CN107534381A - 电机的初级部分、电机以及用于制作初级部分的方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种涉及电机(01、25)的初级部分(02)，初级部分由多层的线路板(07)构成，其具有：至少两个间隔开地上下叠置的导电层(08)，其中，导电层(08)构成至少一个线圈(11、12、18)；至少一个介电层(09)，介电层布置在导电层(08)之间；至少两个彼此间隔开的导磁层(10)，其中，每个导磁层(10)布置成至少间接地相邻于导电层(08)；以及由导磁的材料构成的连接器件，用以有针对性磁连接导磁层(10)。本发明还涉及一种具有这种初级部分(02)的电机以及一种用于制作初级部分(02)的方法。

Description

电机的初级部分、电机以及用于制作初级部分的方法

技术领域

本发明涉及电机的初级部分以及具有这种初级部分的电机。此外，本发明还涉及用于制作初级部分的方法。众所周知，电机的初级部分是具有至少一个能通电的线圈的部件。

背景技术

DE 10 2008 062 575 A1示出了一种多层印刷电路板，其优选地作为印制线路板(Printed Circuit-Board，PCB)马达的构件来使用。多层印刷电路板包括顶层、底层、至少一个中间层以及钎焊在中间层上的传感器。在旋转式电驱动器中，多层印刷电路板优选是电动马达的能通电的定子。而把转子分配给永磁体，从而不需要向旋转的部分进行电流输送。而在直线的电驱动器中，多层印刷电路板形成动子，由此，动子可以节约重量地被设计出来。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种针对电机的初级部分，其具有简单的结构、能花费少地来制造以及需要较小的结构空间。此外，还应当提供一种具有这种初级部分的电机，该电机尤其具有经改善的力密度以及尽可能小的质量。最后，还要提供一种用于制作初级部分的方法。

根据随附的权利要求1的初级部分用于解决根据本发明的任务。

根据本发明的初级部分由多层的线路板构成。线路板包括至少两个间隔开地上下叠置的导电层，其中，导电层构成至少一个线圈。在导电层之间布置有至少一个介电层。此外，线路板还包含有：至少两个彼此间隔开的导磁层，其中，每个导磁层布置成至少间接地相邻于导电层；以及由导磁的材料构成的连接器件，用以对导磁层进行有针对性的磁连接。由此，优选结构化的导磁层点式地磁连接，由此，磁通可以在导磁层之间有针对性地进行引导。

根据本发明的初级部分的重要优点在于，由于电线路板与能导磁的结构的所进行的组合可以实现其突出之处在于具有紧凑的、节约空间的结构形式的初级部分。通过在承载线圈的导电层与导磁层之间的更替而在成层时形成的精细层的结构可以作为齿部来利用，而无需进行附加的结构化。尤其地，以该方式也可以实现小型化的电机。初级部分可以完全在常见的线路板制造之内来制作。在此，可以动用用于制造线路板的公知的并且自长久以来经检验的技术，由此能够实现高效的生产。因此，多层的线路板可以以分板(Nutzen)的方式制造。在以分板方式制造的情况下，大量单线路板彼此并排布置在一个线路板上。以分板方式制造能够实现对多层的线路板的成本高效的制作。由于初级部分是一体式的而不需要装配，由此尤其在零件数目高的情况下得到高的效率。

初级部分实施为线路板确定了由电气层形成的线圈(绕组)在层平面内的优先方向。与之相应地，磁应力垂直于线路板的层平面地形成。因此，在使用根据本发明的初级部分的情况下，可以特别简单地生产盘形的马达。

根据优选的实施方式，根据本发明的初级部分可以具有马达齿或发电机齿，它们以爪极齿的形式来成型。这种初级部分可以优选被用于构建横向磁通电机。在此，极宽度和极长度能通过线路板的造型在大范围内自由地选择。对多个层(齿)进行级联用以制作初级部分同样是可行的。

为了改善热稳定性，在多层的结构中的不同的层的对称的排序已经被证明为适宜的。在这种结构中，用作线圈绕组的每个导电层都与导磁层相邻。在导电层与导磁层之间，通过介电层实现电绝缘。介电层具有较小的厚度，例如约100μm。导电层与导磁层之间的同时在大面积的接触的情况下的均匀的较小的间距产生每个单个的线圈绕组与每个导磁层之间的较小的热阻抗。由此，从初级部分的散热相对于常见的缠绕式马达好得多。导磁层同时可以用作冷却板材，以便可以更好地将热从线圈绕组排出。所实现的冷却可能性允许了使用这种初级部分的电机的力密度的提高。

