[发明专利]用于旋转电机的绕组以及用于设计这种绕组的方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于旋转电机的绕组，该电机包括电感器、铁芯以及位于其间的气隙，该绕组包括柔性PCB，该柔性PCB具有在基板的第一表面上的多个导体以及在该基板的第二表面上的多个导体，所述多个导体是印刷在所述PCB上的多条迹线，该第一表面的导体通过过孔连接到该第二表面的导体上以便形成线匝，从而使得当沿着长度卷起一次或多次时，该柔性PCB被适配用于在轴向方向上插入所述气隙中。本发明还涉及一种用于设计这种绕组的方法。

现有技术说明

由铜线制成的传统绕组是已知的并且用于生产电动机，诸如无刷直流电动机(BLDC电动机)。印刷在柔性电路板(Flex-PCB)上的绕组也已经用于生产此类电动机，从而提供改进这些BLDC电动机性能的机会，因为相比于由铜线制成的绕组，它们更容易生产，并且较便宜并在形状和设计上给出更多灵活性。

文档FR76288披露了一种平面直流电动机，其中磁体的有用磁场是轴向的，该平面直流电动机的绕组被印刷在刚性平面PCB上，该刚性平面PCB具有通过多个过孔连接的在该PCB的第一表面上的多个导体以及在该PCB的第二表面上的多个电路。此文档披露了具有多个弯曲形状的导体的绕组的使用。在平面电动机中使用具有弯曲形状的绕组来改进电机的性能是众所周知的。然而，尽管弯曲形状绕组在平面电动机中已众所周知的事实，但是这些绕组并不被认为改进了其中磁体的有用磁场是径向的无刷直流电动机(BLDC电动机)的性能。

文档US20090072651和FR2262880两者均披露了用于旋转电机的无槽绕组及其制造方法。这些文档披露了对柔性PCB的使用，该柔性PCB具有通过多个过孔连接的在该PCB的第一表面上的多个导体以及在该PCB的第二表面上的多个导体。然而，这些文档没有解决优化性能的问题，受限于其在每个PCB表面上的多个导体是由两个或三个直线区段制成的绕组，并且未描述如何实现在第一表面和第二表面上的多个导体之间的连接。

从“B.笛赫兹(B.Dehez)、M.马尔科维奇(M.Markovic)、Y.佩里亚德(Y.Perriard)的“BLDC电动机中的经典无槽绕组和柔性PCB无槽绕组的分析和比较(Analysisandcomparisonofclassicalandflex-PCBslotlesswindingsinBLDCmotors)”，电机与系统(ICEMS)，第1-6、21-24页，2012年第15次国际会议，2012年10月”可知一种用于BLDC电机的柔性PCB无槽绕组。此文档(下文作为参考1而被引用)描述了一种BLDC电动机的一般结构。给出了表征绕组的两个参数(即转矩常数和电阻)的解析式。在经典的铜线绕组与具有简单形状的柔性PCB绕组(在该PCB的一侧上的导体从该PCB的底部到该PCB的顶部具有三个区段，从而形成如图2和图3上分别所示出的斜交绕组或菱形绕组)之间进行比较，表明柔性PCB绕组在功率密度方面相较于经典的铜线绕组具有30％的潜在改进。然而，还没有在找到一种具有最优性能的设计方面做出尝试。没有给出关于如何对该第一表面上的这些导体与该第二表面上的导体一起进行安排以便形成线圈或线匝串联的细节。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于具有改进的性能的旋转电机的绕组以及一种用于设计这种绕组的方法。

本发明由独立权利要求所限定。从属权利要求限定了有利实施例。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于旋转电机的绕组，所述电机包括电感器、铁芯以及位于其间的气隙，所述绕组包括柔性PCB，该柔性PCB具有在基板的第一表面上的多个导体以及在该基板的第二表面上的多个导体，所述导体是印刷在所述PCB上的多条迹线，该第一表面的一个导体通过一个过孔连接到该第二表面的一个导体上以便形成一个线匝，所述PCB具有一定高度和长度，从而使得当沿着该长度卷起一次或多次、卷成一层或多层时，该PCB被适配用于在轴向方向上插入所述气隙中。根据本发明，导体具有在轴向方向上沿着一条连续曲线或n个直线区段从所述柔性PCB的底部高度延伸到所述PCB的顶部高度的形状，n大于3。本申请人已经发现，通过给予这些导体更加复杂的形状(即一条连续曲线或多于三个直线区段)，关于提高该电机的性能可以获得出乎意料的良好结果。

优选地，该形状具有可变宽度，从而使得在导体与邻近导体之间的间隙沿着所述导体的长度等于预先确定的常数。该预先确定的恒定距离被选择以便实现位于该PCB的同一侧上的两个相邻导体之间的良好电绝缘。换言之，这些导体具有可变宽度。