柔性PCB直线电机的制作方法

柔性pcb直线电机
技术领域
1.本实用新型涉及电机领域，尤其涉及一种柔性pcb直线电机。


背景技术：

2.在芯片、3c等精密制造行业，传统的直线电机无法满足精密加工制造行业的高精度要求，而传统无铁芯直线电机受限于制造工艺，无法做到更小的体积。柔性pcb直线电机使用柔性pcb板制造技术，可以任意弯折，体积相比传统无铁芯直线电机更加小巧，在有限的体积内增加更多的线圈，精度更高，适合于生产制造空间有限和需要高精度的场合。
3.随着智能制造的发展，许多生产制造过程都要求高精度、高速度，这样才能跟上生产速度，跟上时代发展。在高精、高速领域，驱动装置正在由传统的旋转电机向直线电机转变，尤其最近几年直线电机的应用越来越广，从物料传送到芯片生产都有直线电机的身影。但是高速、高精的传统直线电机仍然无法满足一些生产过程。这些生产过程需要在有限的空间里既要有高速度还要有更高的精度。传统的直线电机无法同时满足体积足够小，速度足够大，精度足够高的要求。


技术实现要素：

4.针对现有技术的问题，本实用新型提供一种柔性pcb直线电机，具有体积小，速度快，精度高的特点，适用于高精、高速加工制造。
5.本实用新型采用的技术方案是：
6.柔性pcb直线电机，包括：
7.动子，为t型结构，具有支撑体和柔性pcb组件，所述柔性pcb组件采用双层结构；
8.定子，具有磁轭，所述磁轭为u型结构，其上设置有双层排列的磁钢；
9.其中，所述柔性pcb组件设置在所述磁轭的u型结构内，并固定在所述支撑体上；
10.所述柔性pcb组件与驱动器电性连接，所述柔性pcb组件通过所述驱动器与所述磁钢相互作用产生磁场力，以驱动所述动子做直线运动。
11.该直线电机使用柔性pcb作为动子，柔性pcb组件可以任意弯折，因此可以通过折叠的方式增加线圈数量。通过设计柔性pcb组件，可以成倍增加线圈数量或线圈长度，也可以改变电机极距，提高功率密度。
12.在本技术公开的柔性pcb直线电机中，所述柔性pcb组件具有顶层和底层，所述顶层和底层上均设有线圈。
13.在本技术公开的柔性pcb直线电机中，所述线圈包括顶层线圈和底层线圈；所述顶层线圈和底层线圈通过通孔连接。
14.在本技术公开的柔性pcb直线电机中，所述线圈为三线圈模式或六线圈模式。
15.在本技术公开的柔性pcb直线电机中，所述线圈采用三角形连接或星形连接。
16.在本技术公开的柔性pcb直线电机中，所述柔性pcb组件还包括焊盘，所述焊盘与电机的uvw三相相连。
17.在本技术公开的柔性pcb直线电机中，所述柔性pcb组件的折叠方式为每两个线圈单元从中间处折叠。
18.本实用新型的有益效果是：
19.本实用新型为了解决现有技术中的直线电机存在的问题，设计了一种柔性 pcb直线电机，包括动子，为t型结构，具有支撑体和柔性pcb组件，所述柔性pcb组件采用双层结构；定子，具有磁轭，所述磁轭为u型结构，其上设置有双层排列的磁钢；其中，所述柔性pcb组件设置在所述磁轭的u型结构内，并固定在所述支撑体上；所述柔性pcb组件与驱动器电性连接，所述柔性pcb 组件通过所述驱动器与所述磁钢相互作用产生磁场力，以驱动所述动子做直线运动。该直线电机的动子采用柔性pcb材料，定子采用u型结构，依靠柔性pcb组件和u型的定子结构，实现了无齿槽力，提高了直线电机的功率密度，降低了直线电机的能量损失，提高了直线电机的定位精度，解决了直线电机发热的问题。使用柔性pcb组件作为直线电机的动子，相较于传统的无铁芯直线电机，省去了绕线、灌胶等繁琐的生产工艺，大大减少了生产成本，提高了生产速度。最重要的是，在体积变小的情况下，精度得到了提升，可以同时满足体积小，速度快，精度高的要求，适用于高精、高速加工制造。柔性pcb组件的双层结构可以增加线圈数量。柔性pcb组件可以实现折叠，折叠后电机线圈保持同一绕向，同时增加了线圈的数量。通过设计柔性pcb组件，可以成倍增加线圈数量或线圈长度，也可以改变电机极距，提高功率密度。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本实用新型的柔性pcb直线电机模组的结构示意图；
