环形轴向磁通电机制造技术

一种环形轴向磁通电机包括安装在可旋转凸轮环的环形分段上的转子和安装在托架的环形分段上的定子。转子包括在凸轮环上沿着轴向彼此分隔开的两个海尔贝克永磁体阵列。定子包括印刷在印刷电路板(PCB)的沿轴向堆叠的多层上的多相电绕组。多层位于海尔贝克阵列之间，其中，海尔贝克阵列的活跃侧面向多层的相对侧。海尔贝克阵列被配置为生成对称磁场，并且多相电绕组被配置为具有相同的转子相关的转矩常数，以使得定子可以生成恒定转矩以在有限行程范围内旋转转子和凸轮环。行程范围内旋转转子和凸轮环。行程范围内旋转转子和凸轮环。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】环形轴向磁通电机
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据35U.S.C.
§
119主张2019年5月24日提交的题为“VARIABLE FOCUS ASSEMBLIES(可变焦组件)”的美国临时专利申请No.62/852,940的优先权，该申请的全部内容在此通过引用并入。


[0003]本公开一般地涉及电机，更具体地，涉及环形轴向磁通电机。

技术介绍

[0004]希望混合现实(MR)或增强现实(AR)、近眼显示器重量轻、成本低、形状因子小、虚拟图像视场宽，并且尽可能透明。此外，希望具有在多个焦平面中呈现虚拟图像信息的配置，以适用于各种用例，而不会超过聚散
‑
调节失配的可接受容差。
[0005]显示器的部件可以由致动器驱动。在某些情况下，为了获得能够提供所需行程范围、形状因子、使用寿命和驱动液体透镜所需的峰值转矩/力的致动器，将重磁电机集成到机械致动器中，这对于轻量级显示器而言可能是不期望的。在其他一些情况下，在机械致动器中使用微电机以满足显示器的重量要求。机械致动器可以包括具有轴向切口的凸轮环。切口以一定角度倾斜，并且导销连接到位于凸轮环内部的另一个环(例如，成形环)。在凸轮环被旋转时，内环进行轴向运动并致动沿轴向位于凸轮环内部的液体透镜。从凸轮环轴向伸出的销可以由连接到微电机的连杆驱动。但是，微电机可能无法满足所需的输出转矩和功率规格。

技术实现思路

[0006]本公开的一方面以一种环形轴向磁通电机为特征，所述环形轴向磁通电机包括转子，其包括安装在可旋转结构的第一环形分段上的永磁体阵列，所述永磁体阵列沿着所述第一环形分段的周向(或切线方向)延伸并且被配置为相对于所述第一环形分段的轴向在所述阵列的活跃侧的磁场比在所述阵列的不活跃的相反侧的磁场更强；以及定子，其包括在印刷电路板(PCB)上的多层印刷电绕组，所述印刷电路板被安装在载体的与所述第一环形分段相对应的第二环形分段上，所述电绕组沿着所述周向延伸，所述PCB的所述多层沿着所述轴向被堆叠，所述永磁体阵列的所述活跃侧面向所述PCB的所述多层的一侧并分隔标称间隙。所述定子被配置为被激励以生成转矩(例如，恒定转矩)来驱动所述转子与具有所述可旋转结构一起相对于所述载体在有限行程范围内旋转。
[0007]在一些实施方式中，所述永磁体阵列是海尔贝克阵列。所述海尔贝克阵列可以包括沿着所述周向布置在所述第一环形分段上的永磁体的周期性单元，每个所述周期性单元包括多行磁极对。
[0008]在一些示例中，所述周期性单元中的每一个包括四行磁极对，相邻的行沿着所述周向彼此分隔磁间隔，每个磁极对包括N极和S极。所述四行包括：具有沿着所述轴向垂直地
