電磁電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電機(jī)領(lǐng)域，包括電動機(jī)和發(fā)電機(jī)，具體涉及一種電磁電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]電磁電機(jī)已有近200年的歷史，用于基于電磁效應(yīng)進(jìn)行電能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換。由于發(fā)電機(jī)與電動機(jī)的可逆性，本文中所稱電機(jī)既包括發(fā)電機(jī)也包括電動機(jī)，或者是具有雙重功能的可逆電機(jī)。簡明起見，以下以電動機(jī)為例進(jìn)行討論，但本領(lǐng)域技術(shù)人員悉知，所涉及的技術(shù)也適用于發(fā)電機(jī)。
[0003]經(jīng)過漫長的發(fā)展，電磁電機(jī)具有豐富的種類，但通常都具有定子和動子，本文中，將電機(jī)中運(yùn)動的部件稱為動子，將電機(jī)中相對固定的部件稱為定子。可以按照不同的特性對電機(jī)的種類進(jìn)行劃分，例如，按照驅(qū)動電流，可分為直流電機(jī)和交流電機(jī)；按照定子與動子的結(jié)構(gòu)，可分為軸向電機(jī)和盤式電機(jī)；按照勵磁方式，可分為帶勵磁繞組的電機(jī)和不帶勵磁繞組的電機(jī)；按照動子的運(yùn)動形態(tài)，可分為旋轉(zhuǎn)電機(jī)和直線電機(jī)，其中旋轉(zhuǎn)電機(jī)的動子又稱為轉(zhuǎn)子。上述不同特性可以疊加存在，產(chǎn)生各種不同形態(tài)的電機(jī)。
[0004]傳統(tǒng)電機(jī)中的繞組通常采用銅線繞制而成，為保證繞線的一致性，有時使用專門的繞線設(shè)備進(jìn)行繞制。這使得傳統(tǒng)電機(jī)難以進(jìn)入某些應(yīng)用領(lǐng)域，例如微型電機(jī)領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域，發(fā)展出其他類型的電機(jī)來取代電磁電機(jī)。例如超聲電機(jī)(USM，Ultra Sonic Moto)。但是超聲電機(jī)也有其局限性，工作電壓高，制作的一致性不好，在共振模態(tài)下工作，生產(chǎn)效率不高等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]依據(jù)本發(fā)明提供一種電磁電機(jī)，包括定子和動子，定子或動子之一具有繞組，或二者皆具有繞組，其中，至少一個繞組由印刷電路制成。
[0006]依據(jù)本發(fā)明的電磁電機(jī)，使用印刷電路作為繞組，不僅節(jié)省了用銅線繞制繞組的工時以及銅材料，且能夠?qū)崿F(xiàn)精確的線路設(shè)計，有利于電磁電機(jī)的小型化。
[0007]以下結(jié)合附圖，對依據(jù)本發(fā)明的具體示例進(jìn)行詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0008]圖1是依據(jù)本發(fā)明的一種軸向電機(jī)的定子和動子截面示意圖；
圖2是依據(jù)本發(fā)明的一種4層印刷電路的繞線方式示意圖；
圖3是依據(jù)本發(fā)明的另一種4層印刷電路的繞線方式示意圖；
圖4是依據(jù)本發(fā)明的一種印刷電路的平面布置方式示意圖；
圖5是實施例1的盤式電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是實施例1中動子的磁極面示意圖；
圖7是實施例2的盤式電機(jī)的定子和動子端面示意圖；
圖8是實施例2中定子和動子的磁芯與PCB或FPC繞組的組合示意圖； 圖9是實施例3的復(fù)合式電機(jī)定子和動子端面示意圖；
圖10是實施例3中定子端面的磁芯與PCB或FPC繞組的組合示意圖；
