CN110350741B - 一种基于柔性pcb绕组的多定子多转子电机系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于柔性PCB绕组的多定子多转子电机系统。所述系统由定子模块、转子模块、驱动控制模块和定子支撑轴组成，系统集成度高，可以解决现有径向磁通电机无法实现电机位置检测与驱动控制的高度集成化和电机的小型化和轻量化问题。并且本发明采用的柔性PCB绕组一致性好、工艺性好，形状设计灵活多样，可进行多层设计，还可充分利用空间，同时取消了定子铁芯及相应铁损，可极大程度地减小电机的体积和重量，提高功率密度。本发明多定子多转子结构的多拓扑结构的拓展，以及柔性PCB绕组多层和形状多样化的设计，为电机设计过程提供更加灵活的选择。

Description

一种基于柔性PCB绕组的多定子多转子电机系统

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种基于柔性PCB绕组的多定子多转子电机系统。

背景技术

航天事业在国防建设和国民生产中发挥着无可替代的作用，近年来随着微纳卫星、皮卫星、敏捷小卫星等微小型航天器的发展，对高功率密度、超低功耗、微小型化的执行机构的需求越来越迫切，电机作为姿控飞轮系统的核心部件，其性能直接影响姿控飞轮系统的精度、响应速度和稳定性。航天器的特殊工作环境决定了其对电机的功率密度、效率、环境适应性等有着严苛的要求。

现有技术中对径向磁通永磁电机的研究日益广泛。但现有的径向磁通永磁电机对定子无铁心无槽结构、特别是定子绕组结构的一体化方面研究很少，无法实现电机与驱动控制的集成化；并且径向磁通电机所采用的传统的定子绕组结构单一、不便于拆卸和更换，且所占空间位置大，从而导致小型化、轻量化和低功耗的飞轮电机产品仍然处于研究和试验阶段。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于柔性PCB绕组的多定子多转子电机系统，以解决现有径向磁通电机无法实现电机位置检测与驱动控制的高度集成化和电机的小型化和轻量化问题。本发明多定子多转子电机系统既适用于姿态控制飞轮系统，也适用于其他对高功率密度电机有需求的领域。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于柔性PCB绕组的多定子多转子电机系统，所述基于柔性PCB绕组的多定子多转子电机系统包括：定子模块、转子模块、驱动控制模块和定子支撑轴(2)；所述定子模块包括：定子支撑板(1)、第一柔性PCB绕组(7)和第二柔性PCB绕组(13)；所述转子模块包括：第一转子背铁(4)、第二转子背铁(18)、第三转子背铁(14)、第一永磁体(6)、第二永磁体(9)、第三永磁体(12)、第四永磁体(15)、第一上铜挡环(5)、第一下铜挡环(20)、第二上铜挡环(8)、第二下铜挡环(19)、第三上铜挡环(10)、第三下铜挡环(17)、第四上铜挡环(11)、第四下铜挡环(16)、轴承(22)、轴承端盖(21)和转子支撑板(23)；

所述驱动控制模块沿所述定子支撑轴(2)的轴向放置，采用胶粘的方式与所述定子支撑轴(2)固连；所述定子支撑板(1)位于所述驱动控制模块上方；所述定子支撑板(1)上的方形孔(1-2)与所述定子支撑轴(2)顶部的方形轴(2-1)采用过渡配合方式连接，将所述定子支撑板(1)固定在所述定子支撑轴(2)顶部；所述第一柔性PCB绕组(7)和所述第二柔性PCB绕组(13)固定安装在所述定子支撑板(1)的下表面；

