CN101355283A - 永磁无刷直流电动机 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种永磁无刷直流电动机，包括机壳、前端盖、后端盖、定子、转子以及位置传感器，所述定子包括定子铁心与绕组，所述定子铁心的内侧设有多个齿槽，而所述齿槽中穿有所述绕组，所述转子包括转轴、转子铁心以及至少一对磁钢，所述转子铁心套接在所述转轴上，而所述磁钢设置于转子铁心的***，所述位置传感器包括电路板以及与电路板相连的霍尔元件，其中，所述定子铁心的齿槽内设有用于导磁的导磁镶条，所述转子磁钢的横截面为中间厚度大于两边缘厚度的弧形，所述位置传感器的霍尔元件邻近于所述转子磁钢的端部，并将所述转子磁钢的漏磁作为霍尔元件的运行信号。本发明的永磁无刷直流电动机可有效节省生产成本，并改善电机工作性能。

Description

永磁无刷直流电动机

技术领域

本发明涉及一种电动机，尤其涉及一种永磁无刷直流电动机。

背景技术

永磁无刷直流电动机是电子技术和传统电机技术相结合的机电一体化新型电机，它与传统有刷电机具有相同的线性机械特性，而且还具有调速范围宽、启动力矩大、效率高、容易控制等较佳的性能，因此得到了广泛的应用。

永磁无刷直流电动机主要由定子、转子以及位置传感器组成。其中，定子包括定子铁心与绕组，转子包括转轴、转子铁心与磁钢，而位置传感器包括线路板与霍尔元件。在常规的永磁无刷直流电动机中，定子铁心是采用硅钢片制成的有槽冲片迭铆或焊接而成，而转子中磁性能较强的磁钢形状多采用星形、圆筒形、矩形或者瓦形，然而磁钢的种类、形状、尺寸大小与定子铁心的槽数、形状、尺寸大小有着密切的关联，两者搭配得当电机运行平稳且轻松灵活，反之则会出现较大的磁阻力矩，并且现有的定子铁心由于齿槽的存在会造成电动机气隙磁导不均匀，因此使磁阻力矩始终存在，而现有的转子磁钢由于形状的原因使聚磁效果差，磁极之间漏磁大，装配工艺性能比较差。

现有的永磁无刷直流电动机中，位置传感器接收磁极信号通常是利用转子上的磁钢产生磁极信号，或是在电机轴上加装辅助磁钢专门为位置传感器提供磁极信号。在这两种方式中，前一种要么需增加电机的长度，要么需将霍尔元件***定子铁心槽中，而后一种需要开模进行生产，因此在上述设计中，如果增加电机的长度或开模生产，必将增加成本，如果将霍尔元件***定子铁心槽内，由于定子铁心在电机的连续工作中会产生高温，必将使霍尔元件的工作变得不可靠。因此，现有技术中的永磁无刷直流电动机无论是定子、转子还是位置传感器皆具有不够完善的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种永磁无刷直流电动机，在不增加成本的情况下，可有效改善电动机性能。

本发明的发明目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的永磁无刷直流电动机包括机壳、前端盖、后端盖、定子、转子以及位置传感器，所述前端盖与所述后端盖分别安装于所述机壳的两端，所述定子、转子以及位置传感器皆设置于所述机壳内，其中，所述定子包括定子铁心与绕组，所述定子铁心的内侧设有多个齿槽，而所述齿槽中穿有所述绕组，所述转子包括转轴、转子铁心以及至少一对磁钢，所述转子铁心套接在所述转轴上，而所述磁钢设置于转子铁心的***，所述位置传感器包括电路板以及与电路板相连的霍尔元件，其特征在于：所述定子铁心的齿槽内设有用于导磁的导磁镶条，所述转子磁钢的横截面为中间厚度大于两边缘厚度的弧形，所述位置传感器的霍尔元件邻近于所述转子磁钢的端部，并将所述转子磁钢的漏磁作为霍尔元件的运行信号。

