PCB電機(jī)（Printed Circuit Board Motor）是對(duì)采用PCB技術(shù)制作定子的電機(jī)統(tǒng)稱。PCB繞線定子已成為替代傳統(tǒng)線圈繞組的可行性方案，適用于軸向磁通電機(jī)、直線電機(jī)和平面電機(jī)。

傳統(tǒng)電機(jī)定子的繞線加工，流程分為四個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：繞線、嵌線、線圈灌封、環(huán)氧固化。

與傳統(tǒng)電機(jī)定子繞線不同，PCB定子在EDA軟件里完成繞線與層間互聯(lián)設(shè)計(jì)，就可以導(dǎo)出Gerber文件交付給PCB工廠進(jìn)行加工。PCB定子加工時(shí)，首先在覆銅板上蝕刻出來(lái)每層的線路，之后再添加PP半固化片進(jìn)行壓合，壓合完成之后再做外層鉆孔，鍍孔，表面處理和成型等工序。受益于PCB產(chǎn)線成熟的加工工藝和設(shè)備，生產(chǎn)出來(lái)的PCB定子在參數(shù)一致性，表面平整度，機(jī)械強(qiáng)度等各方面參數(shù)都優(yōu)于傳統(tǒng)電機(jī)定子。下游客戶收到PCB定子之后可以直接進(jìn)行總裝，省去了大量的手工作業(yè)環(huán)節(jié)。

軸向磁通電機(jī)的PCB定子

直線電機(jī)的PCB定子

平面電機(jī)的PCB定子

通過(guò)PCB工藝制作的定子，能夠?qū)崿F(xiàn)更緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使整個(gè)電機(jī)更輕薄。PCB的精密制造工藝可顯著提升電機(jī)繞線精度，實(shí)現(xiàn)更加靈活的繞線方式，進(jìn)而提升效率，降低噪聲。

傳統(tǒng)繞線定子與明陽(yáng)電路設(shè)計(jì)的PCB定子

在傳統(tǒng)認(rèn)知中，PCB 電機(jī)多應(yīng)用于計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器（HDD）、小型風(fēng)扇、精密儀器散熱模塊等低速、小功率場(chǎng)景。

但隨著多層厚銅PCB、寬禁帶半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)技術(shù)、軟磁復(fù)合材料（SMC）等技術(shù)的迭代發(fā)展，已經(jīng)可以逐步解決曾經(jīng)阻礙PCB電機(jī)發(fā)展的各種技術(shù)難題。PCB電機(jī)的應(yīng)用已逐步向更高功率、工況更復(fù)雜的機(jī)器人、航空電機(jī)、泵以及電動(dòng)汽車等領(lǐng)域拓展。

與傳統(tǒng)電機(jī)相比PCB電機(jī)具有顯著優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下方面：

結(jié)構(gòu)輕量化與緊湊性

• 重量減輕：PCB定子無(wú)鐵芯時(shí)，重量比傳統(tǒng)電機(jī)減輕 30%~50%。

• 軸向長(zhǎng)度壓縮：軸向磁通設(shè)計(jì)使電機(jī)軸向長(zhǎng)度減少 40%以上，如下圖應(yīng)用于電動(dòng)汽車水泵的PCB電機(jī)軸向長(zhǎng)度從24.4mm降至14.4mm。

傳統(tǒng)汽車水泵與PCB電機(jī)汽車水泵

圖源：Design for Loss Reduction in a Compact AFPM Electric Water Pump with a PCB Motor. Energies 2025, 18,2538. 

• 空間利用率高：適合如無(wú)人機(jī)、機(jī)器人關(guān)節(jié)等對(duì)安裝空間敏感的場(chǎng)景。

高效率與低噪音

• 無(wú)鐵心損耗：定子無(wú)鐵芯時(shí)，消除磁滯與渦流損耗，提升效率。

• 低銅損：PCB定子可以靈活實(shí)現(xiàn)各種繞組圖案，如集中式繞組，分布式繞組或利茲線繞組，可以大大減少電機(jī)端部尺寸。同時(shí)通過(guò)靈活調(diào)整導(dǎo)體線寬和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

  如下圖中，不同繞組拓?fù)涞腜CB定子示意圖：

  a) 重疊式波繞組（并聯(lián)支路）。
  b) 非重疊式同心波繞組（徑向出線）。
  c) 重疊式同心波繞組（徑向出線）。
  d) 重疊式同心波繞組單相繞組在PCB的頂層與底層分布。

  
  

不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的PCB定子

圖源：A Comparative Analysis of Wave Winding Topologies and Performance Characteristics in Ultra-thin Printed Circuit Board Axial-Flux Permanent Magnet Machine. IET Electric Power Applications.

