CN109842228A - 一种基于无铁心盘式电机的定子结构 - Google Patents

Abstract

本发明供了一种基于无铁心盘式电机的定子结构，包括：至少6层或6N层的PCB板；PCB板的每层上从外至内依次设置有：外端部、绕组设置部、以及内端部；PCB板的每层至少设置三相绕组，每一相绕组分别对应设置接线端；接线端设置在绕组设置部的外侧通孔上；每一相绕组线圈从对应的接线端处进行印制排布；绕组线圈沿周向均匀印制在绕组设置部，且绕组线圈的长度沿径并列，且不交叠印制；在PCB板每层上设置的同一相绕组线圈均通过外端部和内端部进行连接；PCB板内各层通过过孔连接。定子绕组的结构方式，沿着PCB板的周向设置，不会增加径向的长度，因此能充分利用定子板的空间，结构更加紧凑，减小定子板尺寸的同时，提高了电机的输出性能。

Description

一种基于无铁心盘式电机的定子结构

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种基于无铁心盘式电机的定子结构。

背景技术

PCB定子盘式无铁心电机的主要优点之一是其外形小巧，结构精致，而为了保证盘式电机的尺寸规格在一定的限制条件内，其气隙的长度也会受到一定的限制，从而限制了定子绕组排布所能占据的空间范围。采用印制电路板工艺制造的定子绕组，以其扁平圆盘式的形态应用于盘式电机，使电机的绕组的设计更加灵活，获得优异的性能。印制电路板技术的应用使盘式无铁心永磁同步电机结构简化。直接将绕组的导体印制在PCB板上，不涉及到绕线以及线圈环氧树脂固化等问题。避免了机器绕线、下线等步骤，节约成本，减轻电机重量，使轴向空间更加紧凑，减少了反电动势中的谐波分量，提高电机的稳定性。

传统PCB绕组三相线圈位于PCB板的同一层，导条与端部线宽相同，所有线圈的连接方式均采用串联，线圈的布线方式采用螺旋形由外向内缠绕。然而受到PCB板面积的限制，该种布线方式会使得PCB绕组内圈交链的磁通量极少，对于提升电机功率密度几乎没有帮助，还会使绕组电阻变大，增加铜耗，造成铜线的浪费，增加电机的成本。

因此，基于以上存在的技术问题，本发明提供了解决以上技术问题的技术方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于无铁心盘式电机的定子结构，本发明克服传统PCB定子盘式无铁心电机中绕组连接方式的不足，该种连接方式的绕组充分利用磁极下方空间，增大绕组系数，减小端部损耗，提高PCB定子电机的功率密度。

本发明提供的技术方案如下：

一种基于无铁心盘式电机的定子结构，包括：至少6层或6N层的PCB板；所述PCB板的每层上从外至内依次设置有：外端部、绕组设置部、以及内端部；所述PCB板的每层至少设置三相绕组，每一相所述绕组分别对应设置接线端；所述接线端设置在所述绕组设置部的外侧通孔上；每一相所述绕组线圈从对应的所述接线端处进行印制排布；所述绕组线圈沿周向均匀印制在所述绕组设置部，且所述绕组线圈的长度沿径并列，且不交叠印制；在所述PCB板每层上设置的同一相所述绕组线圈均通过所述外端部和所述内端部进行连接；所述PCB 板内各层通过过孔连接。

具体的，PCB定子无铁心盘式电机的定子绕组的结构方式，是沿着PCB 板的周向设置的，不会增加径向的长度，因此能充分利用定子板的空间，结构更加紧凑，减小定子板尺寸的同时，提高了电机的输出性能。

进一步优选的，包括：在所述外端部上设置多根用于连接同一相绕组线圈的外端部导体；每一所述外端部导体均沿所述绕组设置部的外径周向排布，且成弧度设置；所述外端部导体的两端分别连接所述绕组设置部上的两根导体。

进一步优选的，包括：在所述内端部上设置多根用于连接同一相绕组线圈的内端部导体；每一所述外端部导体均沿所述绕组设置部的内径周向排布，且成弧度设置；所述内端部导体的两端分别连接所述绕组设置部上的两根导体。