依次堆叠的N极和S极的第一行，具有沿着所述周向水平地依次堆叠的S极和N极的第二行，具有沿着所述轴向垂直地依次堆叠的S极和N极的第三行，以及具有沿着所述周向水平地依次堆叠的N极和S极的第四行。
[0009]在一些实施方式中，所述转子包括安装在所述第一环形分段上并沿着所述轴向彼此间分隔的两个永磁体阵列，在所述PCB上的所述多层印刷电绕组布置在所述两个永磁体阵列之间，所述两个阵列的活跃侧相对于所述轴向面向所述多层的相对侧，以及各个海尔贝克阵列的活跃侧与所述多层的所述相对侧之间的标称间隙沿着所述轴向具有相同的宽度。
[0010]所述两个永磁体阵列可以被配置为生成相对于所述PCB的所述多层的中心对称的磁场，所述对称磁场沿着所述轴向的轴向分量可以远大于所述对称磁场沿着所述第一环形分段的切线方向的切向分量。在一些示例中，所述两个永磁体阵列中的每一个是相应的海尔贝克阵列，以及各个海尔贝克阵列具有不同的磁极排列并且被配置为具有与所述多层印刷电绕组的两侧相对的活跃侧。在一些示例中，所述定子包括多相电绕组，以及所述定子的所述多相电绕组中的每一相被配置为具有相同的转子相关的转矩常数，以使得所述定子被配置为生成恒定转矩以驱动所述转子。
[0011]所述电绕组沿着所述结构的径向可以具有高度，所述高度与所述永磁体阵列沿着所述径向的高度基本相同。所述电绕组可以被配置为使得所述电绕组的绕组周期与所述转子的磁场的磁周期相对应。
[0012]在一些实施方式中，所述定子包括两相电绕组，所述两相电绕组被配置为以具有π/2相位差的正弦驱动电流来驱动。所述多层中的每一层可以对应于相应的相电绕组，并且具有不同相位的各个相电绕组可以在所述多层中交替。所述两相电绕组可以具有相同的绕线图案并且偏移四分之一绕线周期。
[0013]所述多层印刷电绕组可以包括沿着所述轴向依次堆叠在一起的第一层、第二层、第三层和第四层，并且所述第一层和所述第三层上的印刷电绕组可以由第一连续线形成以作为第一相电绕组，所述第二层和所述第四层上的印刷电绕组可以由第二连续线形成为作为第二相电绕组。
[0014]在一些示例中，所述第一线从所述第一层的输入端口开始印刷，沿着在所述第一层上的第一路径延伸到第一通孔，所述第一线穿过所述第一通孔到达所述第三层并沿着在所述第三层上的第二路径延伸到第二通孔，所述第一线穿过所述第二通孔返回到所述第一层并沿着在所述第一层上的第三路径延伸到第三通孔，所述第一线穿过所述第三通孔到达所述第三层并沿着在所述第三层上的第四路径延伸到第四通孔，所述第一线穿过所述第四通孔到达所述第一层并沿着在所述第一层上的第五路径延伸到第五通孔，所述第一线穿过所述第五通孔到达第三层并沿着在所述第三层上的第六路径延伸到所述第三层的输出端口。沿着所述第一路径、所述第三路径、和所述第五路径延伸的第一线在所述第一层上形成第一电绕组，沿着所述第二路径、所述第四路径、和所述第六路径延伸的所述第一线在所述第三层上形成第二电绕组，并且所述第一电绕组和所述第二电绕组形成所述第一相电绕组。所述第一电绕组和所述第二电绕组具有偏移四分之一绕线周期的相同绕线图案，以及其中，所述第一通孔、所述第三通孔、和所述第五通孔彼此相邻，而所述第二通孔和所述第四通孔彼此相邻。
[0015]在一些示例中，所述电绕组具有矩形绕线图案。
[0016]在一些示例中，所述电绕组具有三角形绕线图案。所述三角形绕线图案可以具有45度的绕线角。
[0017]所述转子被配置为生成与所述转子的磁极对的位置相对应的具有正弦形状的磁场，并且所述定子可以被配置为由与所述转子的所述磁极对的位置对应变化的正弦电流驱动。
