CN209344891U - 一种基于盘式永磁电机绕组的定子结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于盘式永磁电机绕组的定子结构，包括：至少6层或6N层的PCB板，以及霍尔传感器；所述PCB板的每层上设置有：多组外端部、绕组设置部、以及多组内端部；所述PCB板上的每一层至少设置三相绕组，每一相所述绕组均分别对应设置两个接线端；所述接线端设置在所述外端部上；每一相绕组线圈均从对应的所述外端部处进行印制排布；所述绕组线圈沿周向均匀印制在所述绕组设置部，且所述绕组线圈的长度沿径向并列排布印制，且并列排布且不交叠；在所述PCB板每层上设置的同一相所述绕组线圈均通过所述外端部和及所述内端部进行连接；所述霍尔传感器成角度设置在所述外端部上；所述PCB板内各层通过过孔连接。

Description

一种基于盘式永磁电机绕组的定子结构

技术领域

本实用新型涉及电机领域，尤其涉及一种基于盘式永磁电机绕组的定子结构。

背景技术

盘式电机与传统径向电机不同，盘式电机的定转子沿轴向布置，有单转子单定子，中间定子，多盘式等结构。传统径向电机存在一些不易解决的难点，比如转矩脉动，散热差，转子铁芯利用率低等，因此盘式电机在上世纪40年代开始受到越来越多的重视。目前，盘式电机在飞轮储能系统、机电一体化设备等领域有着广泛的应用。PCB定子盘式永磁电机是印制电路板技术和盘式电机技术的结合。定子采用PCB技术，无定子铁芯，所以电机的生产制造简单，体积小，质量轻，功率密度高，转矩脉动小，电机结构紧凑。

PCB定子盘式永磁电机设计的关键是PCB绕组的设计，绕组的设计与印制电路板生产工艺，电机输出性能，电机气隙大小，永磁材料的用量和电机尺寸等都有密切的关系。对于传统的布线方式来说，由于有效导体每层都有，而外端部只有一层，内端部只有两层。所以在相同电流密度下，一般外端部比有效导体大6倍，内端部比有效导体宽度大3度，内外端部就会占据较大空间，使得定子的利用率降低，影响出力。对于本来就空间狭小的内径处，会显得十分“拥挤”，使得布线难度加大，影响散热，限制电流的提升，特别是在每极每相槽数较多时，这种影响会更加显著。每极每相槽数越多，端部数量越多，占据的空间越大，铜耗越大，效率越低，使得功率密度的提升变得困难。

因此，基于以上存在的技术问题，本实用新型提供了解决以上技术问题的技术方案。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于盘式永磁电机绕组的定子结构，本实用新型的定子结构方式使得端部长度和占用的空间大大缩小，使得内径处布线方便，有利于流通大电流，在定子外径一定的情况下提高了定子的有效利用率。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种基于盘式永磁电机绕组的定子结构，包括：至少6层或6N层的PCB板，以及霍尔传感器；所述PCB板的每层上设置有：多组外端部、绕组设置部、以及多组内端部；所述PCB板上的每一层至少设置三相绕组，每一相所述绕组均分别对应设置两个接线端；所述接线端设置在所述外端部上；每一相绕组线圈均从对应的所述外端部处进行印制排布；所述绕组线圈沿周向均匀印制在所述绕组设置部，且所述绕组线圈的长度沿径向并列排布印制，且并列排布且不交叠；在所述PCB板每层上设置的同一相所述绕组线圈均通过所述外端部和及所述内端部进行连接；所述霍尔传感器成角度设置在所述外端部上；所述PCB板内各层通过过孔连接。

具体的，采用的连接方式的绕组能够充分利用定子板的空间，减小定子板尺寸的同时，各层相同位置的有效导体通过过孔并联在一起，可以增大导通电流，减小绕组电阻；还降低了每相绕组的电阻和铜耗，相应的提高了效率和输出功率。同时在定子板上设置有成角度安装霍尔传感器，能够实时的检测转子的位置，可以进一步的根据转子位置改善电机控制，还可以延长电机寿命并减少成本。

进一步优选的，包括：所述外端部均沿所述绕组设置部的外径周向排布，且成弧度设置；所述内端部均沿所述绕组设置部的内径周向排布，且成弧度设置。

进一步优选的，包括：每组所述外端部上均设置多个外端部导体，且每组外端部导体个数相等；每组所述内端部上均设置多个内端部导体，且相邻的两组所述内端部上设置的内端部导体个数不等。