所述第一转子背铁(4)、所述第二转子背铁(18)、所述第三转子背铁(14)固定安装在所述转子支撑板(23)上表面；所述第一永磁体(6)固定于所述第一转子背铁(4)的外表面；所述第一上铜挡环(5)固定安装在所述第一永磁体(6)上方；所述第一下铜挡环(20)固定安装在所述第一永磁体(6)下方；所述第二永磁体(9)固定于所述第二转子背铁(18)的内表面；所述第二上铜挡环(8)固定安装在所述第二永磁体(9)上方；所述第二下铜挡环(19)固定安装在所述第二永磁体(9)下方；所述第三永磁体(12)固定于所述第二转子背铁(18)的外表面；所述第三上铜挡环(10)固定安装在所述第三永磁体(12)上方；所述第三下铜挡环(17)固定安装在所述第三永磁体(12)下方；所述第四永磁体(15)固定于所述第三转子背铁(14)的内表面；所述第四上铜挡环(11)固定安装在所述第四永磁体(15)上方；所述第四下铜挡环(16)固定安装在所述第四永磁体(15)下方；所述第一柔性PCB绕组(7)位于所述第一永磁体(6)与所述第二永磁体(9)之间；所述第一柔性PCB绕组(7)分别与所述第一永磁体(6)、所述第二永磁体(9)之间留有气隙；所述第二柔性PCB绕组(13)位于所述第三永磁体(12)与所述第四永磁体(15)之间；所述第二柔性PCB绕组(13)分别与所述第三永磁体(12)、所述第四永磁体(15)之间留有气隙；

所述轴承端盖(21)通过螺钉与所述转子支撑板(23)的底座固连，实现对所述轴承(22)的限位；所述轴承端盖(21)与所述定子支撑轴(2)采用间隙配合方式安装。

可选的，所述驱动控制模块包括多层驱动控制板(3)；多层所述驱动控制板(3)采用多塔式结构。

可选的，所述驱动控制模块为高度集成的驱动控制板。

可选的，所述第一柔性PCB绕组(7)与所述第二柔性PCB绕组(13)连接，接线从所述定子支撑板(1)上的出线孔(1-1)引出后与所述驱动控制模块的所述驱动控制板(3)相连。

可选的，所述第一柔性PCB绕组(7)和第二柔性PCB绕组(13)的左右两侧均安装有永磁体，或仅有一侧安装有永磁体，或没有铜挡环，但不限于此结构。

可选的，所述多定子多转子电机系统可拓展为N个定子、M个转子、立式圆筒型径向磁通结构永磁电机；其中N≥1，M＝N或M＝N+1且M≥1。

可选的，所述定子支撑板(1)上的方形孔(1-2)的内圆角大于所述定子支撑轴(2)顶部的方形轴(2-1)的外圆角。

可选的，所述柔性PCB绕组为K个，K≥2；每个所述柔性PCB绕组为n层，n≥1；任意所述柔性PCB绕组上安装有m个霍尔传感器，m≥1。

可选的，所述柔性PCB绕组的形状为直绕组、斜绕组、菱形绕组、六边形绕组或八边形绕组。

可选的，所述驱动控制模块与所述定子支撑板(1)集成在一起，所述定子支撑板(1)和所述转子支撑板(23)的材料选用非磁性材料。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供一种基于柔性PCB绕组的多定子多转子电机系统，所述基于柔性PCB绕组的多定子多转子电机系统由定子模块、转子模块、驱动控制模块和定子支撑轴组成，系统集成度高，可以解决现有径向磁通电机无法实现电机位置检测与驱动控制的高度集成化和电机的小型化和轻量化问题。并且本发明多定子多转子电机系统可拓展为N(N≥1)定子、M(M＝N或M＝N+1且M≥1)转子的立式圆筒型结构电机，使输出转矩更大、效率更高、转动惯量更大、散热效果更好，使定子绕组在散热良好的条件下，电机具有强过载能力，而不会产生磁饱和现象。另外，本发明采用的柔性PCB绕组一致性好、工艺性好，形状设计灵活多样，可进行多层设计，还可充分利用空间，同时取消了定子铁芯及相应铁损，可极大程度地减小电机的体积和重量，提高功率密度。本发明多定子多转子结构的多拓扑结构的拓展，柔性PCB绕组多层和形状多样化的设计，为电机设计过程提供更加灵活的选择。

