PCB定子盘式永磁同步电机的优化设计

摘要
PCB (Print Circuit Board，印制电路板)定子盘式永磁同步电机是盘式无铁心电机的一种，有诸如制作简单，效率高，电机功率密度高等优点，定子无铁心实现了电机轻量化的目标，也使得电机转矩波动变小，运行平稳。

无铁心盘式电机的电枢绕组多采用树脂浇注，线圈的安装、固定等难度较大，加工精度难以满足要求，有时绕组还可能出现轴向移动。

定子采用PCB技术的盘式无铁芯电机较好的解决了这些问题，该种电机转矩脉动小，噪声小，使得电枢绕组的生产制造大大简化，加工精度高，适合批量生产。

本文对PCB定子盘式电机的转子和定子进行了深入研究和分析，首先分析了电机结构和转子的特点以及电机的磁路特点，建立了定子和转子的三维有限元求解模型，并对常见绕组的结构形式和特点进行了对比分析。

通过解析模型对电机定转子关键参数进行了分析设计，研究了电机主磁路特点和永磁体的空载工作点，之后对转子磁极的内外径和磁化长度进行了分析设计并选择了电机的极数与极弧系数。

其次，对电机定子绕组进行了优化设计。

定子线宽对电机性能有着重要影响，该种电机由于没有齿槽，定子绕组直接面向气隙磁场，会在绕组中产生涡流损耗。

本文综合定子绕组涡流损耗，定子电流，铜耗以及目前印制电路板的工艺能力等因素优化设计了PCB定子线宽，不仅减小了绕组涡流损耗，也同时能够满足导通大电流的要求，而且定子铜耗也较小。

在优化了线宽之后又对定子绕组端部进行了分析设计，设计了一种应用于PCB定子电机的改进型绕组，并与传统的PCB 定子绕组进行了对比分析。

从空载反电动势、输出功率、效率以及绕组损耗等方面分析了新式PCB绕组的特性和优点。

最后，针对电机的空载和负载情况进行了仿真分析，仿真结果与理论分析的结果具有一致性。

此外，本文基于设计与优化的结果制作了样机，以验证仿真分析的正确性，通过电机的空载实验与负载实验可以得到电机实验测试结果和仿真结果比较吻合，说明本文对PCB定子盘式电机的优化设计以及建立的三维有限元分析模型是合理可信的，本文所进行的探究也会对以后的研究者有一定的参考。