进一步优选的，包括：所述外端部导体的两端分别连接所述绕组设置部上的两根不同的导体；所述内端部导体的两端分别连接所述绕组设置部上的两根导体。

进一步优选的，包括：所述PCB板的每层的所述绕组设置部均设置有多个导体，每个所述导体的一端与所述外端部导体相连，另一端与所述内端部导体相连；多个所述导体通过均对应的的多个所述外端部导体和多个所述内端部导体对应相连，构成同一相的所述绕组线圈。

进一步优选的，包括：在所述PCB板每层的所述绕组设置部上印制的所述绕组线圈根据绕组的相数不同，依次进行交错排列。

进一步优选的，包括：所述PCB板的同一层的同一相的构成所述绕组线圈的导体呈非同心的螺旋状连接。

进一步优选的，包括：所述过孔设置在所述绕组设置部的内径和外径上边缘处，每个过孔分别设置在所述导体的两端上；用于连接同一相对应位置的导体。

进一步优选的，包括：所述PCB板的同一层的所述绕组设置部上的所述导体并联和/或串联。

进一步优选的，包括：所述PCB板为圆形设置。

本实用新型提供的一种基于盘式永磁电机绕组的定子结构，至少带来以下一种有益效果如下：

本实用新型中，各层相同位置的有效导体通过过孔并联在一起，可以增大导通电流，减小绕组电阻；绕组端部较宽用来连接线圈组的各个导体。绕组的每个线圈都是整距，相比于非重叠集中绕组，定子的有效利用率有所提高，相同的气隙磁通密度下，空载反电势会更大。

本实用新型中，发明的绕组排布方式为分布式绕组，能充分利用永磁体下的空间，短距系数为1，绕组系数提高，输出性能会有所提高，绕组的整体铜耗较低，相应的效率和功率密度会提高。

在本实用新型中，定子板绕组中的线圈组不是单一的同心线圈构成，而是每根导体和与之最近的导体连接，这样就使得端部相对较短，损耗降低，输出性能得到改善。而且使得定子板的空间充分利用，同时也减小了定子甚至电机的体积。在空间要求高的场合具有较大优势。

在本实用新型中，该定子绕组连接方式在定子外径尺寸一定的情况下，增加了空载反电动势，由于铜耗的减少使得效率有所提高，也使得负载时候的输出功率增加。

在本实用新型中，由于定子板的空间利用的更加充分，使得电机的结构更加紧凑，在空间要求高的场合有较大的优势。

在本实用新型中，定子绕组内径处拥有较大的空间，使得此处的布线更加方便灵活，此处绕组散热也有所改善。

在本实用新型中，定子绕组内径处拥有较大的空间，提高了散热能力，方便了出线，端部更短更小，铜耗更小，效率更高，有利于电机功率密度的提升。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种基于盘式永磁电机绕组的定子结构的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本实用新型一种基于盘式永磁电机绕组的定子结构一个实施例的结构图；

图2是本实用新型一种基于盘式永磁电机绕组的定子结构另一个实施例的电路图；

图3是本实用新型一种基于盘式永磁电机绕组的定子结构的另一个实施例的电路图；

图4是本实用新型一种基于盘式永磁电机绕组的定子结构的另一个实施例的电路图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。

本实用新型提供了一种基于盘式永磁电机绕组的定子结构，参考图1所示；包括：至少6层或6N层的PCB板，以及霍尔传感器；所述PCB板的每层上设置有：多组外端部、绕组设置部、以及多组内端部；所述PCB板上的每一层至少设置三相绕组，每一相所述绕组均分别对应设置两个接线端；所述接线端设置在所述外端部上；每一相绕组线圈均从对应的所述外端部处进行印制排布；所述绕组线圈沿周向均匀印制在所述绕组设置部，且所述绕组线圈的长度沿径向并列排布印制，且并列排布且不交叠；在所述PCB板每层上设置的同一相所述绕组线圈均通过所述外端部和及所述内端部进行连接；所述霍尔传感器成角度设置在所述外端部上；所述PCB板内各层通过过孔连接。图4是三个位置传感器霍尔IC的位置示意图，相差120°角度。7和8是三个霍尔IC的电源正负端子，9、10、11分别是霍尔H1，H2，H3的位置信号输出端。

