CN218040947U - 用于轴向磁通电机的定子以及轴向磁通电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于轴向磁通电机的定子以及轴向磁通电机。该定子包括：印刷电路板，所述印刷电路板包括在所述轴向磁通电机的转动轴的轴向上层叠的多个基板和设置在所述多个基板的表面上的线圈；以及铁芯，所述铁芯被嵌置在所述印刷电路板内，所述铁芯包括沿所述轴向分布的上部、中部和下部；其中，所述铁芯的上部和下部在以所述转动轴为中心的周向上延伸超过所述铁芯的中部，使得沿所述轴向所述铁芯的上部和下部之间形成容纳空间，所述线圈的至少一部分布置在所述容纳空间内。

Description

用于轴向磁通电机的定子以及轴向磁通电机

技术领域

本实用新型涉及轴向磁通电机领域，尤其涉及一种用于轴向磁通电机的定子和包括该定子的轴向磁通电机。

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印刷电路板（PCB，Printed Circuit Board）工艺制造的印刷电路板绕组。尤其是在电力驱动领域，出现了许多带有印刷电路板绕组的轴向磁通电机。由于印刷电路板绕组的厚度非常小而可以实现非常小的厚度/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。

然而，现有的用于轴向磁通电机的定子仍然在例如结构构造、聚磁效果等方面存在着弊端和不足之处，需要进一步地改进和优化。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决或者在一定程度上缓解以上提出的技术问题。

根据本实用新型，提供一种用于轴向磁通电机的定子，所述定子包括：

印刷电路板，所述印刷电路板包括在所述轴向磁通电机的转动轴的轴向上层叠的多个基板和设置在所述多个基板的表面上的线圈；以及

铁芯，所述铁芯被嵌置在所述印刷电路板内，所述铁芯包括沿所述轴向分布的上部、中部和下部；

其中，所述铁芯的上部和下部在以所述转动轴为中心的周向上延伸超过所述铁芯的中部，使得沿所述轴向所述铁芯的上部和下部之间形成容纳空间，所述线圈的至少一部分布置在所述容纳空间内。

可选地，在如前所述的定子中，所述铁芯的上部至少被嵌置在所述印刷电路板的最上层基板处；和/或

所述铁芯的下部至少被嵌置在所述印刷电路板的最下层基板处。

可选地，在如前所述的定子中，所述铁芯的上部和所述铁芯的下部大小相同并且相互平行。

可选地，在如前所述的定子中，以所述转动轴为中心的顺时针和逆时针的周向上所述铁芯的上部和下部均延伸超过所述铁芯的中部，所述铁芯的上部和下部沿所述周向的延伸边界沿所述轴向对齐；

所述铁芯的中部布置在所述铁芯的上部和所述铁芯的下部各自沿所述周向的延伸边界内的中间区域。

可选地，在如前所述的定子中，所述铁芯被设置成不凸出于所述印刷电路板的表面；和/或

所述多个基板上形成有盲孔或贯通孔，所述铁芯被嵌置在所述盲孔或贯通孔内。

可选地，在如前所述的定子中，所述多个基板中的至少三个基板的表面上设有所述线圈，且所述铁芯被嵌置在所述多个基板的至少三个基板内。

可选地，在如前所述的定子中，所述印刷电路板包括多组线圈，且所述定子包括多个铁芯，所述多组线圈和所述多个铁芯以对应的方式沿所述印刷电路板的周向方向均匀地分布。

可选地，在如前所述的定子中，所述容纳空间形成于所述铁芯的上部和下部各自沿所述周向的端部之间；位于至少一个基板的表面上的线圈的至少一部分环绕所述铁芯的中部。

此外，根据本实用新型，还提供一种轴向磁通电机，所述轴向磁通电机包括转动轴、转子以及上述的定子，其中，所述转子和所述定子围绕所述转动轴布置。

可选地，在如前所述的轴向磁通电机中，所述转子包括第一永磁体和第二永磁体，所述第一永磁体和所述第二永磁体分别设置在所述印刷电路板的两侧，所述第一永磁体的靠近所述印刷电路板的磁极和所述第二永磁体的靠近所述印刷电路板的磁极磁性相反；和/或

