一种应用模块化pcb定子的盘式无铁芯永磁电机的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种应用模块化PCB定子的盘式无铁芯永磁电机，包括转子和定子，所述定子由PCB电路板沿轴向叠置而成，每个所述PCB电路板至少均分为两个模块，每个所述模块上沿周向均匀印制有相同的绕组线圈，周向上相邻两个所述模块的绕组线圈串联或并联连接，轴向上相邻两个所述PCB电路板的绕组线圈串联或并联连接。本发明降低了生产成本，提高了电机的功率密度，适用于适用于所有结构类型的盘式永磁电机。
【专利说明】
一种应用模块化PCB定子的盘式无铁芯永磁电机
技术领域
[0001]本发明涉及一种盘式电机，更具体的说，是涉及一种应用模块化PCB定子的盘式无铁芯永磁电机。
【背景技术】
[0002]盘式永磁电机属于轴向磁通的电机，其与传统的径向磁通结构电机相比，它的结构更简单，且具备体积小，质量轻，损耗小，效率高，运行可靠等优点。鉴于盘式永磁电机的这些优点，该类电机十分适合用作高性能伺服电机和大力矩直接驱动电机，并在已广泛应用于机电一体化设备，尤其适合应用于电动车辆、可再生能源系统、飞轮储能系统等要求高转矩密度和紧凑空间的场合。
[0003]盘式电机的主要优点之一是其外形小巧，结构精致，而为了保证盘式电机的尺寸规格在一定的限制条件内，其气隙的长度也受到一定的限制，从而限制了定子绕组排布所能占据的空间范围。盘形电枢的制造是盘式永磁同步电机的制造关键之一，绕组的成形工艺与电机气隙大小，永磁材料的用量等都有密切的关系。从所占空间的角度看，若要在盘式电机中应用传统定子电枢，铁心需开槽绕线，占据较大的空间体积，还会带来涡流损耗、齿槽转矩波动等影响。盘式电机卷绕结构的铁心开槽复杂，自动化下线工艺复杂，故从批量生产的角度看，传统盘式电机定子绕线电枢不方便大规模生产。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种应用模块化PCB定子的盘式无铁芯永磁电机，降低了生产成本，提高了电机的功率密度。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
[0006]本发明的一种应用模块化PCB定子的盘式无铁芯永磁电机，包括转子和定子，所述定子由PCB电路板沿轴向叠置而成，每个所述PCB电路板至少均分为两个模块，每个所述模块上沿周向均匀印制有相同的绕组线圈，周向上相邻两个所述模块的绕组线圈串联或并联连接，轴向上相邻两个所述PCB电路板的绕组线圈串联或并联连接。
[0007]构成所述PCB电路板的模块均沿两条直径边分别设置有导电连接孔，且两侧所述导电连接孔错位对齐，所述模块上的绕组线圈的正极均连接一侧的导电连接孔，所述模块上的绕组线圈的负极均连接另一侧的导电连接孔。
[0008]周向上相邻两个所述模块的绕组线圈通过导电连接孔之间的连接进行串联或并联，轴向上相邻两个所述PCB电路板的绕组线圈通过导电连接孔之间的连接进行串联或并联。
[0009]所述模块沿每条直径边设置的导电连接孔数量均等于所述模块本身印制的绕组线圈数量。
[0010]所述每个模块上至少设置有两个绕组线圈。
[0011]构成所述定子的PCB电路板之间通过焊接或螺栓或环形支架进行固定。
[0012]与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是:
[0013](I)本发明中，定子由PCB电路板沿轴向叠置而成，增加反电动势或电流的输出，以提高电机容量，能充分利用气隙空间，避免机器绕线以及线圈还氧固化等问题，有效简化电枢生产制造工艺，减轻电机重量，使轴向空间更加紧凑，线圈定位更加准确，同时提高电机稳定性；
[0014](2)本发明中，PCB电路板至少均分为两个模块，避免了 PCB电路板尺寸过大时印制线条长引起的阻抗增加的现象，提升了抗噪声能力，节约了成本；
[0015](3)本发明中，PCB电路板的模块均沿两条直径边分别设置有导电连接孔，在轴向和轴向上可以通过多样化的串并联实现对输出电压以及输出电流的调节，灵活地装配各个定子模块以达到不同的电机性能要求，且模块化定子成本低，容错性强，便于维修和更换，并且电机能够实现平稳的功率输出和转矩输出；
[0016](4)本发明在一定程度上缓解了大型盘式电机定子过大带来的相关问题，增强了电机的制造灵活性、运行可靠性、可维护性、容错性，便于维修和更换，也非常便于模块间绕组绝缘，简化了电枢生产制造工艺和印制电路板装配过程，大大降低了电枢生产成本，提高了生产效率。
【附图说明】
[0017]图1是构成本发明定子的PCB电路板模块示意图；
[0018]图2是本发明中绕组线圈串联的PCB电路板示意图；
[0019]图3是本发明中绕组线圈复合串并联的PCB电路板示意图。
[0020]附图标记:1PCB电路板;2模块;3绕组线圈;4导电连接孔。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明作进一步的描述。