关键词：PCB定子盘式电机，印制电路板绕组，有限元法，优化设计，涡流损耗
ABSTRACT
Disc-type permanent magnet synchronous motor with a PCB (Printed Circuit Board) stator, a type of coreless axial fux permanent magnet motor, has the merits of uncomplicated processing, high working efficiency and high power density. This motor with coreless achieves the goal of lightweight, and has the characteristics of small torque ripple and operation stability. The armature winding of coreless disc-type motor is mostly poured with resin, which makes the installation and fixing of the coil more difficult. Machining precision is difficult to meet the demand. Disc-type electric motor with a PCB stator can solve these problems above better. This kind of motor has the strong point in small torque ripple and low noise, The armature production is greatly simplified, and it is suitable for mass production.
In this paper, the analysis and design of the rotor and stator of PCB stator disc-type motor are deeply studied. Firstly, the characteristics of the motor structure and the magnetic circuit of the motor are analyzed, and the features on different kinds of common windings also are compared and analyzed. Besides, the 3D finite element solution domain model of stator and rotor is established. The key parameters of the stator and rotor are analyzed and designed by the analytical model while the characteristics of the main magnetic circuit and the no-load working point of the permanent magnet are studied. Then the inner and outer diameter and magnetization length of the rotor are analyzed and designed, and the pole number and the pole arc coefficient of the motor are selected.
Secondly, the motor stator winding is optimized. The stator linewidth has an important influence on the performance of the motor. Because of the PCB stator disc-type motor without the iron core, the winding cannot be placed in the stator slot like the motor with an iron core. Its winding is directly exposed to the magnetic field in the air gap, there would have eddy loss in the winding. Considering the eddy current loss of stator winding, stator current, copper loss and the process capability of PCB, the stator linewidth of PCB is optimized, which not only reduces the eddy current loss, but also meets the requirement of large stator current, and the copper loss of the stator is small. The stator ends is analyzed and designed after that. A new type of winding used in PCB stator motor is designed, compared with the traditional PCB stator winding. The characteristics and advantages of the new PCB winding are
analyzed from the aspects of no-load back EMF, output power, efficiency and winding loss.
Finally, the finite element method is used to simulate the motor under no load and load. The simulation results are consistent with the theoretical analysis. In addition, based on the results of design and optimization, the prototype is made to verify the correctness of simulation analysis. The simulation values are in good agreement with the tests data, which shows that the three-dimensional finite element calculation model established in this paper is reasonable, that has a certain reference value for the design of disc-type permanent magnet motor with a PCB stator.
KEY WORDS：PCB stator disc-type motor, PCB winding, Finite Element Analysis, Optimization design, Eddy loss,
目录
摘要 (I)
ABSTRACT ............................................................................................................... I II 第1章绪论 (1)
1.1 课题背景及意义 (1)
1.2 国内外发展及研究现状 (2)
1.2.1 盘式电机的发展及研究现状 (2)
1.2.2 PCB定子盘式永磁同步电机的发展及研究现状 (4)
1.3 本文的主要研究内容 (5)
第2章PCB定子盘式永磁同步电机原理和电磁场分析基础 (7)
2.1 盘式永磁电机结构和特点 (7)
2.2 PCB定子盘式永磁同步电机的结构特点 (9)
2.2.1 PCB定子盘式永磁电机基本结构 (9)
2.2.2 PCB定子盘式永磁电机转子结构和特点 (10)
2.2.3 PCB定子盘式永磁电机定子结构和特点 (11)
2.3 电机电磁场分析的基本方法 (13)
2.4 有限元基本理论 (14)
2.4.1 麦克斯韦方程组 (15)
2.4.2 定解条件 (16)
2.5 基于magnet的PCB定子盘式电机有限元模型 (18)
2.5.1 样机模型求解域的建立 (18)
2.5.2 基于magnet定子和转子有限元模型的建立 (19)
2.6 PCB定子盘式电机磁路特点 (21)
第3章PCB定子盘式电机的分析与设计 (23)
3.1 PCB定子盘式电机主磁路与空载工作点分析 (23)
3.2 PCB定子盘式电机转子磁极的分析设计 (24)
3.2.1 永磁体材料 (24)
3.2.2 永磁体尺寸 (26)
3.2.3 永磁体磁化长度和气隙 (27)
3.2.4 极数和极弧系数 (28)
3.3 PCB定子盘式电机定子绕组关键参数的分析设计 (29)
3.3.1 绕组覆铜厚 (29)
3.3.2 线宽/线距 (30)
3.3.3 孔径的大小 (30)
3.3.4 板厚 (31)
3.3.5 其他参数 (32)
3.4 霍尔传感器布置分析 (33)
3.4.1 位置传感器 (33)
3.4.2 霍尔IC的放置 (35)
第4章PCB定子盘式电机定子绕组的优化分析 (39)
4.1 PCB定子盘式电机解析分析 (39)
4.1.1 定子绕组系数分析 (39)
4.1.2 定子绕组铜损耗分析 (39)
4.1.3 定子绕组涡流损耗分析 (40)
4.2 PCB定子盘式电机绕组有效导体宽度的优化分析 (40)
4.3 端部优化 (44)
4.3.1 空载仿真分析 (45)
4.3.2 负载仿真分析 (47)
第5章PCB定子永磁电机样机与实验 (51)
5.1 电机本体的制作 (51)
5.1.1 电机定子的制作 (51)
5.1.2 电机转子的制作 (52)
5.2 样机实验 (52)
第6章总结与展望 (55)
6.1 总结 (55)
6.2 展望 (56)
参考文献 (57)
发表论文和参加科研情况说明 (61)
致谢 (63)
第1章绪论
第1章绪论
1.1课题背景及意义
永磁电机相比于电励磁电机来说，没有励磁线圈没有无功励磁电流，不存在励磁损耗，其效率和功率因数较高，定子电流和定子铜损耗都有所减小，而且在国民经济和生活中应用广泛[1]。

