CN105871089B - 一种印刷电路板定子 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种印刷电路板定子，其包括上层、下层模块，两层模块分别为多个扇形绕组单元围成盘形结构，每个绕组单元包括扇形的印刷电路板，印刷电路板的顶面设有第一、二、三回转线圈，底面设有第四、五、六回转线圈，回转线圈均包括外接头和内接头，顶面的三个回转线圈的外接头与所述底面的三个回转线圈的外接头沿周向依次并列设置在印刷电路板上，顶面和底面位置相对应的回转线圈的内接头通过过孔连接；两层模块之间的电角度为360度，上层模块中回转线圈的外接头分别与下层模块中位置相对应的回转线圈的外接头相连接。本发明的两层模块分别由独立的印刷电路板构成绕组单元，让整体适用于大功率电动机或发电机。

Description

一种印刷电路板定子

技术领域

本发明涉及一种印刷电路板定子。

背景技术

定子是电机静止不动的部分，定子与转子配合使用。定子一般由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成。定子的主要作用是产生旋转磁场，而转子的主要作用是输出转矩。用印刷电路板制作电机定子的方法是本领域普遍使用的，当电机功率增大时，定子尺寸也要增大。但过大尺寸的印刷电路板会给制造带来很多不便利，甚至不能生产。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种印刷电路板定子，通过多个独立的印刷电路板构成定子结构，在便于加工的前提下满足电动机或发电机的大功率要求，以克服现有技术上的缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种印刷电路板定子，所述定子包括连接在一起且结构相同的上层模块和下层模块，定子为三相绕组，所述上层模块和下层模块分别为多个结构相同的扇形绕组单元围成盘形结构，每个绕组单元包括扇形的印刷电路板，印刷电路板的顶面沿周向并排设有框形的第一、第二、第三回转线圈，底面沿周向并排设有框形的第四、第五、第六回转线圈，所述顶面的三个回转线圈与所述底面的回转线圈位置相对应，所述回转线圈均包括外接头和内接头，所述顶面的三个回转线圈的外接头与所述底面的三个回转线圈的外接头沿周向依次并列设置在印刷电路板上，所述顶面和所述底面位置相对应的回转线圈的内接头均通过过孔电气连接，通过过孔将所述顶面和所述底面位置相对应的回转线圈串联；所述上层模块和下层模块之间的电角度为360度，上层模块中第一回转线圈的外接头分别与下层模块中位置相对应的第四回转线圈的外接头相连接，上层模块中第二回转线圈的外接头分别与下层模块中位置相对应的第五回转线圈的外接头相连接，上层模块中第三回转线圈的外接头分别与下层模块中位置相对应的第六回转线圈的外接头相连接，所有第一回转线圈和所有第四回转线圈形成一相绕组，所有第二回转线圈和所有第五回转线圈形成一相绕组，所有第三回转线圈和所有第六回转线圈形成一相绕组。

优选地，所述印刷电路板的非布线位置为中空结构。

优选地，所述印刷电路板上开设有多个工艺孔。

优选地，所有回转线圈的外接头在印刷电路板的顶面和底面均设有焊盘。

优选地，所有回转线圈均为扇形结构。

如上所述，本发明一种印刷电路板定子，具有以下有益效果：

本发明的定子包括上层模块和下层模块，两层模块分别由独立的印刷电路板构成绕组单元，通过在印刷电路板上设置框形回转线圈并将其串联、并联，有效满足了大功率电动机或发电机的技术要求，而且本发明所使用的印刷电路板尺寸不会过大，便于加工，满足整体的生产加工要求。

