一种平板型音圈电机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于机械工程技术领域，尤其涉及一种平板型音圈电机。
【背景技术】
[0002] 基于安培力原理制造的平板型音圈电机结构简单、维护方便、可靠性高、能量转换 效率高，具有固定行程和直接驱动特性、平滑输出、线性控制等特点，而且电气与机械时间 常数低，推力/质量比高，无齿槽效应，不需要换向，理论上有无限的位置灵敏度，无嵌齿、 无滞后响应，使音圈电机可以很好地应用在需要高速、高加速度、高响应速度的伺服控制系 统中，基于上述特性，音圈电机十分适用于要求快速、高精度定位的光刻机短行程精密定位 单元。
[0003] 目前实际工况中所用的平板音圈电机，多采用漆包线绕制的形式，在线圈材料上 少有扩展。
[0004] 图1是传统漆包线形式的单线圈平板音圈电机三维电磁结构（图中省略了线圈框 架及固定两背铁的支承件）。电磁结构包含三个部分，固定磁铁阵列的背铁101、磁铁阵列 102、漆包线绕制的线圈103。
[0005] 图2是传统漆包线形式的单线圈平板音圈电机二维截面图，其出力方向为水平 向。图中201是磁铁N，充磁方向垂直于出力方向向上，202是磁铁S，其充磁方向垂直于出 力方向向下。203是磁铁H1，充磁方向水平向右。204是磁铁H2,充磁方向水平向左。磁铁 H1和H2的作用是增强N和S所在位置的垂向磁密，以增加电机推力。205是漆包线绕制的 线圈，图中的O代表电流流向垂直纸面向外，表示电流流向垂直纸面向里，当线圈通入图 中所示的电流时，线圈会受到X正向的力；当线圈通入与图中所示电流方向相反的电流时， 线圈会受到X负向的力。
【发明内容】
[0006] 为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种能有效减小因制造偏差导致的 推力波动和推力干扰的平板型音圈电机。
[0007] 为了实现上述发明目的，本发明公开一种平板型音圈电机，该音圈电机由磁铁和 线圈板组成，该磁铁由上磁铁阵列和下磁铁阵列组成，该线圈板位于该上磁铁阵列和下磁 铁阵列之间，该线圈板由PCB印刷电路板组成。
[0008] 更进一步地，该音圈电机还包括位于该磁铁外侧的背铁，该上磁铁阵列和下磁铁 阵列通过胶水分别与该背铁固定。
[0009] 更进一步地，该音圈电机还包括用于冷却线圈板的冷却部件。
[0010] 更进一步地，该冷却部件包括上冷却表面和下冷却表面，该上冷却表面位于该上 磁铁阵列和线圈板之间，该下冷却表面位于该线圈板和下磁铁阵列之间。
[0011] 更进一步地，该冷却部件还包括冷却通道，该冷却通道围绕该线圈板设置，该上冷 却表面和下冷却表面将线圈板产生的热量传递给该冷却通道并由冷却通道中的冷却介质 带走，该冷却介质为液体或气体。
[0012] 更进一步地，该上冷却表面和下冷却表面由不锈钢制成。
[0013] 更进一步地，该线圈板、上磁铁阵列和下磁铁阵列的形状均呈矩形。
[0014] 更进一步地，该线圈板包括多个镂空槽，该上冷却和下冷却表面分别包括多个凸 台，该凸台可嵌入该镂空槽内使得该线圈板与该冷却部件紧密贴合。
[0015] 更进一步地，该PCB印刷电路板中的导线层数和匝数大于等于2。
[0016] 更进一步地，该线圈板包括层间连接孔。
[0017] 更进一步地，该线圈板包括顶层和底层导线引出的引接线孔，该音圈电机的驱动 器通过该引接线孔接入。
[0018] 更进一步地，该磁铁阵列为哈贝克阵列，该PCB印刷电路在线圈板内形成一个整 体线圈，该整体线圈包括多个线圈单元，每个该线圈单元的导线均匀且迂回地分布于该线 圈板内并与磁铁阵列的充磁方向配合，使所有处在磁场中的线圈部位受力方向一致。
[0019] 更进一步地，该镂空槽处不设置导线且该镂空槽制作于该线圈板完成之后。
[0020] 更进一步地，该磁铁为定子，该线圈板为动子。
