用于電動馬達(dá)的柔性繞組及其制造方法
【專利摘要】一種用于無刷旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的柔性繞組，包括柔性襯底。第一繞組電路設(shè)置在襯底的第一側(cè)上。柔性襯底被卷成基本圓柱體的形狀，以便第一繞組電路形成適用于電機(jī)(例如旋轉(zhuǎn)馬達(dá))的繞組。
【專利說明】用于電動馬達(dá)的柔性繞組及其制造方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2011年4月11日提交的未決的美國臨時申請N0.61/474,141的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過引用并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及電機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及用于電機(jī)中的繞組。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的裝置可實(shí)施為具有永磁轉(zhuǎn)子磁場和電磁定子磁場的無槽、無刷馬達(dá)，其中通過具有定子背鐵結(jié)構(gòu)的三相氣隙繞組產(chǎn)生定子磁場。繞組布置在平面柔性印刷電路上，該平面柔性印刷電路被卷成圓柱體以便將相分離成120度。因?yàn)椴⒎撬腥嗟睦@組都徑向地放置在等效磁場中，為了產(chǎn)生三相上的一致的扭矩,每個相的線圈中的匝數(shù)可能是不同的。在示例性實(shí)施例中，使用兩個電路增加繞組內(nèi)的匝數(shù)，銅線圈在電線(2層電線)的任一側(cè)上。因此，每個相具有4個銅線圈結(jié)構(gòu)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]為了更充分地理解本發(fā)明的本質(zhì)和目的，應(yīng)參考下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，其中:
[0006]圖1示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的形成圓柱體形狀之前的柔性繞組；
[0007]圖2示出卷成基本圓柱體形狀的圖1的柔性繞組；
[0008]圖3示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例性三相、兩層柔性繞組的電路圖；
[0009]圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電機(jī)的爆炸圖；以及
[0010]圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明可以實(shí)施為用于無刷旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的柔性繞組10(例如，參見圖1)。柔性繞組10包括柔性襯底12。柔性襯底12可以為，例如但不限于，聚酰亞胺。第一繞組電路14設(shè)置在襯底12的第一側(cè)16上。第一繞組電路14可配置為圓角矩形螺旋(例如，參見圖3)、具有倒角的矩形螺旋、或者被選擇以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的繞組功能的任何其他形狀。第二側(cè)繞組電路18 (例如，參見圖3)可設(shè)置在襯底12的第二側(cè)20上。第二側(cè)繞組電路18可配置為與第一繞組電路14電協(xié)作以增強(qiáng)繞組功能。第一繞組電路14和第二側(cè)繞組電路18可通過導(dǎo)體(未示出)電連通，導(dǎo)體可設(shè)置在柔性襯底12的通孔中。
[0012]柔性襯底12卷成圓柱體形狀(例如，參見圖2)，以便第一繞組電路14形成適用于電機(jī)(例如但不限于，旋轉(zhuǎn)馬達(dá))的繞組。
[0013]柔性繞組10可包括柔性襯底12的第一側(cè)16上的第二繞組電路22。第一繞組電路14和第二繞組電路22可被配置成，當(dāng)柔性繞組10被形成為圓柱體形狀時，繞組電路對齊。在另一個實(shí)施例中，第一繞組電路14和第二繞組電路22被配置成，當(dāng)柔性繞組10被形成為預(yù)定直徑(或周長或其他)的圓柱體形狀時，繞組電路偏置以便電路失相。