然而在一些安装空间有限的场合下，要求电机尽可能的薄，比如在航空航天飞行器、卫星的反作用飞轮系统，便携式电动工具等应用领域对永磁电机提出了更高的要求，要求转动惯量小，有较快的响应速度，尽可能高的效率，较低的振动噪音等。

永磁盘式电机具有以上优点，具有体积小、质量轻、高效率的特点[2-3]。

常规电机的定子和转子的安装是同心圆式的，要么定子包着转子，要么转子包着定子，而盘式电机由于原理和磁路的不同，定子与转子呈轴向排列，然后用电机转轴将其固定在一起，定子绕组缠绕在定子盘上，转子结构一般是永磁体粘连在转子铁芯上，这样电机的轴向尺寸就会比较短，可以做的很薄。

相较于传统的径向结构电机来说，盘式永磁同步电机轴向尺寸比较小，在相近的体积下能够获得转矩会更大，更适合薄型安装使用。

轴向磁通永磁同步（AFPM）电机与传统径向磁场永磁（RFPM）电机由于磁路的不同而使得结构上有着较大的差异。

RFPM电机为径向磁场，定转子一般都为圆柱体，定子内表面开有定子槽，电枢绕组嵌在定子槽中，因为定子铁芯是主磁路的一部分，这样的结构不利于制成无铁芯结构。

与RFPM不同，盘式电机的磁场为轴向，其转子和定子通常都是圆盘形，沿轴向放置，其电枢绕组或粘连或嵌放在定子盘中，这样定子放在两个转子中间时，定子轭并不作为主磁通的路径，所以定子轭就可以省去，甚至定子铁芯也可以省去制成定子无铁芯结构。

这就使得AFPM 电机相比于RFPM电机具有更短的轴向长度，并且可以级联成多盘式结构使用及能够制成无铁芯结构等优势。

RFPM电机由于铁芯结构的存在，铁耗会较大，同时造成转拒脉动的齿槽效应也会存在。

而定子绕组是印制电路板结构的无铁芯盘式电机具有诸多优点。

得益于其无铁芯的结构，电枢绕组没有槽，就不用考虑定子铁芯带来的磁滞与涡流损耗，也改善了电机的反电动势波形，不用考虑齿槽效应引起的转矩波动，而且提高了电机功率密度以及改善了电机在运行时噪声和振动[4-6]。

电机转子的永磁体一般是采用高矫顽力的永磁材料如钕铁硼永磁，有时候为了增加波形的幅值和正弦性还会使用HALBACH阵列，这样容易实现电机的轻量化，效率也得以提高，AFPM
天津大学硕士学位论文
电机拥有显著的优点，特别是在某些特殊的应用场合中[7]。

结合了印制电路板技术的无铁芯盘式电机电枢绕组的生产制造得到了较大程度的简化，紧凑的结构和轴向磁场使得电机沿转轴方向可以做的很薄，线圈绕组的固定会更加方便，适合于大批量生产[8]。