附图说明

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据本发明提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于柔性PCB绕组的多定子多转子电机系统的剖面图；

图2为本发明实施例提供的定子支撑板的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的定子支撑轴的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的多定子多转子电机结构的永磁体充磁方向和磁路分布图；

图5为本发明实施例提供的基于柔性PCB绕组的多定子多转子电机系统的拓展结构剖面图；

图6为本发明实施例提供的基于柔性PCB绕组的双定子三转子电机系统的剖面图；

图7为本发明实施例提供的转子支撑板的结构示意图；

图中标号为：定子支撑板-1，定子支撑轴-2，驱动控制板-3，第一转子背铁-4，第二转子背铁-18，第三转子背铁-14，第一上铜挡环-5，第一下铜挡环-20，第二上铜挡环-8，第二下铜挡环-19，第三上铜挡环-10，第三下铜挡环-17，第四上铜挡环-11，第四下铜挡环-16，第一永磁体-6，第二永磁体-9，第三永磁体-12，第四永磁体-15，第一柔性PCB绕组-7，第二柔性PCB绕组-13，轴承端盖-21，轴承-22，转子支撑板-23，霍尔传感器-24，定子支撑轴方形轴-(2-1)，定子支撑板出线孔-(1-1)，定子支撑板方形孔-(1-2)，转子支撑板通孔-(23-1)。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于柔性PCB绕组的多定子多转子电机系统，以解决现有径向磁通电机无法实现电机位置检测与驱动控制的高度集成化和电机的小型化和轻量化问题，以及传统的定子绕组结构单一、不便于拆卸和更换、所占空间位置大导致的电机性能无法达到最佳的问题，还有现有定子部分拓扑结构单一导致的电机输出转矩不够大、效率不够高、转动惯量不够大等问题，适用于作为姿态控制飞轮系统的驱动电机，也可应用于飞轮储能系统和其他对体积、重量、精度、性能有严格限制的场合。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的基于柔性PCB绕组的多定子多转子电机系统的剖面图。参见图1，本发明提供的基于柔性PCB绕组的多定子多转子电机系统包括：定子模块，转子模块，驱动控制模块和定子支撑轴(2)。其中，所述定子模块包括：定子支撑板(1)、第一柔性PCB绕组(7)、第二柔性PCB绕组(13)、霍尔传感器(24)。所述转子模块包括：第一转子背铁(4)、第二转子背铁(18)、第三转子背铁(14)、第一永磁体(6)、第二永磁体(9)、第三永磁体(12)、第四永磁体(15)、第一铜挡环、第二铜挡环、第三铜挡环、第四铜挡环、轴承(22)、轴承端盖(21)和转子支撑板(23)。其中，所述第一铜挡环包括第一上铜挡环(5)、第一下铜挡环(20)；所述第二铜挡环包括第二上铜挡环(8)、第二下铜挡环(19)；所述第三铜挡环包括第三上铜挡环(10)、第三下铜挡环(17)；所述第四铜挡环包括第四上铜挡环(11)、第四下铜挡环(16)。

其中，所述驱动控制模块为高度集成的驱动控制板；所述驱动控制模块与所述定子支撑板(1)集成在一起。所述驱动控制模块包括多层驱动控制板(3)；多层所述驱动控制板(3)采用多塔式结构，沿定子支撑轴(2)轴向放置，采用胶粘的方式与所述定子支撑轴(2)固定连接。驱动控制板(3)沿轴向粘接于定子支撑轴(1)上，多层驱动控制板(3)采用多塔式结构均布于定子支撑轴(1)上，根据第一转子背铁(4)内腔的空间大小，实现多层化设计需求。多层驱动控制板(3)采用多塔式结构，还可以有利于各层驱动控制板(3)的散热。所述驱动控制板(3)按照功能可分为主控板和驱动板。主控板实现信号采集、数据处理、算法实现、控制输出、对外通信等功能；驱动板接收主控板发来的控制信号，对控制信号进行功率放大，进而实现对电机的控制。