具体的，外端部导体以及内端部导体的两端分别连接所述绕组设置部上的两根导体，该连接方式不会影响定子的直径，充分利用了内径的剩余空间，因此使绕组的有效率利用提高。

进一步优选的，包括：所述PCB板的每层的所述绕组设置部均设置有多个所述导体，每个所述导体的一端与所述外端部导体相连，另一端与所述内端部导体相连；多个所述导体通过均对应的多个所述外端部导体和多个所述内端部导体对应相连，构成同一相的所述绕组线圈。

进一步优选的，包括：在所述PCB板每层的所述绕组设置部上印制的所述绕组线圈根据绕组的相数不同，依次进行交错排列。

进一步优选的，包括：所述PCB板的同一层的同一相的构成所述绕组线圈的导体呈不同心的螺旋状连接。

具体的，定子板绕组中的线圈组不是单一的同心线圈构成，而是每根导体和与之最近的导体连接，这样就使得端部相对较短，损耗降低，输出性能得到改善。

进一步优选的，包括：所述过孔设置在所述绕组设置部的内径和外径上边缘处，每个过孔分别设置在所述导体的两端上；用于连接同一相对应位置的所述导体。

进一步优选的，包括：所述PCB板的同一层的所述绕组设置部上的所述导体并联和/或串联。

进一步优选的，包括：所述PCB板为圆形设置。

具体的，定子板绕组中的线圈组不是单一的同心线圈构成，而是每根导体和与之最近的导体连接，这样就使得端部相对较短，损耗降低，输出性能得到改善。而且使得定子板的空间充分利用，同时也减小了定子甚至电机的体积。在空间要求高的场合具有较大优势。定子板为圆形；这与电机的形状相关；不同层的连接有效导体的过孔可以沿有效导体周向和径向多打几个孔，以便导通更大的电流。

本发明提供的一种基于无铁心盘式电机的定子结构，至少带来以下一种有益效果如下：

本发明的PCB定子绕组有效导线采用多根并联的连接方式，各层之间通过过孔进行并联，导线与导线之间无交叠情况；绕组端部为单独一根但线宽增加的铜线。

本发明采用这种新型绕组的优势在于可以尽量减小绕组的端部损耗，同时可以使PCB定子绕组获得更大的绕组系数，有利于提高电机的输出性能。

本发明该种PCB定子绕组能够充分利用磁极下方空间，增大绕组系数，减小端部损耗，提高PCB定子电机的功率密度。因此相比于传统绕组来说，有较大的优势。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种基于无铁心盘式电机的定子结构的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明一种基于无铁心盘式电机的定子结构一个实施例的结构图；

图2是本发明一种基于无铁心盘式电机的定子结构另一个实施例的结构图；

图3是本发明一种基于无铁心盘式电机的定子结构的另一个实施例的结构图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。

如图1所示；本发明提供了一种基于无铁心盘式电机的定子结构，包括：至少6层或6N层的PCB板；所述PCB板的每层上从外至内依次设置有：外端部、绕组设置部、以及内端部；所述PCB板的每层至少设置三相绕组，每一相所述绕组分别对应设置接线端；所述接线端设置在所述绕组设置部的外侧通孔上；每一相所述绕组线圈从对应的所述接线端处进行印制排布；所述绕组线圈沿周向均匀印制在所述绕组设置部，且所述绕组线圈的长度沿径并列，且不交叠印制；在所述PCB板每层上设置的同一相所述绕组线圈均通过所述外端部和所述内端部进行连接；所述PCB板内各层通过过孔连接。

具体的，在本发明中参考图1所示；PCB定子无铁心盘式电机定子绕组是通过PCB内印制的铜箔构成；在该定子结构中设置有3相绕组，或者3相以上的绕组；在定子结构中PCB一般为至少6层，或者6层的倍数，12层、或者 18层以及以上的结构；例如在该定子上设置有A，B，C三相，则在PCB的每一层上均设置有3相，PCB板的6层上的每一相对应的连接在一起，构成了定子绕组的三相，每一相对应两个接线端子，分别为：B-，B+，A+，A-，C-， C+；本申请中的绕组线圈是从接线端子处开始印制而成；接线端子是直接设置导体的外径处，这样的绕线方式，使其每组外端部上和内端部上的导体个数相等。参考图1所示；PCB板的每一层都设置有外端部3、绕组设置部1、以及内端部2；每一相绕组线圈是由外端部、绕组设置部、以及内端部上设置的导体连接绕制而成；PCB板内相邻层之间是通过过孔进行连通。