附图说明

图1为本发明的拆分图。

图2为本发明的主视图。

图3为图2中A-A处第一种结构剖视图。

图4为图2中A-A处第二种结构剖视图。

图5为本发明中绕组单元的主视图。

图6为本发明中绕组单元的后视图。

图7为本发明应用于电机的结构拆分图。

图8为本发明应用于电机的主视图。

图9为图8中B-B处剖视图。

图10为多个本发明串联的剖视图。

图中：10、定子 1、上层模块 2、下层模块

3、绕组单元 4、印刷电路板 41、第一回转线圈

42、第二回转线圈 43、第三回转线圈 44、第四回转线圈

45、第五回转线圈 46、第六回转线圈 47、外接头

48、内接头 49、连接头 40、定位部

31、过孔 32、工艺孔 33、连接盘

5、焊盘 6、连接件 61、外壳

62、转盘 63、转轴

具体实施方式

说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1-图6所示，本发明公开一种印刷电路板定子，其为三相绕组结构，所述定子10包括连接在一起且结构相同的上层模块1和下层模块2，定子10为三相绕组。所述上层模块1和下层模块2分别为多个结构相同的扇形绕组单元3围成盘形结构，每个绕组单元3包括扇形的印刷电路板4，如图5所示，印刷电路板4的顶面沿周向并排设有框形的第一、第二、第三回转线圈41、42、43，如图6所示，底面沿周向并排设有框形的第四、第五、第六回转线圈44、45、46，所述顶面的三个回转线圈与所述底面的回转线圈位置相对应，即第一回转线圈41与第四回转线圈44位置相对应，第二回转线圈42与第五回转线圈45位置相对应，第三回转线圈43与第六回转线圈46位置相对应。参考图5和图6，所述回转线圈均包括外接头47和内接头48，所述顶面的三个回转线圈的外接头47与所述底面的三个回转线圈的外接头47沿周向依次并列设置在印刷电路板4上，所述顶面和所述底面位置相对应的回转线圈的内接头48均通过一个或多个过孔31进行电气连接，通过过孔31将所述顶面和所述底面位置相对应的回转线圈串联。通过过孔将回转线圈进行电气连接是本领域的公知技术，在此不做过多解释。所述上层模块1和下层模块2之间的电角度为360度，上层模块1中第一回转线圈41的外接头分别与下层模块2中位置相对应的第四回转线圈44的外接头相连接，上层模块1中第二回转线圈42的外接头分别与下层模块2中位置相对应的第五回转线圈45的外接头相连接，上层模块1中第三回转线圈43的外接头分别与下层模块2中位置相对应的第六回转线圈46的外接头相连接，所有第一回转线圈41和所有第四回转线圈44形成一相绕组，所有第二回转线圈42和所有第五回转线圈45形成一相绕组，所有第三回转线圈43和所有第六回转线圈46形成一相绕组。本发明中每个绕组单元3的印刷电路板4可以设置一块或多块，当印刷电路板4设有多块时压合在一起，位置对应的回转线圈通过外接头47上的过孔(图中未表示)进行电气连接形成并联，此处的过孔电气连接与内接头48之间的过孔连接原理相同；通常，此处过孔为通孔，而内接头48之间的过孔为盲埋孔。各线圈通过过孔形成并联后，可有效降低各相绕组的电阻值，进而降低了绕组的发热量，以满足大功率电动机或发电机的要求。

本发明在生产制造时，根据电角度计算得出上层模块1和下层模块2的错位角度，即机械角度，其计算公式为：电角度＝机械角度*极对数。其中，电机圆周在空间上定为360度，这个角度称为机械角度；电角度的360度是根据电流完成一个完整的周期变化来定义的。电机每相含有的磁极个数是极数，磁极成对出现，在本实施例中，以极对数为24为例，电角度为360度，因此机械角度为15度，即上层模块1相对下层模块2在圆周的空间上转动15度设置，形成错位，具体是：让上层模块1中底面的第四回转线圈44的外接头47与下层模块2中顶面的第一回转线圈41的外接头47直接垂直连接，让上层模块1中底面的第五回转线圈45的外接头47与下层模块2中顶面的第二回转线圈42的外接头47直接垂直连接，让上层模块1中底面的第六回转线圈46的外接头47与下层模块2中顶面的第三回转线圈43的外接头直接垂直连接。本发明中的电角度为固定值，而极对数根据实际需要确定，因此上层模块1和下层模块2之间的错位角度(机械角度)要通过计算才能得出。

为了让所有回转线圈在满足需要的前提下有效提高线圈数，所有回转线圈均为扇形结构，参考图5或图6，其按照印刷电路板4的结构设置，其包括直线段和圆弧段，直线段与印刷电路板4的两侧边缘平行，圆弧段与印刷电路板4的外缘或内缘平行。结合图5和图6，电流在绕组单元3中的流向为：以第一回转线圈41为例，当电流从图5中A+处流入时，电流按照图中箭头方向从外接头47流向内接头48，通过过孔31的作用，电流流入图6中的第四回转线圈44，电流按照图6中箭头方向从第四回转线圈44的内接头48流向外接头47，从A-处流出。如果本绕组单元为上层模块1中的结构，那么电流将从A-流入到下层模块2中的位置对应绕组单元的A+中，然后电流按照上述方式交替流经上层模块1的绕组单元和下层模块2的绕组单元，形成一条完整的电流通路。第二回转线圈42和第五回转线圈45用B+和B-表示其形成一条完整的电流通路，第三回转线圈43和第六回转线圈46用C+和C-表示其形成一条完整的电流通路。此外，图5和图6中的回转线圈只标识出有限的匝数(线圈圈数)，实际应用时可以根据需要制作成其他匝数。

在本实施例中，所述印刷电路板4的非布线位置为中空结构，以便于整体更好的散热。所述中空结构即是在印刷电路板4上的通孔。

本发明中所有回转线圈均采用激光去除铜箔或化学蚀刻方法制成。

在本实施例中，如图5和图6所示，所述印刷电路板4上开设有多个工艺孔32。通过工艺孔32方便绕组单元3整体与相关结构配合连接。在本实施例中，如图1所示，上层模块1和下层模块2用过两个连接盘33进一步确定位置，两个连接盘33通过螺栓相连接，进而将上层模块1和下层模块2夹在中间实现定位。

本实施例中所有回转线圈的外接头47在印刷电路板4的顶面和底面均设有焊盘5，焊盘5中间有通孔，焊盘5表面具有良好的导电能力，焊盘5可以通过在铜箔上喷锡制成，也可以通过将铜箔进行化学浸金等工艺制成。所述焊盘5可布置于印刷电路板4的外侧(通常对于内转子电动机/发电机)，也可布置于印刷电路板4的内侧(通常对于外转子电动机/发电机)。