根据有利的实施方式，初级部分具有延伸穿过线路板的冷却通道。冷却通道优选具有铜涂覆部。由于使用了冷却通道，可以进一步改善从初级部分的散热。

根据另外的优选的实施方式，线路板包括至少一个载体层，其具有用于容纳永磁体的凹部，其中，永磁体直接与导磁层相邻。以该方式可以实现例如是直线磁阻驱动器的装备有永磁体的初级部分。

根据有利的实施方式，借助磁的过孔来实现用于在导电层之间建立磁连接的连接器件。为了制造磁的过孔，将用导磁的材料填装的凹部引入到线路板中。导磁的材料例如可以是包含有铁磁粉末，如铁粉末或者不同合金的铁氧体粉末的软膏类的材料。软膏类的材料可以很好地被处理并且少花费地被引入到凹部中用以制作磁的过孔。然而替选地也可以使用由导磁的材料构成的铆钉、销或者套管，它们被引入到凹部中并且与线路板以适当的方式和方法连接。在替选的实施方式中，由导磁的材料构成的连接器件可以机械地固定在线路板上。连接器件例如可以构造为磁轭板材(Rückschlussblech)。

在有利的实施方式中，导磁层由填装有铁磁粉末的塑料薄膜或铁磁性的板材构成。例如铁粉末或者不同合金的铁氧体粉末可以作为铁磁粉末使用。填装有铁磁粉末的塑料薄膜特别好地适用，这是因为它们可以类似于FR4基质材料地来加工。FR4基质材料常常在电线路板制造时被使用，从而可以动用经考验的专有技术。此外，也可以使用各种各样的特殊薄膜材料，其例如具有聚集磁通的(μ合金)或具有屏蔽的特性。构成至少一个线圈的导电层优选经由电的过孔彼此连接。适宜地，电的过孔可以经由金属化的壁部来实现。

此外，根据本发明的任务还通过根据权利要求6的电机来解决。根据本发明的电机包括已经描述的初级部分以及与初级部分对置布置的次级部分，次级部分具有能导磁的部件。初级部分与次级部分通过气隙彼此分开。电机例如可以是直线磁阻驱动器、直线伺服马达或者旋转式驱动器。

根据权利要求7的方法也用于解决根据本发明的任务。

根据本发明的方法包括如下步骤：首先，制作多层的线路板。线路板包括：至少两个彼此间隔开的导电层，其中，导电层构成至少一个线圈；至少一个布置在导电层之间的介电层；以及至少两个彼此间隔开的导磁层，导磁层分别布置成至少间接地相邻于其中一个导电层。

紧接着，在导磁层之间建立磁连接。为此，可以将凹部引入到多层的线路板中，凹部用导磁材料来填装。然而，也可以将由导磁的材料构成的连接器件机械地固定在线路板上。

随后，在导电层之间建立电连接。为此，优选地将凹部引入到线路板中，凹部的壁部为了产生电的过孔而被金属化。

在经修改的实施方案中，可以不一样地选择制作电连接和磁连接的顺序。例如，可以首先在导电层之间建立电连接，然后引入针对磁连接的孔并且最后用铁磁材料来填充这些孔，以便产生磁连接。

线路板的制造优选地以分板的方式进行。本发明导致的优点是，在线路板制造中铁磁薄膜或者板材与常见的电层片相结合的使用能够实现用于成形出马达线圈和传导磁通的铁回路。马达的所制作的初级部分是一体式的并且不需要装配。尤其在小件的零件数目高的情况下得到高的效率。所产生的部分可以在层压之前或者在层压之后如常见的那样利用铣削、钻削或者激光切割来结构化。线路板制造的全部可用的加工方法也可供磁的功能层片使用。