[0022]本发明的一种应用模块化PCB定子的盘式无铁芯永磁电机，包括永磁体与背铁构成的转子部分、轴承、端盖和定子等基本结构，电极内主磁场由永磁体激励产生，电机磁通方向为轴向，定子无铁心无齿槽，避免了定子铁心带来的涡流损耗，以及定子齿槽带来的转矩脉动。所述转子由永磁材料在转子框架上拼接或粘接组合而成。所述定子由多块相同外形的PCB电路板I沿轴向叠置而成，增加反电动势或电流的输出，以提高电机容量，构成所述定子的PCB电路板I之间轴向对齐，且通过焊接或螺栓或环形支架或以上方式的组合进行固定。每个所述PCB电路板I设计为由若干个相同的模块2连接、组合而成的整体，至少均分为两个相同模块2，相邻模块2之间的分割线为沿径向设置，所述模块2之间焊接固定，周向方向上同样具有模块化拼接的特性。每个所述模块2上沿周向均匀印制有相同的绕组线圈3，所述绕组线圈3由铜箔构成，绕组线圈3的匝数和环绕方向均相同，每个绕组线圈3各占相同面积的一个区域，即一个区域属于一相，所述每个模块2上至少设置有两个绕组线圈3，所述绕组线圈3的个数可根据电机相数进行确定。构成所述PCB电路板I的模块2均沿两条直径边分别设置有导电连接孔4，且两侧所述导电连接孔4错位对齐，所述导电连接孔4的数量可根据绕组线圈3的个数进行确定，所述模块2沿每条直径边设置的导电连接孔4数量均等于所述模块2本身印制的绕组线圈3数量。所述模块2上的绕组线圈3的正极均分别连接一侧的导电连接孔4，所述模块2上的绕组线圈3的负极均分别连接另一侧的导电连接孔4。周向上相邻两个所述模块2的绕组线圈3通过导电连接孔4之间的连接进行串联或并联，轴向上相邻两个所述PCB电路板I的绕组线圈3通过导电连接孔4之间的连接进行串联或并联，通过多种串并联方式，来实现多种电机性能要求。模块多样化的连接可以使同样一台电机根据不同性能要求，通过变换多种电枢结构以实现多形式输出。
[0023]电机结构可以设置为单边结构(单定子单转子结构)、双边结构(双转子单定子结构、双定子单转子结构)、多盘式结构(多定子多转子)等多种拓扑结构。
[0024]实施例
[0025]本发明为单定子双转子结构，转子部分包括背铁支撑件以及表贴式钕铁硼永磁体，所述定子由若干个相同的圆环形PCB电路板I叠置构成，外部可由端盖压紧厚用螺钉固定，PCB电路板I均分为四个90°扇环形模块2，各个模块2之间的轴向连接通过在每个模块2内径或外径处设置多个孔位来实现，如图1所示，每个模块2沿周向均匀印制有三个绕组线圈3，绕组线圈3设置为螺旋形，分别设置正、负三相六个出线孔如A+、B+、C+和A—、B—、C—，正极三个导电连接孔4沿模块2的一条直径边径向排列，以便于后续与相邻模块2的连接，同时减少连接线的长度。负极的三个导电连接孔4同样沿另一条直径边径向排列，但其径向位置与正极的三个导电连接孔4错位对齐，如设定A—与B+处于相同半径位置，B—与C+处于相同半径位置，通过这种布置方式，相邻扇环形模块2串联时，如图2所示，可以直接利用短斜线将前一扇环形模块的A+、B+、C+(A—、B—、C—)与后一扇环形模块的A—、B—、C—(A+、B+、C+)相连，相邻扇环形模块并联时，如图3所示，可以通过三条同心圆弧线将前一扇环形模块的A+、B+、C+(A—、B—、C—)与后一扇环形模块的A+、B+、C+(A—、B—、C—)相连，并联后，再与另外两个模块形成串联，这样的设计能够简化布线，使PCB电路板的线路排布更直观清晰。
[0026]尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
【主权项】
1.一种应用模块化PCB定子的盘式无铁芯永磁电机，包括转子和定子，其特征在于，所述定子由PCB电路板沿轴向叠置而成，每个所述PCB电路板至少均分为两个模块，每个所述模块上沿周向均匀印制有相同的绕组线圈，周向上相邻两个所述模块的绕组线圈串联或并联连接，轴向上相邻两个所述PCB电路板的绕组线圈串联或并联连接。2.根据权利要求1所述的一种应用模块化PCB定子的盘式无铁芯永磁电机，其特征在于，构成所述PCB电路板的模块均沿两条直径边分别设置有导电连接孔，且两侧所述导电连接孔错位对齐，所述模块上的绕组线圈的正极均连接一侧的导电连接孔，所述模块上的绕组线圈的负极均连接另一侧的导电连接孔。3.根据权利要求2所述的一种应用模块化PCB定子的盘式无铁芯永磁电机，其特征在于，周向上相邻两个所述模块的绕组线圈通过导电连接孔之间的连接进行串联或并联，轴向上相邻两个所述PCB电路板的绕组线圈通过导电连接孔之间的连接进行串联或并联。4.根据权利要求2所述的一种应用模块化PCB定子的盘式无铁芯永磁电机，其特征在于，所述模块沿每条直径边设置的导电连接孔数量均等于所述模块本身印制的绕组线圈数量。5.根据权利要求1所述的一种应用模块化PCB定子的盘式无铁芯永磁电机，其特征在于，所述每个模块上至少设置有两个绕组线圈。6.根据权利要求1所述的一种应用模块化PCB定子的盘式无铁芯永磁电机，其特征在于，构成所述定子的PCB电路板之间通过焊接或螺栓或环形支架进行固定。
【文档编号】H02K3/28GK105896760SQ201610369132
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】王晓远, 楼斐, 李春鹏, 李响
【申请人】天津大学