在上述结构基础上，其中：

所述导磁镶条呈条状，设置于所述齿槽的槽口处，并且所述齿槽内侧靠近所述槽口处卡合设有槽楔，而所述导磁镶条与所述槽楔之间牢固连接。

所述导磁镶条的宽度与所述齿槽槽口的宽度相等，所述导磁镶条的轴向长度与所述定子铁心的轴向长度相等，且所述导磁镶条的外表面与所述定子铁心的内圆相平。

所述转子铁心与所述磁钢相接触的表面皆为平面，并且所述磁钢与所述转子铁心相接触的表面亦为平面。

所述磁钢两边缘的厚度与磁钢中间的厚度的比值在0～1/3范围内。

所述转子铁心设有定位槽，用于容置所述磁钢的底部，防止所述磁钢脱离所述转子铁心，磁钢的长度与转子铁心的轴向长度相等。

所述转子铁心上相邻的磁钢极性相间，并且所述转子铁心在相邻的磁钢之间具有凹陷区域。

所述电路板与所述磁钢端部之间具有间距，所述间距使得霍尔元件可接收到磁钢端部的漏磁。

所述电路板中部具有通路，所述转轴的一端穿过所述电路板的通路，并通过轴承定位在所述后端盖上，另一端通过另一个轴承定位在所述前端盖上。

所述后端盖上具有支撑部，自用于容置轴承的轴承壁向外延伸，所述电路板固定设置在所述后端盖内侧的支撑部上。

本发明的永磁无刷直流电动机，通过在定子铁心的齿槽中设置导磁镶条，可有效减小磁阻力矩，改善磁电性能，而采用弧形磁钢的设计，使得转子磁钢的中心磁力最强，聚磁效果更集中，从而可降低磁钢成本，提升电机性能，最后通过利用位置传感器邻近于转子磁钢的设计方式，可直接将转子磁极端部的漏磁作为位置传感器的运行信号，从而可有效降低成本，减轻装配工艺难度，并使电机具有好的工作性能。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。

图1为本发明的永磁无刷直流电动机的立体分解图；

图2为本发明的永磁无刷直流电动机组装后的剖面示意图；

图3为本发明的永磁无刷直流电动机定子的局部放大图；

图4为本发明的永磁无刷直流电动机的转子组装后的剖面示意图；

图5为本发明的永磁无刷直流电动机的转子磁钢的立体示意图；

图6为本发明的永磁无刷直流电动机转子的聚磁效果示意图；

图7为本发明的永磁无刷直流电动机的位置传感器与后端盖的剖面示意图；

图8为本发明的永磁无刷直流电动机的电路板的主视图。

具体实施方式

请同时参阅图1与图2所示为本发明的永磁无刷直流电动机，其包括机壳1、前端盖2、后端盖3、定子4、转子5以及位置传感器6。所述机壳1呈筒状，定子4、转子5以及位置传感器6皆设置于机壳1的内部，前端盖2与后端盖3分别安装于机壳1的两开口端。

本发明的定子4包括定子铁心40、绕组42、绝缘部件44、槽楔46以及导磁镶条48。定子铁心40的内侧边缘设有多个齿槽400，绕组42自铁心40的齿槽400中穿过，而所述绝缘部件44、槽楔46以及导磁镶条48皆设置于定子铁心40的每个齿槽400中，请参阅图3为定子4的一个齿槽400的放大图。

齿槽400具有较窄的槽口402，所述较窄的槽口402通过槽口402两侧的一对凸出部404形成。每个齿槽400的内部收容空间皆有所述绕组42穿过，并且齿槽400的内部边缘设有所述绝缘部件44，包覆于所述绕组42的***，且绝缘部件44的两端部重叠接合。所述槽楔46设在齿槽400收容空间内部并邻近于所述槽口402，且被槽口402两侧的凸出部404所卡合，从而可压紧绝缘部件44的两重叠端。在本实施方式中，所述槽楔46为钢纸板。

导磁镶条48用于导磁，设置在每个齿槽400内，其呈平直条状，并被轴向固定至齿槽400的槽口402处。所述导磁镶条48与槽楔46相邻，并且二者之间通过粘胶牢固连接，在粘接完成后，需与定子铁心40一起浸漆。导磁镶条48的宽度与齿槽400槽口402的宽度相等，并且导磁镶条48的轴向长度与定子铁心40的轴向长度相等，而导磁镶条48的外表面与定子铁心40的内圆相平。导磁镶条48的形状及尺寸需与齿槽400的槽口402的形状与尺寸相对应，用于完全封闭齿槽400的槽口402。在本实施方式中，所述导磁镶条48的材质与定子铁心40的材质相近或相同。

