印刷电路板电机和控制方案制造技术

公开了一种印刷电路板电机。该电机（１０）包括嵌入磁体（４０）的转子板（３１）、轮轴（５０）和印刷电路板定子（２０）。印刷电路板（２０）包括印刷在印刷电路板同一表面或相反表面的两个导体。两个导体生成交替“方波”图案。印刷电路板电路使得电流的方向以一定间隔倒转。转子响应定子的电流而转动。可以精确控制转动速率。可以通过使用高频调制来斩波电流而控制转矩和平均电流消耗，所述电流的占空因数与转矩和平均电流消耗成比例，这将延长电机的电池寿命。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及组合了永磁体的电机，尤其涉及一种具有带有多个永磁体的转子和配置为印刷电路板的定子的电机。
技术介绍
包括永磁体的电机类型已经普遍存在并成为了生活的一部分。这种电机有多种用途，包括以精确控制的方式来旋转设备的小或轻重量部件。这些年来这种类型的电机的基本电子设计并没有显著改变。代表性的，电流切换到一系列导体线圈以生成旋转场，产生转子的旋转。电机中的磁体被所述旋转场影响，产生转子的旋转。永磁体电机典型地使用具有有限寿命的电池以生成所需电流提供给导体。期望在许多应用中包含便宜的电磁电机。这种电机成本的主要部分在于其金属线圈。使用两相位无刷(two phase brushless)系统是有益的，因为它消耗传统两相位永磁体电机的一半能量，从而保持并延长了电池寿命。最后，能够非常精确控制的永磁体电机也是有益的。同样，也需要一种电机，其速度独立于施加到电机的电流或电压水平。具有允许可变转矩和电机电流的永磁体电机也是有益的，这样在速度变化期间可以施加额外转矩和电流，而在恒定的稳态旋转期间可以减少电流消耗。根据本专利技术的一个方面，公开了一种印刷电路板电机。该电机包括转子，其包括嵌入磁体的通常为圆形的板，所述磁体扩展到该转子板的前表面的外缘；耦合到转子板背面的轮轴；以及在印刷电路板的前表面上印制的定子，所述前表面邻近并且平行于转子板的前表面。印刷电路板包括印刷在印刷电路板的同一表面或相反表面上的两个导体。所述导体彼此相位偏离90°。两个导体生成交替“方波”图案。印刷电路板线路使得电流方向在指定间隔倒转。嵌入转子板的磁体提供穿过印刷电路板的磁场。围绕转子板的边缘的磁体交替北极和南极。转子响应定子中的电流转动。该转动速率可以被精确地控制。可以通过使用相对高频调制来斩波(chopping)输入电流而控制转矩和平均电流消耗，所述高频调制的占空因数与所述转矩和平均电流消耗成比例。因此，本专利技术的一个目的是提供一种便宜的旋转电机，其能够提供精确的转动速率控制，并允许可变的转矩和电机电流，这样在速度改变期间，可以施加附加转矩和电流，但是在稳态转动期间，可以减少电流消耗，从而延长电池寿命。本专利技术的另一个目的是通过减少电机电流到维持希望的转动速率所需要的数量来增加电池寿命，从而延长电机的电池寿命。本专利技术的另一个目的将在这里具体的专利技术描述说明中变得显而易见。当结合以下附图阅读时，本专利技术具体实施例的以下详细描述将更加容易理解。附图说明图1A是根据本专利技术一个实施例的印刷电路板电机的侧视图；图1B是根据本专利技术一个实施例的印刷电路板电机的俯视图；图1C是根据本专利技术一个实施例的印刷电路板电机的前视图；图1D是根据本专利技术一个实施例的转子的前表面视图，示出了嵌入磁体的位置；图2A和2B根据本专利技术一个实施例示出了定子的印刷电路板的前和后表面，没有印刷线圈；图3根据本专利技术一个实施例示出了定子的印刷电路板的前表面上的一个导体；图4根据本专利技术一个实施例示出了定子的印刷电路板的后表面上的第二导体； 图5A和5B根据本专利技术一个实施例示出了定子的印刷电路板的前和后表面上的两个导体；图6根据本专利技术一个实施例示出了印刷电路板定子的电路图；图7是根据本专利技术一个实施例的图6中的印刷电路板图的不同输入和输出的图。在以下优选实施例的详细描述中，参考作为实施例的一部分的附图，该参考只是以说明的方式示出，而不是限制将实践本专利技术中的具体实施例。应该理解在不脱离本专利技术精神和范围的情况下，可以利用其它的实施例，可以进行合理的、机械的和电子的改变。具体实施例方式图1A-D从几个不同的视点图解示出了印刷电路板电机10。印刷电路板电机10的转子30包括具有前表面32和后表面33的板31。