[0014]柔性繞組10可包括柔性襯底12的第一側(cè)16上的第三繞組電路24。第一繞組電路14、第二繞組電路22和第三繞組電路24可被配置成，當(dāng)柔性繞組10被形成為圓柱體形狀時，繞組電路對齊。在另一個實(shí)施例中，第一繞組電路14、第二繞組電路22和第三繞組電路24被配置成，當(dāng)柔性繞組10被形成為圓柱體形狀時，繞組電路偏置以便電路失相。在圖3示出的示例性實(shí)施例中，繞組電路被配置成，當(dāng)柔性襯底12被卷成預(yù)定直徑(周長等)的圓柱體形狀時，第一繞組電路14、第二繞組電路22和第三繞組電路24的每一個偏置120°。這個實(shí)施例形成適合用作旋轉(zhuǎn)電動馬達(dá)的定子的三相繞組。
[0015]在卷成的圓柱體柔性繞組具有多層(襯底被卷成具有多層的螺旋形狀)的柔性繞組的實(shí)施例中，每層在不同的徑向位置一每層的有效半徑是不同的?？善谕氖牵總€繞組電路被配置成補(bǔ)償這個位置差異以便由每個繞組引起的扭矩(產(chǎn)生的能量)是基本相同的。在圖3示出的示例性實(shí)施例中，每個繞組的螺旋線圈具有從7匝27到8匝28到9匝29的不同的匝數(shù)。以這種方式，三個相上的扭矩是基本一致的。可以使用每層中的匝數(shù)的其他組合，每層中的匝數(shù)不必是不同的(一些層可以配置成是相同的，而另一些層被配置成是不同的)。繞組電路的每個線圈中的匝數(shù)可以與相同的繞組電路的其他線圈的匝數(shù)相同或者不同。
[0016]繞組電路14、22、24可具有至少一個垂片30，通過垂片30可以訪問繞組電路14、22,24以及將繞組電路14、22、24與其他電路電連接。
[0017]柔性繞組10可進(jìn)一步包括絕緣層以防止導(dǎo)電層與另一導(dǎo)電物體接觸。
[0018]本發(fā)明可實(shí)施為具有定子繞組52的電機(jī)50，定子繞組5包括上述的柔性繞組54，例如參見圖4。定子繞組52可為具有在圓柱體周界內(nèi)的中心腔體56的基本圓柱體形狀。定子繞組52設(shè)置在定子墊58 (也稱為定子背鐵或定子環(huán))內(nèi)以形成定子組件。定子墊58可由疊片形成。定子組件可設(shè)置在電機(jī)50的殼體62內(nèi)。轉(zhuǎn)子組件70設(shè)置在定子繞組52的中心腔體56內(nèi)。轉(zhuǎn)子組件70包括與定子組件60同軸的軸72。軸72被配置為在中心腔體56內(nèi)旋轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子組件70可包括允許軸72相對于定子繞組52更容易地旋轉(zhuǎn)的軸承74。轉(zhuǎn)子組件70包括一個或多個磁鐵76。一個或多個磁鐵76可以是永久磁鐵，例如，稀土磁鐵(例如，釹或釤鈷)。一個或多個磁鐵76可以附接在軸72上，以便磁鐵76可以隨著軸72相對于定子繞組52旋轉(zhuǎn)。以這種方式配置，定子繞組52可被認(rèn)為是布置在定子墊58和轉(zhuǎn)子組件70之間的電極50的氣隙中。最小化轉(zhuǎn)子組件70和定子繞組52之間的任何剩余的間隙可能是有利的。
[0019]電機(jī)50可被實(shí)施為馬達(dá)。馬達(dá)可進(jìn)一步包括與柔性繞組的繞組電路電連通的控制器。由此，控制器被配置為使用柔性繞組產(chǎn)生磁場。磁場與轉(zhuǎn)子組件70的磁鐵76協(xié)作以導(dǎo)致轉(zhuǎn)子組件運(yùn)動。這個控制器可被配置為產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子組件70旋轉(zhuǎn)。
[0020]本發(fā)明還可實(shí)施為制造用于旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的繞組的方法100。步驟103，提供柔性襯底。步驟103中提供的柔性襯底具有至少一個導(dǎo)電層。步驟106，在導(dǎo)電層中形成繞組電路。在步驟106中，可以通過本領(lǐng)域已知的用于在柔性印刷電路板中形成電路的技術(shù)形成繞組電路。例如，可以刻蝕導(dǎo)電層以形成繞組電路。步驟109，將柔性襯底卷成基本圓柱體形狀(即，螺旋圓柱體形狀)以形成適合用作電機(jī)中的繞組的繞組。步驟112，可將步驟109中卷成的(圓柱體)柔性襯底插入到殼體(例如，(馬達(dá)殼體內(nèi)的)定子墊)中。步驟115，可將轉(zhuǎn)子組件設(shè)置到在步驟109中卷成的柔性襯底的敞開的中心腔體中，且將轉(zhuǎn)子組件配置為能夠緊鄰柔性襯底旋轉(zhuǎn)。
