CN113364170A - 印刷电路板电机 - Google Patents

Abstract

电机包括多个永磁体和多个导体。多个永磁体围绕电机的旋转轴线沿径向布置并且与电机的旋转轴线间隔开。多个磁体中的至少一个磁体在与旋转轴线相交的旋转平面中具有一形状。多个导体相对于多个磁体布置并且围绕电机的旋转轴线沿周向彼此间隔开。多个导体中的至少一个导体包括迹线，该迹线具有与多个磁体中的至少一个磁体的形状不同的多边形形状。

Description

印刷电路板电机

在先申请的交叉参引

本申请要求于2020年2月20日提交的临时申请No.62/978,876(案号010222-19028A-US)以及2021年2月3日提交的美国非临时申请No. 17/166,746的优先权权益，这些申请的全部内容由此通过参引并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及包括马达和发电机的电机的领域，并且具体地涉及对电机中产生的磁通量的控制。

背景技术

电机可以是包括转子和定子的电磁旋转机。转子和定子定位在气隙的相对侧上，磁场通过该气隙存在并且磁通量在转子与定子之间流动。磁场可以由永磁体产生。虽然其他示例是可能的，但是电机可以是马达或发电机。可以被称为发动机-发电机组或发电机组的发电机可以包括动力源(例如，发动机)和交流发电机或者另一用于由机械能产生电能或功率的装置。另一方面，马达接收电能并通过输出转矩将电能转换为机械能。

附图说明

本文中参照以下附图对示例性实施方式进行描述。

图1示出了示例转子组件。

图2示出了示例定子组件。

图3示出了电机的示例侧视图。

图4示出了示例绕组图。

图5示出了具有定子绕组的示例印刷电路板。

图6示出了电机的示例部分。

图7示出了具有作为印刷电路板上的迹线的定子绕组的示例电机。

图8A和图8B示出了具有印刷电路板定子的电机中的示例磁体和线圈。

图9示出了用于电机的定子的示例印刷电路板布局。

图10示出了具有多个印刷电路板定子的示例电机。

图11示出了印刷电路板定子的示例，该印刷电路板定子还包括用于电机的控制电路。

图12示出了用于印刷电路板定子的示例控制器。

图13示出了图12的控制器的示例流程图。

具体实施方式

图1和图2示出了包括永磁体的电机的示例，在这种情况下，永磁体用于发电机的励磁器。然而，永磁体可以包括在主发电机或励磁器中。永磁体可以包括在转子或定子中。虽然图1和图2描绘了具有永磁体励磁器的绕线转子发电机，但是电机也可以用作马达。电机的其他实施方式包括永磁刷式DC机、永磁无刷DC机、串绕或通用机、感应AC机、同步AC机、同步磁阻机、开关磁阻机等。任何机器可以用作马达且选择性地在马达与发电机之间，或者完全用作发电机。

图1示出了用于电机的示例转子组件600。转子组件600可以包括励磁器电枢601、场线圈组件602、冷却风扇603、驱动盘604、联接器605、转子控制器606、传感器607、转子通信装置608和转子轴承609。可以包括附加的、不同的或更少的部件。

联接器605和/或驱动盘604将转子组件600联接至诸如发动机的原动机。联接器605是转子组件600与发动机之间经由驱动盘604的固定连接件。在适当的条件下，可以使用将转子组件600连接至发动机的替代装置，该替代装置包括花键轴、顺应构件或完全约束连接件。

应当指出的是，虽然发动机用作描述将燃料转换成转速和施加至发电机的转矩的原动机的术语，但是能够提供机械转矩和旋转或者需要机械转矩和旋转的任何设备都可以联接至作为马达或发电机操作的电机。电机还可以在不引起旋转的情况下提供转矩，以便保持抵抗负载的位置。因此，不需要旋转来将装置限定为电机。

此外，发动机可以配置成用于恒定速度或基于负载而变化的可变速度。同样，交流发电机可以包括在变速发电机中。

对于图1所示的电机的转子组件600，发动机使转子组件600转动，从而使励磁器电枢601与场线圈组件602一起转动。发动机还可以使冷却风扇603转动。冷却风扇603迫使空气横过场线圈组件602、转子控制器606和/或励磁器电枢601，当电流流动通过绕组或其他电气部件时，场线圈组件602、转子控制器606和/或励磁器电枢601中的任一者可以排出热。

一些电机比如密封机、液冷机和高效机可能不需要冷却风扇来将内部部件维持在稳定的温度。另外，一些电机比如感应机、无刷DC机和开关磁阻机可以在转子组件中包含更少的旋转元件。此外，一些电机比如大型同步机和刷式DC机可以在转子组件中包含更多或不同的旋转元件。

图2示出了用于电机的示例转子定子组件610。定子组件610包括定子底盘611、一组引线612、电枢613、端部支架614、励磁器场组件615 和定子通信装置618。可以包括附加的，不同的或更少的部件。转子组件 600配装在定子组件610内部。励磁器场组件615与励磁器电枢601对准。定子底盘611与场线圈组件602对准。

