阅读说明：本技术 基于pcb技术的盘式无铁心电枢的结构及其制备方法 (Structure of disc type coreless armature based on PCB technology and preparation method thereof ) 是由 曾宪鹏 郭尔奇 官平 刘吉明 周鹏 于 2020-03-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于PCB技术的盘式无铁心电枢的结构及其制备方法,所述盘式无铁心电枢包括PCB板、第一梯形线圈、第二梯形线圈、第三梯形线圈和第四梯形线圈,所述PCB板上具有多个过孔,所述第一至第四梯形线圈成圆弧形阵列于所述PCB板上,圆弧半径相同,所述第一梯形线圈位于所述第二梯形线圈和所述第四梯形线圈之间,所述第三梯形线圈位于所述第二梯形线圈和所述第四梯形线圈之间,并位于远离所述第一梯形线圈一侧,所述第一至第四梯形线圈的数量为多个,多个所述第二梯形线圈和多个所述第四梯形线圈之间串联,多个所述PCB板采用叠压的方式通过连接柱连接,提高加工精度,解决了线圈给电机或者发电机控制设计造成的困难。(The invention discloses a structure of a disc-type coreless armature based on a PCB technology and a preparation method thereof, wherein the disc-type coreless armature comprises a PCB, a first trapezoidal coil, a second trapezoidal coil, a third trapezoidal coil and a fourth trapezoidal coil, a plurality of through holes are formed in the PCB, the first trapezoidal coil, the second trapezoidal coil, the third trapezoidal coil and the fourth trapezoidal coil are arrayed on the PCB in an arc shape, the arc radiuses are the same, the first trapezoidal coil is positioned between the second trapezoidal coil and the fourth trapezoidal coil, the third trapezoidal coil is positioned between the second trapezoidal coil and the fourth trapezoidal coil and positioned on one side far away from the first trapezoidal coil, the number of the fourth trapezoidal coil is more, the second trapezoidal coil and the fourth trapezoidal coil are connected in series, the PCB is connected through a connecting column in a laminating mode, the processing precision is improved, and the difficulty of the control design of the motor or the generator caused by the coil is solved.)

基于PCB技术的盘式无铁心电枢的结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及电机与电气技术领域，尤其涉及一种基于PCB技术的盘式无铁心电枢的结构。

背景技术

永磁电机具有结构简单、功率密度高、运行高效可靠等优点，在电动汽车，发电机，工业设备等领域得到广泛应用，但电枢绕组位于定子铁芯槽中，由于齿槽效应会导致电机旋转时有转矩脉动，降低动态响应速度，振动噪音变大；电机的铁芯选用高磁导率的硅钢片，可以降低磁路的磁阻，但是其占电机总重量的60％，电机的铁芯损耗大。利用钕铁硼稀土永磁材料制成无铁心的盘式永磁电机(无铁心电机)，能够满足这些设计要求，盘形电枢绕组分为线绕型绕组和PCB绕组两种，目前国内PCB绕组多应用于盘式直流有刷电机，采用由铜箔上冲制导条，然后通过焊接将导条和换向器连接而成，加工精度低，线圈的安放、定位困难，形状和尺寸难以达到要求，给电机或发电机控制设计造成一定困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于PCB技术的盘式无铁心电枢的结构及其制备方法，提高加工精度，解决线圈给电机或者发电机控制设计造成的困难。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种基于PCB技术的盘式无铁心电枢的结构，所述盘式无铁心电枢包括PCB板、第一梯形线圈、第二梯形线圈、第三梯形线圈和第四梯形线圈，所述PCB板上具有多个过孔，所述第一至第四梯形线圈成圆弧形阵列于所述PCB板上，圆弧半径相同，所述第一梯形线圈位于所述第二梯形线圈和所述第四梯形线圈之间，所述第三梯形线圈位于所述第二梯形线圈和所述第四梯形线圈之间，并位于远离所述第一梯形线圈一侧，所述第一至第四梯形线圈的数量为多个，多个所述第二梯形线圈和多个所述第四梯形线圈之间串联，所述PCB板的数量为多个，采用叠压的方式电性连接。