[0021] 与现有技术相比较，本技术方案首次公开一种利用PCB印刷电路板来作为音圈电 机动子的技术方案，因其工艺的优越性，可以使线圈外形尺寸较漆包线方案的线圈更加接 近设计值，减小了因制造偏差导致的推力波动和推力干扰。本技术方案改进了线圈排布方 式，增加了线圈受力面积，进而增加了电机推力。本技术方案的另一个技术优势在于，由于 PCB电路板可以将线圈和线圈、线圈和绝缘结构做成一个整体，因此不再需要固定线圈的框 架。所以，当线圈作为动子结构时，以PCB电路板作线圈的音圈电机形式减小了动子质量， 进而减少了电机发热。
【附图说明】
[0022] 关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了 解。
[0023] 图1是现有技术中漆包线形式单线圈平板音圈电机三维电磁结构示意图； 图2是现有技术中漆包线形式单线圈平板音圈电机二维截面示意图； 图3是本发明所涉及的平板型音圈电机的结构示意图； 图4是本发明所涉及的平板型音圈电机的展开图； 图5是本发明所涉及的平板型音圈电机的二维截面示意图； 图6是本发明所涉及的平板型音圈电机的PCB印刷电路线圈的结构示意图； 图7是本发明所涉及的平板型音圈电机的PCB印刷电路线圈的排布示意图； 图8是本发明所涉及的平板型音圈电机的PCB印刷电路线圈的二维示意图； 图9是本发明所涉及的平板型音圈电机的单片PCB印刷电路的水冷结构示意图； 图10是本发明所涉及的平板型音圈电机的单片PCB印刷电路及其水冷结构二维图； 图11是本发明所涉及的平板型音圈电机的PCB印刷电路板内部线圈的层间排布及连 接方式示意图； 图12是本发明所涉及的平板型音圈电机的电磁仿真曲线示意图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图详细说明本发明的一种具体实施例的平板型音圈电机。然而，应当 将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本发明的技术理念可以与其他 公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。
[0025] 在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语 进行描述，但是应当将"前"、"后"、"左"、"右"、"外"、"内"、"向外"、"向内"、"上"、"下"等词 语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。此外，在以下描述中所使用的"X向"一 词主要指与水平向平行的方向；"Y向"一词主要指与水平向平行，且与X向垂直的方向；"Z 向"一词主要指与水平向垂直，且与X、Y向均垂直的方向。
[0026] 图3是新型平板音圈电机三维结构，图中省略了背铁支承件。301是采用PCB印刷 电路板形式的电机线圈。302是紧贴在PCB板表面、同时嵌入PCB板内部的水冷结构，分上 下两层，两层合起来将PCB板夹在中间，并形成水道305。303是磁铁阵列，304是磁铁阵列 的背铁，磁铁阵列通过用胶水粘结的方式与背铁固连。
[0027] 图4是图3的展开图。处在中心位置的是PCB线圈板301 ;上下水冷结构分别是 302a、302b;上下磁铁阵列分别是303a、303b;上下背铁分别是304a、304b;PCB线圈板中的 槽407是在PCB板做完成后加工出来的，在该位置处没有导线，因此可以将其掏空。上下两 块水冷结构紧密贴合PCB板，平面405贴合PCB板上下表面；凸台406嵌入PCB板内部的槽 407。水冷板采用导热性能较好的不锈钢，平面405和凸台406将线圈301产生的热量传传 递至水道305,由水道305内所通入的水将PCB线圈所产生的热量带走，以减小线圈内部和 表面温升。
[0028] 上水冷结构302a位于上磁铁阵列303a和线圈板301之