励磁器电枢601包括励磁器电枢绕组，并且励磁器场组件615包括作为磁通量源的永磁体。当励磁器电枢绕组在定子组件610内旋转时，在励磁器电枢绕组中产生一个或更多个电流。两个或更多个导线或其他导电连接件将励磁器电枢绕组连接至场线圈组件602。来自励磁器电枢绕组的电流向场线圈组件602供应电流。

对于示例定子组件610，定子包括定子绕组613，并且励磁器包括永磁体。当场线圈组件602在定子组件610内旋转时，在电枢613中产生电流。来自绕组613的电流由引线612传输到负载。

虽然术语绕组可以指围绕可以是铁磁的材料缠绕的导线，但是术语绕组可以扩展为指导电材料的任何布置，其涵盖了磁通量可以流动通过的体积。类似地，线圈——通常指的是围绕线轴、含铁构件、或其他芯缠绕的一组导线——可以扩展为包括围绕空间中的点约束多个缠绕的导电材料。

图3示出了电机的示例侧视图，在该电机中，定子123包括与印刷电路板(PCB)集成的线圈，并且与包括永磁体的转子125协作布置。定子123连接至发动机机体121，从而以与发动机机体相同的速率旋转，发动机机体121通常被选择为用于电机的静止参照系。转子125连接至曲轴120，该曲轴120从发动机机体121略微突出并且构造成允许发动机机体121与曲轴120之间的旋转。液体冷却剂可以流动通过冷却通道122 以使定子123部分地或完全地冷却，并且可以通过将转子连接至定子123 的轴承128而使转子125部分地或完全地冷却。

冷却通道122可以通过内蛤壳126和外蛤壳127的配合而形成，从而限制印刷电路板。冷却通道122可以存在于内蛤壳126和外蛤壳127 中的一者或两者中。冷却剂可以流动通过串联的多个冷却通道，也就是说，在流动通过下一个通道之前流动通过一个通道。冷却剂可以平行地流动通过多个冷却通道，这意味着冷却剂流可以发散以跟随多个冷却通道并且在流动通过通道之后再次会聚，其中，一些但不是全部的冷却剂流动通过每个冷却通道。串联和并联流动的组合是可能的。

印刷电路板(定子123)可以由单个印刷电路板组件或多个印刷电路板组件构成。多个印刷电路板组件可以用诸如环氧树脂的粘结剂附接在一起，以增加鼓头刚度。印刷电路板可以由多个层构成，所述多个层比如为2层、4层、6层、8层、10层或12层。

印刷电路板123可以包括线圈或迹线，该线圈或迹线配置成当转子 125和永磁体124旋转经过印刷电路板(定子123)时拦截来自转子125 上的永磁体124的磁通量。线圈可以包括在印刷电路板的不同层中。

对于图3所示的电机，在给定时刻，磁通量129从第一转子半部上的北极流动通过印刷电路板(定子123)上的线圈，并流入第二转子半部上的磁体上的南极。磁通量129沿切向流动通过转子125的材料——该材料可以是含铁的以减小路径的磁阻——到达在第二转子半部上沿相反方向定向的附近磁体，从而通过印刷电路板(定子123)的附近部分返回到第一转子半部上的附近磁体的南极。

流动通过线圈的磁通的有效磁路长度可以相对高于电机的有效磁路长度，在该电机中，转子和定子两者都包括含铁材料以使磁通量成形并减小有效路径长度。高磁导率材料(含铁材料)通常通过减小磁路的磁阻来减小有效磁路长度。定子绕组的电感——也称为相对于电机的电抗——与磁路长度成反比，这意味着较长的路径长度在所有其他因素相等的情况下减小了电感。

定子绕组电感的减小可以证明在需要高速换向的某些应用中是有价值的。当电流被切换时，较高的电感将增加存储在绕组中的能量，因此较低的电感将减少连接至电机的换向部件上的切换损耗，该换向部件比如为二极管、硅控整流器(SCR)、场效应晶体管(FET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、或配置成操作为同步整流器的双极结型晶体管(BJT)。这进而可以提高电机的效率，提高电力电子器件驱动电机的效率，或者降低连接至电机的布线或半导体部件的成本。

图3的电机还可以从非静态磁路中去除大部分含铁材料，这经历了所施加的磁场的变化。这可以减少与含铁材料内的偶极子的反转相关联的损耗(例如，铁损耗或磁滞损耗)。使用含铁材料用于转子125可能不会显著增加损耗，这是因为通量可能不会在永磁体124的与气隙相对的一侧上显著改变。

绕组的形状可以包括同心圆、矩形、弧段、梯形或其他形状。定子绕组可以由铜或另一导电材料形成。迹线可以存在于PCB的多个层上。形成励磁器绕组的迹线可以配置成当由于转子的旋转而经受通过绕组的磁通量的变化时通过电磁感应产生电压。

图4示出了示例绕组和磁体构型，其可以起到减小总谐波失真(THD) 或提供特定波形的作用，该特定波形在整流以提供DC总线时可以减小损耗。由电机产生的电压的波形与穿过线圈的磁通的形状、线圈的几何形状、以及位于磁路中的任何磁通成形元件(高导磁率含铁材料)有关。在图4的示例中，内绕组在位于磁有效区域内的半径处被截断，从而减小了由该匝看到的有效磁通并调节了由绕组产生的波形。

