CN101414774B - 无刷直流电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种无刷直流电机。根据本发明，由于可以防止感应电压的最大值部分和最小值部分的失真现象，因此可以提高电机性能。本发明所提供的无刷直流电机，包含形成有多个沟槽及齿(teeth)的定子、设置在所述定子内侧的形成有磁铁埋入孔及防漏磁孔的转子铁芯和设置在所述磁铁埋入孔的永久磁铁，所述防漏磁孔具有沿着所述转子铁芯外周缘与所述转子铁芯外周缘相隔开的防漏磁孔外周缘，并形成从所述防漏磁孔外周缘向所述转子铁芯内部弯曲的弯曲孔。

Description

无刷直流电机
技术领域
本发明涉及一种无刷直流电机，尤其涉及对防漏磁孔结构进行改进的无刷直流电机。
背景技术
一般来说，驱动装置广泛应用于生产家电设备及工业设备等的工业领域。在这种驱动装置中，具有代表性的是利用电力驱动的电动机。
电动机根据其使用目的分为很多种。其中的无刷直流电机(BrushlessDirect Current Motor)尤其具有如下特点：不具有换向器及电刷等机械性的接触部分、可以减小体积及重量、可易于控制速度。由此，不仅防止发生电磨损及机械磨损以及噪声，而且与具有电刷的电机相比具有相对更长的使用寿命，因而其使用范围正逐步扩大。
现有的无刷直流电机包含：定子；设置在定子内侧的形成有磁铁埋入孔的转子铁芯；埋入到磁铁埋入孔的永久磁铁；铆接到转子铁芯两个侧面的上部及下部盖板。
但是，现有技术存在为防止永久磁铁上发生的漏磁现象而形成在磁铁埋入孔两端的防漏磁孔无法有效地防止漏磁的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的，本发明的目的在于提供一种可以预防在感应电压的最大值部分及最小值部分出现的失真现象的无刷直流电机。
并且，本发明的另一目的在于提供一种可以提高电机性能并易于控制的无刷直流电机。
为了实现上述目的，本发明所提供的无刷直流电机，包含形成有多个沟槽及齿(teeth)的定子、设置在所述定子内侧的形成有磁铁埋入孔及防漏磁孔的转子铁芯和设置在所述磁铁埋入孔的永久磁铁，其特征在于：所述防漏磁孔具有沿着所述转子铁芯外周缘与所述转子铁芯外周缘相隔开的防漏磁孔外周缘，并形成从所述防漏磁孔外周缘向所述转子铁芯内部弯曲的弯曲孔。
优选地，所述防漏磁孔进一步包含与所述弯曲孔相连通的泄漏孔主体，而所述弯曲孔包含：与所述泄漏孔主体的一侧端部相连通并从所述防漏磁孔外周缘开始向所述转子铁芯内部弯曲的弯曲部；从所述弯曲部向所述转子铁芯内部倾斜延伸的倾斜部；形成所述倾斜部末端的端部。
优选地，所述弯曲部向所述磁铁埋入孔的中心方向弯曲。
优选地，所述弯曲孔关于所述磁铁埋入孔中心和所述转子铁芯中心所连成的直线与相邻的其他弯曲孔相向而布置。
优选地，所述端部布置在第一角和第二角之间，其中，所述第一角由所述转子铁芯中心和相当于根据下式确定的齿数X的多个相邻齿的外侧末端所构成，而所述第二角由对所述第一角的外侧所相邻的一对沟槽进行二等分的线构成，用于确定所述齿数X的式子为：
齿数X＝定子的总沟槽数/(转子极数×电源数)。
优选地，所述倾斜部和所述端部相遇的终点布置在所述防漏磁孔外周缘的延长线与构成所述第一角的直线相遇的点和从所述弯曲部平行于所述磁铁埋入孔截面的长度方向延伸的线之间。
优选地，所述弯曲孔的弯曲部布置在所述第二角和从所述转子铁芯中心延长并对所述第二角的外侧所相邻的一对齿进行二等分的线所构成的第三角之间。
优选地，所述磁铁埋入孔具有长方形截面形状，且以各磁铁埋入孔的端部互相分离一定距离的状态布置为环绕转轴的形态。
优选地，所述倾斜部的宽度等于与所述倾斜部相连接的所述泄漏孔主体的宽度。
根据本发明，可以预防在感应电压的最大值部分及最小值部分出现的失真现象，从而提高电机性能。
并且，可以提高电机的可控制性，因而可以提高产品的可靠性。
附图说明
图1为根据本发明的示例性实施例的无刷直流电机的截面图；
图2为对图1的弯曲孔加以放大的截面图；
图3为对图2的倾斜部加以放大的截面图；
图4A为表示依据现有技术的无刷直流电机的磁通流动的磁通流动图；