[0021]盡管已經(jīng)關(guān)于一個或多個特定實(shí)施例描述本發(fā)明，應(yīng)理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的其他實(shí)施例。因此，本發(fā)明被視為僅被所附權(quán)利要求及其合理解釋所限制。
【權(quán)利要求】
1.一種用于無刷旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的柔性繞組，包括: 柔性襯底； 設(shè)置在所述襯底的第一側(cè)上的第一繞組電路。
2.如權(quán)利要求1所述的柔性繞組，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述襯底的所述第一側(cè)上的第二繞組電路。
3.如權(quán)利要求2所述的柔性繞組，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述襯底的所述第一側(cè)上的第三繞組電路。
4.如權(quán)利要求3所述的柔性繞組，其中所述第一繞組電路、所述第二繞組電路和所述第三繞組電路被配置成，當(dāng)所述柔性繞組被卷成具有預(yù)定直徑的圓柱體形狀時，每個繞組電路與其他繞組電路的每一個異相120°。
5.如權(quán)利要求1所述的柔性繞組，進(jìn)一步包括所述襯底的第二側(cè)上的第二側(cè)繞組電路。
6.如權(quán)利要求5所述的柔性繞組，其中所述第一繞組電路和所述第二側(cè)繞組電路通過導(dǎo)體電連接。
7.如權(quán)利要求6所述的柔性繞組，其中所述導(dǎo)體設(shè)置在所述襯底的通孔中。
8.如權(quán)利要求1所述的柔性繞組，其中所述第一繞組電路包括一個以上的線圈。
9.如權(quán)利要求8所述的柔性繞組，其中所述第一繞組電路的所述一個以上的線圈的至少一個線圈具有與其他線圈不同的匝數(shù)。
10.一種無槽、無刷馬達(dá)，包括: 定子墊，所述定子墊配置為圓柱體； 柔性繞組，所述柔性繞組具有柔性襯底和第一繞組電路，其中所述柔性繞組被配置為具有中心腔體的基本圓柱體的形狀，所述柔性繞組設(shè)置在所述定子墊內(nèi)；以及 轉(zhuǎn)子組件，所述轉(zhuǎn)子組件設(shè)置在所述柔性繞組的所述中心腔體內(nèi)且被配置成能夠相對于所述柔性繞組旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)子組件具有: 軸； 設(shè)置在所述軸上的一個或多個軸承；以及 附接在所述軸上的一個或多個磁鐵。
11.如權(quán)利要求10所述的馬達(dá)，進(jìn)一步包括控制器，所述控制器與所述柔性繞組電連通，且被配置為通過所述柔性繞組感應(yīng)磁場從而使得所述轉(zhuǎn)子組件旋轉(zhuǎn)。
12.一種制造用于旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的繞組的方法，包括以下步驟: 提供具有導(dǎo)電層的柔性襯底； 在所述導(dǎo)電層中形成繞組電路；以及 將所述柔性襯底配置成圓柱體以形成用于旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的繞組。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中通過刻蝕所述導(dǎo)電層形成所述繞組電路。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括將所述圓柱體的柔性襯底插入定子墊中的步驟。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括將轉(zhuǎn)子組件設(shè)置到所述圓柱體的柔性襯底的中心腔體中的步驟。
【文檔編號】H02K3/04GK103650295SQ201280017811
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月11日
【發(fā)明者】克里恩·迪勒曼 申請人:聯(lián)合運(yùn)動技術(shù)公司