图4所示的用于电机的印刷电路板定子的绕组通过板的厚度堆叠，但是为了便于说明而对该绕组进行并排绘制。几何上，路径131a至路径131d平行布置。也就是说，由于PCB的层被沿竖向布置，因此迹线也被沿竖向布置。然而，由于绕组方向在相邻层中交替，因此沿着路径131a 至路径131d通过迹线的电流是串联路径。

对于图4所示的电机，多层上的绕组串联连接以增加电机的电压输出。印刷电路板上的层之间的连接通常使用穿过整个印刷电路板的钻孔和镀覆的通孔来执行。虽然盲通孔(仅连接层中的一些层的通孔)是可能的，但是通孔可以更容易地制造，这是因为通孔可以在板堆叠完成之后被钻出。使用通孔将层中的仅两个层连接在一起的一种方式涉及将这些通孔安置在板上与其他通孔不同的位置处。

图4所示的电机在用于定子的印刷电路板中使用四层。这四层各自包含由12匝构成的线圈，从而提供围绕穿过由线圈包围的区域的通量的总共48匝。由于内线圈的缩短的性质，穿过内线圈的通量减小，从而导致与该绕组略微不同的波形。流动通过该48匝线圈的任何匝的电流是一致的，而由每个线圈产生的电压被相加。例如，在某一操作速度下，每个线圈可以产生平均48V。如果电机负载有10A负载，则每个匝可以具有在其上流动的10A。

在电流流动通过图4所示的绕组之后，下面的描述用作说明流动通过图4所示的电机中的印刷电路板定子的多层的电流。电流在顶层圆周迹线130中开始并且流入由印刷电路板的顶层上的迹线形成的线圈131a 中。在流动通过由印刷电路板的顶层上的迹线形成的所有线圈之后，电流通过通孔132a流入由印刷电路板的第二层131b上的迹线形成的绕组，其示出了两个不同层上的相同通孔。电流穿过通孔132b以流动通过印刷电路板131c的第三层上的迹线，并且在流动至底层圆周迹线133之前穿过通孔132c以流动通过印刷电路板131d的底层上的迹线。

顶层圆周迹线130可以是用于电机的相导体。底层周向迹线133可以是用于电机的中性或公共导体。底层周向迹线133可以是用于电机的第二相导体。

对于图4所示的电机，从顶层周向迹线130流动至底层周向迹线133 的电流将沿顺时针方向——如箭头所示——流动通过顶层上的绕组，从而从线圈的外侧行进至线圈的内侧。在内部通孔132a处交叉到第二层中之后，电流将继续在顺时针方向上流动通过第二层，从而在进入第三层到达外部通孔132b之前从线圈的内侧行进至线圈的外侧。在第三层中，电流在其从线圈的外侧行进至线圈的内侧时将沿顺时针方向流动，然后通过内部通孔132c穿过底层。在底层上，电流在其从线圈的内侧行进至线圈的外侧时将沿顺时针方向流动，从而在底层圆周迹线133上结束。

在电机的相同位置中以相反方向缠绕的线圈可能会导致相反的产生电压方向，这意味着顺时针匝可以产生正电压，而负匝产生负电压。如果串联连接在相同极或相同相上的线圈的比率方向相反，则净结果电压可以是0，即使每个线圈正在生成电压亦是如此。因此，通常期望确保所有线圈保持类似的绕组方向。

虽然通常通过对每个迹线使用不同的层来交叉印刷电路板上的迹线，但是当所有层都填充有绕组时，比如当印刷电路板用作电机的定子时，这在实践中可能难以实现。在这种情况下，很难接近绕组内部的迹线，这是因为绕组存在于所有层上，从而禁止在不同层上交叉。为此，在此公开的本发明优选的机器设计中，每个绕组由偶数层的串联组合构成，从而允许每对的第一层从外向内缠绕，并且允许每对的第二层从内向外缠绕，进而允许通过将其呈现在线圈的外部来接近两层线圈的另一端部。

尽管偶数层是优选的，但是设想了这样的实施方式：在该实施方式中，板可以具有并联连接的单极中的所有线圈，其中，板可以具有并联连接的每组两个线圈，以及串联和并联连接的各种其他可想到的组合，所述各种其他可想到的组合包括其中来自每层的绕组并联连接、将来自奇数层的线圈并联安置、并且将来自偶数层的线圈并联安置的情况。将所有奇数层并联安置并且将所有偶数层并联安置可以提供减少钻入板中的通孔的数量并且由于所有偶数层和奇数层的相同性而减少绘制线圈的时间的优点。

