[发明专利]一种新型印刷绕组的永磁无刷直流电机

说明书

技术领域

本发明属于电机设计相关技术领域，特别涉及一种新型印刷绕组的永磁无刷直流电机。

背景技术

传统的永磁无刷直流电机大多是径向磁场电机，而且定子都是由线圈和铁芯构成，电机体积大、较为笨重，复杂的下线工艺导致电机制作工艺复杂，生产周期长，且材料消耗多，成本较高。

印刷绕组电机的绕组与传统电机的线圈绕组不同，它是通过腐蚀法、电化学沉积法、电化学转移法等化学方法，在铜箔板上印制而成。采用印刷绕组的永磁无刷直流电机在结构设计方面突破了传统电机的局限，电机采用轴向磁场方向，由于无需采用传统电机的定子铁芯，可以大大减小电机体积、重量，并提高了电机的运行效率和过载能力；在智能控制方面，可以实现远程的智能控制；同时，电机生产过程中没有定子绕组下线过程，生产成本又低于传统无刷直流电机，因此在整体性能方面，优于传统电机。

印刷绕组永磁无刷直流电机的工作原理与传统永磁无刷直流电机相同。它的特点是起动转矩大，调速范围宽、运行效率高等。印刷绕组永磁无刷直流电机的设计关键是定子印刷电路板绕组的连接方式，在定子印刷电路板绕组设计方面，虽然专利文献CN104659993A中给出了一种印刷电路板绕组连接方式，但由于此印制电路板定子采用同心绕组连接方式，这种同心绕组的导体采用圆弧形端线连接，这种圆弧形端线具有耗铜量大、不产生转矩输出、增大电机损耗、提高电机温升等缺点。也有文献采用波绕组的形式布置印刷电路板绕组，但仍然必须采用圆弧形端线连接导体。此外，采用同心绕组和波绕组形式的定子印刷电路板，电机反电势波形表现为方波形式，无法实现电机控制器正弦波控制的优越性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种新型的基于四边形导体的印刷绕组设计方案，可减小永磁无刷直流电机体积、制造成本、提高运行效率，并且反电势波形可设计为正弦波，便于实现高性能的矢量控制方式，提高电机的性能和工作效率。

为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：

一种新型印刷绕组的永磁无刷直流电机，包括电机外壳、固定设置于电机外壳内的定子、转动穿设于电机外壳的转子总成；定子为印刷电路板结构，包括工作导体层和连接导体层；工作导体层中绕线单元呈四边形排布，定子的每极每相绕组由多个四边形的绕线单元串联而成，不同极数下的每相绕组通过连接导体层以串联或并联形式连接形成一相绕组。

优选的，所述工作导体层为两个，四边形绕线单元呈左L形的两条工作导体边位于其中一个工作导体层上，四边形绕线单元呈右L形的两条工作导体边位于另外一个工作导体层上，左L形的两条工作导体边与右L形的两条工作导体边的外端通过外径过孔相串联，内端通过内径过孔相串联，从而构成四边形绕线单元，该绕线结构仅需两个工作导体层即可将各极各相绕组的印制于印刷电路板上，能减少定子厚度，简化加工工艺，降低制造成本。 其中，四边形绕线单元中呈左L形的两条工作导体边的交点与呈右L形的两条工作导体边的交点之间的距离不大于电机的极距，有利于实现电机控制器正弦波控制，便于采用矢量控制方式控制电机。

进一步的，所述连接导体层包括若干连接导体边，定子的每极每相绕组包括正终端和负终端，每极每相绕组的负终端与该相相邻极绕组的正终端通过所述连接导体边电连接；本方案为每极每相绕组以串联方式连接，即每相并联支路数为1，上述绕组配置方式是其中一种方案，每相并联支路数也可以大于1，其他绕组连接配置方案也在专利的保护范围内。

所述定子还包括若干垂直于所述工作导体层和所述连接导体层的过孔导体柱，过孔导体柱用于四边形绕线单元呈左L形的两条工作导体边于呈右L形的两条工作导体边之间的电连接，以及用于每极每相绕组的正终端和/或负终端与所述连接导体边之间的电连接。

优选的，所述定子的印刷电路板上还设有霍尔位置传感器，当然也可不采用霍尔位置传感器，定子可通直流电，也可通交流电，所述定子包含三相绕组，该三相绕组连接结构相同，三相绕组在组合时相互之间在空间上互差120度电角度，霍尔位置传感器为三个，分别安装于各相绕组的中心线位置处。

其中，定子由多个工作导体层和多个连接导体层堆叠形成，每个工作导体层和每个连接导体层均为平坦结构，每层之间具有绝缘衬底层；所述转子总成包括驱动轴以及固定于驱动轴上的第一转子和第二转子，所述定子中部设有供驱动轴穿过的中央圆孔，第一转子和第二转子分别位于所述定子的两侧；所述第一转子和所述第二转子均包括转子背铁和扇形永磁体阵列，永磁体阵列包含的永磁体数量为偶数且至少为两个。