具体的，在本实用新型中的实施例中，PCB线路板的层数为6的倍数，在本实施例中以6层为例，绕组的引出线分别从绕组设置部引出，并将该外出线和内出线，对应的设置在外端部和内端部，并对应的设置在每层相同位置的导体通过过孔并联在一起。每层的导体分至少为三相，每相分为若干个线圈组，这若干个线圈组一般串联在一起构成一相绕组。在本实施例中例如在该定子上设置有A，B，C三相，则在PCB的每一层上均设置有3相，PCB板的6层上的每一相对应的连接在一起，构成了定子绕组的三相，每一相对应两个接线端子，分别为：B-，B+，A+，A-，C-，C+，对应图中的标号1、2、3、4、5、6；本实用新型中接线端设置在外端部的外侧，绕组线圈的绕线方式，依次是从外端部、绕组设置部、内端部，进行缠绕布线；该种方式使其每组外端部上和内端部上的导体的个数不相等；参考图1所示；PCB板的每一层都设置有外端部3、绕组设置部1、以及内端部2；每一相绕组线圈是由外端部、绕组设置部、以及内端部上设置的导体连接绕制而成；PCB板内相邻层之间是通过过孔进行连通。另外，在本申请的PCB板的表面外径处成角度设置有霍传感器，即为霍尔IC。三个霍尔IC为表贴式，霍尔IC之间相差120°角度放置于磁钢的外边(即绕组端部处)。

在本实用新型中，采用的连接方式的绕组能够充分利用定子板的空间，减小定子板尺寸的同时，各层相同位置的有效导体通过过孔并联在一起，可以增大导通电流，减小绕组电阻；还降低了每相绕组的电阻和铜耗，相应的提高了效率和输出功率。同时在定子板上设置有成角度安装霍尔传感器，能够实时的检测转子的位置，可以进一步的根据转子位置改善电机控制，还可以延长电机寿命并减少成本。

在本实用新型中还提供了一个实施例，参考图2所示；所述外端部300均沿所述绕组设置部的外径周向排布，且成弧度设置；所述内端部200均沿绕组设置部的内径周向排布，且成弧度设置。外端部、内端部、以及绕组设置部是同一整体；构成了PCB板的同一层。

优选的，包括：每组外端部3上均设置多个外端部导体24、26等，且每组外端部导体个数相等；每组所述内端部上均设置多个内端部导体23、22等且相邻的两组所述内端部上设置的内端部导体个数不等。例如虚线框中内端部100和200；在内端部100中有3根内端部导体，在内端部200中有2根内端部导体。由于本实用新型中，绕组进行线圈布线的起始位置不同，因此，则对于相邻内端部导体的个数设置不等。

本实用新型中，还提供了绕组线圈排布的一个实施例；参考图2所示；所述外端部导体的两端分别连接所述绕组设置部上的两根不同的导体；所述内端部导体的两端分别连接所述绕组设置部上的两根导体。

优选的，包括：所述PCB板的每层的所述绕组设置部均设置有多个导体，每个所述导体的一端与所述外端部导体相连，另一端与所述内端部导体相连；多个所述导体通过均对应的的多个所述外端部导体和多个所述内端部导体对应相连，构成同一相的所述绕组线圈。

具体的，参考图2-3所示；接线端子A^-外端部导体27开始进行缠绕布线；外端部导体28的两端分别连接所述绕组设置部上的两根不同的导体130和115；所述内端部导体22的两端分别连接所述绕组设置部上的两根导体205和194。则相当于一根导线一端与外端部一端相连，另一端与内端部相连。

优选的，包括：在所述PCB板每层的所述绕组设置部上印制的所述绕组线圈根据绕组的相数不同，依次进行交错排列。

优选的，包括：所述PCB板的同一层的同一相的构成所述绕组线圈的导体呈非同心的螺旋状连接。

定子板绕组中的线圈组不是单一的同心线圈构成，而是每根导体和与之最近的导体连接，这样就使得端部相对较短，损耗降低，输出性能得到改善。

优选的，包括：所述过孔设置在所述绕组设置部的内径和外径上边缘处，每个过孔分别设置在所述导体的两端上；用于连接同一相对应位置的导体。

优选的，包括：所述PCB板的同一层的所述绕组设置部上的所述导体并联和/或串联。

在PCB的同一层上的构成同一相的导体，不相邻的为串联排布后，再与相邻层的构成同一相的导体通过过孔并联；也还可以包括在PCB的同一层上的构成不同相的导体是并联的。

优选的，包括：所述PCB板为圆形设置。

本实用新型中，绕组线圈缠绕的实施例；图1是定子板A相和B相的绕组三维示意图，为了便于看到绕组连接的细节，在图1中只展示了A，B两相的绕组，每相有若干层线圈组成，每层的线圈由若干有效导体13和若干内外端部16和15组成，其中层与层之间的连接通过过孔14连接在一起。其中1、2、3、4、5、6分别是B-，B+，A+，A-，C-，C+的接线端子。以A相为例，图2是A相上层绕组的分布示意图，图3是A相下层绕组的分布示意图。电流由A相正端3流入，经过外端部导体20进入有效导体205，经过内端部22流入有效导体194，之后通过过孔21A离开A相绕组上层进入A相绕组下层，经过外端部导体30流入有效导体206，经过内端部导体31流入有效导体193，再经过外端部导体32流入有效导体207，经过内端部导体33流入有效导体192，流经外端部导体34进入有效导体178，经过内端部导体37进入有效导体191，经过外端部导体35进入有效导体179，流经外端部导体36进入有效导体190，形成绕组线圈1。按照相同的连接方式，有效导体175，164，176，163，177，162，148，161，149，160依次连接形成绕组线圈2。有效导体145，134，146，133，147，132，118，131，119，130依次连接形成绕组线圈3。有效导体115，104，116，103，117，102，208，101，209，100依次连接形成绕组线圈4。同理A，B相有效导体连接分别形成A相和B相绕组。

