CN110581630A - 一种不等宽导体的pcb盘式电机绕组设计方法 - Google Patents

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王晓远
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李春鹏
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Abstract

本发明提供了一种不等宽导体的PCB盘式电机绕组设计方法，包括以下步骤：(1)PCB盘式电机绕组内将等宽的有效导体设置成不等宽的有效导体；两相邻有效导体的铜箔间被绝缘材料填充分隔开；(2)设置有效导体内径端部处的连接导体，使有效导体内径端部各有效导体铜箔之间的最小宽度为0.2mm；(3)设置有效导体的外端部处的连接导体的线宽相等且至少为有效导体线宽的3倍；(4)设置PCB盘式电机绕组的绕线型式为同心交叉式。该方法充分利用了PCB绕组中两相邻有效导体之间空余的绝缘空隙；在有限的径向空间内，将PCB绕组有效导体内外端部的连接导体的连接方式按同心交叉式绕组型式进行设计。

Description

一种不等宽导体的PCB盘式电机绕组设计方法
技术领域
本发明涉及PCB盘式电机绕组领域，特别是涉及一种不等宽导体的PCB盘式电机绕组 设计方法。
背景技术
对于PCB绕组的盘式电机，其将定子绕组直接印制在PCB印刷电路板上，可以使得电 机的轴向空间更加紧凑，绕组设计更加灵活，线圈定位更加准确，反电势波形更加接近于正 弦波，电机运行的更加稳定。
对于传统的PCB绕组，其绕组的有效导体部分都是等宽或分段等宽的，在保证两相邻有 效导体之间最小绝缘间隙以外，会出现多余的绝缘空间，导致PCB绕组中有效导体的空间利 用率低，在承受的电流密度一定的情况下，限制了电流的进一步提高，同时铜箔的散热面积 也受到了限制，降低了PCB绕组的散热性能。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种不等宽导体的PCB盘式电机绕组 设计方法，使得电机的散热性能以及效率得到大大提高。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种不等宽导体的PCB盘式电机绕组设计方法，包括以下步骤：
(1)PCB盘式电机绕组内将等宽的有效导体设置成不等宽的有效导体；两相邻有效导体 的铜箔间被绝缘材料填充分隔开；
(2)设置有效导体内径端部处的连接导体，使有效导体内径端部各有效导体铜箔之间的 最小宽度为0.2mm；
(3)设置有效导体的外端部处的连接导体的线宽相等且至少为有效导体线宽的3倍；
(4)设置PCB盘式电机绕组的绕线型式为同心交叉式。
进一步的，有效导体内径端部能承受的电流密度在0～10A/mm2范围内。
进一步的，有效导体外径端部的线宽大于有效导体内径端部的线宽。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1、增加了铜箔的散热面积，使PCB盘式电机绕组的散热性能得到极大的提升。
2、在承受相同的电流密度的情况下，由于其有效导体铜箔的横截面积增加了，使得流过 有效导体的电流得到极大提升，从而可以大大提高电机的功率，减少端部铜耗。
3、在有限的空间内，使PCB盘式电机绕组产生的反电动势达到最大化，有利于电机的 功率进一步提升。
4、PCB有效导体内径端部的连接导体起到了提供最大化的端部连接导体散热面积，分担 有效导体内径端部处产生的集中热量，同时使承担的电流密度在合理的范围内。
5、充分利用了PCB盘式电机绕组有效导体间多余的绝缘空间，从而提高了相同空间内 铜箔的利用率。
6、在保证铜箔厚度及电流密度一定的情况下，PCB绕组有效导体的覆盖面积增加，可提 高通过PCB绕组有效导体的电流，由于PCB绕组有效导体的有效长度不变，故产生的反电 势不变，从而可以有效地提高PCB电机的效率。
7、这种不等宽导体的PCB盘式电机绕组设计方法适用于不同的线圈匝数以及所有绕组 型式。
附图说明
图1为PCB盘式电机绕组的基本布线示意图。
