CN205178689U - 盘式无刷电机的双层pcb板线圈绕组结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种盘式无刷电机的双层PCB板线圈绕组结构，包括一PCB板，所述PCB板上设有上、下走线层以及若干组过孔，所述上、下走线层上分别间隔排布有若干组导线，每组导线均在所述上走线层或下走线层上形成半个线圈，所述上、下走线层上的导线通过过孔相互连接组成一个整线圈，位于所述上、下走线层上的每组导线分别留有线圈的首、尾端。该盘式无刷电机的双层PCB板线圈绕组结构能够缩小电机轴向尺寸，降低成本，适用于小功率场合。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种盘式无刷电机的线圈绕组结构，尤其涉及一种盘式无刷电机的双层PCB板线圈绕组结构。
背景技术
盘式电机(DiscMachine)是一种气隙为平面、磁场方向为轴向的电机，因为其外型类似于日常使用的盘子，因而一般称为盘式电机，相对于传统径向磁场电机(RadialFluxPermanentMagneticMachine-简称RFPMMachine)，盘式电机也称为轴向磁场电机(AxialFluxPermanentMagnetMachine-简称AFPMMachine)。
在结构上，永磁盘式电机(AFPMMachine)与传统径向磁场电机(RFPMMachine)有着很大的不同。传统RFPM电机的磁场方向为径向，其转子和定子一般都为圆柱体，并且沿径向内外嵌套，其电枢由绕组沿圆周方向镶放(到铁芯内)而成，难以制作成无铁芯结构；而盘式电机磁场方向为轴向，其转子和定子一般都为盘状，沿轴向排列，其电枢由绕组在圆盘上叠放而成，易于制作成无铁芯结构。这就使得盘式电机相对传统电机有轴向尺寸短、可以级联使用以及易于制成无铁芯结构等优势。传统电机由于有铁芯的存在，运行时会产生铁芯损耗；同时铁芯由齿槽构成，运行时会产生齿槽脉动，从而引起转矩脉动。因此,采用无铁芯技术构成的永磁盘式电机具有效率高、转矩脉动低、轴向尺寸小等优点，是一种具有较好前景的新型电机。
由于盘式电机永磁材料用量较传统电机多，在价格方面相对于传统的径向磁场电机(RFPMmachine)要高，但因其效率高、低转速大扭矩及噪声小等一系列优点，在国外发展迅速，已经广泛应用到机器人等机电一体化的产品中，同时为了提高工艺性并进一步缩小轴向结构尺寸，采用印刷电路板(PrintedCircuitBoard，PCB)工艺制造的定子绕组，可以有效地减小电机气隙长度，增加气隙磁通密度，提高电机效率和输出力矩的平稳性，在AFPM中已有较多应用。
传统的PCB线圈走线方式是一个完整的线圈出现在同一层，这样如果电机另一相线圈要与该线圈重叠，则必须通过另一层，这样一来，三相电机构成线圈就至少需要三层PCB，再加上线圈之间的连接线可能需要更多层，这就导致了PCB板成本的增加，LincolnM.Jore等的美国专利US7109625B1就是用六层PCB构成的盘式无刷电机定子绕组的一个案例。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种盘式无刷电机的双层PCB板线圈绕组结构，使其在小功率应用场合更具有产业上的利用价值。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种能够缩小电机轴向尺寸，降低线圈绕组成本，适用于小功率场合的盘式无刷电机的双层PCB板线圈绕组结构。
本实用新型提出的一种盘式无刷电机的双层PCB板线圈绕组结构，其特征在于：包括一PCB板，所述PCB板上设有上、下走线层以及若干组过孔，所述上、下走线层上分别间隔排布有若干组导线，每组导线均在所述上走线层或下走线层上形成半个线圈，所述上、下走线层上的导线通过过孔相互连接组成一个整线圈，位于所述上、下走线层上的每组导线分别留有线圈的首、尾端。
作为本实用新型的进一步改进，每组导线为三根独立的导线，每组过孔为五个，三根导线相互平行间隔设置，位于上走线层的三根导线与位于下走线层上的三根导线呈左右对称设置，所述上、下走线层上的六根导线通过五个过孔相互连接形成一个匝数为三匝的线圈绕组，所述上、下走线层上相互距离最远的两根导线分别留有线圈的首、尾端。
作为本实用新型的进一步改进，所述导线为24组，所述上、下走线层上分别排布有12组导线，所述上、下走线层上的各组导线相互均匀间隔设置。
作为本实用新型的进一步改进，所述上、下走线层上相邻两组线圈绕组的机械角度错开30度，电气角度错开120度。
作为本实用新型的进一步改进，所述上、下走线层上的24组导线构成12个线圈，形成三相八极电机线圈绕组结构，所述线圈绕组为首尾相串的庶极式绕组。
作为本实用新型的进一步改进，所述PCB板呈圆形。
借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：
1、用PCB板取代传统绕线式盘式无刷电机的定子，大大减小了体积；缩小了轴向尺寸，降低绕组成本，使之更薄；适合大规模快速化生产，装配。
2、用最常见的两层PCB板即可实现盘式无刷电机的定子绕组，以最少的层数实现完整的无刷电机绕组，适合小功率低成本场合。
3、可以较易的改变电机极数，线圈匝数，由庶极式变为显极式等，实现短距绕组。相比于多层PCB板制成的绕组，成本可以进一步减少。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本实用新型盘式无刷电机的双层PCB板线圈绕组结构中单个线圈绕组的示意图；
图2为导线在上、下走线层构成一个线圈的三维示意图；
图3为导线在下走线层上构成半个线圈的导线及过孔三维示意图；
图4为导线在上走线层上构成半个线圈的导线及过孔三维示意图；