所述定子模块中，圆筒形的所述柔性PCB绕组(7)和(13)作为定子绕组，固定在圆板形的定子支撑板(1)上。具体的，所述第一柔性PCB绕组(7)和所述第二柔性PCB绕组(13)采用胶粘的形式与所述定子支撑板(1)的下表面固定连接。如图1至图3所示，所述定子支撑板(1)上的方形孔(1-2)与所述定子支撑轴(2)顶部的方形轴(2-1)采用过渡配合方式连接，实现定子的限位。所述第一柔性PCB绕组(7)和所述第二柔性PCB绕组(13)的左、右两侧均安装有永磁体，或仅有一侧安装有永磁体，但不限于此结构。

所述霍尔传感器(24)置于任一柔性PCB绕组(第一柔性PCB绕组(7)或第二柔性PCB绕组(13))上，可直接测量磁场的变化，以测量转子及永磁体(6，9，12，15)在传感器上方旋转的速度，随后这些信息被输入到驱动控制模块中。

本发明特点在于，所述柔性PCB绕组为K个(K≥2)，每个柔性PCB绕组为n层(n≥1)；K个柔性PCB绕组层数可变，绕组形状也可变，可以是直绕组、斜绕组、菱形绕组、六边形绕组、八边形绕组等形状。任意层所述PCB绕组(7)和(13)上安装有霍尔传感器(24)；所述霍尔传感器(24)至少为1个。

柔性PCB绕组作为定子绕组，是机电能量转换的重要部件，当电机接入电源后，绕组上有电流流过，所产生的磁动势与转子永磁体产生的励磁磁场相互作用，形成电磁转矩，驱动电机以一定的转速运转。另外，采用柔性PCB作为定子绕组，能够大大节省定子绕组的安放空间，同时取消定子铁芯及相应铁损，可极大程度地减小电机体积和重量，提高功率密度。

所述转子模块中，所述转子支撑板(23)分别与所述第一转子背铁(4)、第二转子背铁(18)、第三转子背铁(14)固连。具体的，圆筒形的所述第一转子背铁(4)、所述第二转子背铁(18)、所述第三转子背铁(14)固定安装在所述转子支撑板(23)上表面。所述的第一转子背铁(4)和第三转子背铁(14)厚度需要结合所采用的永磁材料的磁饱和特性和强度要求进行设计。

本发明中永磁体的安装方式采用表贴式，采用的永磁体为瓦片形结构。所述第一永磁体(6)粘结于所述第一转子背铁(4)的外表面，所述第一上铜挡环(5)、所述第一下铜挡环(20)与所述第一永磁体(6)的内外径一致，采用过渡配合的方式，对第一永磁体(6)进行轴向限位。第二永磁体(9)、第三永磁体(12)、第四永磁体(15)采用与所述第一永磁体(6)相同的方式分别粘结于相应的转子背铁表面，并由相应的铜挡环对其限位。所述铜挡环为圆环形结构。

具体的，所述第一永磁体(6)固定于所述第一转子背铁(4)的外表面；所述第一上铜挡环(5)固定安装在所述第一永磁体(6)上方；所述第一下铜挡环(20)固定安装在所述第一永磁体(6)下方。所述第二永磁体(9)固定于所述第二转子背铁(18)的内表面；所述第二上铜挡环(8)固定安装在所述第二永磁体(9)上方；所述第二下铜挡环(19)固定安装在所述第二永磁体(9)下方；第二铜挡环(8，19)与第二永磁体(9)的内外径一致，采用过渡配合的方式，实现第二永磁体(9)的限位。所述第三永磁体(12)固定于所述第二转子背铁(18)的外表面；所述第三上铜挡环(10)固定安装在所述第三永磁体(12)上方；所述第三下铜挡环(17)固定安装在所述第三永磁体(12)下方；第三铜挡环(10，17)与第三永磁体(12)的内外径一致，采用过渡配合的方式，实现第三永磁体(12)的限位。所述第四永磁体(15)固定于所述第三转子背铁(14)的内表面；所述第四上铜挡环(11)固定安装在所述第四永磁体(15)上方；所述第四下铜挡环(16)固定安装在所述第四永磁体(15)下方，第四铜挡环(11，16)与第四永磁体(15)的内外径一致，采用过渡配合的方式，实现第四永磁体(15)的限位。