请结合图1、图2、图4、图5所示，本发明的转子5包括转子铁心50、磁钢52、钢套54以及转轴56。转轴56穿过转子铁心50的中空部，并伸出于前端盖2与后端盖3的外表面。转轴56通过轴承20、30定位至前端盖2及后端盖3上，并且轴承30与后端盖3之间设有波形弹性垫圈32与一对调整垫圈34。

磁钢52环绕设置于转子铁心50的***。磁钢52为条状，并且横截面呈弧形，磁钢52横截面中间的厚度d1远大于两边缘的厚度d2。当两边缘的厚度d2增加或减少时，横截面中间的厚度d1亦随着做相应的增加或减少。在本实施方式中，磁钢52两边缘的厚度d2与磁钢52中间的厚度d1的比值在0～1/3的范围内。在本实施方式中，磁钢52为烧结钕铁硼磁钢，并且数量为4个。

转子铁心50的截面为具有凹口500的多边形，并且转子铁心50具有中空部，用于套接在转轴56上。在本实施方式中，转子铁心50的截面为具有四个凹口500的正方形，并且凹口500为圆弧曲面。在转子铁心50的每个侧面上皆设有向内凹陷的定位槽(未示出)，用于容置磁钢52的底部，即容置磁钢52边缘厚度为d2处的底部，可防止磁钢52脱离所述转子铁心50。

环绕于转子铁心50上的相邻两个磁钢52之间极性相间。转子铁心50与磁钢52相接触的表面皆为平面，并且磁钢52与转子铁心50相接触的表面亦为平面。在本实施方式中，磁钢52的长度与转子铁心50的轴向长度相等，并且二者通过粘胶固定连接。转子铁心50在磁钢52相邻的位置处皆具有由多个凹口500组成的凹陷区域500，凹陷区域500的设置用于减小磁钢52的漏磁。所述钢套54紧箍在转轴56、转子铁心50及磁钢52的外侧，用以固定和保护磁极。

请参阅图6所示为本发明的永磁无刷直流电动机转子5在开路状态的聚磁效果示意图。转子5磁钢52的中心磁力最强，且聚磁效果较为集中，从而可降低磁钢成本，提升电机性能。

请参阅图7，所示为本发明的永磁无刷直流电动机的位置传感器6与后端盖3的剖面示意图。所述位置传感器6设置于后端盖3的内侧，并且位置传感器6包括电路板60、霍尔元件62以及引出线64(请同时参阅图2所示)。霍尔元件62设置于电路板60上，在本实施方式中，是通过焊接方式将霍尔元件62固定至电路板60上。电路板60固定于后端盖3上，并且后端盖3的中部具有轴承壁32围成的轴承室，用于容置定位转轴56的轴承30。后端盖3的轴承壁32向外延伸出支撑部320，所述电路板60被固定在该支撑部320上。在本实施方式中，电路板60通过螺钉(图未示)固定在后端盖3的支撑部320上。引出线64分为两部分，其中一部分与该位置传感器6的电路板60相连，另一部分与定子4相连。引出线64穿过后端盖3，并且二者之间通过护套640相固定，起到保护引出线64的作用。

请同时参阅图8，所示为本发明的永磁无刷直流电动机的电路板60的主视图。电路板60的中部具有通路600，可供所述转子5的转轴56穿过，并且电路板60上还设有用于设置霍尔元件62的焊接区域602、用于连接引出线64的固定区域604、以及用于固定电路板60的螺钉插孔606。

本发明的永磁无刷电动机，电路板60固定在后端盖3轴承壁32延伸出来的支撑部320的顶端，此时霍尔元件62邻近于转子磁钢52的端部，用于采集磁钢52端部的漏磁，并将磁钢52的漏磁作为霍尔元件62的运行信号。电机设计时，电路板60与转子磁钢52之间具有一预设的间距，该间距的尺寸需使得霍尔元件62具有接收磁钢52端部漏磁的能力。

