CN111293798B - 轴向磁场复合pcb定子有铁心永磁同步电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轴向磁场复合PCB定子有铁心永磁同步电机，包括电机轴、PCB定子和转子，电机轴外圆设置两个用于固定PCB定子的PCB定子支架，PCB定子由两个外叠加PCB定子板和一个PCB定子中心板叠加组成，外叠加PCB定子板布有外板线圈，PCB定子中心板布有中心板线圈和导磁铁心；转子包括两个电机机壳，电机机壳和电机轴之间设置轴承，电机机壳相对面设置转子背铁，转子背铁相对面设置永磁体，PCB定子位于两个永磁体之间。本发明易于控制且转矩密度和功率密度得以提升，适用于限定电机为扁平结构的驱动场合。

Description

轴向磁场复合PCB定子有铁心永磁同步电机
技术领域
本发明涉及同步电机领域，更具体的说，是涉及一种轴向磁场复合PCB定子有铁心永磁同步电机。
背景技术
轴向磁场永磁电机，也称盘式永磁电机，具有轴向尺寸短、效率高、功率密度大特点。
印制电路板(PrintedCircuitBoard，PCB)定子绕组，是一种在良好的绝缘材料上按预设定子绕组排布路径铺设铜箔而制成，其结构呈扁平状，可与轴向磁场电机的磁路结构完美配合。
基于PCB定子绕组的轴向磁场电机，可设计为高扁平比的盘式结构，适用于对电机结构要求为扁平状的应用场合，而传统的基于铜线绕组的永磁同步电机难以实现高扁平比设计和制造。与传统绕线式定子结构永磁电机相比，PCB定子线圈定位精准、加工工艺灵活、一致性好且适用于大批量生产加工。PCB定子的应用，也使得基于PCB定子的永磁同步电机结构紧凑，电机特性更加优异，例如无齿槽转矩、损耗低、效率高、参数线性及过载倍数高等。
然而，由于PCB绕组的应用使得电机绕组的电感值很小，使得基于电压型的控制器加载在绕组内的电流不能连续，导致电机的电磁转矩也不连续，从而产生较大的电磁转矩脉动。基于现有控制电路和控制策略，PCB绕组永磁同步电机还不能成熟应用，导致此类电机很少作为电动机应用到驱动系统中。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有基于PCB定子绕组的轴向磁场电机技术的不足，提出一种轴向磁场复合PCB定子有铁心永磁同步电机，将PCB定子设计为三层叠加结构，中间层PCB板上设置导磁材料放置孔并放置导磁材料，三个叠加PCB板构成了有铁心的PCB定子，易于控制且转矩密度和功率密度得以提升。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明轴向磁场复合PCB定子有铁心永磁同步电机，包括电机轴、PCB定子和转子，所述电机轴外圆对称设置有两个PCB定子支架，两个PCB定子支架之间固定有PCB定子，所述PCB定子由三个PCB板依次叠加组成，包括两个对称设置且完全相同的外叠加PCB定子板和一个PCB定子中心板，两个所述外叠加PCB定子板的相对面均布有外板线圈，所述PCB定子中心板均布有中心板线圈，每个中心板线圈内均设置有导磁材料放置孔，且每个导磁材料放置孔内均设置有导磁铁心；
所述转子包括对称设置于电机轴外圆的两个电机机壳，所述电机机壳和电机轴之间设置有轴承，两个电机机壳相对面均设置有转子背铁，两个转子背铁相对面均设置有永磁体，所述PCB定子位于两个永磁体之间。
所述PCB定子、PCB定子支架、转子均套设于电机轴外圆周，所述PCB定子、PCB定子支架、转子、电机轴具有相同的轴线；所述电机机壳、转子背铁、永磁体和PCB定子支架均关于同一条直径线镜面对称设置。
所述PCB定子和PCB定子支架通过PCB定子固定螺栓固定连接。
所述PCB定子中心板和外叠加PCB定子板均设置为圆环形，所述PCB定子中心板厚度大于外叠加PCB定子板厚度。
所述PCB定子中心板采用分数槽绕组形式设计，所述外叠加PCB定子板采用分数槽集中绕组形式或分布绕组形式设计；所述PCB定子中心板上的各中心板线圈彼此间串联连接，所述外叠加PCB定子板上的各外板线圈彼此间串联连接，所述PCB定子中心板上的中心板线圈与两个外叠加PCB定子板上的外板线圈采用串联连接。
所述PCB定子中心板上的中心板线圈与两个外叠加PCB定子板上的外板线圈均由铜箔构成，设计为扇环形。
所述导磁铁心由软磁复合材料或软磁铁氧体制作而成，所述导磁铁心设置为扇环形。