在本发明中，PCB定子无铁心盘式电机的定子绕组的结构方式，是沿着 PCB板的周向设置的，不会增加径向的长度，因此能充分利用定子板的空间，结构更加紧凑，减小定子板尺寸的同时，提高了电机的输出性能。

本发明还提一个实施例；参考图2所示；PCB板的每一层都设置有外端部 3、绕组设置部1、以及内端部2；PCB板内相邻层之间是通过过孔31进行连通，在所述外端部上设置多根用于连接同一相绕组线圈的外端部导体19、20、27、28等；每一所述外端部导体均沿所述绕组设置部的外径周向排布，且成弧度设置；所述外端部导体的两端分别连接所述绕组设置部上的两根导体。例如外端部导体43的一端与导体122连接，另一端与导体138连接；同时，在所述内端部上设置多根用于连接同一相绕组线圈的内端部导体41、42、43；每一内端部导体均沿所述绕组设置部的内径周向排布，且成弧度设置；内端部导体的两端分别连接所述绕组设置部上的两根导体；同样导体122一端与内端部导体41连接，内端部导体41的另一端与导体137连接；因此这种连接方式就构成本申请的定子绕组，该连接方式不会影响定子的直径，充分利用了内径的剩余空间，因此使绕组的有效率利用提高，这种连接方式也可以成为分布式绕组结构。

优选的，所述PCB板的每层的所述绕组设置部均设置有多个导体，每个导体的一端与所述外端部导体相连，另一端与所述内端部导体相连；多个导体通过均对应的多个所述外端部导体和多个内端部导体对应相连，构成同一相的所述绕组线圈。

具体的，以A相为例，图2是A相A1层绕组的示意图，图3是A相A2 层绕组的分布示意图。绕组的缠绕方式以电流的流向为例，图2中电流由A相正端10流入，经过有效导体157，经过内端部导体16流入有效导体102，之后通过外端部导体19流入有效导体158，经过内端部导体17流入有效导体101，之后通过外端部导体20流入有效导体159，通过内端部导体18进入有效导体 100，通过过孔21进入图3的外端部导体22，再通过过孔23进入有效导体156，经过内端部导体24有效导体139，之后通过外端部导体27流入有效导体155，通过内端部导体25进入有效导体140，之后通过外端部导体28流入有效导体 154，通过内端部导体26进入有效导体141，通过过孔29进入并与B相相连，再通过图2进入有效导体120，经过内端部导体32有效导体103，之后通过外端部导体35流入有效导体119，通过内端部导体33进入有效导体104，之后通过外端部导体36流入有效导体118，通过内端部导体34进入有效导体105，通过过孔37进入A2层的外端部导体38，再通过过孔39进A1层有效导体121，经过内端部导体40有效导体138，之后通过外端部导体43流入有效导体122，通过内端部导体41进入有效导体137，之后通过外端部导体44流入有效导体 123，通过内端部导体42进入有效导体136，通过过孔37进入A2层的外端部导体38，再通过过孔39进A1层有效导体121，经过内端部导体40有效导体 138，之后通过外端部导体43流入有效导体122，通过内端部导体41进入有效导体137，最后进入A相负端11，形成A绕组。B绕组和C绕组同样绕法。