印制电路板技术是电子线路领域和电力电子领域中应用十分广泛的技术之一，PCB板的特殊结构比较适合用于轴向磁通电机。

把印制电路板技术融入到盘式电机的生产过程中，将定子绕组完全印制在电路板中，即PCB 定子绕组。

该解决方案使得无铁心盘式电机的轴向空间更紧凑，线圈的尺寸和定位更准确，并且改善了绕组的加工的工艺精度。

因此，这种类型的电机结构简单紧凑，安装简单方便，并且可以通过多盘式结构来增加电机容量，电机功率密度高，效率高，转动惯量小，动态响应性能好，降低了由于人为因素产生的产品不合格[9-11]。

因此,采用采用PCB定子的无铁芯永磁盘式电机具有效率高、转矩脉动低、轴向尺寸小等优点，是一种具有较好前景的新型电机。

1.2国内外发展及研究现状
1.2.1盘式电机的发展及研究现状
盘式电机的定子和转子按照轴向平行放置，其磁通路径与RFPM电机的径向磁通路径不同，其主磁通方向为轴向。

其实世界上最先出现的电机就是一台轴向磁通电机，只是因为当时的技术条件无法较好的解决轴向磁通电机中存在的轴向磁拉力，并且那个时候的电机生产制作条件有限，对于结构稍微复杂些的轴向磁通电机的生产制造工艺达不到要求，因此就被市场所淘汰，而后出现的常规径向磁通电机取而代之。

不过径向磁通电机并非没有缺陷，也是存在着一些较难解决的难点问题，例如定子齿部的“瓶颈”效应，电机的散热能力较差，而且铁芯的利用率较低[12]。

AFPM电机在国外最先得到应用，当时得到广泛应用的主要是盘式直流电机，应用场合包括家用电器以及水泵等领域[13]。

德国的学者H.Web 在二十世纪八十年代，依据不同的结构，分别阐明了几种结构盘式永磁电机的特点,而且还制作了中间定子结构的盘式永磁同步电动机。

之后，美国的学者R.Krishman 深入研究了特定的盘式电机，并且比较分析了多种结构的盘式电机，证明了此种电机在伺服领域具有显著的优点。

Yicheng Chen等学者比较分析了不同拓扑结构的永磁风力发电机[14]，文中作者一共列出了七种发电机，既包括径向磁通电机也包括轴向磁通电机，七种发电机分别是A内转子径向磁通电机，B 外转子径向磁通电机，C双定子轴向磁通电机，D双转子轴向磁通电机，E单边定子轴向磁通电机，F单边转子轴向磁通电机和G环形绕组轴向磁通电机。

在转矩密度、材料重量、外径、总长度、总体积和效率等方面进行了分析对比，如图
第1章绪论
1-1和图1-2所示。

图1-1 双定子轴向磁通电机图1-2 体积与功率的关系曲线
So-Young Sung，Jae-Hoon Jeong等论文利用有限元分析法，对一个双转子单定子轴向永磁同步发电机进行了电磁场分析，讨论电机输出功率与电机尺寸大小的关系，分析了磁钢内外径处的漏磁现象，分析计算了环形绕组的电阻、电感，最后基于其中一个仿真模型进行了样机实验[15]，如图1-3所示。

图1-3 双转子单定子盘式电机分析模型
如图1-4所示，作者耿伟伟等将转子为halbach阵列结构的无铁芯盘式电机应用于飞轮储能系统，并且通过对定子区域的磁场特征进行分析优化并设计了定子绕组提出了定子绕组导体换流技术。

图1-4 电机机构和磁密云图
通过有限元法分析了磁场分布和定子绕组损耗，线圈中并联的每匝股线呈槽高方向放置，在无铁心区域里，磁场方向为槽高方向，即沿半径方向向里减小，
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磁密在槽顶部和槽低部差别比较大，故对线圈内部导体应用换位技术可以较好的减小线圈导体内部中的环流，而且利兹线的使用也能够减小绕组的涡流损耗[16]。

