CN103904804A

CN103904804A - 用于电机绕组的线圈单元及应用该线圈单元的平面电机

Info

Publication number: CN103904804A
Application number: CN201210587411.6A
Authority: CN
Inventors: 郑乐平; 张志钢; 张晓文; 李卿
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-07-02

Abstract

本发明公开了一种用于电机绕组的线圈单元及应用该线圈单元的平面电机，该平面电机包括磁钢阵列和线圈绕组阵列，所述磁钢阵列设置在所述线圈绕组阵列的底部，所述线圈绕组阵列由多个线圈单元组成。所述线圈单元由导电薄带围绕线轴旋转构成，所述导电薄带的厚度方向平行于所述绕线轴，且所述导电薄带的周边设有冷却装置。本发明通过将导电薄带的厚度方向平行于绕线轴缠绕，并在导电薄带的周边配置相应的冷却装置，使得导电薄带与冷却装置之间的接触面积增大，从而提高散热面积，进一步提高了平面电机的散热效果。

Description

用于电机绕组的线圈单元及应用该线圈单元的平面电机

技术领域

本发明涉及一种用于电机绕组的线圈单元及应用该线圈单元并具有多个自由度的磁浮平面电机。

背景技术

在许多需要精密定位的应用器件中，如贴片机、封装光刻机，都采用直线电机或者平面电机来完成运动台的伺服定位功能。为了同时获得多个运动自由度，通常是通过多个直线电机或者平面电机相互堆叠实现，因而导致运动台结构复杂，质量增加，模态降低，定位精度、控制带宽和运动速度下降。

此外，还有一种可行的方案是设计一个可以同时提供多个自由度的平面电机，完成多个自由度的运动定位。在该平面电机结构里，为了获得良好的定位精度，除了要求磁钢阵列所形成的磁通密度具有良好的空间正弦性外，还要解决一个更为棘手的电机散热问题。然而通常的散热装置由于局限在散热本身，而没有对线圈进行特殊的改造，所以效果不理想，影响了平面电机的精密定位能力。另外，磁浮电机在工作时，无论在运动还是在静止状态下，都需要线圈中持续通入电流，以产生能够维持自身重力的悬浮力，相应地，线圈绕组中将持续产生热量，并以辐射的形式散发出去。这种发热方式既会影响磁性材料的性能，也会对超精密定位产生不利影响。为此，在磁浮电机的应用中，往往希望线圈绕组与磁钢阵列之间的磁隙尽可能小，以提高推力比，降低悬浮所需要的电流值，从而降低发热的影响。然而，降低磁隙又会使线圈绕组的发热对磁钢阵列的影响加剧，因此必须对散热情况进行仔细考虑。

因此，如何提供一种能够有效散热的用于电机绕组的线圈单元及应用该线圈单元的平面电机是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。

发明内容

本发明提供一种用于电机绕组的线圈单元及应用该线圈单元的平面电机，以克服现有技术中平面电机难以散热的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于电机绕组的线圈单元，所述单元线圈由导电薄带围绕线轴旋转构成，所述导电薄带的厚度方向平行于所述绕线轴，且所述导电薄带的周边设有冷却装置。

作为优选，所述导电薄带的截面为矩形或圆角矩形。

作为优选，所述冷却装置设置在所述导电薄带的外围，所述冷却装置上分别设有入口和出口，所述冷却装置内设有与所述入口和出口对应的通道。

作为优选，所述冷却装置包括设置在所述导电薄带的外围的第一冷却装置和设置在所述导电薄带内径处的第二冷却装置，所述第一冷却装置和第二冷却装置上均分别设有入口和出口，所述第一冷却装置和第二冷却装置内部均设有与所述入口和出口对应的通道。