22.图2为本实用新型的柔性pcb组件的三线圈端口图；
23.图3为本实用新型的柔性pcb组件的六线圈端口图；
24.图4为本实用新型的柔性pcb组件的中点接线图；
25.图5为本实用新型的柔性pcb组件的展开图；
26.图6为本实用新型的柔性pcb组件的折叠示意图。
具体实施方式
27.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
28.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型
的限制。
29.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
30.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
31.下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。
32.现有的高速、高精的传统直线电机仍然无法满足一些生产过程。这些生产过程需要在有限的空间里既要有高速度还要有更高的精度。传统的直线电机无法同时满足体积足够小，速度足够大，精度足够高的要求。
33.为了解决现有技术的问题，本实用新型提供一种柔性pcb直线电机，其结构如附图1～6所示。该直线电机包括：
34.动子100，为t型结构，包括支撑体101和柔性pcb组件102。支撑体101 用于稳定支撑动子100，同时能很好的导进与导出电机运转时产生的热量。柔性 pcb组件102采用双层结构。传统直线电机如果需要修改线圈长度或增加线圈组数，则要重新设计模具，而pcb可以根据要求设计线圈缠绕方式和长度等直接制造。柔性pcb具有质量轻、厚度薄、可自由弯曲折叠等优良特性。柔性pcb 可以实现折叠，折叠后电机线圈保持同一绕向。柔性pcb组件102可以增加线圈的数量和长度，折叠时也增加了线圈的数量，通过线圈数量的增加和极距的改变提高了电机的功率密度。柔性pcb组件102的使用去除了直线电机的齿槽力，实现了直线电机的高速高精运动。
35.定子200，具有磁轭201，磁轭201为u型结构，其上设置有双层排列的磁钢202。磁轭201可沿直线方向延伸，以满足不同长度的应用需求。磁钢202设为多个，多个磁钢202分别设置在磁轭201的两侧。通过将多个磁钢202设置在磁轭201两侧的位置，使得磁轭201的内部产生均匀的磁场空间。依靠柔性 pcb组件102和u型的磁轭201，实现了无齿槽力，同时提高了直线电机的功率密度，降低了直线电机的能量损失，提高了直线电机的定位精度，解决了直线电机发热的问题。
36.其中，柔性pcb组件102设置在磁轭201的u型结构内，并固定在支撑体 101上。动子100和定子200的相对运行形式为直线运动。柔性pcb组件102 与驱动器电性连接。柔性pcb组件102通过驱动器与磁钢202相互作用产生磁场力，以驱动动子100做直线运动。
37.在一个实施例中，柔性pcb组件102具有顶层和底层。顶层和底层上都设有线圈300。双层板的设计可以增加线圈的数量而不增加体积，提高电机推力。柔性pcb组件102可以通过叠层来增加线圈300的圈数，体积相比传统无铁芯直线电机更加小巧，在有限的体积内增加更多的线圈，精度更高。
38.在一个实施例中，线圈300包括顶层线圈301和底层线圈302。如附图2所示，顶层线圈301和底层线圈302通过通孔303连接。柔性pcb组件102的线圈300落入磁轭201内部的磁场空间内，线圈300与驱动器接通，驱动器使得线圈300产生电磁感应，电磁感应与磁钢202
产生的磁场相互作用产生磁场力。磁场力沿着磁轭201的长度方向延伸。通过磁场力带动线圈300沿磁轭201做直线运动，从而带动动子100沿定子200做直线运动。
