PCB電機（Printed Circuit Board Motor）是對采用PCB技術制作定子的電機統(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、直線電機和平面電機。

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

與傳統(tǒng)電機定子繞線不同，PCB定子在EDA軟件里完成繞線與層間互聯(lián)設計，就可以導出Gerber文件交付給PCB工廠進行加工。PCB定子加工時，首先在覆銅板上蝕刻出來每層的線路，之后再添加PP半固化片進行壓合，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備，生產(chǎn)出來的PCB定子在參數(shù)一致性，表面平整度，機械強度等各方面參數(shù)都優(yōu)于傳統(tǒng)電機定子。下游客戶收到PCB定子之后可以直接進行總裝，省去了大量的手工作業(yè)環(huán)節(jié)。

軸向磁通電機的PCB定子

直線電機的PCB定子

平面電機的PCB定子

通過PCB工藝制作的定子，能夠?qū)崿F(xiàn)更緊湊的結構設計，使整個電機更輕薄。PCB的精密制造工藝可顯著提升電機繞線精度，實現(xiàn)更加靈活的繞線方式，進而提升效率，降低噪聲。

傳統(tǒng)繞線定子與明陽電路設計的PCB定子

在傳統(tǒng)認知中，PCB 電機多應用于計算機硬盤驅(qū)動器（HDD）、小型風扇、精密儀器散熱模塊等低速、小功率場景。

但隨著多層厚銅PCB、寬禁帶半導體驅(qū)動技術、軟磁復合材料（SMC）等技術的迭代發(fā)展，已經(jīng)可以逐步解決曾經(jīng)阻礙PCB電機發(fā)展的各種技術難題。PCB電機的應用已逐步向更高功率、工況更復雜的機器人、航空電機、泵以及電動汽車等領域拓展。

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

結構輕量化與緊湊性

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

• 軸向長度壓縮：軸向磁通設計使電機軸向長度減少 40%以上，如下圖應用于電動汽車水泵的PCB電機軸向長度從24.4mm降至14.4mm。

傳統(tǒng)汽車水泵與PCB電機汽車水泵

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：適合如無人機、機器人關節(jié)等對安裝空間敏感的場景。

高效率與低噪音

• 無鐵心損耗：定子無鐵芯時，消除磁滯與渦流損耗，提升效率。

• 低銅損：PCB定子可以靈活實現(xiàn)各種繞組圖案，如集中式繞組，分布式繞組或利茲線繞組，可以大大減少電機端部尺寸。同時通過靈活調(diào)整導體線寬和拓撲結構。

  如下圖中，不同繞組拓撲的PCB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。

  
  

不同拓撲結構的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：無鐵芯結構加上FR-4的磁導率與空氣相近，因而幾乎不會產(chǎn)生電磁齒槽轉(zhuǎn)矩，消除齒槽效應，電機運行更平穩(wěn)，噪聲更低。適合半導體、醫(yī)療設備等對噪聲敏感的場景。

功率密度高與高伺服性能

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

• 轉(zhuǎn)矩波動小 ：PCB定子可顯著降低電機反電動勢中的諧波分量，可以顯著減少轉(zhuǎn)矩波動（Torque Ripple）。

• 動態(tài)響應快：PCB電機無鐵心時沒有齒槽效應，因此可以實現(xiàn)毫秒級動態(tài)響應，適合需要快速啟停的工況。

可靠性與熱管理

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

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

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

制造與成本優(yōu)勢

• 設計靈活：PCB定子打樣周期短，可根據(jù)研發(fā)需求快速修改繞組拓撲，無需開模，可以降低前期投入，縮短研發(fā)周期。

• 量產(chǎn)成本低：通過PCB工藝可以大規(guī)模自動化生產(chǎn)，對于電機廠來說，無需追加繞線機、嵌線臺等專用設備，即可實現(xiàn)大規(guī)模自動化生產(chǎn)，突破批量瓶頸。同時PCB 定子“一體成型、即插即用”，大大減少了電機的組裝工序和人工成本，綜合成本更具優(yōu)勢。

針對PCB定子電機，明陽電路可提供從參數(shù)計算，繞組設計，損耗計算，有限元分析到生產(chǎn)制造的一站式服務。

明陽電路從2020年就開始進行PCB定子的生產(chǎn)研發(fā)工作，在5年的時間里完成了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。

明陽電路九江生產(chǎn)基地

為了進一步提高PCB定子的生產(chǎn)良率，壓縮生產(chǎn)周期。明陽電路結合PCB定子的產(chǎn)品特點，從線路蝕刻、壓合、鉆孔、填孔、阻焊、檢測和測試等各個環(huán)節(jié)，研發(fā)定制了各種專業(yè)生產(chǎn)設備并建立起來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

為了進一步滿足客戶的需求，明陽電路組建了完整的PCB電機設計團隊，可為客戶提供PCB定子方案設計、電磁仿真、熱仿真與測試和PCB設計服務。

PCB電機仿真

明陽電路“設計-制造-研發(fā)”三位一體的專業(yè)團隊，可為全球客戶提供從PCB定子方案設計到生產(chǎn)制造的全套服務。目前已經(jīng)的PCB定子產(chǎn)品已經(jīng)覆蓋機器人關節(jié)、汽車水泵、風機、發(fā)電機等多個產(chǎn)品類型。

機器人肘關節(jié)PCB定子

直徑68.6mm 功率200w 轉(zhuǎn)速 7200rpm

機器人指關節(jié)PCB定子

直徑19mm  轉(zhuǎn)速 3600rpm

風能發(fā)電機PCB定子

功率500w 直徑250mm  轉(zhuǎn)速500rpm

如您有任何PCB電機需求，發(fā)送郵件到[email protected]，我們會在收到郵件的第一時間與您聯(lián)系。