作为优选，所述冷却装置包括设置在所述导电薄带的外围的第一冷却装置和设置在所述导电薄带内径处的第二冷却装置，所述第一冷却装置和第二冷却装置相互连通。

作为优选，所述冷却装置上分别设有入口和出口，所述冷却装置内部设有与所述入口和出口对应的通道。

作为优选，所述冷却装置由电绝缘材料制成。

作为优选，所述导电薄带之间设有一绝缘体层。

本发明还提供一种平面电机，包括磁钢阵列和线圈绕组阵列，所述磁钢阵列设置在所述线圈绕组阵列的底部，所述线圈绕组阵列由多个上述的线圈单元组成。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过将导电薄带的厚度方向平行于绕线轴缠绕，并在导电薄带的周边配置相应的冷却装置，使得导电薄带与冷却装置之间的接触面积增大，从而提高散热面积，进一步提高了平面电机的散热效果。

附图说明

图1为本发明一具体实施方式中平面电机的结构示意图；

图2为本发明实施例1中线圈单元的结构示意图；

图3为本发明实施例2中线圈单元的结构示意图；

图4为本发明实施例3中线圈单元的结构示意图。

图中：1-磁钢阵列，2-线圈绕组阵列，10、20、30-线圈单元，11、21、31-导电薄带，12、22、32-绕线轴，13、23、33-冷却装置，231、331-第一冷却装置，232、332-第二冷却装置，14-绝缘体层。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参照图1，本发明提供的平面电机，包括磁钢阵列1和线圈绕组阵列2，所述磁钢阵列1设置在所述线圈绕组阵列2的底部，所述线圈绕组阵列2由多个线圈单元组成。

实施例1

较佳的，请参照图2，线圈单元10由导电薄带11围绕线轴12旋转构成，所述导电薄带11的厚度方向平行于所述绕线轴12，且所述导电薄带11的周边设有冷却装置13。较佳的，所述导电薄带11的宽面平行于所述绕线轴12，所述导电薄带11的窄面垂直于所述绕线轴12，即，所述导电薄带11与所述冷却装置13宽边接触。由于冷却装置13与导电薄带11的宽边接触，直接进行热交换，使得导电薄带11的散热效率大大提高。此外，导电薄带11与所述绕线轴12及冷却装置13进行宽边接触，使得线圈单元10的占积率从70%提高到80%，在推力一定的情况下，导电薄带11所占的体积减小，从而使所述线圈单元10的重量降低。较佳的，所述导电薄带11的截面为矩形或圆角矩形，增大了导电薄带11的散热面积，提高了线圈单元10的散热效率。

请继续参照图2，作为优选，所述冷却装置13设置在所述导电薄带11的外围，所述冷却装置13上分别设有入口和出口，所述冷却装置13内设有与所述入口和出口对应的通道。即，所述磁浮平面电机工作时，将用于冷却的液体从入口进入冷却装置13内部的通道内流动，从而对导电薄带11进行冷却，然后从出口流出。

请继续参照图2，较佳的，所述冷却装置13由电绝缘材料制成。所述电绝缘材料的导热性要好于绝缘体，具有良好的散热性。

请继续参照图2，所述导电薄带13之间设有一绝缘体层14，用于隔离两相邻的导电薄带13之间的电流。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于所述冷却装置的结构不同。

具体地，请参照图3，线圈单元20由导电薄带21围绕线轴22旋转构成，所述导电薄带21的截面为矩形或圆角矩形，且所述导电薄带21的周边设有冷却装置23。较佳的，所述导电薄带21的宽面平行于所述绕线轴22，所述导电薄带21的窄面垂直于所述绕线轴22，即，所述导电薄带21与所述冷却装置23宽边接触。同样，采用截面为扁形或长方形的导电薄带21，与冷却装置23的接触面积增大，从而提高了线圈单元20的整体散热效率。

较佳的，所述冷却装置23包括设置在所述导电薄带21的外围的第一冷却装置231和设置在所述导电薄带21内径处的第二冷却装置232，使得导电薄带21与所述冷却装置23之间的接触面积增大，实现对所述导电薄带21进行双面同时散热，提高了线圈单元20的整体散热效率。较佳的，所述第一冷却装置231和第二冷却装置232上均分别设有入口和出口，所述第一冷却装置231和第二冷却装置232内部均设有与所述入口和出口对应的通道。在通道内通入冷却液体，实现对所述导电薄带21的冷却。

