CN103560643A - 一种印刷电路板绕组直线电动机 - Google Patents

一种印刷电路板绕组直线电动机 Download PDF

Info

Publication number
CN103560643A
CN103560643A CN201310508532.1A CN201310508532A CN103560643A CN 103560643 A CN103560643 A CN 103560643A CN 201310508532 A CN201310508532 A CN 201310508532A CN 103560643 A CN103560643 A CN 103560643A
Authority
CN
China
Prior art keywords
printed circuit
circuit board
array
coil
linear motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201310508532.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103560643B (zh
Inventor
张鸣
朱煜
支凡
刘峰
刘召
徐登峰
成荣
杨开明
张利
秦慧超
赵彦坡
叶伟楠
张金
尹文生
穆海华
胡金春
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
U Precision Tech Co Ltd
Original Assignee
Tsinghua University
U Precision Tech Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University, U Precision Tech Co Ltd filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201310508532.1A priority Critical patent/CN103560643B/zh
Publication of CN103560643A publication Critical patent/CN103560643A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103560643B publication Critical patent/CN103560643B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Linear Motors (AREA)

Abstract

一种印刷电路板绕组直线电动机，使得上位机控制系统有效地发挥了绝对光栅相比于增量光栅在位置控制中的优势该直线电动机使用印刷电路板制作线圈绕组阵列，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。

Description

一种印刷电路板绕组直线电动机
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：
传统直线电动机的线圈绕组阵列中的线圈含有骨架、存在圆角，位置精度不高，通入电流后电场正弦性差，这些都会造成直线电动机的电磁场模型误差，产生推力波动。本发明印刷电路板绕组直线电动机，其线圈绕组阵列使用印刷电路板制作，线圈无骨架、不存在圆角，位置精度高，通过叠层错位排布多层印刷电路板提高通入电流后的电场正弦性，减小直线电动机的推力波动，使其适用于高精度应用场合。
附图说明
图1是印刷电路板绕组直线电动机线圈绕组阵列及永磁体阵列结构示意图。
图2是本发明以2层印刷电路板为一个周期错位排布线圈绕组阵列的印刷电路板绕组直线电动机线圈绕组阵列及永磁体阵列结构示意图。
图3是图2的正视图。
图4是本发明以3层印刷电路板为一个周期错位排布线圈绕组阵列的印刷电路板绕组直线电动机线圈绕组阵列及永磁体阵列结构示意图。
图5是图4的正视图。
图6是本发明印刷电路板绕组直线电动机的印刷电路板制成线圈的示意图。
图7是本发明印刷电路板绕组直线电动机采用布置在线圈两侧的双边永磁铁阵列的结构正视图。
图中：001-印刷电路板基底；101-线圈绕组阵列；102-以2层印刷电路板为一个周期错位排布的印刷电路板线圈绕组阵列；103-以3层印刷电路板为一个周期错位排布的印刷电路板线圈绕组阵列；201-永磁体阵列；202-Halbach形式排列的永磁体阵列；203-NS形式排列的永磁体阵列。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理、结构和实施方式作进一步详细描述。
图1是印刷电路板绕组直线电动机线圈绕组阵列及永磁体阵列结构示意图，包括沿电动机直线运动方向排布的线圈绕组阵列101和沿同一方向排布的永磁体阵列201，所述直线电动机分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，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001上，印刷电路板基底一般采用树脂材料或陶瓷材料。
直线电动机的线圈绕组阵列一般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。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。
在印刷电路板基底上制作的线圈绕组的形状为矩形，线圈无骨架，无圆角（如图6所示）。
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202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201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°。
图2、图3分别为以2层印刷电路板为一个周期错位排布线圈绕组阵列的印刷电路板绕组直线电动机线圈绕组阵列及永磁体阵列结构的等轴测图和正视图。印刷电路板上每个线圈宽度为L。双层叠层错位排布线圈绕组阵列以2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线圈排布方向平移L/2的长度。第3层印刷电路板上的线圈与第1层印刷电路板上的线圈排布位置相同，第4层印刷电路板上的线圈与第2层印刷电路板上的线圈排布位置相同，第5层印刷电路板上的线圈与第3层印刷电路板上的线圈排布位置相同……线圈的供电规律为：同一层电路板上的相邻线圈中通入电流的电角度相差240°，相邻层电路板上的相邻线圈中通入电流的电角度相差120°。该印刷电路板绕组直线电机的永磁体阵列为布置在线圈绕组阵列一侧的单边阵列，其排列形式为Halbach阵列。
图4、图5分别为以3层印刷电路板为一个周期错位排布线圈绕组阵列的印刷电路板绕组直线电动机线圈绕组阵列及永磁体阵列结构的等轴测图和正视图。印刷电路板上每个线圈宽度为L。三层叠层错位排布线圈绕组阵列以3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线圈排布方向平移L/3的长度。第4层印刷电路板上的线圈与第1层印刷电路板上的线圈排布位置相同，第5层印刷电路板上的线圈与第2层印刷电路板上的线圈排布位置相同，第6层印刷电路板上的线圈与第3层印刷电路板上的线圈排布位置相同，第7层印刷电路板上的线圈与第4层印刷电路板上的线圈排布位置相同……线圈的供电规律为：同一层电路板上的相邻线圈中通入电流的电角度相差240°，相邻层电路板上的相邻线圈中通入电流的电角度相差80°。该印刷电路板绕组直线电机的永磁体阵列为布置在线圈绕组阵列一侧的单边阵列，其排列形式为Halbach阵列。
图7所示印刷电路板绕组直线电机的永磁体阵列为布置在线圈绕组阵列两侧的双边阵列，其排列形式为NS阵列。