所述轴承(22)套在所述定子支撑轴(2)上，所述轴承端盖(21)通过螺钉与转子支撑板(23)底座固连，实现对轴承(22)的限位，轴承端盖(21)与定子支撑轴(2)采用间隙配合的装配方式。定子支撑轴(2)、定子支撑板(1)、转子支撑板(23)、轴承(22)、轴承端盖(21)、铜挡环等机械支撑零部件起到固定定子模块、永磁体以及转子背铁的作用。

所述第一柔性PCB绕组(7)置于第一永磁体(6)与第二永磁体(9)之间，两侧永磁体之间均留有气隙，组成双气隙结构。

所述第二柔性PCB绕组(13)置于第三永磁体(12)与第四永磁体(15)之间，两侧永磁体之间均留有气隙，组成双气隙结构。

如图2和图3所示，定子支撑轴(2)顶部的方形轴(2-1)只承受周向扭转力矩，定子支撑板上的方形孔(1-2)与定子支撑轴(2)顶部的方形轴(2-1)采用过渡配合的方式连接，同时需要注意方形孔(1-2)的内圆角应大于方形轴(2-1)的外圆角，从而防止在装配过程中发生干涉。所述第一柔性PCB绕组(7)与第二柔性PCB绕组(13)连接，再与所述驱动控制模块中的驱动控制板相连，接线从定子支撑板(1)的出线孔(1-1)引出。所述驱动控制板(3)采用多塔式结构，其驱动控制板电路与PCB电机绕组电路直接相连，为PCB电机绕组供电。

如图4所示，不同层之间处于同一径向位置的永磁铁采用相同的充磁方向，同一层上两两相邻的永磁铁充磁方向相反。

优选的，所述定子支撑板(1)和所述转子支撑板(23)的材料选用非磁性材料，例如铝合金。所述定子支撑板(1)和所述转子支撑板(23)均选用如铝合金的非磁性材料，以此降低甚至消除永磁体的端部漏磁现象。

优选的，所述转子背铁(包括第一转子背铁(4)、第二转子背铁(18)、第三转子背铁(14))采用具有良好导磁能力的硅钢软磁材料，例如使用硅钢片，但不限于此材料。第一转子背铁(4)用于增大气隙磁密，并且起到对驱动控制板(3)的磁屏蔽作用。第二转子背铁(18)磁场只有径向磁力线通过，因此只需满足一定的机械强度要求即可，无需考虑其磁饱和特性，可大大降低转子铁损。

所述永磁体(包括第一永磁体(6)、第二永磁体(9)、第三永磁体(12)、第四永磁体(15))的材料可选择铷铁硼、铁氧体、钐钴中的一种，但不限于此。优选的，所述永磁体选用高性能钕铁硼磁钢。由于稀土永磁材料的磁性能优异，经过充磁后不再需要外加能量就能建立很强的永久磁场，与传统的电励磁相比不仅效率高，而且结构简单、运行可靠，还可达到体积小、重量轻的优点。

本发明特点在于，所述基于柔性PCB绕组的多定子多转子电机系统可拓展为具有N(N≥1)个定子、M(M＝N或M＝N+1且M≥1)个转子的立式圆筒型径向磁通结构永磁电机，如图5所示。优选的，作为本发明一种具体的实施例，所述基于柔性PCB绕组的多定子多转子电机系统为一种双定子三转子结构无铁芯径向磁场永磁电机，但这只是本发明系统的一种表现形式，定、转子个数不限于此。如图5所示，本发明电机系统还可以拓展为三定子四转子等形式的多定子多转子结构，但不限于此，本发明图5中虚线部分表示在双定子三转子结构基础上的拓展部分。