实施例3

本实施例与实施例1及实施例2的区别在于所述冷却装置的结构不同。

具体地，请参照图4，线圈单元30由导电薄带31围绕线轴32旋转构成，所述导电薄带31的截面为长方形或扁形，且所述导电薄带31的周边设有冷却装置33。较佳的，所述导电薄带31的宽面平行于所述绕线轴32，所述导电薄带31的窄面垂直于所述绕线轴32，即，所述导电薄带31与所述冷却装置33宽边接触。同样，采用截面为扁形或长方形的导电薄带31，与冷却装置33的接触面积增大，从而提高了线圈单元30的整体散热效率。

作为优选，所述冷却装置33包括设置在所述导电薄带31的外围的第一冷却装置331和设置在所述导电薄带31内径处的第二冷却装置332，所述第一冷却装置331和第二冷却装置332相互连通。即，所述第一冷却装置331和第二冷却装置332连接为一体构成冷却装置33，进一步提高了所述冷却装置33与导电薄带31之间的接触面积，提高线圈单元30的散热效果。

请继续参照图4，作为优选，所述冷却装置33上分别设有入口和出口，所述冷却装置33内部设有与所述入口和出口对应的通道。在通道内通入冷却液体，实现对所述导电薄带31的冷却。

综上所述，本发明的平面电机，包括磁钢阵列1和线圈绕组阵列2，所述磁钢阵列1设置在所述线圈绕组阵列2的底部，所述线圈绕组阵列2由多个线圈单元组成。所述线圈单元由导电薄带围绕线轴旋转构成，所述导电薄带的厚度方向平行于所述绕线轴，且所述导电薄带的周边设有冷却装置。本发明通过将导电薄带的厚度方向平行于绕线轴缠绕，并在导电薄带的周边配置相应的冷却装置，使得导电薄带与冷却装置之间的接触面积增大，从而提高散热面积，进一步提高了平面电机的散热效果。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims

1.一种用于电机绕组的线圈单元，所述线圈单元由导电薄带围绕绕线轴旋转构成，其特征在于，所述导电薄带的厚度方向平行于所述绕线轴，且所述导电薄带的周边设有冷却装置。

2.如权利要求1所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述导电薄带的截面为矩形或圆角矩形。

3.如权利要求1所述的用于电机绕组的线圈单元，其特征在于，所述冷却装置设置在所述导电薄带的外围，所述冷却装置上分别设有入口和出口，所述冷却装置内设有与所述入口和出口对应的通道。

4.如权利要求1所述的用于电机绕组的线圈单元，其特征在于，所述冷却装置包括设置在所述导电薄带的外围的第一冷却装置和设置在所述导电薄带内径处的第二冷却装置，所述第一冷却装置和第二冷却装置上均分别设有入口和出口，所述第一冷却装置和第二冷却装置内部均设有与所述入口和出口对应的通道。

5.如权利要求1所述的用于电机绕组的线圈单元，其特征在于，所述冷却装置包括设置在所述导电薄带的外围的第一冷却装置和设置在所述导电薄带内径处的第二冷却装置，所述第一冷却装置和第二冷却装置相互连通。

6.如权利要求5所述的用于电机绕组的线圈单元，其特征在于，所述冷却装置上分别设有入口和出口，所述冷却装置内部设有与所述入口和出口对应的通道。

7.如权利要求1所述的用于电机绕组的线圈单元，其特征在于，所述冷却装置由电绝缘材料制成。

8.如权利要求1所述的用于电机绕组的线圈单元，其特征在于，所述导电薄带之间设有一绝缘体层。

9.一种平面电机，包括：磁钢阵列和线圈绕组阵列，所述磁钢阵列设置在所述线圈绕组阵列的底部，其特征在于，所述线圈绕组阵列由多个如权利要求1-8中任意一项所述的线圈单元组成。