Claims (6)

1.一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（101）和沿同一方向排布的永磁体阵列（201），所述直线电动机分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（001）上。
2.根据权利要求1所述的印刷电路板绕组直线电动机，其特征在于：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。
3.根据权利要求2所述的印刷电路板绕组直线电动机，其特征在于：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。
4.根据权利要求1所述的印刷电路板绕组直线电动机，其特征在于：印刷电路板基底为树脂材料或陶瓷材料。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的印刷电路板绕组直线电动机，其特征在于：在印刷电路板基底上制作的线圈绕组的形状为矩形。
6.根据权利要求5所述的印刷电路板绕组直线电动机，其特征在于：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（202）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（201）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°。
CN201310508532.1A 2013-10-24 2013-10-24 一种印刷电路板绕组直线电动机 Active CN103560643B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310508532.1A CN103560643B (zh) 2013-10-24 2013-10-24 一种印刷电路板绕组直线电动机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310508532.1A CN103560643B (zh) 2013-10-24 2013-10-24 一种印刷电路板绕组直线电动机

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103560643A true CN103560643A (zh) 2014-02-05
CN103560643B CN103560643B (zh) 2016-01-13

Family

ID=50014831

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310508532.1A Active CN103560643B (zh) 2013-10-24 2013-10-24 一种印刷电路板绕组直线电动机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103560643B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103929097A (zh) * 2014-04-30 2014-07-16 清华大学 一种六自由度磁悬浮运动台
CN105790480A (zh) * 2016-03-09 2016-07-20 深圳航天科技创新研究院 一种采用pcb绕组的永磁电机
CN109217614A (zh) * 2017-07-06 2019-01-15 上海合栗智能科技有限公司 线性马达及其动子
CN111357178A (zh) * 2017-11-24 2020-06-30 日本电产科宝株式会社 致动器、叶片驱动装置、摄像装置以及电子设备
WO2023056665A1 (zh) * 2021-10-09 2023-04-13 上海果栗自动化科技有限公司 线性马达、线性马达模块及其动子
WO2023056666A1 (zh) * 2021-10-09 2023-04-13 上海果栗自动化科技有限公司 线性马达定子模块、线性马达及其定子
CN117856566A (zh) * 2024-03-08 2024-04-09 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种晶圆检测设备用无铁芯直线电机