图5为完整的三相八极电机线圈绕组结构及其连接三维示意图；
图6为三相八极电机线圈绕组结构中下走线层上线圈的三维示意图；
图7为三相八极电机线圈绕组结构中上走线层上线圈的三维示意图；
图8为三相八极电机线圈绕组结构中下走线层上线圈的二维示意图；
图9为三相八极电机线圈绕组结构中上走线层上线圈的二维示意图；
图10为三相八极电机线圈绕组结构中上、下走线层上A相线圈三维示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
实施例：一种盘式无刷电机的双层PCB板线圈绕组结构，包括一PCB板，所述PCB板上设有上、下走线层1、2以及若干组过孔4，所述上、下走线层上分别间隔排布有若干组导线3，每组导线均在所述上走线层或下走线层上形成半个线圈，所述上、下走线层上的导线通过过孔相互连接组成一个整线圈，位于所述上、下走线层上的每组导线分别留有线圈的首、尾端5、6。
每组导线为三根独立的导线，每组过孔为五个，三根导线相互平行间隔设置，位于上走线层的三根导线与位于下走线层上的三根导线呈左右对称设置，所述上、下走线层上的六根导线通过五个过孔相互连接形成一个匝数为三匝的线圈绕组，所述上、下走线层上相互距离最远的两根导线分别留有线圈的首、尾端。
所述导线为24组，所述上、下走线层上分别排布有12组导线，所述上、下走线层上的各组导线相互均匀间隔设置。
所述上、下走线层上相邻两组线圈绕组的机械角度错开30度，电气角度错开120度。
所述上、下走线层上的24组导线构成12个线圈，形成三相八极电机线圈绕组结构，所述线圈绕组为首尾相串的庶极式绕组。
所述PCB板呈圆形。
如图1-4所示，本实用新型的构成线圈的方式是通过每层PCB板构成半个线圈再通过5个过孔连接构成一个线圈(以三匝为例)，留出的两头即为线圈的首尾端。传统的PCB线圈走线方式是一个完整的线圈出现在同一层，这样如果电机另一相线圈要与该线圈重叠，则必须通过另一层，这样一来，三相电机构成线圈就至少需要三层PCB，再加上线圈之间的连接线可能需要更多层，LincolnM.Jore等的美国专利US7109625B1就是用六层PCB构成的盘式无刷电机定子绕组的一个案例。而本实用新型这种形式构成的线圈，相比于通过一层构成整个线圈的方案，可以实现两个线圈重叠，这样就可以使得三相绕组通过两层PCB板即可完成所有绕组布放，甚至可以实现短距绕组。
如图5-9所示，一个三相八极电机线圈绕组结构构成一个完整的八极盘式无刷电机PCB定子绕组，ABC三相绕组相邻叠放，机械角度错开30度，电气角度错开120度，绕组连接采用首尾相串的形式，为庶极式绕组。通过这五幅图可以清楚的看出绕组之间的连接线通过两层PCB走线及过孔避免了导线相交。
如图10所示，由三相八极电机线圈绕组结构中上、下走线层上A相线圈的排列以及它们之间首尾相串的连接方式可以看出线圈绕组是庶极式，每个极相组(或线圈组)形成两个磁极的极性，极相组数是电机极数的一半，线圈的连接方式为正向串联。
由上述可知，本实用新型提出的双层PCB板实现盘式无刷电机定子绕组的方案切实可行。本方案的说明以四极对无刷直流电机为例，线圈匝数为三匝。根据本方案线圈的构成以及排布方式，可以较易的改变电机极数，线圈匝数，由庶极式变为显极式等等，甚至可以推广到小功率的分布短距绕组的永磁同步电机中。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种盘式无刷电机的双层PCB板线圈绕组结构，其特征在于：包括一PCB板，所述PCB板上设有上、下走线层以及若干组过孔，所述上、下走线层上分别间隔排布有若干组导线，每组导线均在所述上走线层或下走线层上形成半个线圈，所述上、下走线层上的导线通过过孔相互连接组成一个整线圈，位于所述上、下走线层上的每组导线分别留有线圈的首、尾端。
2.根据权利要求1所述的盘式无刷电机的双层PCB板线圈绕组结构，其特征在于：每组导线为三根独立的导线，每组过孔为五个，三根导线相互平行间隔设置，位于上走线层的三根导线与位于下走线层上的三根导线呈左右对称设置，所述上、下走线层上的六根导线通过五个过孔相互连接形成一个匝数为三匝的线圈绕组，所述上、下走线层上相互距离最远的两根导线分别留有线圈的首、尾端。
3.根据权利要求2所述的盘式无刷电机的双层PCB板线圈绕组结构，其特征在于：所述导线为24组，所述上、下走线层上分别排布有12组导线，所述上、下走线层上的各组导线相互均匀间隔设置。
4.根据权利要求3所述的盘式无刷电机的双层PCB板线圈绕组结构，其特征在于：所述上、下走线层上相邻两组线圈绕组的机械角度错开30度，电气角度错开120度。
5.根据权利要求4所述的盘式无刷电机的双层PCB板线圈绕组结构，其特征在于：所述上、下走线层上的24组导线构成12个线圈，形成三相八极电机线圈绕组结构，所述线圈绕组为首尾相串的庶极式绕组。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的盘式无刷电机的双层PCB板线圈绕组结构，其特征在于：所述PCB板呈圆形。
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| WO2021143162A1 (zh) * | 2020-01-15 | 2021-07-22 | 上海盘毂动力科技股份有限公司 | 一种盘式电机及定子 |
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| CN117713417A (zh) * | 2023-11-04 | 2024-03-15 | 天津大学 | 用于轴向磁通永磁电机的串联匝数可调组合型无铁心定子 |
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