[0018]在一些实施方式中，所述定子包括三相电绕组，所述三相电绕组被配置为以相对于彼此具有2π/3相位差的正弦驱动电流来驱动。
[0019]本公开的另一方面包括一种系统，所述系统包括托架；凸轮环，其位于所述托架内部并且被配置为能够相对于所述托架沿着轴向围绕轴线旋转；以及环形轴向磁通电机，所述环形轴向磁通电机包括转子，其包括安装在所述凸轮环的第一环形分段上的永磁体阵列，所述永磁体阵列沿着所述第一环形分段的周向延伸并且被配置为相对于所述轴向在所述阵列的活跃侧的磁场比所述阵列的不活跃的相反侧的磁场更强；以及定子，其包括印刷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种环形轴向磁通电机，包括：转子，其包括安装在可旋转结构的第一环形分段上的永磁体阵列，所述永磁体阵列沿着所述第一环形分段的周向延伸并且被配置为相对于所述第一环形分段的轴向在所述阵列的活跃侧的磁场比在所述阵列的不活跃的相反侧的磁场更强；以及定子，其包括在印刷电路板(PCB)上的多层印刷电绕组，所述印刷电路板被安装在载体的与所述第一环形分段相对应的第二环形分段上，所述电绕组沿着所述周向延伸，所述PCB的所述多层沿着所述轴向被堆叠，所述永磁体阵列的所述活跃侧面向所述PCB的所述多层的一侧并分隔标称间隙；其中，所述定子被配置为被激励以生成转矩来驱动所述转子与所述可旋转结构一起相对于所述载体在有限行程范围内旋转。2.根据权利要求1所述的环形轴向磁通电机，其中，所述永磁体阵列是海尔贝克阵列。3.根据权利要求2所述的环形轴向磁通电机，其中，所述海尔贝克阵列包括沿所述周向布置在所述第一环形分段上的永磁体的周期性单元，所述周期性单元中的每一个包括多行磁极对。4.根据权利要求3所述的环形轴向磁通电机，其中，所述周期性单元中的每一个包括四行磁极对，相邻的行沿所述周向彼此分隔磁间隔，每个磁极对包括N极和S极，并且其中，所述四行包括：具有沿着所述轴向垂直地依次堆叠的N极和S极的第一行；具有沿着所述周向水平地依次堆叠的S极和N极的第二行；具有沿着所述轴向垂直地依次堆叠的S极和N极的第三行；以及具有沿着所述周向水平地依次堆叠的N极和S极的第四行。5.根据权利要求1至4中任一项所述的环形轴向磁通电机，其中，所述转子包括安装在所述第一环形分段上并沿所述轴向彼此分隔的两个永磁体阵列；其中，在所述PCB上的所述多层印刷电绕组被布置在所述两个永磁体阵列之间，所述两个阵列的活跃侧相对于所述轴向面向所述多层的相对侧；以及其中，各个海尔贝克阵列的活跃侧与所述多层的相对侧之间的标称间隙沿所述轴向具有相同的宽度。6.根据权利要求5所述的环形轴向磁通电机，其中，所述两个永磁体阵列被配置为生成相对于所述PCB的所述多层的中心对称的磁场，其中，所述对称的磁场沿所述轴向的轴向分量远大于所述对称的磁场沿所述第一环形分段的切线方向的切向分量。7.根据权利要求5或6所述的环形轴向磁通电机，其中，所述两个永磁体阵列中的每一个是相应的海尔贝克阵列；其中，各个海尔贝克阵列具有不同的磁极排列并且被配置为具有与所述多层印刷电绕组的两侧相对的活跃侧。8.根据权利要求5至7中任一项所述的环形轴向磁通电机，其中，所述定子包括多相电绕组；以及其中，所述定子的所述多相电绕组中的每一相被配置为具有相同的转子相关的转矩常数，以使得所述定子被配置为生成恒定转矩以驱动所述转子。