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002078313A (ja) * 2000-08-25 2002-03-15 Nikon Corp 積層シートコイル、電機子、リニアモータ、これを用いたステージ装置、露光装置、及びデバイスの製造方法
CN101132137A (zh) * 2007-08-27 2008-02-27 清华大学 直线电机冷却器
US20080143194A1 (en) * 2006-12-13 2008-06-19 Applied Technology Associates High bandwidth linear actuator for steering mirror applications
TW200941900A (en) * 2008-02-21 2009-10-01 Sumitomo Heavy Industries Coil unit for three-phase linear motor and the three-phase linear motor
CN101924409A (zh) * 2009-06-16 2010-12-22 直得科技股份有限公司 单元线圈、线圈组合件及无铁心式线性马达
CN102195439A (zh) * 2011-05-26 2011-09-21 清华大学 一种多定子多动子阵列式直线电机驱动装置
CN103105743A (zh) * 2013-02-06 2013-05-15 清华大学 带平面衍射光栅测量的具有六自由度粗动台的掩膜台系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002078313A (ja) * 2000-08-25 2002-03-15 Nikon Corp 積層シートコイル、電機子、リニアモータ、これを用いたステージ装置、露光装置、及びデバイスの製造方法
US20080143194A1 (en) * 2006-12-13 2008-06-19 Applied Technology Associates High bandwidth linear actuator for steering mirror applications
CN101132137A (zh) * 2007-08-27 2008-02-27 清华大学 直线电机冷却器
TW200941900A (en) * 2008-02-21 2009-10-01 Sumitomo Heavy Industries Coil unit for three-phase linear motor and the three-phase linear motor
CN101924409A (zh) * 2009-06-16 2010-12-22 直得科技股份有限公司 单元线圈、线圈组合件及无铁心式线性马达
CN102195439A (zh) * 2011-05-26 2011-09-21 清华大学 一种多定子多动子阵列式直线电机驱动装置
CN103105743A (zh) * 2013-02-06 2013-05-15 清华大学 带平面衍射光栅测量的具有六自由度粗动台的掩膜台系统

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103929097A (zh) * 2014-04-30 2014-07-16 清华大学 一种六自由度磁悬浮运动台
CN105790480A (zh) * 2016-03-09 2016-07-20 深圳航天科技创新研究院 一种采用pcb绕组的永磁电机
CN109217614A (zh) * 2017-07-06 2019-01-15 上海合栗智能科技有限公司 线性马达及其动子
CN111357178A (zh) * 2017-11-24 2020-06-30 日本电产科宝株式会社 致动器、叶片驱动装置、摄像装置以及电子设备
WO2023056665A1 (zh) * 2021-10-09 2023-04-13 上海果栗自动化科技有限公司 线性马达、线性马达模块及其动子
WO2023056666A1 (zh) * 2021-10-09 2023-04-13 上海果栗自动化科技有限公司 线性马达定子模块、线性马达及其定子
CN117856566A (zh) * 2024-03-08 2024-04-09 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种晶圆检测设备用无铁芯直线电机

Also Published As

Publication number Publication date
CN103560643B (zh) 2016-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103560643B (zh) 一种印刷电路板绕组直线电动机
CN105071573A (zh) 一种具有印刷电路板绕组的定子结构
WO2017051555A1 (ja) 非接触給電用コイルおよび非接触給電システム
CN1933304A (zh) 横向磁通平板式永磁直线电机
KR101810202B1 (ko) 자석 배열 및 자기 서스팬션 평면 모터
CN101355290A (zh) 双径向磁场反应式直线旋转步进电机
TWI501512B (zh) 具有芯部的多頭線性馬達
CN101741290B (zh) 六自由度磁悬浮微动平台
CN203911720U (zh) 一种磁悬浮永磁直线电机
CN102510202B (zh) 永磁直线同步电机
CN102299607B (zh) 永磁偏置型横向磁通直线磁阻电机
CN104753307A (zh) 磁浮平面电机
Li et al. Design principle of a 16‐pole 18‐slot two‐sectional modular permanent magnet linear synchronous motor with optimisation of its end tooth
CN203608049U (zh) 模块化容错型电磁发射用直线电机
CN102255471A (zh) 一种低定位力高推力直线开关磁通永磁电动机
CN204794438U (zh) 一种具有印刷电路板绕组的定子结构
CN101741212B (zh) 横向磁通永磁平面电机
CN103440953A (zh) 一种超导波荡器磁体
CN104779755A (zh) 一种模块化双定子永磁直线电机及由其构成的电机模组
CN102480210B (zh) 模块化、长行程电磁直线执行器及其电流换相方法
CN204835886U (zh) 一种凸杆式无铁芯直线电机
CN202076918U (zh) 一种低定位力高推力直线开关磁通永磁电动机
CN104795920B (zh) 六自由度微动装置
CN202282719U (zh) 永磁直线同步电机
CN102185389B (zh) 异型电机

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
CB02 Change of applicant information

Address after: 100084 Beijing, Haidian District, 100084 box office box office, Tsinghua University,

Applicant after: Tsinghua University

Applicant after: U-PRECISION TECH CO., LTD.

Address before: 100084 Beijing, Haidian District, 100084 box office box office, Tsinghua University,

Applicant before: Tsinghua University

Applicant before: U-Precision Tech Co., Ltd.

COR Change of bibliographic data
GR01 Patent grant