对于具有多个极的电机，极可以串联或并联连接。例如，图4的电机可以在定子上包含12个极(A相为12个线圈，B相为12个线圈，C 相为12个线圈)。在这种情况下，每相的极可以并联或串联连接。例如，如果3个线圈串联连接并且组并联连接，则图4的电机可以在特定操作条件下产生144V，并且可以在向负载供应10A时在每个绕组上具有约 2.5A的流动。类似地，如果所有12个线圈并联连接，则图4的电机可以产生48V，但是可以在向负载供应10A时在每个绕组上仅有0.83A流动。在给定极上并联连接多个线圈可以进一步减小在每个线圈中流动的输出电压和电流。

尽管偶数层是优选的，但是可以使用任何数量的层。通孔132a、通孔132b和通孔132c可以安置在不在磁性区域中的区域中。通孔132a、通孔132b、通孔132c可以表示更大的通孔组，以提供更好的电流和热传递能力。印刷电路板可以通过电绝缘但导热的元件相对于壳体进行冷却。热可以主要从周向导体130和周向导体133传递。热也可以从由印刷电路板131a、印刷电路板131d上的迹线构成的线圈的端匝传递。热可以通过连接层的通孔传递，热可以通过板基板传递。

在此描述的电机也适用于定子通过空气或另一气体介质的强制或自然对流而冷却的情况。一个或更多个实施方式可以包括作为电机的冷却介质，即，作为被动冷却和主动冷却中的任一者或两者，的空气。另外，空气可以在电机内流动以将热传递至液体或空气冷却的外壳，而不允许外部空气进入。可以引入外部空气以冷却机器。

图4所示的定子绕组131a至131d还可以示出在与特定磁体形状组合时的涡流减小配置。路径131a至路径131d的形状也可以减小THD。如图所示，定子绕组131a至131d可以具有梯形形状。替代性地，每组路径131a至131d可以包括具有梯形形状的一些同心路径和具有三角形形状的其他同心路径，这些同心路径可以具有一个或更多个(例如，两个)倒角边缘。通过不同的磁体几何形状，定子绕组的形状可以改变。

图5示出了包含迹线的印刷电路板，所述迹线配置为用于电机的定子绕组，所述定子绕组叠加在转子中存在的磁极上。图6提供了图5的电机的顶部部分的详细视图。图5和图6的电机包含12个定子极(12 个A相绕组、12个B相绕组、和12个C相绕组)和24个转子极。这可以等同于绕线筒缠绕的1/3节距电机。当电机顺时针旋转时，来自给定永磁体141的磁通量穿过A相绕组，然后穿过B相绕组，然后穿过C相绕组。定子相全部顺序地定向，因此给定永磁体141在经过所指示的C相绕组之后经过的绕组是另一A相绕组。绕组142是B相绕组。

可以使用不同的绕组节距。例如，包含如图5和图6所示的用于电机的定子绕组的印刷电路板可以安置在包含48个磁体的转子的前面，从而提供2/3节距的电机。其他组合是可能的，包括非整数极比，其可以用于减小转矩脉动。

图5和图6所示的电机可以是后继的磁极电机，其中，省去了所有的北磁体或南磁体。可以在印刷电路板定子的一侧上移除北极面向印刷电路板定子的磁体，并且可以在印刷电路板定子的相对侧上移除南极面向印刷电路板定子的磁体。可以在印刷电路板定子的两侧上移除北极面向印刷电路板定子的磁体。从图5和图6所示的电机移除的磁体可以用铁芯块或者转子板的部分来代替，以减小由每个磁体驱动的磁路长度。

图5和图6的电机可以利用转子中的磁通成形元件来增加通过印刷电路板定子的磁通密度。磁通成形元件可以允许由大尺寸的永磁体产生的磁通通过印刷电路板定子中的较小区域聚焦。

图5和图6所示的永磁体可以是分立磁体、磁性材料盘中的磁化区域、或者来自永磁体装置的通量集中区域。分立磁体可以使用粘合剂、保持固定装置、转子外侧上的凸起唇缘、穿过磁体的紧固件、夹持磁体的紧固件、或另一种紧固技术来附接。

分立磁体保持固定装置可以构造成比磁体薄、比磁体厚、或与磁体相同的高度。分立磁体保持固定装置可以由金属物质或非金属物质制成。分立磁体保持固定装置可以由非导电材料制成，从而潜在地减少来自定子中的电流的涡流损耗。分立磁体保持固定装置可以包含用于增加电机内的离心气流以改善定子上的冷却的特征。

应当指出的是，设想了其中来自转子的磁场由线圈中的电流产生的实施方式，其中永磁体由电磁体代替或补充。在该构型中，线圈可以是印刷电路板上的缠绕铜线或迹线。还设想了其中使用用于定子绕组的印刷电路板以及使用转子中的导电图案的感应机的实施方式，该导电图案形成感应机中的鼠笼的效果。转子图案可以由形成的金属或者由印刷电路板上的导电迹线的图案构成。总之，本文所描述的发明构思可以应用于任何类型的电机。

图7示出了简化的电机，该电机具有作为印刷电路板上的迹线的定子绕组和转子143上的16个磁极比如南极141。定子构造成具有在A相、 B相和C相之间交替的8个极，比如相A绕组142。图7的电机可以包含用于定子上的每个线圈的附加匝并包含定子线圈的对称布局。应当指出的是，仅用所示的三个线圈构建的电机将用作电机。印刷电路板定子不必形成完整的圆以使电机运行，然而在转子上的磁性材料相同的情况下所产生的扭矩或功率可能显著低于完整定子，因此，这种方式建造机器可能被视为磁性材料的浪费。