所述永磁体设计为扇环面楔形结构，通过环氧胶粘贴于转子背铁上。
两个所述电机机壳通过机壳固定螺栓连接，所述电机机壳在与转子背铁和永磁体的外圆连接处设置燕尾槽，永磁体径向外圆部位插入燕尾槽内，径向内圆部位通过永磁体固定螺栓与电机机壳固定连接；所述转子背铁通过转子背铁固定螺栓与电机机壳固定连接。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
本发明中PCB定子通过三个PCB板叠加设计，中心PCB板为有铁心结构，电机易于控制，解决无铁心永磁电机定子绕组电感小难于控制的问题，使得基于PCB定子的永磁同步电机可作为电动机应用于驱动场合；中心层PCB定子为有铁心结构，设计为高扁平比盘式结构，减小了主磁路的磁路，使得气隙磁密得以提高，有利于提高电机的转矩密度和功率密度，效率高。
附图说明
图1是本发明的轴向磁场复合PCB定子有铁心永磁同步电机示意图；
图2是本发明的电机轴示意图；
图3是本发明的外叠加PCB定子板示意图；
图4是本发明的PCB定子中心板示意图；
图5是本发明的电机机壳示意图；
图6是本发明的转子背铁示意图；
图7是本发明的定子支架示意图；
图8是本发明的导磁铁心示意图。
附图标记：1-机壳固定螺栓；2-转子背铁；201-螺栓孔；3-永磁体；4-永磁体固定螺栓；5-轴承；6-电机轴；7-电机机壳；701-轴孔；702-轴承室；703永磁体螺栓固定孔；704背铁螺栓固定孔；705机壳连接孔；8-转子背铁固定螺栓；9-PCB定子中心板；10-外叠加PCB定子板；11-PCB定子支架；1101-支架轴孔；1102-PCB定子螺栓固定孔；12-PCB定子固定螺栓；13-电机轴孔；14-PCB定子固定孔；15-导磁铁心固定孔；16-外板线圈；17-导磁材料放置孔；18-中心板线圈；19-导磁铁心。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1至图8所示，本发明轴向磁场复合PCB定子有铁心永磁同步电机，包括电机轴6、PCB定子和转子。所述电机轴6外圆对称设置有两个PCB定子支架11，两个PCB定子支架11之间固定有PCB定子。所述转子包括对称设置于电机轴6外圆的两个电机机壳7，所述电机机壳7和电机轴6之间设置有轴承5，两个电机机壳7相对面均设置有转子背铁2，两个转子背铁2相对面均设置有永磁体3，所述PCB定子位于两个永磁体3之间。
其中，所述PCB定子、PCB定子支架11、转子均套设于电机轴6外圆周，所述PCB定子、PCB定子支架11、转子、电机轴6具有相同的轴线。所述电机机壳7、转子背铁2、永磁体3和PCB定子支架11均关于同一条直径线镜面对称设置。所述PCB定子和PCB定子支架11通过PCB定子固定螺栓12固定连接。
所述PCB定子由三个PCB板依次叠加组成，包括两个对称设置且完全相同的外叠加PCB定子板10和一个PCB定子中心板9，PCB定子中心板9固定在两个外叠加PCB定子板10之间。其中，所述PCB定子中心板9和外叠加PCB定子板10均设置为圆环形，所述PCB定子中心板9厚度大于外叠加PCB定子板10厚度。
两个所述外叠加PCB定子板10的相对面均布有外板线圈16，所述PCB定子中心板9均布有中心板线圈18，每个中心板线圈18内均设置有导磁材料放置孔17，且每个导磁材料放置孔17内均设置有导磁铁心19。此外，所述外叠加PCB定子板10和PCB定子中心板9还设置有电机轴孔13、PCB定子固定孔14、导磁铁心固定孔15。
其中，所述PCB定子支架11设置有PCB定子螺栓固定孔1102和支架轴孔1101。所述PCB定子中心板9采用分数槽绕组形式设计，所述外叠加PCB定子板10采用分数槽集中绕组形式或分布绕组形式设计。所述PCB定子中心板9上的各中心板线圈18彼此间串联连接，所述外叠加PCB定子板10上的各外板线圈16彼此间串联连接，所述PCB定子中心板9上的中心板线圈18与两个外叠加PCB定子板10上的外板线圈16采用串联连接。
其中，所述PCB定子中心板9上的中心板线圈18与两个外叠加PCB定子板10上的外板线圈16均由铜箔构成，设计为扇环形。所述导磁铁心19由软磁复合材料或软磁铁氧体等制作而成，所述导磁铁心19设置为扇环形。
