[發明專利]軸向磁場復合PCB定子有鐵心永磁同步電機

有效

• 申請號: 202010100324.8
• 申請日: 2020-02-18
• 公開（公告）號: CN111293798B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 高鵬;王曉遠
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02K1/12
• 分類號: H02K1/12;H02K1/2793;H02K1/2798;H02K3/26;H02K16/02;H02K1/18
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 吳學穎

本發明公開了一種軸向磁場復合PCB定子有鐵心永磁同步電機，包括電機軸、PCB定子和轉子，電機軸外圓設置兩個用于固定PCB定子的PCB定子支架，PCB定子由兩個外疊加PCB定子板和一個PCB定子中心板疊加組成，外疊加PCB定子板布有外板線圈，PCB定子中心板布有中心板線圈和導磁鐵心；轉子包括兩個電機機殼，電機機殼和電機軸之間設置軸承，電機機殼相對面設置轉子背鐵，轉子背鐵相對面設置永磁體，PCB定子位于兩個永磁體之間。本發明易于控制且轉矩密度和功率密度得以提升，適用于限定電機為扁平結構的驅動場合。

技術領域

本發明涉及同步電機領域，更具體的說，是涉及一種軸向磁場復合PCB定子有鐵心永磁同步電機。

背景技術

軸向磁場永磁電機，也稱盤式永磁電機，具有軸向尺寸短、效率高、功率密度大特點。

印制電路板(PrintedCircuitBoard，PCB)定子繞組，是一種在良好的絕緣材料上按預設定子繞組排布路徑鋪設銅箔而制成，其結構呈扁平狀，可與軸向磁場電機的磁路結構完美配合。

基于PCB定子繞組的軸向磁場電機，可設計為高扁平比的盤式結構，適用于對電機結構要求為扁平狀的應用場合，而傳統的基于銅線繞組的永磁同步電機難以實現高扁平比設計和制造。與傳統繞線式定子結構永磁電機相比，PCB定子線圈定位精準、加工工藝靈活、一致性好且適用于大批量生產加工。PCB定子的應用，也使得基于PCB定子的永磁同步電機結構緊湊，電機特性更加優異，例如無齒槽轉矩、損耗低、效率高、參數線性及過載倍數高等。

然而，由于PCB繞組的應用使得電機繞組的電感值很小，使得基于電壓型的控制器加載在繞組內的電流不能連續，導致電機的電磁轉矩也不連續，從而產生較大的電磁轉矩脈動。基于現有控制電路和控制策略，PCB繞組永磁同步電機還不能成熟應用，導致此類電機很少作為電動機應用到驅動系統中。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有基于PCB定子繞組的軸向磁場電機技術的不足，提出一種軸向磁場復合PCB定子有鐵心永磁同步電機，將PCB定子設計為三層疊加結構，中間層PCB板上設置導磁材料放置孔并放置導磁材料，三個疊加PCB板構成了有鐵心的PCB定子，易于控制且轉矩密度和功率密度得以提升。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

本發明軸向磁場復合PCB定子有鐵心永磁同步電機，包括電機軸、PCB定子和轉子，所述電機軸外圓對稱設置有兩個PCB定子支架，兩個PCB定子支架之間固定有PCB定子，所述PCB定子由三個PCB板依次疊加組成，包括兩個對稱設置且完全相同的外疊加PCB定子板和一個PCB定子中心板，兩個所述外疊加PCB定子板的相對面均布有外板線圈，所述PCB定子中心板均布有中心板線圈，每個中心板線圈內均設置有導磁材料放置孔，且每個導磁材料放置孔內均設置有導磁鐵心；

所述轉子包括對稱設置于電機軸外圓的兩個電機機殼，所述電機機殼和電機軸之間設置有軸承，兩個電機機殼相對面均設置有轉子背鐵，兩個轉子背鐵相對面均設置有永磁體，所述PCB定子位于兩個永磁體之間。

所述PCB定子、PCB定子支架、轉子均套設于電機軸外圓周，所述PCB定子、PCB定子支架、轉子、電機軸具有相同的軸線；所述電機機殼、轉子背鐵、永磁體和PCB定子支架均關于同一條直徑線鏡面對稱設置。

所述PCB定子和PCB定子支架通過PCB定子固定螺栓固定連接。

所述PCB定子中心板和外疊加PCB定子板均設置為圓環形，所述PCB定子中心板厚度大于外疊加PCB定子板厚度。

所述PCB定子中心板采用分數槽繞組形式設計，所述外疊加PCB定子板采用分數槽集中繞組形式或分布繞組形式設計；所述PCB定子中心板上的各中心板線圈彼此間串聯連接，所述外疊加PCB定子板上的各外板線圈彼此間串聯連接，所述PCB定子中心板上的中心板線圈與兩個外疊加PCB定子板上的外板線圈采用串聯連接。