图8A和图8B示出了具有印刷电路板定子的示例电机中的单个磁体和线圈的简化视图。比较两种磁体形状以说明所产生的涡流的差异。在图8A中，弧段磁体151的形状与弧段线圈152的形状相匹配。来自磁体的磁通量的前沿在转子旋转的同时经过整个线圈，从而潜在地导致由跨迹线的宽度的磁通量的差异产生涡流。经受变化的磁通量的区域是经受变化的磁场的迹线的长度(在这种情况下是磁体的整个高度)和迹线的宽度。在内部路径153中产生的电压与经受变化磁场的面积成正比，该面积是由该路径包围的区域，并且在该路径中产生的电流与该电压成正比。由于在内部路径153中耗散的功率与电压和电流的乘积有关，因此根据图8A所示的拓扑构造的机器可以利用非常细的迹线来减少由于涡流而引起的损耗。

图8A中的弧段磁体151和弧段线圈152的形状实际上是弧段，并且可以很好地适于实现电机内的空间的最大使用，其中，气隙中的大部分可用空间包含高磁通量密度。这在需要非常小的尺寸并且效率不是关键的机器中是期望的。

图8B示出了移动经过弧段线圈155的矩形磁体154。磁体的前缘和后缘可以以一定角度与迹线相交。以一定角度与迹线相交可以减小涡流路径156的长度和涡流路径156所包围的面积。减小由涡流路径156包围的面积可能会导致由涡流路径156示出的回路中产生的电压的减小，并且从而可能减少在涡流路径156中流动的电流。当与图8a的电机相比时，迹线中的涡流的持续时间可以延长，但是总电流可以与路径长度的平方相关，而持续时间可以仅与路径长度成反比。在许多情况下，最终结果是涡流损耗的降低。在一些情况下，涡流没有减小，但是磁体的前缘和下降缘与线圈之间的角度允许使用更厚的迹线，从而潜在地减小了机器的电阻并且减小了来自输出电流的欧姆损耗。

除了图8B所示的矩形磁体154和弧段绕组155之外，可以想到转子中的磁体与定子线圈以一定角度相交的其他技术，所述其他技术包括使磁体偏斜(使得前缘和下降缘不是直接径向的)、使绕组偏斜、以及在磁体的前缘和下降缘与定子线圈之间提供一定角度的磁体和线圈形状的各种排列。

除了减小涡流之外，在磁体与线圈之间提供相交角还可以帮助减小输出电压中的谐波含量比如槽阶谐波，并且还可以帮助减小齿槽转矩或转矩波动。

如果图8B中的转子旋转至特定位置比如图6所示的位置，则矩形磁体154和弧段线圈155的边缘可以是平行的。如果仔细地选择尺寸，则该位置可以仅在边缘不与绕组相交时发生，然而完整绕组中的不同匝的相交角度——比如图5所示——可以是不同的，从而潜在地减小或增加了矩形磁体154的前缘和下降缘与径向段弧段绕组154之间的角度的益处。

图9示出了配置成用作电机的定子的示例8层PCB布局。电流从绕组比如第4个C相绕组163通过周向迹线比如A相迹线161被运送至连接件162。电流流动通过每个绕组并通过通孔流动至后续层上的绕组。例如，第4顶层B相绕组上的电流从连接至线圈外侧上的B相周向迹线的外部通孔164流动至将其连接至板的第二层上的绕组的内部通孔165。第二层绕组通过外部通孔166连接至第三层绕组，然后该外部通孔166通过另一外部通孔连接至第四层绕组。迹线类似地使用5个外部通孔和4 个内部通孔继续穿过板，以将所有八层上的线圈彼此连接并且连接至标记线圈的端部的周向迹线。周向迹线中的一些周向迹线存在于内部层上。

图9所示的用于电机的PCB定子通过连接件162的引脚向外部负载提供电流或者从外部源接收电流。三个绕组在连接至每个引脚之前并联连接，以减少流动通过每个绕组的电流。两个相邻的绕组串联连接以提供适当的电压。当机器以3300RPM旋转且来自转子的磁场由3.2mm厚的N42H磁体产生时，图9所示的用于电机的PCB定子通过整流器产生 200VDC。在热学上，当用通过壳体的50℃的水冷却时，其能够达到8kW (40A)。

图10示出了具有多个PCB定子173的示例。每个PCB定子173可以安置在两个转子元件之间，比如转子端板175或转子内板179。每个 PCB定子173可以安置在其他PCB定子173旁边。每个转子元件比如转子端板175或转子内板179可以具有由永磁体174、高导磁性铁元件、电磁线圈、或其他磁极限定元件限定的磁极。磁通量可以流动通过堆叠件的整个轴向长度并且流动通过端板。磁通量可以仅在单个PCB定子173 或PCB定子173的堆叠件之间流动。