圖11是實施例4的直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖12是實施例4中定子的磁芯與PCB或FPC繞組的組合示意圖；
圖13是依據(jù)本發(fā)明的另一種直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0009]依據(jù)本發(fā)明的電磁電機(jī)的一個示例結(jié)構(gòu)可參照圖1，不失一般性地，圖1中以軸向電機(jī)為例進(jìn)行說明，適用于本發(fā)明的電機(jī)可以是其他類型的電機(jī)，例如盤式電機(jī)、直線電機(jī)等。本示例中，電機(jī)包括定子11和動子12，定子和動子均具有繞組13 (簡明起見，圖中只畫出了位于一個繞線槽中的繞組)，這些繞組由印刷電路制成。當(dāng)然，根據(jù)具體的電機(jī)設(shè)計，定子或動子也可以只有一者具有繞組。
[0010]本發(fā)明所稱印刷電路可制作于硬板，例如印刷電路板(PCB, Print CircuitBoard),也可制作于軟板,例如柔性印刷電路板(FPC, Flexi ble Printed Circuit)。每一塊PCB或FPC可以具有單層電路，也可以由兩層以上電路組成，例如兩層、四層、六層、八層、十層、十二層電路等。采用多層電路能夠大幅壓縮繞組所占的空間，減少線材成本，降低電阻損耗，減少發(fā)熱。
[0011]印刷電路采用導(dǎo)電材料制成，例如可采用常規(guī)的銅材料或者其他金屬及其復(fù)合材料，也可優(yōu)選地采用超導(dǎo)材料，從而大幅降低電機(jī)的銅損和發(fā)熱，提高電機(jī)的性能和可靠性，并有利于減小尺寸。例如已有提出的錫氟(Stanene)復(fù)合超導(dǎo)材料(斯坦福大學(xué)，張首晟教授)，由其制成的錫氟單層晶格復(fù)合材料薄膜，其邊緣具有常溫下的超導(dǎo)性能，將這種超導(dǎo)薄膜材料用于PCB或FPC的電路制作，將帶來優(yōu)越的性能。
[0012]一個繞組可以由一塊PCB或FPC來實現(xiàn)，也可以由兩塊以上PCB或FPC或二者的混合來實現(xiàn)?；诔墒斓挠∷㈦娐分谱骷夹g(shù)，可以按照預(yù)定的線圈構(gòu)造對印刷電路的結(jié)構(gòu)進(jìn)行排布，以整體(一塊PCB或FPC)或多塊拼裝(端部需要連接的線路進(jìn)行焊接)的方式來實現(xiàn)所需要的繞組。參見圖2、圖3和圖4，示出了幾種典型的印刷電路排布方式，圖中箭頭為示例的電流方向，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，可以根據(jù)繞組需要的構(gòu)造相應(yīng)設(shè)計印刷電路的排布和/或拼裝方式。其中，圖2中示出了軸向多層重疊的平面螺旋繞線方式，先在單層進(jìn)行螺旋繞線然后通過穿孔進(jìn)入另一層繼續(xù)進(jìn)行螺旋繞線，每一層螺旋電路可以是一塊單層的PCB或FPC，也可以是多層PCB或FPC中的一層，層間通過導(dǎo)電通孔進(jìn)行連接(下同)。圖3中示出了徑向多層嵌套的立體螺旋繞線方式，先在不同的層間螺旋繞線，再從內(nèi)到外(或從外到內(nèi))進(jìn)行立體螺旋繞線，可視為多個不同直徑的立式線圈的嵌套。圖4中示出了一種印刷電路的平面布置方式，采用FPC制作，按照虛線所示將FPC的端部進(jìn)行焊接即可形成一組螺旋繞線，圖4中印刷電路的布置方式也適用于PCB，不過由于PCB不可彎折，因此需要兩塊以上PCB進(jìn)行拼接來形成螺旋繞線，圖4中僅示出了一層線路布置，也可以有多層，分別進(jìn)行對位焊接即可。
[0013]圖1中繞組103可采用各種適合的印刷線路制成，例如可采用圖4中的FPC制成，將一塊或多塊FPC (單層或多層)插入線圈槽內(nèi)，繞過定子11 (或動子12)對應(yīng)的部位后將端部焊接在一起即可獲得需要的繞組，這種繞線方法加工簡單，成本低且繞組更為輕巧，因此損耗也更小。由于線圈槽的不規(guī)則性，可以使用多塊PCB或FPC來充分利用空間，此外，采用多層或多條FPC也有利于增加線圈的匝數(shù)。在實際生產(chǎn)中，為有利于散熱以及繞組的固定，還可以為PCB或FPC制作散熱包裹，例如可以使用導(dǎo)熱膠對放置PCB或FPC繞組后的線圈槽進(jìn)行灌注等。