优选的，包括：在所述PCB板每层的所述绕组设置部上印制的所述绕组线圈根据绕组的相数不同，依次进行交错排列。

优选的，所述PCB板的同一层的同一相的构成所述绕组线圈的导体呈非同心的螺旋状连接。

定子板绕组中的线圈组不是单一的同心线圈构成，而是每根导体和与之最近的导体连接，这样就使得端部相对较短，损耗降低，输出性能得到改善。

优选的，所述过孔设置在所述绕组设置部的内径和外径上边缘处，每个过孔分别设置在所述导体的两端上；用于连接同一相对应位置的所述导体。

优选的，包括：所述PCB板的同一层的所述绕组设置部上的所述导体并联和/或串联。

在PCB的同一层上的构成同一相的导体，不相邻的为串联排布后，再与相邻层的构成同一相的导体通过过孔并联；同时在PCB的同一层上的构成不同相的导体是并联的。

优选的，所述PCB板为圆形设置。

具体的，参考图1-图3所示；在本申请中，三相绕组的接线端可以引到外径处或者内径处。每层相同位置的导体通过过孔并联在一起。每层的导体分为三相，每相的有效导体连接在一起形成一相绕组；定子板绕组中的线圈组不是单一的同心线圈构成，而是每根导体和与之最近的导体连接，这样就使得端部相对较短，损耗降低，输出性能得到改善。而且使得定子板的空间充分利用，同时也减小了定子甚至电机的体积。在空间要求高的场合具有较大优势。定子板为圆形；这与电机的形状相关；不同层的连接有效导体的过孔可以沿有效导体周向和径向多打几个孔，以便导通更大的电流。

因此，在本发明中，定子绕组导线采用多根并联的连接方式，各层之间通过过孔进行并联，导线与导线之间无交叠情况；绕组端部为单独一根铜线连接，采用这种新型绕组的优势在于可以尽量减小绕组的端部损耗，同时可以使PCB 定子绕组获得更大的绕组系数，有利于提高电机的输出性能。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于无铁心盘式电机的定子结构，其特征在于，包括：至少6层或6N层的PCB板；

所述PCB板的每层上从外至内依次设置有：外端部、绕组设置部、以及内端部；

所述PCB板的每层至少设置三相绕组，每一相所述绕组分别对应设置接线端；所述接线端设置在所述绕组设置部的外侧通孔上；

每一相所述绕组线圈从对应的所述接线端处进行印制排布；

所述绕组线圈沿周向均匀印制在所述绕组设置部，且所述绕组线圈的长度沿径并列，且不交叠印制；

在所述PCB板每层上设置的同一相所述绕组线圈均通过所述外端部和所述内端部进行连接；

所述PCB板内各层通过过孔连接。

2.根据权利要求1所述的基于无铁心盘式电机的定子结构，其特征在于，包括：

在所述外端部上设置多根用于连接同一相绕组线圈的外端部导体；每一所述外端部导体均沿所述绕组设置部的外径周向排布，且成弧度设置；

所述外端部导体的两端分别连接所述绕组设置部上的两根导体。

3.根据权利要求2所述的基于无铁心盘式电机的定子结构，其特征在于，包括：

在所述内端部上设置多根用于连接同一相绕组线圈的内端部导体；每一所述外端部导体均沿所述绕组设置部的内径周向排布，且成弧度设置；

所述内端部导体的两端分别连接所述绕组设置部上的两根导体。

4.根据权利要求3所述的基于无铁心盘式电机的定子结构，其特征在于，包括：

所述PCB板的每层的所述绕组设置部均设置有多个所述导体，每个所述导体的一端与所述外端部导体相连，另一端与所述内端部导体相连；多个所述导体通过均对应的多个所述外端部导体和多个所述内端部导体对应相连，构成同一相的所述绕组线圈。

5.根据权利要求4所述的基于无铁心盘式电机的定子结构，其特征在于，包括：

在所述PCB板每层的所述绕组设置部上印制的所述绕组线圈根据绕组的相数不同，依次进行交错排列。

6.根据权利要求5所述的基于无铁心盘式电机的定子结构，其特征在于，包括：

所述PCB板的同一层的同一相的构成所述绕组线圈的导体呈蛇形连接。

7.根据权利要求6所述的基于无铁心盘式电机的定子结构，其特征在于，包括：

所述过孔设置在所述绕组设置部的内径和外径上边缘处，每个过孔分别设置在所述导体的两端上；

用于连接同一相对应位置的所述导体。

8.根据权利要求4-7任一所述的基于无铁心盘式电机的定子结构，其特征在于，包括：

所述PCB板的同一层的所述绕组设置部上的所述导体并联和/或串联。

9.根据权利要求8所述的基于无铁心盘式电机的定子结构，其特征在于，包括：所述PCB板为圆形设置。