冷却液体可以流动通过冷却通道172。冷却通道172可以是一个通道或多个通道。冷却通道172可以限定在定子板之间，比如限定在内部定子壳176、外部定子壳177和中间定子板178之间。PCB定子173可以通过与定子板——比如内部定子壳176、外部定子壳177和中间定子板 178——接触而被保持和冷却。

转子元件比如转子端板175或转子内板179可以通过扭转约束的轴向柔性构件比如驱动盘或花键轴而连接至发动机曲轴170。附加部件可以连接至旋转元件的端部或连接至与发动机曲轴170连接的轴。

定子板比如内部定子壳176、外部定子壳177和中间定子板178可以使用紧固件直接连接至发动机机体171，或者通过提供顺应性的连接件比如弹簧板而连接至发动机机体171。

图11示出了PCB还包括用于控制电机的电路的示例。PCB可以包括控制器181、一个或更多个开关182、一个或更多个传感器183、确定转子的位置的位置传感器184、以及一个或更多个通信接口185。通信接口可以是单向的、双向的、数字的或模拟的，比如电压信号或电流信号。

位置传感器184检测转子的位置。例如，位置传感器184可以包括响应于定子的相对位置而产生电流的线圈。位置传感器184可以包括可变磁阻传感器、霍尔效应传感器、光学传感器、或另一传感器。

控制器181接收指示转子位置的数据，并且作为响应控制一个或更多个开关182。开关接通通过绕组的电流以激活适当定子线圈中的电流。随着转子前进，控制器181控制开关182以向下一组线圈(例如，A相，然后B相，然后C相等)提供电流。连续线圈组中的电流拉动转子旋转以驱动马达。类似的过程可以用于发电机。然而，在发电机中，可以存在调节通向线圈的电流的无源二极管。在发电机实施方案中，可以省去位置传感器184，并且具有最大电压的相位施加最大转矩，以拉动转子旋转进而驱动马达。控制器181还可以向开关182发送命令以使电机对电机的输出执行同步整流、DC电压调节、换向、或另一调节。

除了图11所示的部件之外，印刷电路板可以包含各种半导体部件比如二极管或晶体管，并且可以执行功率转换比如AC到DC转换或者DC 到AC转换，或者一个电压电平到另一电压电平的转换。

除了绕组之外，图11所示的印刷电路板还可以包括其他部件。例如，发电机控制器可以安装在PCB上并且构造成与PCB一起旋转。发电机控制器可以包括控制电路例如包括晶体管和/或二极管，并且/或者用于调节输入信号。发电机控制器可以包括至少一个微处理器，所述至少一个微处理器配置成基于磁场绕组的电特性的变化来分析数据并生成场电流设置的操作参数并且/或者根据场电流分布来调节场电流设置。PCB上的其他迹线可以将诸如传感器和通信硬件之类的其他部件连接至PCB。其他操作参数可以包括用于发电机对励磁器的输出或发电机的输出进行修改的命令。发电机控制器可以基于目标值来控制励磁器的输出。发电机控制器可以对一组发电机执行负载平衡、负载削减、或其他并联功能。

图12示出例如示例控制器100。控制器可以包括处理器200、存储器201和通信接口203。通信接口203可以与并行输入信号210、传感器输入信号212、显示装置214和/或输入装置204通信。可以包括附加的、不同的或更少的部件。

图13是控制器100选择PCB电机的PCB绕组的操作的示例流程图。可以包括附加的、不同的或更少的动作。

在动作S101处，处理器200或通信接口203接收或识别电机的目标参数。目标参数为电机的输出电压、电机的速度、电机的额定功率、或电机的输出电流。

在动作S103处，处理器200或者通过来自输入装置204的输入响应于目标参数来选择至少一个PCB迹线的属性。第一迹线或第二迹线的性质包括第一迹线或第二迹线的厚度、第一迹线或第二迹线的多边形形状、或者第一迹线或第二迹线的间距。可以选择迹线布置以使涡流损耗最小化。例如，可以使用每绕组的电流比如每相的总输出电流除以并联的线圈的数量。迹线的厚度、形状、或迹线所定位的角度可以基于每个绕组的电流来选择。

在动作S105处，处理器200例如通过向制造机发送命令而致使在 PCB的第一层上打印或印刷至少一个PCB迹线的第一迹线。第一迹线被分配给电机的多相信号的第一相位。第一迹线从多边形形状的第一外部点延伸至多边形形状的第一内部点。

在动作S105处，处理器200例如通过向制造机发送命令而致使在 PCB的第二层上打印或印刷至少一个PCB迹线的第二迹线。第二迹线被分配给电机的多相信号的第二相位。第二迹线从多边形形状的第二内部点延伸至多边形形状的第二外部点。

可以针对任何数目的额外迹线(例如，第三迹线、第四迹线等)执行额外动作。

在一些示例中，可以测试包括第一迹线和第二迹线的电机以进行优化。优化可以涉及将输出与优化参数(例如，速度、效率、电压、功率、电流)与阈值进行比较，并且调节变量以尝试保持在阈值内。被调节的变量可以是尺寸、绕组形状、间距、或另一调节电机的材料或制造成本的因素。