[0014]在空間結(jié)構(gòu)允許的情況下，定子(或動子)的全部繞組可印刷在單塊PCB或FPC上，以獲得更加緊湊和經(jīng)濟(jì)的電機(jī)。PCB或FPC上未印制電路的部分可以根據(jù)需要進(jìn)行保留或開孔，以便于與定子或動子的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行配合，具體可根據(jù)實際需要進(jìn)行設(shè)計。
[0015]由印刷電路充當(dāng)?shù)睦@組，在將電路從PCB或FPC引出后即可按照所需要的電路連接方式進(jìn)行連接，可以與傳統(tǒng)銅線繞制的繞組的連接方式類似，不再贅述。因此，依據(jù)本發(fā)明的電機(jī)可采用傳統(tǒng)的交流或直流驅(qū)動方式，也可采用步進(jìn)驅(qū)動方式。通常，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動控制是通過交替變換磁極的極性來實現(xiàn)的，電機(jī)的一步對應(yīng)于一個磁極的位置，一般最小步長精度為一步或者半步，依據(jù)本發(fā)明的電機(jī)由于繞組采用PCB或FPC制作，因此，很多的控制芯片可以集成在PCB或FPC上，這大大方便了步進(jìn)電機(jī)的控制實現(xiàn)。
[0016]以下通過具體實施例來對依據(jù)本發(fā)明的電磁電機(jī)進(jìn)行舉例說明。其中涉及前述已經(jīng)詳細(xì)描述的內(nèi)容，例如可選的繞線方式等將不再贅述。
[0017]實施例1
依據(jù)本發(fā)明的電磁電機(jī)的一種實施方式可參考圖5和圖6,為一種盤式電機(jī),包括定子101和動子102，其定子和動子具有中空結(jié)構(gòu)，動子套設(shè)在定子之外。具體結(jié)構(gòu)為，定子101表現(xiàn)為中空的定位套筒，固定在基板104 (在本實施例中即為印刷定子繞組的PCB或FPC)上，至少一對動子磁極1022安裝在動子的底部，基板上印刷有至少兩個定子繞組(例如采用圖2或圖3所示的繞線方式)1013。動子套設(shè)在定位套筒外，能夠繞定位套筒旋轉(zhuǎn)；動子可以是一個純鐵芯，這種情況下，動子的磁極1022可以簡單地嵌在鐵芯中；動子也可以由塑膠等非磁性材料制成，動子的磁極1022安裝在非磁性材料表面或嵌入其中；磁極不必突出端面，可通過增加一個罩殼使得磁極與罩殼的端面齊平甚至略微凹陷。當(dāng)按一定規(guī)律向定子繞組供給交流或直流電時，在定子繞組與動子磁極之間將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場通過磁極帶著動子一起轉(zhuǎn)動。
[0018]本實施例中，定子的全部繞組印刷在一整塊PCB或FPC上，使得電機(jī)的整體結(jié)構(gòu)緊湊；且動子套設(shè)在定子之外，形成空心的套筒結(jié)構(gòu)，在某些特殊領(lǐng)域，例如光學(xué)領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用價值，可用于安裝例如透鏡組。在其他實施方式中，也可以是定子套設(shè)在動子之夕卜，或者，動子也可以是實心的，這樣雖不便用于光學(xué)應(yīng)用，但可用于例如機(jī)械傳動等應(yīng)用。
[0019]實施例2
依據(jù)本發(fā)明的電磁電機(jī)的另一種實施方式可參考圖7和圖8,為一種盤式電機(jī),包括定子201和動子202，與實施例1相比，主要區(qū)別在于動子具有用作勵磁繞組的動子繞組2023。具體結(jié)構(gòu)包括，動子的轉(zhuǎn)子套筒2021套設(shè)在定子套筒2011內(nèi)，定子基板204上還設(shè)置有兩個定子電極(導(dǎo)電環(huán))2014，兩個動子電極(導(dǎo)電彈簧片)2024設(shè)置在動子基板(在本實施例中即為印刷動子繞組2023的PCB