实施例

图6为本发明实施例提供的基于柔性PCB绕组的双定子三转子电机系统的剖面图。参见图6，所述基于柔性PCB绕组的高集成度双定子三转子电机系统包括：定子模块，转子模块，驱动控制模块和定子支撑轴(2)。其中，定子模块包括：定子支撑板(1)、第一柔性PCB绕组(7)、第二柔性PCB绕组(13)、霍尔传感器(24)；转子模块包括：第一转子背铁(4)、第二转子背铁(18)、第三转子背铁(14)、第一永磁体(6)、第二永磁体(9)、第三永磁体(12)、第四永磁体(15)、第一铜挡环、第二铜挡环、第三铜挡环、第四铜挡环、轴承(22)、轴承端盖(21)、转子支撑板(23)。所述第一铜挡环包括第一上铜挡环(5)和第一下铜挡环(20)；所述第二铜挡环包括第二上铜挡环(8)和第二下铜挡环(19)；所述第三铜挡环包括第三上铜挡环(10)和第三下铜挡环(17)；所述第四铜挡环包括第四上铜挡环(11)和第四下铜挡环(16)。

所述的驱动控制模块采用多塔式结构，沿定子支撑轴(1)轴向放置，采用胶粘的方式与定子支撑轴(2)固连。

所述的定子模块中，第一柔性PCB绕组(7)和第二柔性PCB绕组(13)采用胶粘的形式与定子支撑板(1)固连。定子支撑板(1)上的方形孔(1-2)与定子支撑轴(2)顶部的方形轴(2-1)采用过渡配合方式连接，实现定子的限位。霍尔传感器(24)置于第二柔性PCB绕组(13)上，可直接测量磁场的变化以测量转子及永磁体(6，9，12，15)在传感器上方旋转的速度，随后这些信息被输入到电动机驱动控制板(3)中。

所述的转子模块中，转子支撑板(23)与第一、第二、第三转子背铁(4，18，14)采用螺钉固连。定子支撑轴(2)、定子支撑板(1)、转子支撑板(23)、轴承(22)、轴承端盖(21)、铜挡环等机械支撑零部件起到固定定子模块、永磁体、转子背铁的作用。第一永磁体(6)粘结于第一转子背铁(4)的外表面，第一铜挡环(5，20)与第一永磁体(6)采用过渡配合的方式，对第一永磁体(6)进行轴向限位。第二永磁体、第三永磁体、第四永磁体采用相同的方式分别粘结于相应的转子背铁表面，并由相应的铜挡环对其限位。轴承端盖(21)通过螺钉与转子支撑板(23)底座固连，实现对轴承(22)的限位，轴承端盖(21)与定子支撑轴(2)采用间隙配合方式。

所述的第一柔性PCB绕组(7)置于第一永磁体(6)与第二永磁体(9)之间，两侧永磁体之间均留有气隙，组成双气隙结构。

所述的第二柔性PCB绕组(13)置于第三永磁体(12)与第四永磁体(15)之间，两侧永磁体之间均留有气隙，组成双气隙结构。

如图6所示，所述的每一层转子背铁(4，14，18)通过螺钉与相应的均布于转子支撑板(23)表面的通孔(23-1)连接。所述转子支撑板(23)材料选用非磁性材料，例如铝合金。

与现有技术相比，本发明基于柔性PCB绕组的多定子多转子电机系统至少具有以下技术效果：

1、本发明提供的基于柔性PCB绕组的高集成度多定子多转子电机系统解决了现有径向磁通电机无法实现电机位置检测与驱动控制的高度集成化和电机的小型化和轻量化问题，以及传统的定子绕组结构单一、不便于拆卸和更换和所占空间位置大导致的电机性能无法达到最佳的问题，还有现有定子部分拓扑结构单一导致的电机输出转矩不够大，效率不够高，转动惯量不够大等问题。

