CN217984782U - 用于轴向磁通电机的定子及轴向磁通电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种用于轴向磁通电机的定子，所述定子包括沿轴向彼此叠置的第一印刷电路板和第二印刷电路板，第一印刷电路板和第二印刷电路板构造成单独的部件并且分别包括适于形成定子绕组的导电迹线，第一印刷电路板和第二印刷电路板中的至少一者在朝向彼此的一侧上具有贴合区域和相对于贴合区域内凹的凹陷区域，第一印刷电路板和第二印刷电路板在贴合区域处直接接触，并在凹陷区域处彼此间隔开以形成用于容纳导热部件的容纳腔。本实用新型还提出一种轴向磁通电机。通过本实用新型，能够提高轴向磁通电机的散热性能。

Description

用于轴向磁通电机的定子及轴向磁通电机

技术领域

本实用新型涉及一种用于轴向磁通电机的定子以及一种轴向磁通电机。

背景技术

为了克服常规的线圈型绕组普遍存在的结构复杂、精度低、体积大和生产不便等缺点，现已在很多领域中采用了现代PCB(Printed Circuit Board)工艺制造的印刷电路板(PCB)绕组。尤其是在电力驱动领域，出现了许多带有PCB绕组的轴向磁通电机。由于PCB绕组的厚度非常小而可以实现非常小的长度/直径之比，因此这类电机可以适用于对于安装空间具有高要求的各种应用场合，比如硬盘驱动器、无人机和家用电器产品等。

根据现有技术，目前的PCB绕组轴向磁通电机主要以PCB定子作为电机的定子，将传统电机的定子功能集成设置在PCB板中，使得电机的体积及重量得以大幅度减小，并且能够实现复杂的绕组结构和精确的线圈定位。然而，PCB绕组轴向磁通电机在运行时会使得PCB绕组产生大量热量，导致PCB绕组的温度升高。这必然会影响电机的工作性能，甚至使得定子受热变形。现有技术中的具有PCB板定子的电机中，PCB板定子的散热能力较差，电机的工作性能受影响显著。

因此，期待提供一种散热性能较好的轴向磁通电机。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种改进的用于轴向磁通电机的定子和轴向磁通电机，以克服现有技术中的至少一个不足。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种用于轴向磁通电机的定子，其中，所述定子包括沿轴向彼此叠置的第一印刷电路板和第二印刷电路板，第一印刷电路板和第二印刷电路板构造成单独的部件并且分别包括适于形成定子绕组的导电迹线，其中，第一印刷电路板和第二印刷电路板中的至少一者在朝向彼此的一侧上具有贴合区域和相对于贴合区域内凹的凹陷区域，第一印刷电路板和第二印刷电路板在贴合区域处直接接触，并且在凹陷区域处彼此间隔开以形成用于容纳导热部件的容纳腔。

在本文中，“轴向”表示电机的转动轴线的方向。轴向磁通式电机的磁通方向沿轴向定向。

根据本实用新型的第二方面，提供了一种轴向磁通电机，其包括：根据本实用新型的定子；在轴向上与定子相对设置的转子；以及导热部件，其在容纳腔内与第一印刷电路板和第二印刷电路板形成热接触。

本实用新型的积极效果在于：轴向磁通电机的PCB定子包括构造成单独的部件的第一印刷电路板和第二印刷电路板，第一印刷电路板和第二印刷电路板在贴合区域处直接接触以组成单个(完整的)PCB定子，并且在凹陷区域处彼此间隔开以形成用于容纳导热部件的容纳腔。热量能够从第一印刷电路板和第二印刷电路板经由导热部件高效地传递至电机的其它部件(例如电机轴或壳体等)或传递至外界环境，从而能够提高散热性能。这种PCB定子和包括该PCB定子的轴向磁通电机非常便于制造和组装。

附图说明

下面，通过参看附图更详细地描述本实用新型，可以更好地理解本实用新型的原理、特点和优点。附图包括：

图1和图2示意性地示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的电机的分解图和剖视图；

图3示意性地示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的定子的第一印刷电路板；

图4示意性地示出了根据本实用新型的另一示例性实施例的定子的第一印刷电路板；

图5示意性地示出了在根据本实用新型的一个示例性实施例中用于形成第一印刷电路板的多个基板；

图6示意性地示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的电机的剖视图；以及

图7示意性地示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的电机的剖视图。

附图标记列表

11 定子

110a 第一印刷电路板

110b 第二印刷电路板

111 导电迹线

112 贴合区域

113 凹陷区域

114 定子中央孔

115 台阶部

116 第一基板

117 第二基板

118 导热层

12 转子

121 转子基体

122 永磁体

123 转子中央孔

13 电机轴

131 轴主体

14 壳体

141 壳主体

15 导热部件

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施例对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，而不是用于限定本实用新型的保护范围。