所述第一永磁体和所述第二永磁体大小相同，并且所述印刷电路板、所述第一永磁体和所述第二永磁体三者平行设置。

可以了解，本实用新型的用于轴向磁通电机的定子通过对铁芯结构的优化设计，可以在保证聚磁效果最优的同时最大限度的减小结构的体积，从而使电机更加高效和紧凑。

附图说明

参照附图，本实用新型的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本实用新型的保护范围组成限制。此外，图中类似的数字用以表示类似的部件，其中：

图1示例性地示出一种轴向磁通电机的局部结构示意图；

图2示例性地示出图1中的轴向磁通电机的定子的铁芯的结构示意图；

图3示例性地示出图1中的轴向磁通电机的定子的铁芯以及围绕其布置的线圈的结构示意图；

图4示例性地示出图3中的轴向磁通电机的定子的铁芯以及围绕其布置的线圈的圈出部分的局部放大示意图；

图5示例性地示出图1中的轴向磁通电机的转子和定子在以转动轴为中心的周向上的局部截面示意图；

图6示例性地示出根据本实用新型一个实施例的轴向磁通电机的局部结构示意图；

图7示例性地示出图6中的轴向磁通电机的定子的铁芯的结构示意图；

图8示例性地示出图7中的轴向磁通电机的定子的铁芯的圈出部分的局部放大示意图；

图9示例性地示出图6中的轴向磁通电机的定子的铁芯以及围绕其布置的线圈的结构示意图；

图10示例性地示出图9中的轴向磁通电机的定子的铁芯以及围绕其布置的线圈的圈出部分的局部放大示意图；以及

图11示例性地示出图6中的轴向磁通电机的转子和定子在以转动轴为中心的周向上的局部截面示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。首先，需要说明的是，在本说明书中提到或可能提到的上、下、左、右、前、后、内侧、外侧、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

本领域技术人员已知晓的是，轴向磁通电机包括定子、转子和转动轴，所述定子和所述转子围绕所述转动轴设置。当所述定子通电而使所述转子带动所述转动轴旋转时，所述转动轴向外输出动力。具体而言，所述定子10由围绕转动轴（未示出）布置的盘形印刷电路板11和嵌置在所述印刷电路板11内的铁芯12构成，并且所述定子10的两侧设置有转子20，所述转子20包含多对磁极磁性相反的永磁体21，从而产生轴向磁场，如图1所示。从图2-4中清楚可见，所述铁芯12具有大致呈扇形的形状，并且由所述印刷电路板11的线圈13环绕。这种轴向磁通电机虽然能实现高扭矩密度，但缺点在于通过所述铁芯12两端外侧的磁力线与所述印刷电路板11中的线圈13相互作用（参见图5），容易产生涡流损耗，导致电机效率低下。如果仅将所述铁芯12沿转动轴的周向上的长度变长，则会影响所述印刷电路板11内线圈13的安装空间。

图6示出了根据本实用新型一个实施例的轴向磁通电机的局部结构示意图。所述定子100为盘形的印刷电路板（PCB）的形式，其包括印刷电路板110。所述印刷电路板110包括在所述轴向磁通电机的转动轴（未示出）的轴向上层叠的多个基板和设置在所述多个基板的上表面和/或下表面上的线圈111。所述多个基板可以是例如电木板、玻璃纤维板或塑胶板的绝缘板。需要说明的是，所述线圈111由多个基板的表面上的导电迹线形成。例如，对多个基板上的金属涂层进行蚀刻之后可以形成各种导电迹线，其中一些可以形成平面线圈的形式。例如，所述线圈分别由沿二维螺旋线延伸的导电迹线形成，并且多个基板上具有沿印刷电路板110的厚度方向对齐的导电轨迹的线圈可以构成一组线圈。所述线圈在通电时产生磁场，从而形成轴向磁通电机的定子绕组。这种绕组也被称为PCB定子绕组。在印刷电路板110的中心处开设有供转动轴穿过的定子孔。

