或FPC上未印制电路的部分可以根据需要进行保留或开孔,以便于与定子或动子的机械结构进行配合,具体可根据实际需要进行设计。
[0015]由印刷电路充当的绕组,在将电路从PCB或FPC引出后即可按照所需要的电路连接方式进行连接,可以与传统铜线绕制的绕组的连接方式类似,不再赘述。因此,依据本发明的电机可采用传统的交流或直流驱动方式,也可采用步进驱动方式。通常,步进电机的运动控制是通过交替变换磁极的极性来实现的,电机的一步对应于一个磁极的位置,一般最小步长精度为一步或者半步,依据本发明的电机由于绕组采用PCB或FPC制作,因此,很多的控制芯片可以集成在PCB或FPC上,这大大方便了步进电机的控制实现。
[0016]以下通过具体实施例来对依据本发明的电磁电机进行举例说明。其中涉及前述已经详细描述的内容,例如可选的绕线方式等将不再赘述。
[0017]实施例1
依据本发明的电磁电机的一种实施方式可参考图5和图6,为一种盘式电机,包括定子101和动子102,其定子和动子具有中空结构,动子套设在定子之外。具体结构为,定子101表现为中空的定位套筒,固定在基板104 (在本实施例中即为印刷定子绕组的PCB或FPC)上,至少一对动子磁极1022安装在动子的底部,基板上印刷有至少两个定子绕组(例如采用图2或图3所示的绕线方式)1013。动子套设在定位套筒外,能够绕定位套筒旋转;动子可以是一个纯铁芯,这种情况下,动子的磁极1022可以简单地嵌在铁芯中;动子也可以由塑胶等非磁性材料制成,动子的磁极1022安装在非磁性材料表面或嵌入其中;磁极不必突出端面,可通过增加一个罩壳使得磁极与罩壳的端面齐平甚至略微凹陷。当按一定规律向定子绕组供给交流或直流电时,在定子绕组与动子磁极之间将产生一个旋转磁场,该磁场通过磁极带着动子一起转动。
[0018]本实施例中,定子的全部绕组印刷在一整块PCB或FPC上,使得电机的整体结构紧凑;且动子套设在定子之外,形成空心的套筒结构,在某些特殊领域,例如光学领域具有很大的应用价值,可用于安装例如透镜组。在其他实施方式中,也可以是定子套设在动子之夕卜,或者,动子也可以是实心的,这样虽不便用于光学应用,但可用于例如机械传动等应用。
[0019]实施例2
依据本发明的电磁电机的另一种实施方式可参考图7和图8,为一种盘式电机,包括定子201和动子202,与实施例1相比,主要区别在于动子具有用作励磁绕组的动子绕组2023。具体结构包括,动子的转子套筒2021套设在定子套筒2011内,定子基板204上还设置有两个定子电极(导电环)2014,两个动子电极(导电弹簧片)2024设置在动子基板(在本实施例中即为印刷动子绕组2023的PCB
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