CN103742533A - 一种用于电动轴承的圆柱形柔性电路板导电回路 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于电动轴承的圆柱形柔性电路板导电回路，包括芯轴（1）和长条矩形柔性电路板（5），柔性电路板（5）逐层缠绕并粘贴在芯轴（1）上形成圆柱形导电回路（2）；柔性电路板（5）的两个长端边缘分别印制有贯穿全长的宽导线（3）；两条宽导线（3）之间沿竖直方向还印制有多个等间距的平行细导线（4）；细导线（4）与两条宽导线（3）导通。本发明用于电动轴承中，圆柱形柔性电路板导电回路能以极细的线径将涡流引导在产生回复力的方向，降低涡流损耗；圆柱形柔性电路板导电回路连续分布，有效利用空间并产生连续的回复力，避免转子脉动，而且加工方法简单、尺寸精度高。

Description

一种用于电动轴承的圆柱形柔性电路板导电回路

技术领域

本发明涉及电动轴承技术领域，具体涉及到一种用于电动轴承的圆柱形柔性电路板导电回路。

背景技术

电动轴承在转子高速旋转时利用洛伦兹力实现悬浮，消除了轴承与转子之间的机械接触。电动轴承的基本组成部件为永磁体和导电回路，其工作原理为：永磁体相对导电回路旋转，当永磁体偏移平衡位置时，导电回路上交联变化的磁通，使得导电回路中产生感生电动势和涡流，涡流在磁场作用下产生洛仑兹力，为转子提供回复力。电动轴承属于被动磁悬浮轴承，能在常温下工作，且无需传感和控制系统，结构简单可靠、容许大气隙变化、成本低。由于具有上述优点，电动轴承在飞轮电池、涡轮分子泵、小型压缩机等领域具有巨大的应用潜力。

电动轴承利用涡流产生悬浮力的同时，不可避免的产生涡流损耗，降低电动轴承的整体性能。导电回路是涡流的载体，其结构形式是影响功率损耗的重要因素。电动轴承中常用的导电回路为圆柱形导体块或短路线圈。圆柱形导体块结构简单，可承受高转速，但导体块中的涡流分布难以控制和引导，部分回路上的涡流产生回复力，而其他回路上的涡流仅产生功率损耗；短路线圈可以引导涡流，但根据电动轴承的工作原理，线圈回路的数量至少要大于或等于3个，目前多采用漆包线绕制线圈回路，存在以下缺点：①现有的绕线方法仅能绕制出分散型线圈，空间利用率不高，而且分散型线圈使得转子旋转时产生回复力不连续，出现脉动，影响转子旋转的平稳性；②漆包线绕制的线圈的形状和尺寸精度较低；③漆包线的线径一般大于0.3mm，难以避免导线内部的寄生涡流损耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于电动轴承的柔性电路板导电回路，该回路能降低涡流损耗，有效利用空间并产生连续的回复力，避免转子脉动。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种用于电动轴承的圆柱形柔性电路板导电回路，其包括柔性电路板和芯轴，柔性电路板逐层缠绕并粘贴在芯轴上形成圆柱形导电回路。

进一步地，所述柔性电路板是采用聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的可挠性印刷电路板。

进一步地，所述柔性电路板为长条矩形状。

进一步地，所述柔性电路板的两个长端边缘分别印制有贯穿全长的宽导线，两条宽导线之间沿竖直方向还印制有多个等间距的平行细导线，细导线与两条宽导线导通。

进一步地，所述柔性电路板的正反两面的宽导线和细导线分别对称，且正面的布线与反面的布线不导通。

进一步地，所述柔性电路板的厚度小于或等于0.2mm。

进一步地，宽导线的宽度为1.0～2.0mm。

进一步地，细导线的宽度小于或等于0.3mm。

进一步地，细导线之间的间距小于或等于0.1mm。

本发明与现有技术相比具有以下的主要优点：

本发明的柔性导电回路既能以极细的线径将涡流引导在产生回复力的方向，降低涡流损耗；该导电回路又能连续分布，有效利用空间并产生连续的回复力，避免转子脉动。而且，该导电回路采用柔性电路板制成，加工方法简单且尺寸精度高。

附图说明

图1是本发明提供的用于电动轴承的圆柱形柔性电路板导电回路的结构示意图。

图2为图1中长条矩形柔性电路板及其布线的结构示意图。

图3为电动轴承的永磁体转子在平衡位置时，圆柱形导电回路交联的磁通为零。

图4为电动轴承的永磁体转子偏离平衡位置，圆柱形导电回路交联的磁通不为零。

图5为本发明圆柱形柔性电路板导电回路的感生电动势测量数据曲线。

图中：1.芯轴；2.圆柱形导电回路；3.宽导线；4.多个等间距的平行细导线；5.长条矩形柔性电路板；6.永磁体转子。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