图1和图2示意性地示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的电机的分解图和剖视图。该电机为轴向磁通式电机，其包括定子11、在轴向上与定子11相对设置的转子12以及电机轴13，其中，定子11和转子12围绕电机轴13设置，定子11固定地安装至电机轴13，转子12与定子11在轴向上相对设置。

转子12可包括转子基体121和在转子基体121的面向定子11的一侧承载于转子基体121上的至少一个永磁体122。转子基体121可构造成转子铁芯并在其中心处开设有供电机轴13穿过的转子中央孔123。转子基体121例如附加地形成用于至少部分地包围定子11和电机轴13的壳体。永磁体122的形状为扁平的平面状，例如为扇形。在一示例中，多个永磁体122在转子基体121上沿环绕转子中央孔123的环形具有角度间隔地分布。永磁体122的形状、大小、数量和布置方案可以与定子绕组的布线图案相互关联地设计，以优化电机的电磁特性。在另外的实施例中，转子12可构造成其它形式，本实用新型对此不作限制。例如，电机可包括单独的转子12和壳体。

定子11为印刷电路板定子11(PCB定子11)，其可包括沿轴向彼此叠置的第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b。在此，第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b可构造成薄片形。例如，第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b可形成为圆盘形。第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b的板平面基本上垂直于轴向定向。第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b构造成均包括适于形成定子绕组的导电迹线111。定子绕组在通电时产生磁场，使得转子12转动，以向外输出动力。

第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b构造成单独的部件。第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b中的至少一者在朝向彼此的一侧上具有贴合区域112和相对于贴合区域112内凹的凹陷区域113，第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b在贴合区域112处直接接触，并且在凹陷区域113处彼此间隔开以形成用于容纳导热部件15的容纳腔。应理解，“内凹”在此表示凹陷区域113相对于贴合区域112向第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b中的所述至少一者的内部的方向(即，向背离第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b中的相应的另一者的方向)凹陷。

如图2所示，导热部件15可形成为电机轴13的一部分。电机轴13可包括柱状的轴主体131和所述导热部件15，导热部件15围绕轴主体131并且从轴主体131径向向外地伸入容纳腔中。导热部件15在容纳腔内与第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b形成热接触。导热部件15例如可包含铜、钢、铝、导热硅胶等导热性能良好的材料。在该实施例中，导热部件15与轴主体131形成为一体件。

通过在第一印刷电路板110a与第二印刷电路板110b之间形成用于容纳导热部件15的容纳腔，可将导热部件15布置在第一印刷电路板110a与第二印刷电路板110b之间，经由导热部件15能够将热量从第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b高效地传递至电机轴13，从而有利于散热。位于第一印刷电路板110a与第二印刷电路板110b之间的导热部件15尤其有利于降低定子11的中间部位的温度，从而能够实现高效且均匀的散热。

特别有利的是，这种PCB定子11非常便于制造和组装。作为单独的部件的第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b可分别从电机轴13的两端套在电机轴13上，从两侧将导热部件15夹在中间。第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b在贴合区域112处直接接触，并且可在贴合区域112中形成导电连接，使得第一印刷电路板110a内的导电迹线111导电连接至第二印刷电路板110b内的导电迹线111。在分别相对于导热部件15安装就位之后，第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b例如可通过粘接、焊接和/或夹持装置等彼此固定。由此，第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b一起形成单个(完整的)定子11。

在图2所示的实施例中，第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b在朝向彼此的一侧上均形成为具有贴合区域112和相对于贴合区域112内凹的凹陷区域113。但应理解，在第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b中的仅一者形成为具有贴合区域112和凹陷区域113的情况下也足以形成容纳腔。

尽管在此示例性地示出了定子11包括第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b，但定子11还可包括相对于第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b构造成单独的部件的另外的印刷电路板。例如，定子11可附加地包括第三印刷电路板，第三印刷电路板在朝向第二印刷电路板110b的一侧上具有贴合区域和相对于贴合区域内凹的凹陷区域，第三印刷电路板和第二印刷电路板110b在该贴合区域处直接接触，并且在该凹陷区域处彼此间隔开以形成用于容纳另外的导热部件的容纳腔。