从图7-10清楚可见，所述定子100还包括铁芯120，用于导引来自转子磁体的磁力线（将在下文中予以详细解释）。所述铁芯120被嵌置在印刷电路板110内，并且由高导磁性的软磁材料制成，用以增加气隙磁通密度，从而提高电机的扭矩密度。所述铁芯120包括沿所述轴向分布的上部121、中部122和下部123。所述铁芯120的上部121至少被嵌置在所述印刷电路板110的最上层基板处，并且所述铁芯120的下部123至少被嵌置在所述印刷电路板110的最下层基板处。所述铁芯120的上部121和所述铁芯120的下部123在以所述转动轴为中心的周向上延伸超过所述铁芯120的中部122，使得沿所述轴向所述铁芯120的上部121和下部123之间形成容纳空间，所述线圈111的至少一部分布置在所述容纳空间内。具体地，所述容纳空间形成于所述铁芯120的上部121和下部123各自沿所述周向的端部之间；位于至少一个基板的表面上的线圈111的至少一部分环绕所述铁芯120的中部122。所述中部122可以贯穿一个或多个基板，所述上部121和下部123可以贯穿一个或多个基板，所述线圈111的至少一部分可以相应地包括位于所述一个或多个基板的表面的线圈111。所述铁芯120的上部121和下部123沿周向的长度大于所述铁芯120的中部122沿周向的长度，譬如，相较于如图1-5所示的实施例，将所述铁芯120的上部121和下部123沿周向的长度变长，所述中部122沿周向的长度保持不变；或者将所述铁芯120的上部121和下部123沿周向的长度保持不变，所述中部122沿周向的长度变短，这样可以使通过所述铁芯120的上部121和下部123的磁力线、尤其是通过所述铁芯120的上部121和下部123的端部处的磁力线收拢至所述铁芯120（参见图11中弯曲的箭头），如此能够避免磁力线与线圈相互作用，尽可能地减少涡流损耗，提高铁芯的聚磁效果，以实现增强磁场的目的。同时，利用所述铁芯的上部和下部的端部之间的空间来布置线圈，可以提升定子结构的紧凑性，合理利用空间。

继续参考图7-8，所述铁芯120的上部121和所述铁芯120的下部123大小相同并且相互平行。另外，以所述转动轴为中心的顺时针和逆时针的周向上所述铁芯120的上部121和下部123均延伸超过所述铁芯120的中部122，所述铁芯120的上部121和下部123沿所述周向的延伸边界沿所述轴向对齐；所述铁芯120的中部122布置在所述铁芯120的上部121和所述铁芯120的下部123各自沿所述周向的延伸边界内的中间区域。也就是说，所述铁芯120在周向方向上具有工字型截面。这种工字型结构使得所述铁芯不易移动或脱落，可以确保轴向磁通电机的稳定运行，从而提高可靠性。

根据本实用新型的示例性实施例，所述铁芯120可以在印刷电路板110的生成过程中嵌置在印刷电路板110内。由于所述铁芯的特殊构成，可以将成形的铁芯分成第一铁芯半部和第二铁芯半部。在一个实施例中，所述第一铁芯半部由所述铁芯120的上部121和中部122的一部分构成，而所述第二铁芯半部由所述铁芯120的下部123和中部122的另一部分构成。所述第一铁芯半部和所述第二铁芯半部之间的分界线位于所述铁芯120的中部122。例如，在形成印刷电路板过程中，可以在多个基板中形成盲孔或贯通孔，然后将成形的第一铁芯半部放入至少包含最上层基板的一个或多个基板中，并且将成形的第二铁芯半部放入至少包含最下层基板的一个或多个基板中。随后，可以在基板上形成线圈和/或将多层基板层叠在一起而最终形成印刷电路板，同时保留所述铁芯的特殊形状。这样，所述铁芯的嵌置过程可以集成在印刷电路板的制造工艺中，因此可以充分利用印刷电路板制造工艺中的成熟技术，更精确地控制铁芯的安装，且易于实现批量生产，节约成本。当然，在形成印刷电路板的过程中，本领域技术人将成形的铁芯分成上、中和下三个部分，例如，铁芯120的上部121、中部122和下部123，并且将上部121、中部122和下部123分别嵌入一个或多个基板中。在一个实施例中，所述铁芯具有两个分界线，其中，第一分界线位于所述铁芯120的上部121和中部122之间的交界之处，第二分界线位于所述铁芯120的下部123和中部122之间的交界之处。当然，所述第一分界线和/或所述第二分界线也可以位于所述铁芯120的中部122。