• 零齒槽轉(zhuǎn)矩：無(wú)鐵芯結(jié)構(gòu)加上FR-4的磁導(dǎo)率與空氣相近，因而幾乎不會(huì)產(chǎn)生電磁齒槽轉(zhuǎn)矩，消除齒槽效應(yīng)，電機(jī)運(yùn)行更平穩(wěn)，噪聲更低。適合半導(dǎo)體、醫(yī)療設(shè)備等對(duì)噪聲敏感的場(chǎng)景。

功率密度高與高伺服性能

• 高功率密度：PCB電機(jī)定子的核心是 “多層PCB板”，通過(guò)光刻工藝將導(dǎo)電銅箔直接印制在PCB板上，形成 “平面繞組”，層間銅滿率可達(dá)到 60-75%，可以實(shí)現(xiàn)更高的功率密度。

• 轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小 ：PCB定子可顯著降低電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)中的諧波分量，可以顯著減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)（Torque Ripple）。

• 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快：PCB電機(jī)無(wú)鐵心時(shí)沒(méi)有齒槽效應(yīng)，因此可以實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，適合需要快速啟停的工況。

可靠性與熱管理

• 抗震性強(qiáng)：PCB定子的線圈被環(huán)氧樹脂和玻纖布固化在PCB中，沒(méi)有松散的圓線、槽楔、綁帶。因此整體性更強(qiáng)，抗機(jī)械振動(dòng)能力優(yōu)于繞線電機(jī)。

• 壽命長(zhǎng)：PCB定子由用銅、玻璃纖維布和環(huán)氧樹脂等構(gòu)成，材料的熱膨脹系數(shù)經(jīng)過(guò)匹配，在溫度變化時(shí)，整個(gè)定子板能夠像一塊均質(zhì)板材一樣協(xié)同膨脹收縮，極大降低了熱應(yīng)力，顯著提升了長(zhǎng)期循環(huán)壽命下的可靠性。

• 直接冷卻：PCB定子可以將防護(hù)面100%泡在油或水里，支持油冷或液冷，傳統(tǒng)電機(jī)機(jī)殼加水套之后與液體的接觸面積小。
  

制造與成本優(yōu)勢(shì)

• 設(shè)計(jì)靈活：PCB定子打樣周期短，可根據(jù)研發(fā)需求快速修改繞組拓?fù)洌瑹o(wú)需開模，可以降低前期投入，縮短研發(fā)周期。

• 量產(chǎn)成本低：通過(guò)PCB工藝可以大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)，對(duì)于電機(jī)廠來(lái)說(shuō)，無(wú)需追加繞線機(jī)、嵌線臺(tái)等專用設(shè)備，即可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)，突破批量瓶頸。同時(shí)PCB 定子“一體成型、即插即用”，大大減少了電機(jī)的組裝工序和人工成本，綜合成本更具優(yōu)勢(shì)。

針對(duì)PCB定子電機(jī)，明陽(yáng)電路可提供從參數(shù)計(jì)算，繞組設(shè)計(jì)，損耗計(jì)算，有限元分析到生產(chǎn)制造的一站式服務(wù)。

明陽(yáng)電路從2020年就開始進(jìn)行PCB定子的生產(chǎn)研發(fā)工作，在5年的時(shí)間里完成了PCB定子從研發(fā)打樣到大規(guī)模批量生產(chǎn)的挑戰(zhàn)，積累了大量的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

明陽(yáng)電路九江生產(chǎn)基地

為了進(jìn)一步提高PCB定子的生產(chǎn)良率，壓縮生產(chǎn)周期。明陽(yáng)電路結(jié)合PCB定子的產(chǎn)品特點(diǎn)，從線路蝕刻、壓合、鉆孔、填孔、阻焊、檢測(cè)和測(cè)試等各個(gè)環(huán)節(jié)，研發(fā)定制了各種專業(yè)生產(chǎn)設(shè)備并建立起來(lái)全流程的工藝和品質(zhì)管控體系。

Burkle壓合系統(tǒng)

可滿足6-10oz厚銅壓合填膠

為了進(jìn)一步滿足客戶的需求，明陽(yáng)電路組建了完整的PCB電機(jī)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，可為客戶提供PCB定子方案設(shè)計(jì)、電磁仿真、熱仿真與測(cè)試和PCB設(shè)計(jì)服務(wù)。

PCB電機(jī)仿真

明陽(yáng)電路“設(shè)計(jì)-制造-研發(fā)”三位一體的專業(yè)團(tuán)隊(duì)，可為全球客戶提供從PCB定子方案設(shè)計(jì)到生產(chǎn)制造的全套服務(wù)。目前已經(jīng)的PCB定子產(chǎn)品已經(jīng)覆蓋機(jī)器人關(guān)節(jié)、汽車水泵、風(fēng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等多個(gè)產(chǎn)品類型。

機(jī)器人肘關(guān)節(jié)PCB定子

直徑68.6mm 功率200w 轉(zhuǎn)速 7200rpm

機(jī)器人指關(guān)節(jié)PCB定子

直徑19mm  轉(zhuǎn)速 3600rpm

風(fēng)能發(fā)電機(jī)PCB定子

功率500w 直徑250mm  轉(zhuǎn)速500rpm

如您有任何PCB電機(jī)需求，發(fā)送郵件到salesteam@sunshinepcbmall.com，我們會(huì)在收到郵件的第一時(shí)間與您聯(lián)系。