图4B为表示图4A的定子齿处的磁通流动的磁通流动线图；
图4C为用感应电压表示图4B的磁通流动的感应电压线图；
图4D为表示与图4A的磁通流动对应的感应电压变化的线图；
图5A为表示依据本发明的无刷直流电机的磁通流动的磁通流动图；
图5B为用于根据转子的旋转说明图5A的定子齿处的磁通流动的概要图；
图5C为用于根据转子的旋转说明图5A的定子齿处的磁通流动的概要图；
图5D为表示图5B及图5C所示定子齿处的对应于转子铁芯的旋转的磁通流动的线图；
图5E为用感应电压的变化表示图5D的磁通流动的线图；
图5F为表示与图5A的磁通流动对应的感应电压变化的线图。
主要符号说明：100为无刷直流电机，110为定子，111为磁轭，113为沟槽，T为齿，117为线圈，120为转子铁芯，121为磁铁埋入孔，123为永久磁铁，125为转轴，140为防漏磁孔，141为泄漏孔主体，143为防漏磁孔外周缘，150为弯曲孔，151为弯曲部，153为倾斜部，155为端部。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明。
图1为表示根据本发明示例性实施例的无刷直流电机概略结构的截面图，图2为对图1的弯曲孔部分进行放大的截面图，图3为对图2的倾斜部进行放大的截面图。
本发明所提供的无刷直流电机100包含定子110、转子铁芯120、防漏磁孔140、以及弯曲孔150。
如图1所示，根据示例性实施例所提供的定子110通过层叠磁性钢板而大致形成为圆筒形状。定子110形成有多个沟槽113。定子110进一步包含磁轭111、齿T及线圈117。
如图1所示，磁轭111形成定子110的包含外周缘的外形，其由磁性钢板层叠而成，具有圆筒形状。
如图1所示，沟槽113为形成在各齿T之间的空间，用于容纳线圈117。
如图1及图2所示，齿T具有从磁轭111向径向内侧，即向转子铁芯120中心O延伸的形状。
以下，对于齿T的符号，根据需要可以表示为第一齿T1、第二齿T2等加以区分或统一用T表示。
如图1所示，线圈117被收容于沟槽113中，并通过与永久磁铁123相互作用而形成磁场，从而感应产生磁通流动。
如图1所示，转子铁芯120与定子110之间具有一定间距，且转子铁芯120设置为相对定子110可转动。如同定子110，转子铁芯120也由多个磁性钢板层叠而成，呈圆筒形状。转子铁芯120包含磁铁埋入孔121、永久磁铁123及转轴125。
如图1所示，在转子铁芯120中心部的外侧沿圆周方向形成多个磁铁埋入孔121。磁铁埋入孔121中收容可以产生磁通的永久磁铁123。
磁铁埋入孔121具有长方形截面形状，且最好以各磁铁埋入孔121的端部互相分离一定距离的状态布置为环绕所述转轴125的形态。
如图1所示，转轴125被压入到转子铁芯120中心，与转子铁芯120共同旋转。
铆钉孔127设在磁铁埋入孔121外侧并相互结合多个上部盖板及下部盖板(未图示)，以防止永久磁铁123从磁铁埋入孔121脱离出来。
防漏磁孔140设在磁铁埋入孔121之间的区域，能够防止永久磁铁123所产生的磁通的泄漏。
在此，作为示例性实施例，如图1所示，防漏磁孔140a、140b关于磁铁埋入孔121中央和转子铁芯120中心O的连线对称地布置为两对。即，一对防漏磁孔140a与转子铁芯120中心O相邻布置，并具有三角形截面，而另外一对防漏磁孔140b布置在三角形截面防漏磁孔140a的外侧，大致呈L状。以下，关于防漏磁孔140仅对大致呈L状的防漏磁孔140b进行说明。但是，防漏磁孔140可以具有不同于示例性实施例的多种形状。以下，对于代表防漏磁孔140的符号，在没有特别加以区分时，统一用符号140表示。
防漏磁孔140包含L状的泄漏孔主体141和与泄漏孔主体141的一侧端部相连通的、从防漏磁孔外周缘143朝转子铁芯120内部倾斜地延伸的弯曲孔150。
在此，防漏磁孔外周缘143是防漏磁孔140的外侧区域，与转子铁芯120的外周缘间隔一定距离。
弯曲孔150与泄漏孔主体141的沿着防漏磁孔外周缘143设置的端部相连通。弯曲孔150从防漏磁孔外周缘朝转子铁芯120内部弯曲。弯曲孔150包含弯曲部151、倾斜部153及端部155。