图2为PCB盘式电机绕组中其中一相的布线示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
见图1至图2，本发明提出一种不等宽导体的PCB盘式电机绕组设计方法，将平行等宽 的有效导体优化设计成不等宽的有效导体，在保证有效导体之间最小的绝缘材料(FR4等) 填充间隙0.2mm的情况下，将有效导体向两边扩展，使得有效导体铜箔的空间利用率提升到 了最大化，但是不等宽有效导体的外端部宽度D1和内端部宽度D2的设计需考虑内外径尺寸 限制，还要考虑到电机转速变化引起的磁场交变频率变化对有效导体涡流产生的影响；对有 效导体内端部宽度D2的设计时，需考虑有效导体内径尺寸以及绝缘间隙的限制；对有效导 体外端部宽度D1的设计时，主要需要考虑电机转速对有效导体涡流的影响，使得有效导体 外端部宽度D1不能过大，否则会导致有效导体涡流产生的损耗增加值大于因有效导体外端 部宽度加宽引起的铜耗减小值，所以有限导体外端部宽度D1的设计一定要考虑电机转速引 起的导体涡流的影响。2、PCB绕组有效导体内端部的连接导体将PCB绕组有效导体内外端 部的连接导体的连接方式按同心交叉式绕组型式进行设计。
本实施例中，由于的PCB盘式电机绕组有效导体内径端部D2相对较窄，其所承受的电 流密度值相对于外径端部大，发热比较集中，故将内径端部处的连接导体设计成如图1所示 的形状，以便于内径端部处产生的热量迅速扩散到电流密度值较小的内径端部连接导体(b1、 b2、b3、b4和b5)中，将热量传导出去；
如图1所示，有效导体包含有线圈的两个端子E1和E2、不等宽有效导体a1、不等宽有 效导体a2、不等宽有效导体a3、不等宽有效导体a4、不等宽有效导体a5和不等宽有效导体 c1、不等宽有效导体c2、不等宽有效导体c3、不等宽有效导体c4、不等宽有效导体c5；其中有效导体外端部宽度D1大于有效导体内端部宽度D2，但是宽度D1比宽度D2大多少，需 取决于电机的转速所引起的磁场交变频率的大小、气隙磁密等，最终设计的宽度需要实现在电机额定转速下，因不等宽引起的有效导体涡流损耗增加值远远小于铜耗的减小值，从而可 以提高电机的效率；两相邻有效导体铜箔被绝缘材料填充分隔开，保证两相邻有效导体之间 的最小绝缘材料填充宽度为0.2mm，保证其所承受的电流密度在10A/mm2的范围内；除被绝 缘材料填充的位置外，其他的位置被有效导体铜箔覆盖。
具体的，PCB有效导体外端部连接导体d1、d2、d3和d4的宽度至少为D1宽度的3倍，保证所承受的电流密度在10A/mm2的范围内；
具体的，基于本发明设计出来的不等宽导体的PCB盘式电机绕组设计方法适用于同心交 叉式绕组型式。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发 明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗 旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多 形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种不等宽导体的PCB盘式电机绕组设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)PCB盘式电机绕组内将等宽的有效导体设置成不等宽的有效导体；两相邻有效导体的铜箔间被绝缘材料填充分隔开；
(2)设置有效导体内径端部处的连接导体，使有效导体内径端部各有效导体铜箔之间的最小宽度为0.2mm；
(3)设置有效导体的外端部处的连接导体的线宽相等且至少为有效导体线宽的3倍；
(4)设置PCB盘式电机绕组的绕线型式为同心交叉式。
2.根据权利要求1所述一种不等宽导体的PCB盘式电机绕组设计方法，其特征在于，有效导体内径端部能承受的电流密度在0～10A/mm2范围内。
3.根据权利要求1所述一种不等宽导体的PCB盘式电机绕组设计方法，其特征在于，有效导体外径端部的线宽大于有效导体内径端部的线宽。
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