根据优选的实施方案，多层的线路板可以由多个双层片线路板来制造。双层片线路板具有载体层并且在两侧具有铜层。优选地，将为了实现电的过孔所需的凹部引入到每个双层片线路板中并且相应地使凹部的壁部金属化。随后，在每个双层片线路板上分别以常见的技术和材料固定例如形式为填装铁磁粉末的塑料薄膜的导磁层来作为顶层和底层。导磁层例如可以被层压上。紧接着，将凹部以如下方式引入到分别由两个导磁层和导电层构成的部分组中，即，使凹部贯穿地延伸过导磁层。凹部用导磁材料填装来实现磁的过孔。替选地，在多层的线路板的所有层都彼此连接之后，导磁层也可以借助固定在线路板上的连接器件磁连接。

在下一步骤中，将部分组彼此连接，其中，必要时可以将另外的层整合到复合体中，以便例如可以将永磁体整合到线路板中。

替选地，也可以通过如下方式制造多层的线路板，即，首先将部分组以及必要时线路板的另外的层彼此连接。在该情况下适宜的是，首先制造磁的过孔，并且随后才制造电的过孔。在此，也可以改变这些步骤的顺序。

附图说明

本发明的有利的实施方式在下面将依据随附的附图被详细阐述。

其中：

图1示出直线磁阻驱动器的截面图；

图2示出直线磁阻驱动器的初级部分的制造；

图3示出直线伺服马达的截面图；

图4示出直线伺服马达的俯视图；

图5示出旋转式马达的初级部分的俯视图；

图6示出沿着图5中的线A-A的截面图；

图7示出沿着图5中的线B-B的截面图。

具体实施方式

图1示出了直线磁阻驱动器01的截面图。直线磁阻驱动器01包括初级部分02和次级部分03，它们通过气隙04彼此分开。次级部分03在其表面上具有能导磁的结构05。次级部分可以构造为经涂覆的叠片组。能导磁的结构05经由由导磁的材料构成的连接器件26彼此磁连接。连接器件26例如可以是磁轭板材。初级部分02由多层的线路板07构成。线路板07包括导电层08、介电层09以及导磁层10，介电层布置在导电层08之间。每个导磁层10布置成至少间接地相邻于导电层08。导磁层10优选借助粘贴层或者预浸料(未示出)与导电层08彼此机械连接。粘贴层同时负责电绝缘。

导电层10为了构成线圈而实施为结构化的层。在所示出的实施方式中，磁阻驱动器01具有两个相，其中，相1的第一线圈11在线路板07的上半部实现，而相2的第二线圈12在线路板07的下半部实现。当然，具有一个或多于两个的相的磁阻驱动器01也是可行的。

借助电的过孔13(参见图2)，使导电层10彼此电连接。为了制作电的过孔13，将凹部22引入到线路板07中，凹部的壁部优选被金属化。替选地，也可以将由能导电的材料构成的铆钉、销或者套管引入到凹部22中并且与线路板07机械连接。视应用目的而定，电的过孔13的形状和大小是不同的。较小的电的过孔13例如可以被钻削，而较大的过孔13优选被铣削。

导磁层10优选实施为填装有铁磁粉末的塑料薄膜或者板材。例如铁粉末或者不同合金的铁氧体粉末可以作为铁磁粉末使用。导磁层10经由磁的过孔14彼此连接。以该方式，磁通线有针对性地被扩展到第三维度。为了产生磁的过孔14，凹部23被引入到线路板07中。凹部23又可以被钻削或铣削。凹部23至少穿透所有导磁层10。导磁的材料被引入到凹部23中。导磁的材料可以是包含有铁磁粉末的、如铁粉末或者不同合金的铁氧体粉末的软膏。然而替选地，也可以使用由导磁的材料构成的铆钉、销或者套管，它们被引入到凹部23中并且与线路板07机械连接。

此外，线路板07包括两个载体层15用以容纳成对布置的具有不同极性的永磁体17。永磁体17在线圈11、12中产生磁通，磁通通过通电的线圈11、12的电磁场视通电而定地得到增强或减弱，而且磁通经由次级部分03的能导磁的结构05闭合。

初级部分02各具有一个辅助层19作为顶层和底层，其尤其保护初级部分02免受周围环境影响。在中间布置有另外的辅助层19，其主要是用于对相邻的导磁层10进行磁绝缘。

依据图2，所描述的直线磁阻驱动器01的初级部分02的制造应该依据所示出的制作阶段予以阐述。在所示出的实施方式中，为了构成线圈11、12，使用了四个双层片线路板20，其分别具有作为载体起作用的介电层09和施布在两侧的导电层08。当然，如下实施方案也是可行的，其使用多于四个的双层片线路板20或放弃使用双层片线路板20。