本发明在长条矩形柔性电路板的两个长端边缘分别印制两条贯穿全长的宽导线，两条宽导线宽度相等，相互平行；两条宽导线之间沿竖直方向印制多个等间距的平行细导线；细导线与两条宽导线导通。将长条矩形柔性电路板紧密逐层缠绕在圆柱形芯轴上，柔性电路板与芯轴以及柔性电路板层间均通过粘接固定，形成圆柱形导电回路。

本发明的柔性电路板是采用聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的可挠性印刷电路板。

本发明的柔性电路板正反两面的宽导线和细导线分别对称，且正面的布线与反面的布线不导通。

本发明的柔性电路板的长度和宽度由电动轴承的导电回路结构的设计尺寸决定。

本发明的柔性电路板的厚度小于等于0.2mm。

本发明的柔性电路板的上下边缘沿水平方向印制的导线宽度为1.0～2.0mm。

本发明的柔性电路板中沿宽度方向平行印制的导线线宽小于等于0.3mm。

本发明的柔性电路板中沿宽度方向平行印制的导线间距小于等于0.1mm。

总之，本发明的柔性电路板导电回路，能解决圆柱形导体块和短路线圈存在的问题，降低涡流损耗，避免转子脉动，还能通过简单可靠的工艺达到较高尺寸精度。

下面根据附图进一步详述本发明。

本发明提供的一种用于电动轴承的圆柱形柔性电路板导电回路，其结构如图1所示：将长条矩形柔性电路板5在芯轴1上逐层紧密缠绕并粘接形成圆柱形导电回路2。

所述的长条矩形柔性电路板5采用聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材的可挠性印刷电路板。

所述的长条矩形柔性电路板5，其结构如图2所示：长条矩形柔性电路板5的两个长端边缘分别印制两条贯穿全长的宽导线3，两条宽导线宽度相等，相互平行；两条宽导线之间沿竖直方向印制多个等间距的平行细导线4；细导线4与两条宽导线3导通。

所述的长条矩形柔性电路板5的正反两面的宽导线和细导线分别对称，正面的布线与反面的布线不导通。

所述的长条矩形柔性电路板5的长度和宽度由电动轴承的导电回路结构的设计尺寸决定。

所述的长条矩形柔性电路板5的厚度小于等于0.2mm。

所述的两个长端边缘贯穿全长的宽导线3的宽度为1.0～2.0mm。

所述的若干个等间距的平行细导线4的线宽小于0.3mm，而且导线间距小于0.1mm。

圆柱形柔性电路板导电回路2在电动轴承中的工作原理如图3和图4所示：电动轴承的永磁体转子6提供磁场，当永磁体转子6位于平衡位置旋转时，圆柱形导电回路2交联的净磁通为零，因此无磁通变化；而一旦永磁体转子6偏离平衡位置，圆柱形导电回路2交联的磁通不为零，随永磁体转子6旋转产生磁通变化和回复力，将永磁体转子6拉回平衡位置。圆柱形柔性电路板导电回路2通过多个等间距的平行细导线4填充空间，而且导线足够细从而避免寄生涡流损耗；宽导线3上的涡流产生回复力，宽导线3在圆周方向上连续分布，避免回复力的脉动。

本发明的圆柱形柔性电路板导电回路已被制成实验装置并进行了实验，在永磁体转子1000rpm、1500rpm和2000rpm三种转速条件下，对柔性导电回路在不同轴向位移时的感生电动势进行了测量，感生电动势的幅值沿轴向位移的变化趋势表明该柔性导电回路满足电动轴承的工作要求，从原理上验证了该柔性导电回路具有回复力连续、功率损耗低等优点。

Claims (9)

1.一种用于电动轴承的圆柱形柔性电路板导电回路，其特征在于：该回路包括柔性电路板（5）和芯轴（1），柔性电路板（5）逐层缠绕并粘贴在芯轴（1）上。

2.根据权利要求1所述的回路，其特征在于：所述柔性电路板（5）是采用聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的可挠性印刷电路板。

3.根据权利要求1所述的回路，其特征在于：所述柔性电路板（5）为长条矩形状。

4.根据权利要求2所述的回路，其特征在于：所述柔性电路板（5）的两个长端边缘分别印制有贯穿全长的宽导线（3），两条宽导线（3）之间沿竖直方向还印制有多个等间距的平行细导线（4），细导线（4）与两条宽导线（3）导通。

5.根据权利要求4所述的回路，其特征在于：所述柔性电路板（5）的正反两面的宽导线（3）和细导线（4）分别对称，且正面的布线与反面的布线不导通。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的回路，其特征在于：所述柔性电路板（5）的厚度小于或等于0.2mm。

7.根据权利要求4或5所述的回路，其特征在于：宽导线（3）的宽度为1.0～2.0mm。

8.根据权利要求4或5所述的回路，其特征在于：细导线（4）的宽度小于或等于0.3mm。

9.根据权利要求4或5所述的回路，其特征在于：细导线（4）之间的间距小于或等于0.1mm。

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