1.2.2PCB定子盘式永磁同步电机的发展及研究现状
定子采用PCB技术，无定子铁芯，电机的生产制造简单，体积小，质量轻，功率密度高，转矩脉动小，电机结构紧凑。

PCB定子盘式永磁电机设计的关键是PCB绕组的设计。

在国外，对PCB盘式电机的研究开始的较早，在1994年Banitsch R等人设计并制作了盘式直流无刷电动机，其定子绕组没有完全使用PCB工艺，但绕组的导体部分是采用在铜板上蚀刻出绕组形状的方法制作[17]，如图1-5所示。

图1-5 无刷直流电机定子绕组
文献[10]设计了厚度仅为3毫米，外径为17毫米的菱形PCB绕组的小型主轴电机，如图1-6所示，PCB定子有6个菱形线圈组，转子有8极，此菱形绕组减少了绕组端部的长度也减小了绕组铜耗，但是端部长度减小的有限，仍然还有减小的空间。

图1-6 小型轴向磁通主轴电机
D.Gambetta，A.Ahfock设计一个PCB布线方案，把PCB布线解析化，并利用有限元法以及实验验证，对比分析了三种线圈形状：纯径向螺旋形、纯平行螺旋形（平行指各个有效边与分隔相邻两个线圈的径向线条平行）和复合形，纯平
第1章绪论
行设计法的绕组比复合形式的绕组有更高的反电动势[18]。

文献[19]将PCB绕组应用在微型卫星发电机上，解决了应用场合空间狭小的问题，PCB定子简化了设计和不必要的空间，因为尺寸减少已成为纳米卫星飞轮电机设计最重要的方面之一。

Moury S, Iqbal M T设计的楔形PCB绕组为低速海流能发电提供了解决方案，拥有楔形PCB绕组的永磁发电机有着较低的损耗和较高的效率[20]。

文献[21]设计了梯形绕组和圆形绕组结合的新型绕组，并对比分析了新型绕组和其他形状绕组的特性，结果表明新型绕组的性能更好，端部更短。

文献[22]研究了PCB定子绕组的布线形式，分析了螺旋形PCB定子绕组对电机性能的影响，建立了电机的三维解析模型，推导出电机的反电动势等解析式，并且依照定子绕组的相关参数计算了绕组电感，还对绕组铜耗和涡流损耗进行了解析和仿真分析，采用有限元法分析探究了绕组线宽对电机输出功率的影响，如图1-7所示。

Wang X, Li C, Lou F优化分析了六边形绕组，通过优化绕组的倾斜角度提高了转矩与铜耗的比值[23]。

文献[24]将非重叠波形绕组用于高速无铁芯轴向磁通电机，使得电机反电势谐波畸变率相比于之前的传统绕组降低了一半，而且不存在端部效应，提高了电机转矩输出。

文献[25]设计了整数槽两相波形PCB绕组，可以实现较多的极对数，减小了转子铁芯宽度的同时也减小了谐波，提高了电机转矩密度。

可以看出，目前国内外对于PCB定子盘式永磁电机定子绕组的研究主要在绕组线圈的形状及其优化等方面，而在绕组端部的连接方式和定子绕组的有效利用率方面研究的不多。

图1-7 螺旋形绕组电机模型和定子模型
1.3本文的主要研究内容
盘式无铁芯永磁同步电机由于结构紧凑，体积小，质量轻，转矩密度高等特点，越来越受到大家的关注。

因此对盘式无铁芯永磁同步电机的设计与分析进行深入研究就比较有必要。

本文研究的对象是印制电路板技术与盘式电机技术结合的PCB定子盘式无铁芯电机，PCB定子盘式无铁芯电机特别是在电机安装空间有限且需要一定转矩的场合中应用较为广泛。

本论文中的主要研究工作有以下四
个方面：
第一，论文研究了盘式电机的结构特点以及PCB定子盘式永磁同步电机的定子和转子的特点，从绕组的空间利用率、端部大小、绕组损耗和空载反电动势等方面对比分析了不同形式的定子绕组。

