一種平板型音圈電機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機械工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種平板型音圈電機。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于安培力原理制造的平板型音圈電機結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、可靠性高、能量轉(zhuǎn)換 效率高，具有固定行程和直接驅(qū)動特性、平滑輸出、線性控制等特點，而且電氣與機械時間 常數(shù)低，推力/質(zhì)量比高，無齒槽效應(yīng)，不需要換向，理論上有無限的位置靈敏度，無嵌齒、 無滯后響應(yīng)，使音圈電機可以很好地應(yīng)用在需要高速、高加速度、高響應(yīng)速度的伺服控制系 統(tǒng)中，基于上述特性，音圈電機十分適用于要求快速、高精度定位的光刻機短行程精密定位 單元。
[0003] 目前實際工況中所用的平板音圈電機，多采用漆包線繞制的形式，在線圈材料上 少有擴展。
[0004] 圖1是傳統(tǒng)漆包線形式的單線圈平板音圈電機三維電磁結(jié)構(gòu)（圖中省略了線圈框 架及固定兩背鐵的支承件）。電磁結(jié)構(gòu)包含三個部分，固定磁鐵陣列的背鐵101、磁鐵陣列 102、漆包線繞制的線圈103。
[0005] 圖2是傳統(tǒng)漆包線形式的單線圈平板音圈電機二維截面圖，其出力方向為水平 向。圖中201是磁鐵N，充磁方向垂直于出力方向向上，202是磁鐵S，其充磁方向垂直于出 力方向向下。203是磁鐵H1，充磁方向水平向右。204是磁鐵H2,充磁方向水平向左。磁鐵 H1和H2的作用是增強N和S所在位置的垂向磁密，以增加電機推力。205是漆包線繞制的 線圈，圖中的O代表電流流向垂直紙面向外，表示電流流向垂直紙面向里，當線圈通入圖 中所示的電流時，線圈會受到X正向的力；當線圈通入與圖中所示電流方向相反的電流時， 線圈會受到X負向的力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種能有效減小因制造偏差導(dǎo)致的 推力波動和推力干擾的平板型音圈電機。
[0007] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開一種平板型音圈電機，該音圈電機由磁鐵和 線圈板組成，該磁鐵由上磁鐵陣列和下磁鐵陣列組成，該線圈板位于該上磁鐵陣列和下磁 鐵陣列之間，該線圈板由PCB印刷電路板組成。
[0008] 更進一步地，該音圈電機還包括位于該磁鐵外側(cè)的背鐵，該上磁鐵陣列和下磁鐵 陣列通過膠水分別與該背鐵固定。
[0009] 更進一步地，該音圈電機還包括用于冷卻線圈板的冷卻部件。
[0010] 更進一步地，該冷卻部件包括上冷卻表面和下冷卻表面，該上冷卻表面位于該上 磁鐵陣列和線圈板之間，該下冷卻表面位于該線圈板和下磁鐵陣列之間。
[0011] 更進一步地，該冷卻部件還包括冷卻通道，該冷卻通道圍繞該線圈板設(shè)置，該上冷 卻表面和下冷卻表面將線圈板產(chǎn)生的熱量傳遞給該冷卻通道并由冷卻通道中的冷卻介質(zhì) 帶走，該冷卻介質(zhì)為液體或氣體。
[0012] 更進一步地，該上冷卻表面和下冷卻表面由不銹鋼制成。
[0013] 更進一步地，該線圈板、上磁鐵陣列和下磁鐵陣列的形狀均呈矩形。
[0014] 更進一步地，該線圈板包括多個鏤空槽，該上冷卻和下冷卻表面分別包括多個凸 臺，該凸臺可嵌入該鏤空槽內(nèi)使得該線圈板與該冷卻部件緊密貼合。
[0015] 更進一步地，該PCB印刷電路板中的導(dǎo)線層數(shù)和匝數(shù)大于等于2。
[0016] 更進一步地，該線圈板包括層間連接孔。
[0017] 更進一步地，該線圈板包括頂層和底層導(dǎo)線引出的引接線孔，該音圈電機的驅(qū)動 器通過該引接線孔接入。
[0018] 更進一步地，該磁鐵陣列為哈貝克陣列，該PCB印刷電路在線圈板內(nèi)形成一個整 體線圈，該整體線圈包括多個線圈單元，每個該線圈單元的導(dǎo)線均勻且迂回地分布于該線 圈板內(nèi)并與磁鐵陣列的充磁方向配合，使所有處在磁場中的線圈部位受力方向一致。
[0019] 更進一步地，該鏤空槽處不設(shè)置導(dǎo)線且該鏤空槽制作于該線圈板完成之后。