首先，在步骤S1、S2中，进行电的过孔13的制造。为此，将凹部22引入到双层片线路板20中，凹部的壁部随后被金属化。替选地，也可以将由能导电的材料构成的铆钉、销或者套管引入到凹部22中并且与线路板07机械连接。

紧接着，在步骤S3中将导磁层10固定在双层片线路板20上作为顶层和底层。导磁层10例如可以被层压上。

在步骤S4中，引入为了制作磁的过孔14而所需的凹部23。

在步骤S5中，将辅助层19固定在两个导磁层10中的上部的导磁层10上作为顶层。

随后，在步骤S6中通过如下方式完成设立磁的过孔14，即，将导磁的材料引入到凹部23中。因为为了实现磁的过孔14而被引入的凹部23在将层连接之后才被引入并且然后用导磁的材料来填充，所以在磁的过孔14与导磁层10之间可以实现直接的大面积的接触。经此，在导磁层10与凹部23中的导磁的材料之间不存在粘贴层。在凹部23中的导磁的材料与导电层10之间的接触面积不仅呈圆形地而且呈柱体形地进而得到极大增加。

随后，在步骤S7中，产生另外的电的过孔13，其延伸穿过现在彼此连接的层。

在所示出的实施例中，将四个部分组并联制造，它们分别包括具有固定在线路板20的外侧上的导磁层10的双层片线路板20。如在步骤S5中描述的那样，在其中每个部分组上固定有辅助层19作为顶层或者底层。在步骤S8中将部分组彼此连接，其中，将两个附加的载体层15整合到复合体中。载体层15分别处在两个相邻的导磁层10之间。这两个相邻的导磁层具有用于容纳随后被引入的永磁体17的凹陷部24。

替选地，也可以通过如下方式制造形成初级部分02的线路板07，即，首先将所有部分组和线路板07的另外的层15、19彼此连接。然而，在该情况下，必须首先制造磁的过孔14并且随后才制造电的过孔13。

如下实施方案同样是可行的，其不使用双层片线路板20，而是使用单个的层，它们彼此连接成多层的线路板07。在该情况下，也必须在时间上在电的过孔之前制作磁的过孔14。如上面已经阐述的那样，可以改变制作电和磁连接时的顺序。

图3示出了直线伺服马达25的截面图，而图4示出了直线伺服马达的俯视图。直线伺服马达25包括初级部分02和次级部分03，它们通过气隙04彼此分开。次级部分03由能导磁的材料构成并且在其外表面上具有有序的永磁体17。次级部分可以实施为具有由永磁性的材料和包含有铁磁粉末的材料构成的交替的层的经涂覆的叠片组。呈环形的初级部分02又由多层的线路板07构成，多层的线路板具有导电层08、布置在导电层08之间的介电层09以及导磁层10。导磁层10经由布置在线路板07的外圆周上的由导磁的材料构成的连接器件26来彼此磁连接。连接器件26例如可以是磁轭板材。

所示出的伺服马达25实施为双极型三相马达。相1、2和3的线圈11、12和18构造在导电层08上。用于有针对性地排出运行热的冷却通道27被引入到线路板07中。优选地，冷却通道27具有铜涂覆部。次级部分03的在运行期间实施的直线运动借助沿着次级部分的纵向轴线的双箭头来标明。

图5示出了旋转式马达的初级部分02的俯视图，其被实施为双极型三相马达。图6示出了沿着图5中的线A-A的截面图，而在图7中示出了沿着图5中的线B-B的截面图。呈环形的初级部分02同样由具有已经描述的层结构的多层的线路板07构建。在导电层08上又构成线圈。不同于到目前为止所描述的实施方案地通过如下方式构造有带有齿28、29的齿结构，即，一些导磁层10的处在初级部分02的内直径上的端部区域被竖直地弯折。布置在线路板07的外圆周上的连接元件26、例如磁轭板材将导磁层10连接起来。优选具有铜涂覆部的冷却通道27又被引入到线路板07中用以有针对性地排出运行热。