又研究了电机电磁场分析理论基础，如电磁场基本分析方法，有限元基本理论。

进而基于magnet电磁仿真软件建立了样机定子、转子以及空气域的求解域模型，为下文的有限元求解奠定了基础。

第二，对PCB定子盘式永磁同步电机的参数进行了解析分析与设计，分析了电机主磁路和空载时永磁体的工作点，得到气隙磁场的解析式。

接着从永磁体的材料、内外径、磁化长度与气隙长度等方面进行了转子磁极设计，接着选择了电机的极数与极弧系数。

然后通过对定子相关参数的影响因素和解析公式等方面对定子绕组的一些关键参数进行了分析设计，包括铜厚、线宽/线距、过孔尺寸、定子板厚以及其他参数。

之后对电机的转子位置传感器的选型和布置也进行了相关分析。

第三，对PCB定子盘式永磁同步电机的定子绕组进行了优化分析，解析分析了定子绕组的绕组系数、铜损耗与涡流损耗。

涡流损耗与定子有效导体宽度呈三次方关系，而导体宽度也与铜耗、匝数和定子电流等参数有关，本文综合考虑涡流损耗、定子电流与电机效率等方面，优化了定子有效导体宽度，得到了满足要求的优化值。

并对定子绕组的端部进行了优化设计，设计出一种新型端部连接方式的绕组，并比较了改进型绕组与其他绕组在空载反电动势、负载输出功率、损耗以及效率等方面的差异。

第四，对PCB定子盘式电机的设计与优化进行有限元空载和负载的仿真分析，与理论分析具有一致性。

并在此基础上制作了样机并进行了样机实验，样机实验的结果与有限元分析结果比较吻合，说明本文的优化与设计分析具有合理性及准确性。

第2章PCB定子盘式永磁同步电机原理和电磁场分析基础
2.1盘式永磁电机结构和特点
盘式电机是轴向永磁同步电机，由于其磁路不同于径向电机，所以其结构形式和特点也就不同于普通径向电机，盘式电机结构非常紧凑，高转矩密度和高功率密度等诸多优点。

1821年，法拉第发明的圆盘式发电机是世界上第一台盘式电机，同时也是世界上的第一台电机，由此可知，盘式电机比径向电机先出现。

由于当时的材料水平，电机的制作工艺，定转子磁拉力等原因使得盘式永磁电机未能得到重视和进一步发展。

而且在径向电机问世后，盘式永磁电机就逐步淡出人们的视线，直到上世纪，由于电机材料和制造工艺的进步使得盘式电机由于其特有的优势再次出现在人们的视野。

盘式电机的结构形式灵活多变，按照定转子数量，磁通路径等特点，既有无铁芯盘式电机又有有铁芯盘式电机；既有双转子结构，也有双定子结构，还有多盘式结构[26]；既有内转子结构，又有外转子结构等。

盘式电机主要结构形式如下。

（1）单边定子单边转子结构如图2-1所示。

单定子单转子盘式电机结构简单，但是由于电机结构不对称只有单边气隙，使得永磁体对定子会产生轴向的磁拉力，会使轴承在轴向发生移动，加大轴承的磨损，降低轴承的使用寿命。

也会加大电机的机械损耗，而且磁场在定子中交变，会引起电机铁耗，这些都降低了电机的效率。

（2）中间定子盘式电机的结构如图2-2所示。

此结构的盘式电机中间是定子，两边是两个转子，结构对称，双边气隙，不存在单定子单转子的轴向磁拉力[27-28]。

一般情况下是定子无槽结构，定子绕组或粘结在铁心上，或均匀环绕在铁心上，形成环形定子绕组。

转子一般采用高性能永磁材料如钕铁硼永磁体粘结在实心钢材构成的圆盘上虽然定子整体受力平衡，但每个转子盘仍然存在单边磁拉力。

此结构的电机也常采用定子无铁芯结构，定子绕组用环氧树脂等材料固化成型，也可以采用PCB（印制电路板）结构的定子，采用无铁芯结构后，定子没有了铁耗，使得电机的效率较高。