本实用新型中，各层相同位置的有效导体通过过孔并联在一起，可以增大导通电流，减小绕组电阻。绕组端部较宽用来连接线圈组的各个导体。绕组的每个线圈都是整距，相比于非重叠集中绕组，定子的有效利用率有所提高，相同的气隙磁通密度下，空载反电势会更大。分布式绕组相较于非重叠集中绕组，能充分利用永磁体下的空间，短距系数为1，绕组系数提高，输出性能会有所提高，绕组的整体铜耗较低，相应的效率和功率密度会提高。

在本实用新型中，连接有效导体的过孔可以沿有效导体周向和径向多打几个孔，以便导通更大的电流。

在本实用新型中，定子板绕组中的线圈组不是单一的同心线圈构成，而是每根导体和与之最近的导体连接，这样就使得端部相对较短，损耗降低，输出性能得到改善。而且使得定子板的空间充分利用，同时也减小了定子甚至电机的体积。在空间要求高的场合具有较大优势。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上仅是本实用新型的优选实施方式，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原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于盘式永磁电机绕组的定子结构，其特征在于，包括：至少6层或6N层的PCB板，以及霍尔传感器；

所述PCB板的每层上设置有：多组外端部、绕组设置部、以及多组内端部；

所述PCB板上的每一层至少设置三相绕组，每一相所述绕组均分别对应设置两个接线端；所述接线端设置在所述外端部上；

每一相绕组线圈均从对应的所述外端部处进行印制排布；

所述绕组线圈沿周向均匀印制在所述绕组设置部，且所述绕组线圈的长度沿径向并列排布印制，且并列排布且不交叠；

在所述PCB板每层上设置的同一相所述绕组线圈均通过所述外端部和及所述内端部进行连接；

所述霍尔传感器成角度设置在所述外端部上；

所述PCB板内各层通过过孔连接。

2.根据权利要求1所述的基于盘式永磁电机绕组的定子结构，其特征在于，包括：所述外端部均沿所述绕组设置部的外径周向排布，且成弧度设置；所述内端部均沿所述绕组设置部的内径周向排布，且成弧度设置。

3.根据权利要求2所述的基于盘式永磁电机绕组的定子结构，其特征在于，包括：每组所述外端部上均设置多个外端部导体，且每组外端部导体个数相等；

每组所述内端部上均设置多个内端部导体，且相邻的两组所述内端部上设置的内端部导体个数不等。

4.根据权利要求3所述的基于盘式永磁电机绕组的定子结构，其特征在于，包括：所述外端部导体的两端分别连接所述绕组设置部上的两根不同的导体；

所述内端部导体的两端分别连接所述绕组设置部上的两根导体。

5.根据权利要求4所述的基于盘式永磁电机绕组的定子结构，其特征在于，包括：所述PCB板的每层的所述绕组设置部均设置有多个导体，每个所述导体的一端与所述外端部导体相连，另一端与所述内端部导体相连；多个所述导体通过均对应的多个所述外端部导体和多个所述内端部导体对应相连，构成同一相的所述绕组线圈。

6.根据权利要求5所述的基于盘式永磁电机绕组的定子结构，其特征在于，包括：在所述PCB板每层的所述绕组设置部上印制的所述绕组线圈根据绕组的相数不同，依次进行交错排列。

7.根据权利要求6所述的基于盘式永磁电机绕组的定子结构，其特征在于，包括：所述PCB板的同一层的同一相的构成所述绕组线圈的导体呈非同心的螺旋状连接。

8.根据权利要求4-7任一所述的基于盘式永磁电机绕组的定子结构，其特征在于，包括：

所述过孔设置在所述绕组设置部的内径和外径上边缘处，每个过孔分别设置在所述导体的两端上；

用于连接同一相对应位置的导体。

9.根据权利要求8所述的基于盘式永磁电机绕组的定子结构，其特征在于，包括：所述PCB板的同一层的所述绕组设置部上的所述导体并联，和/ 或串联。

10.根据权利要求9所述的基于盘式永磁电机绕组的定子结构，其特征在于，包括：所述PCB板为圆形设置。