转子30具有多个磁体40，其安装并扩展至转子板31的前表面32的外缘，如图1D所示。磁体40可以嵌入到转子板31的前表面32中。转子30上的多个磁体40交替其北极和南极。即，围绕转子30的外围前进，遭遇到的是其北极面向远离转子30的磁体与其南极面向远离转子30的磁体相交错。转子板31可以配置为圆盘，但是其它几何形状也是可能的。转子30附加到轮轴50。轮轴50带着转子30旋转，并可附加到被电机10驱动的任何装置上。轮轴50可以被枢轴支撑(journaled)在合适的轴座中，其被支撑臂52所支持。定子20包括具有前表面22和后表面23的印刷电路板21。在一个实施例中，定子20的印刷电路板21可以是较大印刷电路板的一部分，该较大印刷电路板控制整个产品并包括该产品的所有电子产品。在另一个实施例中，定子20的印刷电路板21仅仅控制印刷电路板电机10。定子20的前表面位于转子30前表面的对面，并与其平行。转子30上的多个磁体40从转子板30延伸一定距离，该距离允许磁体40产生的磁场穿过定子20的印刷电路板并阻止串扰(crosstalk)。转子30和定子20不接触。在图2A中示出了定子20的印刷电路板21的前表面20，处理器U1可以安装于印刷电路板21的前表面22上。霍耳效应变换器U2和U3也安装在印刷电路板21的前表面22上。图2B中示出了印刷电路板21的后表面23。印刷电路板可以由许多层组成，并利用任何已知的方法来制作。在一个实施例中，导体的第一层印刷在印刷电路板21的前表面22上，并在图3中示出。该第一层导体可以以传导金属印刷，诸如铜。导体的第二层印刷在印刷电路板21的背面，并在图4中示出。该第二层包括印刷电路板21的内部信号线。图5A-B示出了所述导体，具有所述两个导体的正和负部件，它们被印刷在印刷电路板21的前面22和背面23。图5A表示印刷在印刷电路板21的前表面22上的导体。图5B表示在印刷电路板21的背面23上的导体。所述两个前表面和后表面导体彼此异相90度，并且表示凹陷和源对(sinking and souringpairs)。在另一个实施例中，两个前表面和后表面导体印刷在印刷电路板21的单个面上，并通过跳线连接。所述两个导体生成周期排列的交替“方波”图案。处理器U1使得通过导体的电流在间隔中倒转，引起转子30旋转。处理器U1使用高频调制控制电流。另外，可以由处理器U1控制印刷电路板电机10的转矩和平均电流消耗。处理器U1使用相对高频调制通过“斩波”所述电流来控制它。所述相对高频调制具有与转矩和平均电流消耗成比例的占空因数。转子30响应印刷电路板21的电流而转动。该转动速率可以通过处理器U1精确控制。由于交替两个导体相位的方法，速度独立于被施加到电机的电流或电压。速度、转矩和功率消耗也被独立控制。图6示出了根据本专利技术的实施例的印刷电路板定子的电路图。印刷电路板21可以有任意个表面。定子A和B表示彼此异相90°并且印刷在印刷电路板21的所有表面上的两个导体。也示出了两个霍耳效应转换器U2和U3以及处理器U1。最大栅极-源极电压是用于桥场效应晶体管(FET)的+/-12伏特、或用于2N7002印刷电路板的+/-3.5伏特。图7是根据本专利技术一个实施例的图6电路图不同输入和输出的图表。Q1表示处理器U1产生的电池电压输入。如所示出的，该输入是斩波输入，与印刷电路板电机10的期望转动速率所需要的切换频率相比，其具有相对较高的频率。所述频率可以是例如大约8千赫兹，得到的周期例如大约125微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种印刷电路板电机，包括：转子，包括具有前表面和后表面的板，以及在所述板的所述前表面上邻近所述转子的板的外部边缘安装的多个磁体；轮轴，在所述板的中心耦合到所述板的后表面；以及定子，具有前表面和后表面，所述前表面相邻于且平行于所述板的前表面，所述定子包括：印刷电路板，具有至少两个导体；处理器，用于控制施加到所述导体的功率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯T扎卢斯基，
申请(专利权)人：天宝导航有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]