2、本发明基于柔性PCB绕组的高集成度多定子多转子电机系统可拓展为N(N≥1)定子、M(M＝N或M＝N+1且M≥1)转子的立式圆筒型径向磁通结构永磁电机。所述永磁电机既保留了定子无铁心无槽结构的优势，又在增加拓扑结构的同时，使输出转矩更大，效率更高，转动惯量更大，散热效果更好，使定子绕组在散热良好的条件下，电机具有强过载能力，而不会产生磁饱和现象。适用于作为姿态控制飞轮系统的驱动电机，也可应用于飞轮储能系统和其他对体积、重量、精度、性能有严格限制的场合。

3、本发明多定子多转子电机系统采用个柔性PCB绕组一致性好、工艺性好，形状设计灵活多样，可进行多层设计，还可充分利用空间，使与之适配的电机结构紧凑，有利于提高电机性能，降低成本，适用于严格要求摆放空间的场合；同时取消了定子铁芯及相应铁损，可极大程度地减小电机的体积和重量，提高功率密度。

4、本发明定子支撑板上的方形孔与定子支撑轴顶部的方形轴采用过渡配合的方式连接，该连接方式结构简单可靠，拆卸方便。

5、本发明驱动控制板采用多塔式结构，该多塔式结构驱动控制板可充分利用所述多定子多转子径向磁通永磁电机的内腔空间，有利于实现电机的一体化和小型化设计，并有利于多层驱动控制板的散热。

6、本发明采用的柔性PCB绕组贴于定子支撑板下表面，与驱动控制板连接，最终导线从定子支撑板的出线孔引出，有利于实现系统的集成化设计，且增大了空间利用率，适用于严格要求摆放空间的场合。

7、本发明霍尔传感器可置于任意层PCB绕组上，对转子位置进行检测，并不需要在每一层PCB绕组上放置相应的霍尔传感器，大大减少了霍尔传感器的用量。

8、本发明定子支撑板和转子支撑板均选用如铝合金的非磁性材料，以此降低甚至消除永磁体的端部漏磁现象。

9、本发明仅在转子底部安装一个具有一定径向支撑力的角接触球轴承，轴承用量大大减少，但并不仅仅限定于此类型的具有径向支撑能力的轴承。

10、本发明多定子多转子结构的多拓扑结构的拓展、柔性PCB绕组多层和形状多样化的设计、驱动控制板多塔式结构的设计，为电机设计过程提供更加灵活的选择，为电机性能达到最优提供可能。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的装置及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种基于柔性PCB绕组的多定子多转子电机系统，其特征在于，所述基于柔性PCB绕组的多定子多转子电机系统包括：定子模块、转子模块、驱动控制模块和定子支撑轴(2)；所述定子模块包括：定子支撑板(1)、第一柔性PCB绕组(7)和第二柔性PCB绕组(13)；所述转子模块包括：第一转子背铁(4)、第二转子背铁(18)、第三转子背铁(14)、第一永磁体(6)、第二永磁体(9)、第三永磁体(12)、第四永磁体(15)、第一上铜挡环(5)、第一下铜挡环(20)、第二上铜挡环(8)、第二下铜挡环(19)、第三上铜挡环(10)、第三下铜挡环(17)、第四上铜挡环(11)、第四下铜挡环(16)、轴承(22)、轴承端盖(21)和转子支撑板(23)；

所述驱动控制模块沿所述定子支撑轴(2)的轴向放置，采用胶粘的方式与所述定子支撑轴(2)固连；所述驱动控制模块包括多层驱动控制板(3)；多层所述驱动控制板(3)采用多塔式结构；