[0020] 更進一步地，該磁鐵為定子，該線圈板為動子。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本技術(shù)方案首次公開一種利用PCB印刷電路板來作為音圈電 機動子的技術(shù)方案，因其工藝的優(yōu)越性，可以使線圈外形尺寸較漆包線方案的線圈更加接 近設(shè)計值，減小了因制造偏差導(dǎo)致的推力波動和推力干擾。本技術(shù)方案改進了線圈排布方 式，增加了線圈受力面積，進而增加了電機推力。本技術(shù)方案的另一個技術(shù)優(yōu)勢在于，由于 PCB電路板可以將線圈和線圈、線圈和絕緣結(jié)構(gòu)做成一個整體，因此不再需要固定線圈的框 架。所以，當線圈作為動子結(jié)構(gòu)時，以PCB電路板作線圈的音圈電機形式減小了動子質(zhì)量， 進而減少了電機發(fā)熱。
【附圖說明】
[0022] 關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進一步的了 解。
[0023] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中漆包線形式單線圈平板音圈電機三維電磁結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中漆包線形式單線圈平板音圈電機二維截面示意圖； 圖3是本發(fā)明所涉及的平板型音圈電機的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明所涉及的平板型音圈電機的展開圖； 圖5是本發(fā)明所涉及的平板型音圈電機的二維截面示意圖； 圖6是本發(fā)明所涉及的平板型音圈電機的PCB印刷電路線圈的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是本發(fā)明所涉及的平板型音圈電機的PCB印刷電路線圈的排布示意圖； 圖8是本發(fā)明所涉及的平板型音圈電機的PCB印刷電路線圈的二維示意圖； 圖9是本發(fā)明所涉及的平板型音圈電機的單片PCB印刷電路的水冷結(jié)構(gòu)示意圖； 圖10是本發(fā)明所涉及的平板型音圈電機的單片PCB印刷電路及其水冷結(jié)構(gòu)二維圖； 圖11是本發(fā)明所涉及的平板型音圈電機的PCB印刷電路板內(nèi)部線圈的層間排布及連 接方式示意圖； 圖12是本發(fā)明所涉及的平板型音圈電機的電磁仿真曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的一種具體實施例的平板型音圈電機。然而，應(yīng)當 將本發(fā)明理解成并不局限于以下描述的這種實施方式，并且本發(fā)明的技術(shù)理念可以與其他 公知技術(shù)或功能與那些公知技術(shù)相同的其他技術(shù)組合實施。
[0025] 在以下描述中，為了清楚展示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及工作方式，將借助諸多方向性詞語 進行描述，但是應(yīng)當將"前"、"后"、"左"、"右"、"外"、"內(nèi)"、"向外"、"向內(nèi)"、"上"、"下"等詞 語理解為方便用語，而不應(yīng)當理解為限定性詞語。此外，在以下描述中所使用的"X向"一 詞主要指與水平向平行的方向；"Y向"一詞主要指與水平向平行，且與X向垂直的方向；"Z 向"一詞主要指與水平向垂直，且與X、Y向均垂直的方向。
[0026] 圖3是新型平板音圈電機三維結(jié)構(gòu)，圖中省略了背鐵支承件。301是采用PCB印刷 電路板形式的電機線圈。302是緊貼在PCB板表面、同時嵌入PCB板內(nèi)部的水冷結(jié)構(gòu)，分上 下兩層，兩層合起來將PCB板夾在中間，并形成水道305。303是磁鐵陣列，304是磁鐵陣列 的背鐵，磁鐵陣列通過用膠水粘結(jié)的方式與背鐵固連。
[0027] 圖4是圖3的展開圖。處在中心位置的是PCB線圈板301 ;上下水冷結(jié)構(gòu)分別是 302a、302b;上下磁鐵陣列分別是303a、303b;上下背鐵分別是304a、304b;PCB線圈板中的 槽407是在PCB板做完成后加工出來的，在該位置處沒有導(dǎo)線，因此可以將其掏空。上下兩 塊水冷結(jié)構(gòu)緊密貼合PCB板，平面405貼合PCB板上下表面；凸臺406嵌入PCB板內(nèi)部的槽 407。水冷板采用導(dǎo)熱性能較好的不銹鋼，平面405和凸臺406將線圈301產(chǎn)生的熱量傳傳 遞至水道305,由水道305內(nèi)所通入的水將PCB線圈所產(chǎn)生的熱量帶走，以減小線圈內(nèi)部和 表面溫升。
[0028] 上水冷結(jié)構(gòu)302a位于上磁鐵陣列303a和線圈板301之