处理器200可以包括通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路 (ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、模拟电路、数字电路、其组合、或其他现在已知或以后开发的处理器。处理器200可以是单个装置或装置的组合，比如与网络、分布式处理、或云计算相关联的装置。

存储器201可以是易失性存储器或非易失性存储器。存储器201可以包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存、电子可擦除程序只读存储器(EEPROM)、或其他类型的存储器中的一者或更多者。存储器201可以是可从网络装置移除的比如安全数字(SD)存储卡。

除了入口端口和出口端口之外，通信接口303还可以包括任何可操作的连接件。可操作连接件可以是其中可以发送和/或接收信号、物理通信、和/或逻辑通信的连接件。可操作连接件可以包括物理接口、电接口、和/或数据接口。

通信接口203可以连接至网络。网络可以包括有线网络(例如，以太网)、无线网络、或其组合。无线网络可以是蜂窝电话网络比如802.11、 802.16、802.20或者是WiMAX网络。此外，网络可以是诸如因特网的公共网络、诸如内联网的专用网络、或其组合，并且可以利用现在可用或以后开发的各种联网协议，所述各种联网协议包括但不限于基于TCP/IP 的联网协议。

虽然计算机可读介质(例如，存储器201)被示出为单个介质，但是术语“计算机可读介质”包括单个介质或多个介质，比如集中式或分布式数据库和/或存储一组或多组指令的相关联的高速缓存和服务器。术语“计算机可读介质”还应当包括能够存储、编码或携带用于由处理器执行的指令集的任何介质或者使得计算机系统执行本文所公开的方法或操作中的任何一者或更多者的任何介质。

在特定的非限制性示例性实施方式中，计算机可读介质可以包括固态存储器比如存储卡或容纳一个或更多个非易失性只读存储器的其他封装件。此外，计算机可读介质可以是随机存取存储器或其他易失性可重写存储器。附加地，计算机可读介质可以包括磁光或光介质比如磁盘或磁带或其他存储装置，用以捕获载波信号比如通过传输介质传送的信号。电子邮件或其他自包含信息档案或档案集的数字文件附件可以被认为是有形存储介质的分发介质。因此，本公开被认为包括其中可以存储数据或指令的计算机可读介质或分发介质以及其他等同物和后继介质中的任何一者或更多者。计算机可读介质可以是非暂时性的，其包括所有有形的计算机可读介质。

在替代性实施方式中，可以构造专用硬件实施方案比如专用集成电路、可编程逻辑阵列和其他硬件装置，用以实现这里所描述的一个或更多个方法。可以包括各种实施方式的设备和系统的应用可以广泛地包括各种电子和计算机系统。本文所描述的一个或更多个实施方式可以使用具有相关控制和数据信号的两个或更多个特定互连硬件模块或装置来实现功能，所述相关控制和数据信号可以在模块之间并通过模块传送或者作为专用集成电路的部分。因此，本系统包括软件、固件和硬件实施方案。

根据本公开的各种实施方式，本文所描述的方法可以由可由计算机系统执行的软件程序来实现。此外，在示例性的非限制性实施方式中，实施方案可以包括分布式处理、部件/对象分布式处理、和并行处理。替代性地，虚拟计算机系统处理可以配置成实现如本文所描述的方法或功能中的一者或更多者。

适合于执行计算机程序的处理器例如包括通用微处理器和专用微处理器两者、以及任何种类的数字计算机的任何一个或更多个处理器。通常，处理器可以从只读存储器或随机存取存储器或只读存储器和随机存取存储器两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或更多个存储器装置。通常，计算机还可以包括用于存储数据的一个或更多个大容量存储装置，或者计算机可以操作性地耦接以从用于存储数据的一个或更多个大容量存储装置接收数据或者向用于存储数据的一个或更多个大容量存储装置传送数据、或者前述两者，其中，所述大容量存储装置例如为磁盘、磁光盘或光盘。适合于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器装置，其例如包括：半导体存储器装置例如EPROM、EEPROM和闪存装置；磁盘例如内部硬盘或可移动盘；磁光盘；以及CDROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路补充或并入专用逻辑电路中。

本文所描述的实施方式的图示旨在提供对各种实施方式的结构的一般理解。图示并非旨在用作利用本文所描述的结构或方法的设备和系统的所有元件和特征的完整描述。在阅读本公开之后，许多其他实施方式对于本领域技术人员而言可能是明显的。可以从本公开利用和导出其他实施方式，使得可以在不脱离本公开的范围的情况下进行结构和逻辑替换和改变。附加地，图示仅仅是代表性的，并且可以不按比例绘制。图示内的某些比例可能被夸大，而其他比例可能被最小化。因此，本公开和附图被认为是说明性的而非限制性的。

虽然本说明书包含许多细节，但这些细节不应当被解释为对本发明的范围或可能要求保护的内容的范围的限制，而应当被解释为对本发明的特定实施方式特定的特征的描述。本说明书中在单独实施方式的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合实现。相反地，在单个实施方式的上下文中所描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合在多个实施方式中实现。此外，尽管以上将特征描述为以特定组合起作用并且甚至最初要求如此，但是来自所要求保护的组合的一个或更多个特征在一些情况下可以从组合中去除，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变型。