所述定子支撑板(1)位于所述驱动控制模块上方；所述定子支撑板(1)上的方形孔(1-2)与所述定子支撑轴(2)顶部的方形轴(2-1)采用过渡配合方式连接，将所述定子支撑板(1)固定在所述定子支撑轴(2)顶部；所述第一柔性PCB绕组(7)和所述第二柔性PCB绕组(13)固定安装在所述定子支撑板(1)的下表面；具体的，所述第一柔性PCB绕组(7)和所述第二柔性PCB绕组(13)采用胶粘的形式与所述定子支撑板(1)的下表面固定连接；所述柔性PCB绕组为K个，K≥2；每个所述柔性PCB绕组为n层，n≥1；所述柔性PCB绕组的形状为直绕组、斜绕组、菱形绕组、六边形绕组或八边形绕组；任意所述柔性PCB绕组上安装有m个霍尔传感器，m≥1；

所述第一转子背铁(4)、所述第二转子背铁(18)、所述第三转子背铁(14)固定安装在所述转子支撑板(23)上表面；所述第一永磁体(6)固定于所述第一转子背铁(4)的外表面；所述第一上铜挡环(5)固定安装在所述第一永磁体(6)上方；所述第一下铜挡环(20)固定安装在所述第一永磁体(6)下方；所述第二永磁体(9)固定于所述第二转子背铁(18)的内表面；所述第二上铜挡环(8)固定安装在所述第二永磁体(9)上方；所述第二下铜挡环(19)固定安装在所述第二永磁体(9)下方；所述第三永磁体(12)固定于所述第二转子背铁(18)的外表面；所述第三上铜挡环(10)固定安装在所述第三永磁体(12)上方；所述第三下铜挡环(17)固定安装在所述第三永磁体(12)下方；所述第四永磁体(15)固定于所述第三转子背铁(14)的内表面；所述第四上铜挡环(11)固定安装在所述第四永磁体(15)上方；所述第四下铜挡环(16)固定安装在所述第四永磁体(15)下方；所述第一柔性PCB绕组(7)位于所述第一永磁体(6)与所述第二永磁体(9)之间；所述第一柔性PCB绕组(7)分别与所述第一永磁体(6)、所述第二永磁体(9)之间留有气隙；所述第二柔性PCB绕组(13)位于所述第三永磁体(12)与所述第四永磁体(15)之间；所述第二柔性PCB绕组(13)分别与所述第三永磁体(12)、所述第四永磁体(15)之间留有气隙；

所述轴承(22)套在所述定子支撑轴(2)上；所述轴承端盖(21)通过螺钉与所述转子支撑板(23)的底座固连，实现对所述轴承(22)的限位；所述轴承端盖(21)与所述定子支撑轴(2)采用间隙配合方式安装。

2.根据权利要求1所述的基于柔性PCB绕组的多定子多转子电机系统，其特征在于，所述驱动控制模块为高度集成的驱动控制板。

3.根据权利要求1所述的基于柔性PCB绕组的多定子多转子电机系统，其特征在于，所述第一柔性PCB绕组(7)与所述第二柔性PCB绕组(13)连接，接线从所述定子支撑板(1)上的出线孔(1-1)引出后与所述驱动控制模块的所述驱动控制板(3)相连。

4.根据权利要求3所述的基于柔性PCB绕组的多定子多转子电机系统，其特征在于，所述第一柔性PCB绕组(7)和所述第二柔性PCB绕组(13)的左、右两侧均安装有永磁体，或仅有一侧安装有永磁体；或没有铜挡环。

5.根据权利要求1所述的基于柔性PCB绕组的多定子多转子电机系统，其特征在于，所述多定子多转子电机系统可拓展为N个定子、M个转子、立式圆筒型径向磁通结构永磁电机；其中N≥1，M＝N或M＝N+1且M≥1。

6.根据权利要求1所述的基于柔性PCB绕组的多定子多转子电机系统，其特征在于，所述定子支撑板(1)上的方形孔(1-2)的内圆角大于所述定子支撑轴(2)顶部的方形轴(2-1)的外圆角。

7.根据权利要求1所述的基于柔性PCB绕组的多定子多转子电机系统，其特征在于，所述驱动控制模块与所述定子支撑板(1)集成在一起，所述定子支撑板(1)和所述转子支撑板(23)的材料选用非磁性材料。

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