本发明永磁无刷直流电动机的定子4，采用在定子铁心40的齿槽400内镶嵌与定子铁心40同一类材质的导磁镶条48，可有效降低磁阻力矩，改善磁电性能，在未加装导磁镶条48时，电机不通电，电机轴套上套筒，缠上棉线，采用拉力计测量电机轴均匀连续转动时，拉力为175g，当在定子铁心40的齿槽400内装入1片导磁镶条48时，相同条件下测得结果为70g，事实证明，在定子铁心40的齿槽400内装入导磁镶条48后，减小了电动机的齿槽效应，使得有槽的永磁无刷直流电动机接近无槽形式的永磁无刷直流电动机，从而达到产品使用要求；本发明永磁无刷直流电动机的转子5采用弧形磁钢52与转子铁心50相互配合的特殊设计，使得永磁无刷直流电动机的磁路合理，并且转子铁心50上磁钢定位槽504的设计，保证了磁钢52在转子铁心50上的均匀分布，尤其是相邻磁钢52之间转子铁心50的凹陷区域的设计，可有效减小磁钢的漏磁，使得磁钢磁性能得到最大限度的发挥，从而减小了永磁无刷直流电动机的磁阻力矩，使电机运行平稳，尤其在低速时更显优越；而本发明的永磁无刷直流电动机的位置传感器6利用后端盖3轴承壁32的延伸，将位置传感器6的电路板60安装于轴承壁32的顶端，可直接将转子5磁极端部的漏磁作为电机运行信号，取消了现有技术的信号磁钢，并缩短了电机长度，从而有效降低生产成本，减轻装配工艺难度；因此，以上所述的永磁无刷直流电动机节省了成本，并有效改善了电动机的工作性能。

以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种永磁无刷直流电动机，包括机壳、前端盖、后端盖、定子、转子以及位置传感器，所述前端盖与所述后端盖分别安装于所述机壳的两端，所述定子、转子以及位置传感器皆设置于所述机壳内，其中，所述定子包括定子铁心与绕组，所述定子铁心的内侧设有多个齿槽，而所述齿槽中穿有所述绕组，所述转子包括转轴、转子铁心以及至少一对磁钢，所述转子铁心套接在所述转轴上，而所述磁钢设置于转子铁心的***，所述位置传感器包括电路板以及与电路板相连的霍尔元件，其特征在于：

所述定子铁心的齿槽内设有用于导磁的导磁镶条，所述转子磁钢的横截面为中间厚度大于两边缘厚度的弧形，所述位置传感器的霍尔元件邻近于所述转子磁钢的端部，并将所述转子磁钢的漏磁作为霍尔元件的运行信号。

2.根据权利要求1所述的永磁无刷直流电动机，其特征在于：所述导磁镶条呈条状，设置于所述齿槽的槽口处，并且所述齿槽内侧靠近所述槽口处卡合设有槽楔，而所述导磁镶条与所述槽楔之间牢固连接。

3.根据权利要求2所述的永磁无刷直流电动机，其特征在于：所述导磁镶条的宽度与所述齿槽槽口的宽度相等，所述导磁镶条的轴向长度与所述定子铁心的轴向长度相等，且所述导磁镶条的外表面与所述定子铁心的内圆相平。

4.根据权利要求1所述的永磁无刷直流电动机，其特征在于：所述转子铁心与所述磁钢相接触的表面皆为平面，并且所述磁钢与所述转子铁心相接触的表面亦为平面。

5.根据权利要求4所述的永磁无刷直流电动机，其特征在于：所述磁钢两边缘的厚度与磁钢中间的厚度的比值在0～1/3范围内。

6.根据权利要求5所述的永磁无刷直流电动机，其特征在于：所述转子铁心设有定位槽，用于容置所述磁钢的底部，防止所述磁钢脱离所述转子铁心，磁钢的长度与转子铁心的轴向长度相等。

7.根据权利要求6所述的永磁无刷直流电动机，其特征在于：所述转子铁心上相邻的磁钢极性相间，并且所述转子铁心在相邻的磁钢之间具有凹陷区域。

8.根据权利要求1所述的永磁无刷直流电动机，其特征在于：所述电路板与所述磁钢端部之间具有间距，所述间距使得霍尔元件可接收到磁钢端部的漏磁。

9.根据权利要求8所述的永磁无刷直流电动机，其特征在于：所述电路板中部具有通路，所述转轴的一端穿过所述电路板的通路，并通过轴承定位在所述后端盖上，另一端通过另一个轴承定位在所述前端盖上。

10.根据权利要求9所述的永磁无刷直流电动机，其特征在于：所述后端盖上具有支撑部，自用于容置轴承的轴承壁向外延伸，所述电路板固定设置在所述后端盖内侧的支撑部上。

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