其中，所述过孔均具有连接柱，所述连接柱位于所述过孔中。

其中，所述过孔包括第一孔和第三孔，所述第一孔和所述第三孔的数量均为多个，分别成圆形阵列于所述PCB板上，所述第一孔通过所述连接柱与所述第一至第四梯形线圈的内侧端口电性连接，并位于所述第一至第四梯形线圈中，所述第三孔与多个所述第一梯形线圈的外侧端口连接，位于远离所述第一孔处。

其中，所述过孔还包括第二孔，所述第二孔的数量为多个，成圆形阵列于所述PCB板上，所述第二孔与所述第二至第四梯形线圈的外侧端口连接，并位于靠近所述PCB板中心处。

其中，所述PCB板还包括电路连接线，所述电路连接线与所述第一梯形线圈的外侧端口电性连接，并与所述过孔电性连接。

第二方面，本发明提供了一种基于PCB技术的盘式无铁心电枢的制备方法，包括：

在多个PCB板预设位置上开设多个过孔，所述过孔包括第一孔、第二孔和第三孔，所述第一孔、所述第二孔和所述第三孔数量均为多个；

根据所述第一孔的位置，在PCB板上印制出第一至第四梯形线圈；

采用叠压方式将多个所述PCB板通过所述过孔内的连接柱连接。

其中，在PCB板预设位置上开设多个过孔，包括：

多个所述第一孔、所述第二孔和所述第三孔分别成圆形阵列印制于所述PCB板上，所述第二孔位于靠近所述PCB板中心处，所述第三孔位于远离所述第二孔处，所述第一孔位于所述第二孔和所述第三孔之间。

其中，根据所述第一孔的位置，在PCB板上印制出第一至第四梯形线圈，包括：

按照等导条宽度、等导条间距的方法，根据所述第一孔的位置，从所述第一孔内的所述连接柱开始，由内至外蚀刻成形状为梯形的多匝数的第一至第四梯形线圈，所述第一至第四梯形线圈成圆弧形阵列于所述PCB板上，圆弧半径相同，所述第一至第四梯形线圈的数量为多个，所述第一梯形线圈位于所述第二梯形线圈和所述第四梯形线圈之间，所述第三梯形线圈位于所述第二梯形线圈和所述第四梯形线圈之间，并位于远离所述第一梯形线圈的一侧，其中，线圈位于所述导条中，所述导条宽度为0.3㎜～1.0㎜，所述导条间距为0.05㎜～0.8㎜。

其中，根据所述第一孔的位置，在PCB板上印制出第一至第四梯形线圈，还包括：

印制所述第一至第四梯形线圈时，所述第一梯形线圈的外侧端口分别与所述第三孔内的所述连接柱和电路连接线电性连接，所述第二梯形线圈和所述第四梯形线圈的外侧端口分别与所述第二孔内的所述连接柱电性连接后串联，所述第三梯形线圈的外侧端口与所述第二孔内的所述连接柱电性连接。

其中，所述采用叠压方式将多个所述PCB板通过所述过孔内的连接柱连接，包括：

多个所述PCB板采用叠压的方式，通过所述过孔内的连接柱连接，在所述过孔中增加导电材料，使多个所述PCB板电性连接。

本发明的一种基于PCB技术的盘式无铁心电枢的结构及其制备方法，所述盘式无铁心电枢包括PCB板、第一梯形线圈、第二梯形线圈、第三梯形线圈和第四梯形线圈，所述PCB板上具有多个过孔，所述第一至第四梯形线圈成圆弧形阵列于所述PCB板上，圆弧半径相同，所述第一梯形线圈位于所述第二梯形线圈和所述第四梯形线圈之间，所述第三梯形线圈位于所述第二梯形线圈和所述第四梯形线圈之间，并位于远离所述第一梯形线圈一侧，所述第一至第四梯形线圈的数量为多个，多个所述第二梯形线圈和多个所述第四梯形线圈之间串联，多个所述PCB板采用叠压的方式，通过所述连接柱连接，在所述过孔中增加导电材料，使多个所述PCB板电性连接，提高加工精度，解决了线圈给电机或者发电机控制设计造成的困难。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1是本发明提供的一种基于PCB技术的盘式无铁心电枢的结构示意图。