最后描述的初级部分实施方案能够实现具有与各个层的厚度无关的极宽度和极长度的旋转式马达。基于所使用的线路板技术导致在线路板平面内构成磁应力(马达力)，从而必须使极变向。为此，马达(发电机)齿类似于爪极齿地来构造。将场聚集的板材在层平面内弯折了90°。由此，在能通过线路板造型任意地选择的位置上形成了具有偏转了90°的场扩散的马达齿。通过对弯折的板材部分的适当的布置，形成具有能自由地选择的极宽度和极间距的马达齿。多个层(和齿)垂直于层平面的级联同时使得能够制作具有任意的极长度的初级部分。

最后，应指出，所示出的电机的实施方案仅具有示例性的表征。此外，另外的实施方案自然是可行的。

附图标记列表

01 直线磁阻驱动器

02 初级部分

03 次级部分

04 气隙

05 能导磁的部件

06 -

07 多层的线路板

08 导电层

09 介电层

10 导磁层

11 相1的线圈

12 相2的线圈

13 电的过孔

14 磁的过孔

15 载体层

16 -

17 永磁体

18 相3的线圈

19 辅助层

20 双层片线路板

21 -

22 针对电的过孔的凹部

23 针对磁的过孔的凹部

24 针对永磁体的凹部

25 直线伺服马达

26 连接器件

27 冷却通道

28 极1的齿

29 极2的齿

Claims (10)

1.电机(01、25)的初级部分(02)，所述初级部分由多个连接成多层的线路板(07)的层构成，其包括：

·至少两个间隔开地上下叠置的导电层(08)，所述导电层构成至少一个线圈(11、12、18)；

·至少一个介电层(09)，所述介电层布置在所述导电层(08)之间；

·至少两个彼此间隔开的导磁层(10)，其中，每个导磁层(10)布置成至少间接地相邻于导电层(08)；和

·由导磁的材料构成的连接器件(26)，用以有针对性地磁连接所述导磁层(10)。

2.根据权利要求1所述的初级部分(02)，其特征在于，所述初级部分具有导电层(08)、介电层(09)和导磁层(10)的对称的排序。

3.根据权利要求1或2所述的初级部分(02)，其特征在于，所述初级部分具有延伸穿过所述线路板(07)的冷却通道(27)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的初级部分(02)，其特征在于，所述初级部分具有至少一个载体层(15)，所述载体层具有用于容纳永磁体(17)的凹部(24)，其中，所述载体层(15)在两侧直接与导磁层(10)相邻，所述导磁层优选由填装有铁磁粉末的塑料薄膜或者板材构成。

5.电机(01、25)，其包括根据权利要求1至4中任一项所述的初级部分(02)以及与所述初级部分(02)对置地布置的次级部分(03)，所述次级部分具有能导磁的部件(05)，其中，初级部分(02)和次级部分(03)通过气隙(04)彼此分开。

6.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，所述电机是横向磁通电机，其中，被构造在所述初级部分(02)的多层的线路板(07)中的齿形成为爪极齿，并且其中，作为连接器件起作用的磁的磁轭板材(26)在所述线路板(07)的平面内弯折了90°。

7.用于制作根据权利要求1至4中任一项所述的初级部分(02)的方法，所述方法具有如下步骤：

·提供多层的线路板(07)，所述多层的线路板包括：至少两个彼此间隔开的导电层(08)，其中，所述导电层(08)构成至少一个线圈(11、12、18)；至少一个布置在相邻的导电层(08)之间的介电层(09)以及至少两个导磁层(10)，所述导磁层分别布置成至少间接地相邻于所述导电层(08)中的一个；

·在所述导磁层(10)之间建立磁连接；

·在所述导电层(08)之间建立电连接。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，为了建立磁连接，将凹部(23)引入到所述多层的线路板(07)中，并且将能导磁的材料引入到所述凹部(23)中。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，将冷却通道(27)引入到所述线路板(07)中。

10.电机(01、25)的初级部分(02)，所述初级部分由多个连接成线路板(07)的层构成，所述层如下这样来产生：

·产生至少两个上下叠置的导电层(08)，所述导电层通过至少一个介电层(09)彼此间隔开，并且由所述导电层(08)构成至少一个线圈(11、12、18)；

·产生至少两个彼此间隔开的导磁层(10)，所述导磁层分别布置成至少间接地相邻于导电层(08)，并且由所述导磁层(10)构成所述初级部分的齿；

·利用由导磁的材料构成的连接器件(26)在所述导磁层(10)之间建立磁连接，以及在所述导电层(08)之间建立电连接。