两个所述电机机壳7通过机壳固定螺栓1连接，所述电机机壳7在与转子背铁2和永磁体3的外圆连接处设置燕尾槽，永磁体3径向外圆部位插入燕尾槽内，径向内圆部位通过永磁体固定螺栓4与电机机壳7固定连接。所述转子背铁2通过转子背铁固定螺栓8与电机机壳7固定连接。所述永磁体3设计为扇环面楔形结构，通过环氧胶粘贴于转子背铁2上。
其中，所述电机机壳7自中心至外圆依次设置有轴孔701、轴承室702、永磁体螺栓固定孔703、背铁螺栓固定孔704和机壳连接孔705。所述转子背铁2设置有螺栓孔201。
本发明的工作原理是：轴向磁场复合PCB定子有铁心永磁同步电机，两个电机机壳7上固定的转子背铁2和粘接上的永磁体3形成磁路，气隙中的磁场为轴向。PCB定子中加载三相电流形成旋转磁场，与转子中永磁体所产生的励磁磁场相互作用产生电磁转矩。PCB定子由三个PCB板叠加组成，其中PCB定子中心板9为有导磁材料铁心结构，使PCB定子为有铁心PCB定子，电机运行特性为有铁心永磁同步电机的运行特性。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种轴向磁场复合PCB定子有铁心永磁同步电机，包括电机轴(6)、PCB定子和转子，其特征在于，所述电机轴(6)外圆对称设置有两个PCB定子支架(11)，两个PCB定子支架(11)之间固定有PCB定子，所述PCB定子由三个PCB板依次叠加组成，包括两个对称设置且完全相同的外叠加PCB定子板(10)和一个PCB定子中心板(9)，两个所述外叠加PCB定子板(10)的相对面均布有外板线圈(16)，所述PCB定子中心板(9)均布有中心板线圈(18)，每个中心板线圈(18)内均设置有导磁材料放置孔(17)，且每个导磁材料放置孔(17)内均设置有导磁铁心(19)；所述PCB定子中心板(9)和外叠加PCB定子板(10)均设置为圆环形，所述PCB定子中心板(9)厚度大于外叠加PCB定子板(10)厚度；
所述转子包括对称设置于电机轴(6)外圆的两个电机机壳(7)，所述电机机壳(7)和电机轴(6)之间设置有轴承(5)，两个电机机壳(7)相对面均设置有转子背铁(2)，两个转子背铁(2)相对面均设置有永磁体(3)，所述PCB定子位于两个永磁体(3)之间。
2.根据权利要求1所述的轴向磁场复合PCB定子有铁心永磁同步电机，其特征在于，所述PCB定子、PCB定子支架(11)、转子均套设于电机轴(6)外圆周，所述PCB定子、PCB定子支架(11)、转子、电机轴(6)具有相同的轴线；所述电机机壳(7)、转子背铁(2)、永磁体(3)和PCB定子支架(11)均关于同一条直径线镜面对称设置。
3.根据权利要求1所述的轴向磁场复合PCB定子有铁心永磁同步电机，其特征在于，所述PCB定子和PCB定子支架(11)通过PCB定子固定螺栓(12)固定连接。
4.根据权利要求1所述的轴向磁场复合PCB定子有铁心永磁同步电机，其特征在于，所述PCB定子中心板(9)采用分数槽绕组形式设计，所述外叠加PCB定子板(10)采用分数槽集中绕组形式或分布绕组形式设计；所述PCB定子中心板(9)上的各中心板线圈(18)彼此间串联连接，所述外叠加PCB定子板(10)上的各外板线圈(16)彼此间串联连接，所述PCB定子中心板(9)上的中心板线圈(18)与两个外叠加PCB定子板(10)上的外板线圈(16)采用串联连接。
5.根据权利要求1所述的轴向磁场复合PCB定子有铁心永磁同步电机，其特征在于，所述PCB定子中心板(9)上的中心板线圈(18)与两个外叠加PCB定子板(10)上的外板线圈(16)均由铜箔构成，设计为扇环形。
6.根据权利要求1所述的轴向磁场复合PCB定子有铁心永磁同步电机，其特征在于，所述导磁铁心(19)由软磁复合材料或软磁铁氧体制作而成，所述导磁铁心(19)设置为扇环形。
7.根据权利要求1所述的轴向磁场复合PCB定子有铁心永磁同步电机，其特征在于，所述永磁体(3)设计为扇环面楔形结构，通过环氧胶粘贴于转子背铁(2)上。
8.根据权利要求1所述的轴向磁场复合PCB定子有铁心永磁同步电机，其特征在于，两个所述电机机壳(7)通过机壳固定螺栓(1)连接，所述电机机壳(7)在与转子背铁(2)和永磁体(3)的外圆连接处设置燕尾槽，永磁体(3)径向外圆部位插入燕尾槽内，径向内圆部位通过永磁体固定螺栓(4)与电机机壳(7)固定连接；所述转子背铁(2)通过转子背铁固定螺栓(8)与电机机壳(7)固定连接。
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