图2是本发明提供的线圈匝数确定流程图。

图3是本发明提供的一种基于PCB技术的盘式无铁心电枢的制备方法的步骤图。

1-PCB板、2-第一梯形线圈、3-第二梯形线圈、4-第三梯形线圈、5-第四梯形线圈、6-过孔、61-第一孔、62-第二孔、63-第三孔、7-连接柱、8-电路连接线。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1，本发明提供一种基于PCB技术的盘式无铁心电枢的结构，所述盘式无铁心电枢包括PCB板1、第一梯形线圈2、第二梯形线圈3、第三梯形线圈4和第四梯形线圈5，所述PCB板1上具有多个过孔6，所述第一至第四梯形线圈成圆弧形阵列于所述PCB板1上，圆弧半径相同，所述第一梯形线圈2位于所述第二梯形线圈3和所述第四梯形线圈5之间，所述第三梯形线圈4位于所述第二梯形线圈3和所述第四梯形线圈5之间，并位于远离所述第一梯形线圈2一侧，所述第一至第四梯形线圈的数量为多个，多个所述第二梯形线圈3和多个所述第四梯形线圈5之间串联，所述PCB板1的数量为多个，采用叠压的方式电性连接。

在本实施方式中，所述盘式无铁心电枢包括PCB板1、第一梯形线圈2、第二梯形线圈3、第三梯形线圈4和第四梯形线圈5，所述PCB板1上具有多个过孔6，所述过孔6为通孔，所述第一至第四梯形线圈成圆弧形阵列于所述PCB板1上，圆弧半径相同，所述第一梯形线圈2位于所述第二梯形线圈3和所述第四梯形线圈5之间，所述第三梯形线圈4位于所述第二梯形线圈3和所述第四梯形线圈5之间，并位于远离所述第一梯形线圈2一侧，所述第一至第四梯形线圈的数量为多个，多个所述第二梯形线圈3之间串联，多个所述所述第四梯形线圈5之间串联，所述PCB板1的数量为多个，采用叠压的方式，在所述过孔6中增加导电材料，使多个所述PCB板1电性连接，提高加工精度，解决线圈给电机或者发电机控制设计造成的困难。

在印制所述第一至第四梯形线圈时，按照等导条宽度、等导条间距的方法，由内至外蚀刻成形状为梯形的多匝数的第一至第四梯形线圈，其中，线圈位于所述导条中，所述导条宽度为0.3㎜～1.0㎜，所述导条间距为0.05㎜～0.8㎜。举例来说，发电机的印制板电枢绕组板的层数为12，导条的厚度为0.117mm，相邻导条最小间距为0.3mm。改变印制板电枢绕组导条的宽度，变化范围为0.3～1.0mm，表2给出不同导条宽度时印制板电枢绕组的截面积、匝数和定子额定电流等参数。

表2不同导条宽度线圈参数

序号	导条宽度/mm	导条截面积/mm2	每相线圈匝数	定子额定电流/A
					1	0.3	0.0848	352	0.6784
2	0.4	0.1131	288	0.9049
					3	0.5	0.1414	256	1.1312
4	0.6	0.1697	224	1.3574
					5	0.7	0.1979	192	1.5832
6	0.8	0.2121	160	1.6968
					7	0.9	0.2545	128	2.0362
8	1.0	0.2828	96	2.2624

其中，为了使所述过孔6能够流过较大的定子电流，采用增加所述过孔6直径的方法满足设计要求，设计的所述过孔6的直径为0.8mm.

而线圈匝数N_C的确定如图2所示，根据初设匝数计算发电机空载电动势、电感、电流等参数，根据这些参数验证电负荷、电流密度等是否合理。如果合理，则说明初设匝数是合理的；如果不合理，则说明初设匝数不合理，需要重新设置匝数再进行上述步骤的计算，直至结果合理为止。

进一步的，所述过孔6均具有连接柱7，所述连接柱7位于所述过孔6中。

在本实施方式中，所述过孔6均具有连接柱7，所述连接柱7位于所述过孔6中，其具体为在所述PCB板1的上下表面在所述过孔6处均具有连接柱7，所述PCB板1通过所述接线柱7电性连接。