在图1和图2所示的实施例中，电机包括两个转子12和一个定子11，定子11设置在所述两个转子12之间。在另外的实施例中，电机也可仅包括一个转子12和一个定子11，或者电机可包括交替地布置的多个转子12和多个定子11。

图3示意性地示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的定子11的第一印刷电路板110a。第一印刷电路板110a可形成为圆环形，并在其中心处设有供电机轴13穿过的定子中央孔114。第一印刷电路板110a在朝向第二印刷电路板110b的一侧具有贴合区域112和相对于贴合区域112内凹的凹陷区域113。凹陷区域113沿着第一印刷电路板110a的内周边缘环绕定子中央孔114。贴合区域112在凹陷区域113的径向外部环绕凹陷区域113。贴合区域112与凹陷区域113之间可通过台阶部115过渡。可选地，贴合区域112与凹陷区域113分别沿相互平行的两个平面延伸。在另外的实施例中，凹陷区域113可形成为在径向向内的方向上向第一印刷电路板110a的内部倾斜。换言之，凹陷区域113不平行于贴合区域112，而是与贴合区域112形成不为0的角度。

第一印刷电路板110a包括基板和设置在基板中的至少一个上的导电层。基板可以是例如由电木板、玻璃纤维板或塑胶板制成的绝缘板。例如，可在基板的表面设有导电覆层、例如铜膜，通过对基板上的导电覆层进行蚀刻，可形成特定图案的导电层。导电层包括用于形成线圈的导电迹线111。如图3所示，线圈例如可分别由沿二维螺旋线延伸的导电迹线111形成。这种线圈可形成电机的定子绕组，其在通电时产生磁场。这种绕组也被称为PCB定子绕组。

可选地，在第一印刷电路板110a的贴合区域112上设有用于形成线圈的导电迹线111，如图3所示。在另外的实施例中，第一印刷电路板110a的贴合区域112上不设置导电迹线111，而是基本上由绝缘层覆盖，例如如图4所示。第一印刷电路板110a内的导电迹线111和第二印刷电路板110b内的导电迹线111可通过导电过孔或导电销彼此导电地连接，从而形成完整的定子绕组。

第一印刷电路板110a可以是单层式印刷电路板，也可以是多层式印刷电路板。在多层式印刷电路板的情况下，多个基板沿垂直于第一印刷电路板110a的板平面的方向(即，沿轴向)被层压在一起，以形成一个整体式的印刷电路板。图5示意性地示出了在根据本实用新型的一个示例性实施例中用于形成第一印刷电路板110a的多个基板。这些基板可分别选择性地单面或双面设有导电迹线111，或者甚至是没有设置导电迹线111的空板。例如，在层压过程中可以借助于粘合片来将各基板粘合在一起。第一印刷电路板110a可包括尺寸不一致的第一基板116和第二基板117。例如，第二基板117与第一基板116相比面积较小。第二基板117可设置在第一印刷电路板110a的朝向第二印刷电路板110b的一侧，而第一基板116相对于第二基板117设置在第一印刷电路板110a的背向第二印刷电路板110b的一侧。应理解，第一基板116和第二基板117的数量可以是一个或多个。当所述第一基板116和第二基板117的数量为多个时，贴合区域112形成在多个第二基板117中的最靠近第二印刷电路板110b的一个第二基板117上，凹陷区域113形成在多个第一基板116中的最靠近第二印刷电路板110b的至少一个第一基板116上。图5中示例性地示出了两个第一基板116和两个第二基板117。所述两个第一基板116可形成为具有相同的形状和尺寸，凹陷区域113形成在所述两个第一基板116中更靠近第二印刷电路板110b的一个第一基板116上。所述两个第二基板117可形成为具有相同的形状和尺寸，贴合区域112形成在所述两个第二基板117中更靠近第二印刷电路板110b的一个第二基板117上。不同的第一基板116之间和/或不同的第二基板117之间可具有彼此不同的导电层分布情况。例如，所述两个第二基板117中的一个第二基板117上可设有导电迹线111，而所述两个第二基板117中的另一个第二基板117、特别是最靠近第二印刷电路板110b的第二基板117上不设置导电迹线111。

在图5所示的实施例中，第一基板116和第二基板117均形成为圆环形，两者具有相同的外径，第一基板116的内径小于第二基板117的内径。在将第一基板116和第二基板117层压在一起后，所述第二基板117的内周边缘限定的中心孔暴露出的最靠近第二印刷电路板110b的第一基板116的区域形成所述凹陷区域113，最靠近第二印刷电路板110b的第二基板117的圆环区域包括所述贴合区域112，从而形成具有贴合区域112和相对于贴合区域112内凹的凹陷区域113的第一印刷电路板110a。由此，可通过简单且便于制造的方式形成具有用于导热部件的容纳腔的定子11。