本公开的一个或更多个实施方式在本文中可以单独地和/或共同地由术语“本发明”指代，这仅仅是为了方便并且并非旨在将本申请的范围自愿地限制于任何特定发明或发明构思。此外，尽管本文已经示出和描述了具体实施方式，但是应当理解的是，被设计为实现相同或类似目的的任何后续布置可以代替所示出的具体实施方式。本公开旨在覆盖各种实施方式的任何和所有后续改型或变型。上述实施方式的组合以及本文未具体描述的其他实施方式对于本领域技术人员在阅读说明书时将是明显的。

前面的详细描述旨在被认为是说明性的而非限制性的，并且应当理解的是，包括所有等同物的所附权利要求旨在限定本发明的范围。权利要求不应当被理解为限于所描述的顺序或元件，除非陈述为那样的效果。因此，落入所附权利要求及其等同物的范围和精神内的所有实施方式都被要求保护为本发明。

Claims (20)

1.一种电机，包括：

多个永磁体，所述多个永磁体围绕所述电机的旋转轴线沿径向布置并且与所述电机的所述旋转轴线间隔开，其中，所述多个磁体中的至少一个磁体在与所述旋转轴线相交的旋转平面中具有一形状；以及

多个导体，所述多个导体相对于所述多个磁体布置并且围绕所述电机的所述旋转轴线沿周向彼此间隔开，所述多个导体中的至少一个导体包括迹线，所述迹线具有与所述多个磁体中的所述至少一个磁体的形状不同的多边形形状。

2.根据权利要求1所述的电机，其中，所述多边形形状包括与所述电机的所述旋转轴线相距第一径向距离的第一侧部、与所述电机的所述旋转轴线相距第二径向距离的第二侧部、以及在所述第一侧部与所述第二侧部之间延伸的至少一个径向侧部。

3.根据权利要求2所述的电机，其中，所述第一侧部包括与所述第二侧部的第二长度不同的第一长度，使得所述至少一个径向侧部与从所述旋转轴线延伸的所述电机的半径成角度。

4.根据权利要求1所述的电机，还包括：

旋转组件，所述旋转组件包括所述多个永磁体；以及

固定组件，所述固定组件包括所述多个导体。

5.根据权利要求1所述的电机，还包括：

旋转组件，所述旋转组件包括所述多个导体；以及

固定组件，所述固定组件包括所述多个永磁体。

6.根据权利要求1所述的电机，其中，所述多个导体的数量不同于所述永磁体的数量。

7.根据权利要求6所述的电机，其中，所述多个导体的数量大于所述永磁体的数量。

8.根据权利要求1所述的电机，其中，所述多个导体中的所述至少一个导体向内螺旋至电路板的第一层中的第一通孔。

9.根据权利要求8所述的电机，其中，所述多个导体中的所述至少一个导体向外螺旋至所述电路板的第二层中的第二通孔。

10.根据权利要求9所述的电机，其中，所述多个导体中的所述至少一个导体在顺时针方向上向内螺旋至所述第一通孔，并且在所述顺时针方向上向外螺旋至所述第二通孔。

11.根据权利要求9所述的电机，其中，所述多个导体中的所述至少一个导体向内螺旋至所述电路板的第三层中的第三通孔。

12.根据权利要求1所述的电机，其中，所述电机是交流发电机。

13.根据权利要求1所述的电机，其中，所述电机是马达。

14.一种用于电机的多层印刷电路板，所述印刷电路板包括：

多个导体，所述多个导体相对于多个磁体布置并且围绕所述电机的旋转轴线沿周向彼此间隔开，所述多个导体中的至少一个导体包括迹线，所述迹线具有与所述多个磁体中的至少一个磁体的形状不同的多边形形状。

15.根据权利要求1所述的电机，其中，所述多边形形状包括与所述电机的所述旋转轴线相距第一径向距离的第一侧部、与所述电机的所述旋转轴线相距第二径向距离的第二侧部、以及在所述第一侧部与所述第二侧部之间延伸的至少一个径向侧部。

16.一种方法，包括：

在印刷电路板的第一层上印刷第一迹线，所述第一迹线被分配给电机的多相信号的第一相位并且从多边形形状的第一外部点延伸至所述多边形形状的第一内部点；以及

在印刷电路板的第二层上印刷第二迹线，所述第二迹线被分配给所述电机的所述多相信号的第二相位并且从所述多边形形状的第二内部点延伸至所述多边形形状的第二外部点。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：

识别所述电机的目标参数。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述目标参数是输出电压、速度、额定功率、或电流。

19.根据权利要求17所述的方法，还包括：

响应于所述目标参数来选择所述第一迹线或所述第二迹线的属性。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述第一迹线或所述第二迹线的所述属性包含所述第一迹线或所述第二迹线的厚度、所述第一迹线或所述第二迹线的所述多边形形状、或者所述第一迹线或所述第二迹线的间距。

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