进一步的，所述过孔6包括第一孔61和第三孔63，所述第一孔61和所述第三孔63的数量均为多个，分别成圆形阵列于所述PCB板上，所述第一孔61通过所述连接柱7与所述第一至第四梯形线圈的内侧端口电性连接，并位于所述第一至第四梯形线圈中，所述第三孔63与多个所述第一梯形线圈2的外侧端口连接，位于远离所述第一孔61处。

在本实施方式中，所述过孔6包括第一孔61和第三孔63，所述第一孔61和所述第三孔63的数量均为多个，分别成圆形阵列于所述PCB板上，所述第一孔61通过所述连接柱7与所述第一至第四梯形线圈的内侧端口电性连接，并位于所述第一至第四梯形线圈中，所述第三孔63与多个所述第一梯形线圈2的外侧端口连接，位于远离所述第一孔61处，其中，所述过孔6的直径为0.8㎜，使所述过孔6能够流过较大的定子电流，其中，多个所述PCB板的的连接方式通过所述第一孔61和所述第三孔63连接，举例来说，对于数量为4个的所述PCB板，第一层与第二层通过所述第一孔61连接，第二层与第三层的通过所述第三孔63连接，第三层与第四层通过所述第一孔61连接。

进一步的，所述过孔6还包括第二孔62，所述第二孔62的数量为多个，成圆形阵列于所述PCB板1上，所述第二孔62与所述第二至第四梯形线圈的外侧端口连接，并位于靠近所述PCB板1中心处。

在本实施方式中，所述过孔6还包括第二孔62，所述第二孔62的数量为多个，成圆形阵列于所述PCB板1上，所述第二孔62与所述第二至第四梯形线圈的外侧端口连接，并位于靠近所述PCB板1中心处，利用所述第二孔62，使所述第二至第四梯形线圈电性连接在一起，保证所述电枢的正常使用。

进一步的，所述PCB板1还包括电路连接线8，所述电路连接线9与所述第一梯形线圈2的外侧端口电性连接，并与所述过孔6电性连接。

在本实施方式中，所述PCB板1还包括电路连接线8，所述线路连接线9与所述PCB板1上的所述第一梯形线圈2的外侧端口电性连接，并与所述PCB板上的所述过孔6电性连接，使所述PCB板在工作时，处于导通状态。

请参阅图1至图3，本发明提供一种基于PCB技术的盘式无铁心电枢的制备方法，包括：

S101、在多个PCB板预设位置上开设多个过孔，所述过孔包括第一孔、第二孔和第三孔，所述第一孔、所述第二孔和所述第三孔数量均为多个。

具体的，在多个所述PCB板1预设位置上开设多个过孔6，所述过孔6与所述PCB板1中心的距离不同，呈圆形阵列于所述PCB板1上，其具体的距离根据所述盘式无铁心电枢的实际情况而定，所述过孔6均具有连接柱7，其中，所述过孔6包括第一孔61、第二孔62和第三孔63，所述第一孔61、所述第二孔62和所述第三孔63的数量均为多个，分别成圆形阵列印制于所述PCB板1上，所述第二孔62位于靠近所述PCB板1中心处，所述第三孔63位于远离所述第二孔62处，所述第一孔61位于所述第二孔62和所述第三孔63之间。

S102、根据所述第一孔的位置，在PCB板上印制出第一至第四梯形线圈。

具体的，按照等导条宽度、等导条间距的方法，根据所述第一孔61的位置，从所述第一孔61内的所述连接柱7开始，由内至外蚀刻成形状为梯形的多匝数的第一至第四梯形线圈，如图3所示，所述第一至第四梯形线圈成圆弧形阵列于所述PCB板1上，圆弧半径相同，所述所述第一至第四梯形线圈的数量为多个，所述第一梯形线圈2位于所述第二梯形线圈3和所述第四梯形线圈5之间，所述第三梯形线圈4位于所述第二梯形线圈3和所述第四梯形线圈5之间，并位于远离所述第一梯形线圈2的一侧，在印制所述第一至第四梯形线圈时，所述第一梯形线圈2的外侧端口分别与所述第三孔63内的所述连接柱7和电路连接线8电性连接，所述第二梯形线圈3和所述第四梯形线圈5的外侧端口分别与所述第二孔62内的所述连接柱7电性连接后串联，所述第三梯形线圈4的外侧端口与所述第二孔62内的所述连接柱7电性连接，其中，线圈位于所述导条中，所述导条宽度为0.3㎜～1.0㎜，所述导条间距为0.05㎜～0.8㎜。