优选地，凹陷区域113可覆盖有导热层118(参见图2-5)。导热层118例如由铜、钢、铝、导热硅胶等导热性能良好的材料形成。导热部件15可在凹陷区域113通过导热层118与定子11热接触，使得热量能够更高效地从定子11传递至导热部件15。由此，能够进一步改善散热效果。对于图5所示的实施例，由于凹陷区域113形成在所述两个第一基板116中更靠近第二印刷电路板110b的一个第一基板116上，因此所述导热层118形成在所述两个第一基板116中更靠近第二印刷电路板110b的一个第一基板116上。

特别有利的是，所述导热层118可以是第一印刷电路板110a的导电层的一部分。换言之，第一印刷电路板110a的导电层中的至少一个包括形成所述导热层118的第一部分和形成线圈的第二部分。导电层通常由导热率较高的材料、例如铜形成。因此，利用导电层来形成导热层118，能够在改善散热效果的同时节约材料并且简化制造过程。在第一印刷电路板110a的制造过程中，可通过蚀刻将该导电层分为彼此绝缘的第一部分和第二部分。在同一蚀刻步骤中，还可使第二部分被蚀刻成沿二维螺旋线延伸的导电迹线111，以形成线圈。这使得第一印刷电路板110a的导热层118能够以简单方便的方式形成，而无需额外的制造步骤和成本。

定子11的第二印刷电路板110b可与上文描述的第一印刷电路板110a类似地构造，在此不再赘述。例如，第二印刷电路板110b可与第一印刷电路板110a镜像对称地设置。

图6示意性地示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的电机的剖视图。在该实施例中，与图2所示的实施例不同的是，导热部件15形成为相对于轴主体131单独的部件，并且套设在轴主体131上。具体而言，导热部件15可包括用于套设在轴主体131上的套筒和从套筒的外表面径向向外突出的凸缘。由此，导热部件15可与轴主体131分开地制造。轴主体131可由直径较小的棒料加工而成，导热部件15可由直径较大的坯料而成。由此，可节约材料。分开制造的导热部件15和轴主体131可由不同的材料制成。导热部件15可由导热性能较好的材料制成，轴主体131则可由强度和刚度较高的材料制成。

图7示意性地示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的电机的剖视图。在该实施例中，电机包括定子11、在轴向上与定子11相对设置的转子12、电机轴13以及至少部分地包围定子11和转子12的壳体14。

如上文所示，定子11包括沿轴向彼此叠置的第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b。第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b构造成单独的部件并且分别包括适于形成定子绕组的导电迹线111。第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b均在朝向彼此的一侧上具有贴合区域112和相对于贴合区域112内凹的凹陷区域113，第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b在贴合区域112处直接接触，并且在凹陷区域113处彼此间隔开以形成用于容纳导热部件15的容纳腔。在此，凹陷区域113沿着第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b的外周边缘环绕位于凹陷区域113的径向内部的贴合区域112。所述贴合区域112和所述凹陷区域113的具体形成方式可采用类似于图5所示的实施例，即所述第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b中的所述至少一者包括层叠的多个基板，所述多个基板包括第一基板116和第二基板117，第二基板117设置在第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b中的所述至少一者的朝向另一者的一侧，第一基板116相对于第二基板117设置在第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b中的所述至少一者的背向另一者的一侧，所述第一基板116和第二基板117的数量可以为一个或多个，贴合区域112形成在最靠近第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b中的所述另一者的一个第二基板117上，凹陷区域113形成在最靠近第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b中的所述另一者的至少一个第一基板116上，不同的是，第二基板117的外径小于第一基板116的外径，在将第一基板116和第二基板117层压在一起后，第二基板117的外周边缘之外暴露出的最靠近第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b中的所述另一者的至少一个第一基板116的区域形成所述凹陷区域113，最靠近第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b中的所述另一者的一个第二基板117的圆环区域包括所述贴合区域112，从而形成具有贴合区域112和相对于贴合区域112内凹的凹陷区域113的第一印刷电路板110a和/或第二印刷电路板110b。