39.在一个实施例中，线圈300为三线圈模式或六线圈模式。附图2为三线圈模式，附图3为六线圈模式。pcb的设计灵活性较高，可以按照需要增加线圈组数或线圈长度。多组线圈可以通过串联或并联连接在一起，可做到增加线圈圈数和增加线圈长度。六线圈的设计相较于三线圈可以使直线电机获得更高的推力和速度，线圈的数量可以按照需要设计。
40.在一个实施例中，线圈300的中点连接方式可以采用三角形连接或星形连接。三角形连接法是电机的三相绕组的头与尾分别连接。星形连接法是电机的三相绕组的三条尾连接在一起。如附图4所示为星形连接，uvw三相通过中线 307连接在一起。由于柔性pcb的导线较细，采用星形连接可以降低启动电流和绕组的承受电压，防止线圈因过电流而导致的损坏。由于使用的是柔性pcb 制造工艺，第一线圈组310与第二线圈组311对折后线圈电流方向保持一致，同理，底层线圈在对折后电流方向也保持一致，防止出现对消的现象。
41.在一个实施例中，柔性pcb组件102包括焊盘400。当柔性pcb组件102 为三线圈模式时，如附图2所示，焊盘400包括第一焊盘401、第二焊盘402和第三焊盘403。第一焊盘401、第二焊盘402和第三焊盘403分别连接着电机的 u相、v相和w相，通过驱动器为柔性pcb组件102的线圈供电。当柔性pcb 组件102为六线圈模式时，如附图3所示，焊盘400包括第一焊盘401、第二焊盘402、第三焊盘403、第四焊盘404、第五焊盘405和第六焊盘406。第一焊盘401、第二焊盘402和第三焊盘403分别连接着第一组线圈的u相、v相和 w相，第四焊盘404、第五焊盘405和第六焊盘406分别连接第二组线圈的u 相、v相和w相，通过驱动器为柔性pcb组件102的线圈供电。
42.在一个实施例中，当柔性pcb组件102为三线圈模式时，柔性pcb组件 102的展开图如附图5所示，三个线圈组成一个线圈单元307，柔性pcb组件 102的每两个线圈单元307从中间的处折叠(即a
‑
a处折叠)。柔性pcb组件102 将每部分折叠后，面积只有三个线圈所占的面积大小，实现了增加线圈数量的同时不会扩大面积。当柔性pcb组件102为六线圈模式时，六个线圈组成一个线圈单元307，柔性pcb组件102每六个线圈折叠一次。柔性pcb组件102将每部分折叠后，面积只有六个线圈所占的面积大小，实现了增加线圈数量的同时不会扩大面积。柔性pcb组件102具体的折叠示意图如附图6所示，端口103 的示意图如附图2或附图3，中线连接部分104的示意图如附图4。由于柔性pcb 组件102的厚度很小，多层板折叠后体积不会改变很多，而线圈数量得到了成倍的增加。柔性pcb组件102折叠后动子体积变小，可以做到直线电机的小型化。
43.本实用新型的柔性pcb直线电机的工作方式：
44.工作时，柔性pcb组件102的线圈落入磁轭201内部的磁场空间内，线圈 300与驱动器接通，驱动器使得线圈300产生电磁感应，电磁感应与磁钢202产生的磁场相互作用产生磁场力。磁场力沿着磁轭201的长度方向延伸。通过磁场力带动线圈300沿磁轭201做直线运动，从而带动动子100沿定子200做直线运动。
45.基于上述各实施例，本实用新型实施例的柔性pcb直线电机具有以下优点：该直线电机的结构相对简单，性能稳定，可以实现高速度、高精度等要求。本实用新型中的柔性pcb直线电机，动子采用柔性pcb材料，定子采用u型结构，依靠柔性pcb组件102和定子200的u型结构，实现了无齿槽力，提高了直线电机的功率密度，降低了直线电机的能量损失，提高了
直线电机的定位精度，解决了直线电机发热的问题。柔性pcb组件102采用双层结构，可以增加线圈数量。柔性pcb组件102可以实现折叠，折叠后电机线圈保持同一绕向，同时增加了线圈的数量。通过设计柔性pcb组件102，可以成倍增加线圈数量或线圈长度，也可以改变电机极距，提高功率密度。采用柔性pcb材料作为直线电机的动子100，可以省去绕线、灌胶等繁琐的生产工艺，大大减少了生产成本，提高了生产速度，最重要的是，在体积变小的情况下，精度得到了提升。
46.以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。