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的环形轴向磁通电机，其中，所述电绕组沿所述结构的径向具有高度，所述高度与所述永磁体阵列沿所述径向的高度基本相同。10.根据权利要求1至9中任一项所述的环形轴向磁通电机，其中，所述电绕组被配置为使得所述电绕组的绕线周期与所述转子的磁场的磁周期相对应。11.根据权利要求1至10中任一项所述的环形轴向磁通电机，其中，所述定子包括两相电绕组，所述两相电绕组被配置为以具有π/2相位差的正弦驱动电流来驱动。12.根据权利要求11所述的环形轴向磁通电机，其中，所述多层中的每一层对应于相应的相电绕组，并且具有不同相位的各个相电绕组在所述多层中交替。13.根据权利要求11或12所述的环形轴向磁通电机，其中，所述多层印刷电绕组包括沿所述轴向依次堆叠在一起的第一层、第二层、第三层、和第四层；以及其中，在所述第一层和所述第三层上的印刷电绕组由第一连续线形成以作为第一相电绕组，在所述第二层和所述第四层上的印刷电绕组由第二连续线形成以作为第二相电绕组。14.根据权利要求13所述的环形轴向磁通电机，其中，所述第一线从所述第一层的输入端口开始印刷，沿着在所述第一层上的第一路径延伸到第一通孔，所述第一线穿过所述第一通孔到达所述第三层并沿着在所述第三层上的第二路径延伸到第二通孔，所述第一线穿过所述第二通孔返回到所述第一层并沿着在所述第一层上的第三路径延伸到第三通孔，所述第一线穿过所述第三通孔到达所述第三层并沿着在所述第三层上的第四路径延伸到第四通孔，所述第一线穿过所述第四通孔到达所述第一层并沿着在所述第一层上的第五路径延伸到第五通孔，所述第一线穿过所述第五通孔到达第三层并沿着在所述第三层上的第六路径延伸到所述第三层的输出端口；其中，沿着所述第一路径、所述第三路径、和所述第五路径延伸的第一线在所述第一层上形成第一电绕组，沿着所述第二路径、所述第四路径、和所述第六路径延伸的所述第一线在所述第三层上形成第二电绕组，并且所述第一电绕组和所述第二电绕组形成所述第一相电绕组；其中，所述第一电绕组和所述第二电绕组具有偏移四分之一绕线周期的相同绕线图案；以及其中，所述第一通孔、所述第三通孔、和所述第五通孔彼此相邻，而所述第二通孔和所述第四通孔彼此相邻。15.根据权利要求11至14中任一项所述的环形轴向磁通电机，其中，所述两相电绕组具有相同的绕线图案并且偏移四分之一绕线周期。16.根据权利要求1至10中任一项所述的环形轴向磁通电机，其中，所述定子包括三相电绕组，所述三相电绕组被配置为以相对于彼此具有2π/3相位差的正弦驱动电流来驱动。17.根据权利要求1至16中任一项所述的环形轴向磁通电机，其中，所述电绕组具有矩形绕线图案。18.根据权利要求1至16中任一项所述的环形轴向磁通电机，其中，所述电绕组具有三角形绕线图案。19.根据权利要求18所述的环形轴向磁通电机，其中，所述三角形绕线图案具有45度绕线角。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的环形轴向磁通电机，其中，所述转子被配置为产生与所述转子的磁极对的位置相对应的具有正弦形状的磁场；以及其中，所述定子被配置为由与所述转子的磁极对的位置对应变化的正弦电流驱动。21.一种系统，包括：托架；凸轮环，其位于所述托架内部并且被配置为能够相对于所述托架沿着...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：奇跃公司，
类型：发明
国别省市：