可以理解，所述嵌置包括所述铁芯120被设置成不凸出于所述印刷电路板110的表面。在一些实施例中，所述铁芯120被设置成不暴露于所述印刷电路板110的表面即所述印刷电路板110的最上层基板和最下层基板的外表面。这样可以使铁芯完全位于印刷电路板内部，而完全没有增加定子的轴向长度。当然，本领域技术人员也可以考虑铁芯未完全包覆在印刷电路板内的情形。具体而言，所述铁芯120的上部121的上表面可以与所述印刷电路板110的最上层基板的上表面齐平，而所述铁芯120的下部123的下表面可以与所述印刷电路板110的最下层基板的下表面齐平，从而使得所述铁芯120的上部121的上表面可以暴露于所述印刷电路板110的最上层基板的上表面、所述铁芯120的下部123的下表面可以暴露于所述印刷电路板110的最下层基板的下表面。

在多层式印刷电路板的情况下，多个基板在PCB制造过程中、尤其是在最上层基板和最下层基板的导电迹线形成之前被层压在一起，以形成一个整体式的印刷电路板110。相应地，所述铁芯120被嵌置在多个基板内，例如，至少三个基板内，使得所述铁芯120的上部121、中部122和下部123分别位于三个基板内。

作为举例，所述印刷电路板110包括多组线圈，且所述定子100包括多个铁芯。从图6可以看到，所述多组线圈和所述多个铁芯以对应的方式沿所述印刷电路板110的周向方向均匀地分布。也就是说，每组线圈环绕对应的铁芯120的上部121、中部122和下部123。

根据一示例性实施例，所述铁芯120可以由软磁材料、例如硅钢、软磁复合材料（SMC）或其它类似物制成。

此外，本实用新型还提供了一种轴向磁通电机。所述轴向磁通电机包括转动轴、转子200以及上述的定子100，其中，所述转子200和所述定子100围绕所述转动轴布置，如图6和图11所示。所述轴向磁通电机可以采用双转子/单定子结构。具体而言，所述转子200包括第一转子块210、第一永磁体211、第二转子块220和第二永磁体222，其中，所述第一转子块210和所述第一永磁体211设置在所述印刷电路板110的一侧，而所述第二转子块220和所述第二永磁体222设置在所述印刷电路板110的另一侧。为了产生轴向磁场，所述第一永磁体211的靠近所述印刷电路板110的磁极和所述第二永磁体222的靠近所述印刷电路板110的磁极磁性相反，例如一侧磁极为N极，另一侧磁极为S极；或反之，一侧磁极为S极，另一侧磁极为N极。

同时结合图6和图11可见，所述第一永磁体211和所述第二永磁体222大小相同，并且所述印刷电路板110、所述第一永磁体211和所述第二永磁体222三者平行设置，且所述印刷电路板110与两侧的永磁体之间留有一定的间隙。当然，所述第一永磁体和所述第二永磁体的形状、大小、数量和排列可以与定子上的线圈设计相互关联地设计，以优化轴向磁通电机的电磁特性。

综上所述，本实用新型的用于轴向磁通电机的定子通过对铁芯结构的优化设计，可以保证聚磁效果最优。此外，设置有所述定子的轴向磁通电机输出效率高，能够在无人机和家用电器产品等应用领域得到广泛的使用。