参考图1，所述上层模块1和下层模块2之间通过连接件6连接，所述连接件6为金属材料，具有良好的导电性能，以铜螺栓为例，其穿过焊盘5将上层模块1和下层模块2导通，同时还起到连接紧固的作用。进一步地，如图3所示，所述上层模块1和下层模块2无间隙连接；如图4所示，所述上层模块1和下层模块2之间有一定间隙。当空间允许时，将上层模块1和下层模块2之间留出的间隙能够更好的让定子10散热。因为本发明中为三相绕组，因此如图3、图4、图7、图9或图10所示，本发明一共输出六个连接头49，六个连接头49为各相绕组的两个端点，即三个为电流的流入端，三个为电流的流出端。结合图2和图3，六个连接头49之间要相互绝缘，同时，所述连接头49所对应的焊盘位置(即：上层模块1中印刷电路板4焊盘5的底面和下层模块2印刷电路板4焊盘5的顶面)也需进行绝缘处理，如喷绝缘漆或用绝缘薄膜将上层模块1和下层模块2隔开。在本发明中，六个连接头49位置的连接件6要采用非金属材料，以保证相互之间的绝缘。

在一块印刷电路板4上，相邻回转线圈之间的距离大于单个回转线圈上线圈间的线间距，以满足绕组间电气耐压绝缘的目的。

如图7-图9所示，为本发明定子10应用于发电机或电动机的结构示意图和剖视图。具体的：由上层模块1和下层模块2所形成的印刷电路板定子位于两个转盘62上的多个永磁体阵列所形成的轴向磁场中，同时转子的磁极数与定子的极数相同。当本发明应用于发电机时，外部机械能带动转轴63旋转，同时带动与转轴63相连的转盘62一起旋转，这时，定子的各相绕组中的直线段进行切割磁力线运动，从而在每相绕组中产生感应电势，并经连接头49以电能方式输出，完成了机械能向电能的转换；当本发明应用于电动机时，通常需外接驱动器，该驱动器连接外部交流电输入，并经交直流转换后，由功率模块进行PWM(通常驱动器还与用于检测转子位置的霍尔传感器相连)，再次转换成驱动电机运行的交流电，该交流电在磁场中产生洛仑兹力，从而牵制转子以相同的转速运转，通过转轴63输出机械能，进而完整了电动的过程。

在本实施例中，所述印刷电路板4的外缘还可以设有向外侧延伸的定位部40，所述定位部40上可以设置铜箔以提高散热效果。通过定位部40也能够有效便于定子整体与外壳61配合定位。

结合图3和图10，为多个本发明定子结构串联起来的结构剖视图。图10为两个本发明定子10串联的示意图，其中左侧定子10的右端三个连接头49与右侧定子10左端的连接头49对应连接并导通，进而实现两个定子10的串联。

综上所述，本发明一种印刷电路板定子，能够解决提高电机功率而导致印刷电路板尺寸过大不易生产加工的问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。

上述实施方式仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。本发明还有许多方面可以在不违背总体思想的前提下进行改进，对于熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，可对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种印刷电路板定子，其特征在于：所述定子包括连接在一起且结构相同的上层模块和下层模块，定子为三相绕组，所述上层模块和下层模块分别为多个结构相同的扇形绕组单元围成盘形结构，每个绕组单元包括扇形的印刷电路板，印刷电路板的顶面沿周向并排设有框形的第一、第二、第三回转线圈，底面沿周向并排设有框形的第四、第五、第六回转线圈，所述顶面的三个回转线圈与所述底面的回转线圈位置相对应，所述回转线圈均包括外接头和内接头，所述顶面的三个回转线圈的外接头与所述底面的三个回转线圈的外接头沿周向依次并列设置在印刷电路板上，所述顶面和所述底面位置相对应的回转线圈的内接头均通过过孔电气连接，通过过孔将所述顶面和所述底面位置相对应的回转线圈串联；所述上层模块和下层模块之间的电角度为360度，上层模块中第一回转线圈的外接头分别与下层模块中位置相对应的第四回转线圈的外接头相连接，上层模块中第二回转线圈的外接头分别与下层模块中位置相对应的第五回转线圈的外接头相连接，上层模块中第三回转线圈的外接头分别与下层模块中位置相对应的第六回转线圈的外接头相连接，所有第一回转线圈和所有第四回转线圈形成一相绕组，所有第二回转线圈和所有第五回转线圈形成一相绕组，所有第三回转线圈和所有第六回转线圈形成一相绕组。

2.根据权利要求1所述的一种印刷电路板定子，其特征在于：所述印刷电路板的非布线位置为中空结构。

3.根据权利要求1所述的一种印刷电路板定子，其特征在于：所述印刷电路板上开设有多个工艺孔。

4.根据权利要求1所述的一种印刷电路板定子，其特征在于：所有回转线圈的外接头在印刷电路板的顶面和底面均设有焊盘。

5.根据权利要求1所述的一种印刷电路板定子，其特征在于：所有回转线圈均为扇形结构。