[发明专利]一种印刷电路板绕组直线电动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种直线电动机，尤其涉及一种使用印刷电路板制作线圈绕组阵列的直线电动机。

背景技术

工业生产中经常需要设备中的某个部件完成直线运动，可以采用旋转电动机通过链条、钢丝绳、传动带、丝杠、齿条等变转动为平动的中间传动机构实现这一要求。由于传动机构传递运动过程中有能量损失，这些机构的安装、制造误差及间隙和空程问题都会影响设备的运动精度，且这些中间机构会增大设备尺寸。随着直线电动机的发展，越来越多的直线运动部件采用直线电动机取代旋转电动机作为驱动设备。

直线电动机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而且不需要任何中间转换机构的驱动设备。与旋转电动机类似，直线电动机也是由线圈绕组阵列和永磁体阵列组成。线圈绕组阵列中的电流在永磁体阵列形成的磁场中受到洛仑兹力的作用，从而使线圈绕组阵列与永磁体阵列产生沿推力方向的直线相对运动。

传统直线电动机中的线圈绕组通常是，将扁平铜线或圆铜线以手工或使用机器的方式绕制在线圈骨架上制作而成，线圈不可避免会出现圆角。将制作好的绕制线圈拼接成线圈绕组阵列时，由于工装的制造误差和安装误差使得绕制线圈的间距及绕制线圈处于线圈绕组阵列中的位置存在偏差。这些偏差及线圈的圆角都会造成直线电动机的电磁场模型误差，由于模型误差造成的推力波动会影响直线电动机的运动控制精度。

在对直线电动机运动控制精度要求较高的设备中，如光刻机工件台等，要求线圈绕组阵列的制造误差尽量小，不同线圈绕组阵列的制造误差重复性高。随着印刷电路板技术的发展，使用印刷电路板制作线圈绕组阵列可以较为准确的保证每跟导线的位置以及线圈的间距和线圈处于线圈绕组阵列中的位置，也可以根据要求制作出没有圆角的线圈。

在传统直线电动机的线圈绕组阵列中，相邻线圈中通入电流的电角度相差240°，对于同一个线圈两侧的导线中电流方向相反，即电角度相差180°。由于绕制线圈中间存在骨架，很难在同一个线圈两侧导线的中间加入导线，线圈绕组阵列中电流形成的电场的正弦性不好，直线电动机会产生较大的推力波动。

发明内容

本发明的目的是提供一种印刷电路板绕组直线电动机，即使用印刷电路板制作线圈绕组阵列的直线电动机，目的在于准确地布置线圈绕组中的每个线圈的位置，通过多层印刷电路板相邻两层中的线圈沿电动机直线运动方向错位排布及特定的供电规律，提高线圈绕组阵列中电流形成的电场的正弦性，进而降低直线电动机的推力波动，提高直线电动机的控制精度。

本发明的技术方案如下：

一种印刷电路板绕组直线电动机，包括沿电动机直线运动方向排布的线圈绕组阵列和沿同一方向排布的永磁体阵列，所述直线电动机为动圈式直线电动机和动铁式直线电动机，对于动圈式直线电动机，线圈绕组阵列为运动部分的动子，永磁体阵列为固定部分的定子；对于动铁式直线电动机,永磁体阵列为运动部分的动子，线圈绕组阵列为固定部分的定子，其特征在于：该直线电动机的线圈绕组阵列使用印刷电路板制作，即将线圈绕组阵列制作在印刷电路板基底上。

本发明的技术特征还在于：直线电动机的线圈绕组阵列使用多层印刷电路板制作，相邻两层印刷电路板中的线圈沿电动机直线运动方向错位排布。

本发明的另一技术特征在于：设每层印刷电路板上每个线圈沿电动机直线运动方向的宽度为L，以n层印刷电路板为一个周期，即相邻两层印刷电路板上的线圈沿电动机直线运动方向平移L/n的长度，第n+m层印刷电路板上的线圈与第m层印刷电路板上的线圈排布位置相同，其中，n和m为正整数；线圈绕组阵列的供电规律为：同一层印刷电路板上的相邻线圈中通入电流的电角度相差240°，相邻两层印刷电路板上的相邻线圈中通入电流的电角度相差240°/n。

本发明所述的印刷电路板基底为树脂材料或陶瓷材料。在印刷电路板基底上制作的线圈绕组的形状为矩形。

本发明所述的永磁体阵列为布置在线圈绕组阵列一侧的单边阵列或布置在线圈绕组阵列两侧的双边阵列；永磁体阵列的排列形式为NS阵列时，永磁体的充磁方向垂直于电动机运动方向，相邻两个永磁体充磁方向相反；永磁体阵列的排列形式为Halbach阵列时，相邻两块永磁体的充磁方向绕垂直于永磁体排布的方向旋转90°。

本发明与现有技术方案相比，具有以下优点及突出性的技术效果：