在图7所示的实施例中，转子12与电机轴13旋转耦合，定子11固定地安装至壳体14。壳体14可包括彼此形成热接触的壳主体141和导热部件15，导热部件15围绕定子11并且从壳主体141径向向内地伸入容纳腔中。导热部件15在容纳腔内与第一印刷电路板110a和第二印刷电路板110b形成热接触。由此，热量可从定子11经由导热部件15传递至壳主体141和/或外界环境。

尽管这里详细描述了本实用新型的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本实用新型的范围构成限制。在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。特别是，不同实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种用于轴向磁通电机的定子(11)，其特征在于，所述定子(11)包括沿轴向彼此叠置的第一印刷电路板(110a)和第二印刷电路板(110b)，第一印刷电路板(110a)和第二印刷电路板(110b)构造成单独的部件并且分别包括适于形成定子绕组的导电迹线(111)，其中，第一印刷电路板(110a)和第二印刷电路板(110b)中的至少一者在朝向彼此的一侧上具有贴合区域(112)和相对于贴合区域(112)内凹的凹陷区域(113)，第一印刷电路板(110a)和第二印刷电路板(110b)在贴合区域(112)处直接接触，并且在凹陷区域(113)处彼此间隔开以形成适于容纳导热部件(15)的容纳腔。

2.根据权利要求1所述的定子(11)，其特征在于，

凹陷区域(113)覆盖有导热层(118)。

3.根据权利要求2所述的定子(11)，其特征在于，

第一印刷电路板(110a)和第二印刷电路板(110b)中的所述至少一者包括至少一个基板和设置在基板中的至少一个上的导电层，其中，导电层中的至少一个包括形成所述导热层(118)的第一部分和形成定子绕组的一部分的第二部分。

4.根据权利要求1所述的定子(11)，其特征在于，

第一印刷电路板(110a)和第二印刷电路板(110b)中的所述至少一者包括层叠的多个基板和设置在所述多个基板中的至少一个上的导电层，所述多个基板包括第一基板(116)和第二基板(117)；

其中，第二基板(117)设置在第一印刷电路板(110a)和第二印刷电路板(110b)中的所述至少一者的朝向另一者的一侧，第一基板(116)相对于第二基板(117)设置在第一印刷电路板(110a)和第二印刷电路板(110b)中的所述至少一者的背向另一者的一侧，贴合区域(112)形成在第二基板(117)中的最靠近第一印刷电路板(110a)和第二印刷电路板(110b)中的所述另一者的一个第二基板(117)上，凹陷区域(113)形成在第一基板(116)中的最靠近第一印刷电路板(110a)和第二印刷电路板(110b)中的所述另一者的至少一个第一基板(116)上。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的定子(11)，其特征在于，

第一印刷电路板(110a)和第二印刷电路板(110b)中的所述至少一者在其中心处设有由内周边缘限界的定子中央孔(114)，凹陷区域(113)沿着所述内周边缘环绕定子中央孔(114)，贴合区域(112)在凹陷区域(113)的径向外部环绕凹陷区域(113)。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的定子(11)，其特征在于，

凹陷区域(113)沿着第一印刷电路板(110a)和第二印刷电路板(110b)中的所述至少一者的外周边缘环绕位于凹陷区域(113)的径向内部的贴合区域(112)。

7.一种轴向磁通电机，其特征在于，所述轴向磁通电机包括：

根据权利要求1-6中任一项所述的定子(11)；

在轴向上与定子(11)相对设置的转子(12)；以及

导热部件(15)，其在所述容纳腔内与第一印刷电路板(110a)和第二印刷电路板(110b)形成热接触。

8.根据权利要求7所述的轴向磁通电机，其特征在于，

所述轴向磁通电机还包括电机轴(13)，定子(11)环绕所述电机轴(13)并且固定地安装至电机轴(13)，其中，电机轴(13)包括彼此形成热接触的柱状的轴主体(131)和所述导热部件(15)，导热部件(15)围绕轴主体(131)并且从轴主体(131)径向向外地伸入容纳腔中。

9.根据权利要求8所述的轴向磁通电机，其特征在于，

导热部件(15)形成为相对于轴主体(131)单独的部件，并且套设在轴主体(131)上。

10.根据权利要求7所述的轴向磁通电机，其特征在于，

所述轴向磁通电机还包括至少部分地包围定子(11)和转子(12)的壳体(14)，定子(11)固定地安装至壳体(14)，其中，壳体(14)包括彼此形成热接触的壳主体(141)和所述导热部件(15)，导热部件(15)围绕定子(11)并且从壳主体(141)径向向内地伸入容纳腔中。

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