针对线圈导条间距的确定，一般确定导条的最小间距d_min与电路板的加工工艺水平有关，而且受到绕组导条间电压绝缘要求最小间距限制，特别是相邻两相线圈导条的间距，具体数据参见表1给出的IPC规范中不同峰值电压要求的导条间的最小间距。

表1 IPC标准中关于PCB导条间的最小绝缘间距

针对线圈导条宽度b的确定，印制板电枢绕组的导条的电阻要应尽量小，当导条厚度固定时，增加导条的宽度可以降低定子铜耗。同时导条构成的线圈的面积应尽量大，交链尽可能多转子磁链，并且每极下线圈的匝数尽可能多，从而达到提高发电机转矩的目的。但是这两种要求实际上是互相矛盾，确定导条宽度b时应根据实际情况进行综合考虑，每个绕组的线圈匝数N_C由极数p和每相每极绕组数q确定，每个绕组在圆周方向所占的角度可以确定，则线圈的导条宽度b和每层每个绕组线圈匝数N_C的关系为：

导体宽度b越小，每个绕组的线圈匝数N_C增加，但是绕组阻抗越大，而散热效率和电流密度会限制导体宽度的最小值b，举例来说，发电机的印制板电枢绕组板的层数为12，导条的厚度为0.117mm，相邻导条最小间距为0.3mm。改变印制板电枢绕组导条的宽度，变化范围为0.3～1.0mm，表2给出不同导条宽度时印制板电枢绕组的截面积、匝数和定子额定电流等参数。

表2不同导条宽度线圈参数

其中，为了使所述过孔6能够流过较大的定子电流，采用增加所述过孔6直径的方法满足设计要求，设计的所述过孔6的直径为0.8mm.

而线圈匝数N_C的确定如图2所示，根据初设匝数计算发电机空载电动势、电感、电流等参数，根据这些参数验证电负荷、电流密度等是否合理。如果合理，则说明初设匝数是合理的；如果不合理，则说明初设匝数不合理，需要重新设置匝数再进行上述步骤的计算，直至结果合理为止。

S103、采用叠压方式将多个所述PCB板通过所述过孔内的连接柱连接。

具体的，所述过孔6和所述第一至第四梯形线圈的所述PCB板1的数量为多个，多个所述PCB板1采用叠压的方式，通过所述连接柱7连接，在所述过孔6中增加导电材料，使多个所述PCB板1电性连接，而构成所述盘式无铁心电枢绕组的所需的最少所述PCB板1的数量由每相绕组个数Q/m、每层每个绕组的线圈匝数N_c决定，计算公式为：

而多个所述PCB板的的连接方式通过所述第一孔61和所述第三孔63连接，举例来说，对于数量为4个的所述PCB板，第一层与第二层通过所述第一孔61连接，第二层与第三层的通过所述第三孔63连接，第三层与第四层通过所述第一孔61连接，提高加工精度，解决线圈给电机或者发电机控制设计造成的困难。

本发明的一种基于PCB技术的盘式无铁心电枢的结构及其制备方法，所述盘式无铁心电枢包括PCB板1、第一梯形线圈2、第二梯形线圈3、第三梯形线圈4和第四梯形线圈5，所述PCB板1上具有多个过孔6，所述第一至第四梯形线圈成圆弧形阵列于所述PCB板1上，圆弧半径相同，所述第一梯形线圈2位于所述第二梯形线圈3和所述第四梯形线圈5之间，所述第三梯形线圈4位于所述第二梯形线圈3和所述第四梯形线圈5之间，并位于远离所述第一梯形线圈2一侧，所述第一至第四梯形线圈的数量为多个，多个所述第二梯形线圈3和多个所述第四梯形线圈5之间串联，多个所述PCB板1采用叠压的方式，通过所述连接柱7连接，在所述过孔6中增加导电材料，使多个所述PCB板1电性连接，完成所述盘式无铁心电枢的制备，提高加工精度，解决了线圈给电机或者发电机控制设计造成的困难。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。