且定子没有齿也没有槽，使得电机的转矩脉动小，NVH特性较好，但由于有两个转子，所以该电机的转动惯量较大，动态响应性能不如中间转子结构。

（3）中间转子结构如图2-3所示。

这种结构的电机是由两个定子和一个转子组成，结构对称，双气隙结构，没有单边磁拉力[29]。

定子分为有齿槽铁心和无
齿槽铁芯，有齿槽定子铁心由专用冲卷床加工，随着卷绕的进行改变冲槽间距，冲槽与卷绕一次成形，既能减少硅钢片浪费，又可以减小电机损耗。

此结构电机只有一个转子，能够获得最小的转动惯量，而且散热条件也比较好。

（4）多盘式盘式电机结构如图2-4所示。

多盘式电机的基本结构可以看成是多个中间定子或者是多个中间转子的盘式电机沿轴向级联而成，即是多个定子和转子沿轴向间隔放置组成[30]。

多盘式电机是多气隙结构，在盘式电机的功率和转矩不易满足的场合下可以应用多盘式电机结构来增加电机的功率输出和转矩输出，多盘式电机在大功率盘式电机的方向也引起了越来越多的关注。

盘式电机的多盘式结构能够增加绕组线圈的数量，可大大提高电机的输出能力，在大扭矩直驱的场合特别适用。

5
1-定子绕组 2-永磁体 3-轴承 4-轴 5-机壳
图2-1 单定子单转子盘式电机
51-定子绕组 2-永磁体 3-轴承 4-轴 5-机壳
图2-2 中间定子盘式电机
1-定子绕组 2-永磁体 3-轴承 4-轴 5-机壳
图2-3 中间转子盘式电机
1-定子绕组2-永磁体3-轴承4-轴5-机壳
图2-4 多盘式盘式电机
对于上文提到的几种盘式电机结构来说，单转子单定子结构存在单边磁拉力的问题而且电机的输出性能不佳，在相同体积的永磁体的条件下，双侧转子结构可以比单边转子结构的气隙磁密提升10%左右[1]，所以目前单边结构的盘式电机应用的不多。

中间定子和中间转子结构消除了轴向磁拉力，因为中间转子结构的盘式电机的定子绕组是与电机机壳固定在一起的，所以其散热能力比中间定子有优势，而且中间转子结构的电机的转动惯量小，动态性能得到改善。

2.2PCB定子盘式永磁同步电机的结构特点
相较于传统径向电机，盘式永磁电机有着效率高、结构简单、体积小等多个优点，从而获得了国内和国外相关学者的广泛关注，也已经成为电机加工制作领域里的热点之一，而且其应用范围也得到了不断扩展。

盘式永磁电机的结构特点也就决定了其电机内部的气隙磁场的方向为轴向，永磁盘式电机的发展其实也是轴向磁通电机的发展。

中国在材料、工艺等领域的研究和进步会有效的推进盘式电机的发展。

盘式无铁心电机是基于盘式永磁电机的基础上发展的一种电机，有很多优点，例如其轴向尺寸短、有着比较小的体积、比较紧凑的结构，所以它的重量和转动惯量比较小、效率较高，而且没有铁心损耗和励磁损耗，在速度较低时也能稳定运行、动态时的特性较好，其已经发展成为当前电机发展的一个重要的领域[31]。

基于PCB技术的PCB定子盘式永磁同步电机也属于盘式无铁芯电机，其重要优点之一就是其体积可以做的比较小，结构上更加简洁紧凑。

2.2.1PCB定子盘式永磁电机基本结构
PCB定子盘式永磁电机结构如图2-5所示，PCB定子盘式电机结构一般是中间定子结构，两侧各有一转子。

有内转子和外转子之分，图2-5所示的是内转子。