以上列举了若干具体实施方式来详细阐明本实用新型的用于轴向磁通电机的定子和轴向磁通电机，这些个例仅供说明本实用新型的原理及其实施方式之用，而非对本实用新型的限制，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本实用新型的范畴并为本实用新型的各项权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种用于轴向磁通电机的定子（100），其特征在于，所述定子（100）包括：

印刷电路板（110），所述印刷电路板（110）包括在所述轴向磁通电机的转动轴的轴向上层叠的多个基板和设置在所述多个基板的表面上的线圈（111）；以及

铁芯（120），所述铁芯（120）被嵌置在所述印刷电路板（110）内，所述铁芯（120）包括沿所述轴向分布的上部（121）、中部（122）和下部（123）；

其中，所述铁芯（120）的上部（121）和下部（123）在以所述转动轴为中心的周向上延伸超过所述铁芯（120）的中部（122），使得沿所述轴向所述铁芯（120）的上部（121）和下部（123）之间形成容纳空间，所述线圈（111）的至少一部分布置在所述容纳空间内。

2.根据权利要求1所述的定子（100），其特征在于，所述铁芯（120）的上部（121）至少被嵌置在所述印刷电路板（110）的最上层基板处；和/或

所述铁芯（120）的下部（123）至少被嵌置在所述印刷电路板（110）的最下层基板处。

3.根据权利要求1所述的定子（100），其特征在于，所述铁芯（120）的上部（121）和所述铁芯（120）的下部（123）大小相同并且相互平行。

4.根据权利要求3所述的定子（100），其特征在于，以所述转动轴为中心的顺时针和逆时针的周向上所述铁芯（120）的上部（121）和下部（123）均延伸超过所述铁芯（120）的中部（122），所述铁芯（120）的上部（121）和下部（123）沿所述周向的延伸边界沿所述轴向对齐；

所述铁芯（120）的中部（122）布置在所述铁芯（120）的上部（121）和所述铁芯（120）的下部（123）各自沿所述周向的延伸边界内的中间区域。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的定子（100），其特征在于，所述铁芯（120）被设置成不凸出于所述印刷电路板（110）的表面；和/或

所述多个基板上形成有盲孔或贯通孔，所述铁芯（120）被嵌置在所述盲孔或贯通孔内。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的定子（100），其特征在于，所述多个基板中的至少三个基板的表面上设有所述线圈（111），且所述铁芯（120）被嵌置在所述多个基板的至少三个基板内。

7.根据权利要求1至4中的任一项所述的定子（100），其特征在于，所述印刷电路板（110）包括多组所述线圈（111），且所述定子（100）包括多个所述铁芯（120），所述多组线圈（111）和所述多个所述铁芯（120）以对应的方式沿所述印刷电路板（110）的周向方向均匀地分布。

8.根据权利要求1至4中的任一项所述的定子（100），其特征在于，所述容纳空间形成于所述铁芯（120）的上部（121）和下部（123）各自沿所述周向的端部之间；位于至少一个基板的表面上的线圈（111）的至少一部分环绕所述铁芯（120）的中部（122）。

9. 一种轴向磁通电机，其特征在于，所述轴向磁通电机包括转动轴、转子（200）以及根据权利要求1至8中的任一项所述的定子（100），其中，所述转子（200）和所述定子（100）围绕所述转动轴布置。

10.根据权利要求9所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述转子（200）包括第一永磁体（211）和第二永磁体（222），所述第一永磁体（211）和所述第二永磁体（222）分别设置在所述印刷电路板（110）的两侧，所述第一永磁体（211）的靠近所述印刷电路板（110）的磁极和所述第二永磁体（222）的靠近所述印刷电路板（110）的磁极磁性相反；和/或

所述第一永磁体（211）和所述第二永磁体（222）大小相同，并且所述印刷电路板（110）、所述第一永磁体（211）和所述第二永磁体（222）三者平行设置。

Images