弯曲孔150关于磁铁埋入孔121中心和转子铁芯120中心O的连线与相邻的弯曲孔150相向而布置。即，如图2所示，一个弯曲孔150关于磁铁埋入孔121中心和转子铁芯120中心的连线(参见图2的O-O1线)与相邻的另一个弯曲孔150相向而布置。即，一个弯曲孔150关于O-O1线与相邻的另一个弯曲孔150对称布置。
由此，利用弯曲孔150预防在感应电压的最大值部分和最小值部分出现的失真现象，从而可以提高电机的性能。并且，可以提高电机的可控制性，从而可以提高产品的可靠性。
第一角A是转子铁芯120中心O和相当于齿数X的多个相邻的齿的外侧端(参见图2及图3的O-O2线)所构成的角。即，如图2所示，第一角A是相当于齿数X的第一齿T1、第二齿T2的外侧末端和转子铁芯120中心O所构成的角。
第二角B是从转子铁芯120中心延长并对第一角A的外侧所相邻的一对沟槽113进行二等分的线(参见图2及图3的O-O3线)所构成的角。即，如图2所示，第二角B是齿T1、T3之间的中间点、齿T2、T4之间的中间点和转子铁芯120中心O所构成的角。
第三角C是从转子铁芯120中心延长并对第二角B的外侧所相邻的一对齿T进行二等分的线(参见图2及图3的O-O4线)所构成的角。即，如图2所示，第三角C是从转子铁芯120中心O延长并对第二角B的外侧所相邻的一对齿(即T3、T4)进行二等分的线所构成的角。
弯曲部151是从防漏磁孔外周缘143开始向转子铁芯120内部弯曲的区域。弯曲部151向磁铁埋入孔121的中心方向弯曲。弯曲部151形成在第二角B和第三角C之间。
倾斜部153是从弯曲部151向转子铁芯120内部倾斜的区域。倾斜部153最好具有均等的宽度。但是，倾斜部153在以防止磁通泄漏为目的的范围内可以采取宽度发生些许变化等多种形状。倾斜部153的一侧与弯曲部151相连接，其另一侧则形成端部155。
在此，弯曲部151和倾斜部153的宽度最好与泄漏孔主体141的宽度相同。
端部155形成在第一角A和第二角B之间。
而且，如图3所示，倾斜部153和端部155相遇的终点P1布置在点P2和直线L1之间，其中点P2是防漏磁孔外周缘143的延长线与构成第一角的两个直线中较近的直线相遇的点，直线L1是从弯曲部151平行于磁铁埋入孔121截面的长度方向延伸的线(参见图3的高度H)。
本发明中所应用的齿T的数量(齿数)X，根据下式(1)确定。
齿数X＝定子的总沟槽数/(转子极数×电源数)    (1)
下面，参照图1说明本发明的示例性实施例。当定子的沟槽数为24个，转子的极数为4个极，电源数为3相时，由式(1)得到的齿数X为24/(4×3)＝2。下面对齿数为2的情形进行说明，但齿T的数量可根据定子110上形成的沟槽113的数量等发生变化。
具有上述结构的根据本发明的无刷直流电机100的工作过程如下。
首先，为使无刷直流电机100工作，向缠绕在定子110的多个沟槽113的线圈117接通电流，从而各线圈117的极性依次变化。由此，当对应于各线圈117的各永久磁铁123的极性与线圈117所形成的极性相同时产生斥力，而当极性相反时产生吸引力。由此，转子铁芯120与转轴125共同旋转的同时具有旋转驱动力。
为了说明这一过程，对现有技术的无刷直流电机100(参照图4A至图4D)和本发明的无刷直流电机100(参照图5A至图5F)进行比较说明如下。
首先，图5A为表示依据本发明的无刷直流电机100的磁通流动的图；图5B和图5C为用于说明在图5A的定子110的齿T处，与转子铁芯120的旋转对应的磁通流动变化的概要图。图5D及图5E为表示图5B及图5C所示定子110的齿T处的与转子铁芯120的旋转对应的磁通流动情况的磁通流动图。图5F为表示图5A的感应电压变化的感应电压示意图。
在此，针对图5A，假设与第一齿T1相邻的沟槽113中缠绕U相线圈117，与第五齿T5相邻的沟槽113中缠绕V相线圈117，与第四齿T4相邻的沟槽113中缠绕W相线圈117。以下，只考虑由U相线圈117和永久磁铁123所产生的磁通变化而进行说明。
如图5A所示，根据本发明的磁通流动与图4A所示的根据现有技术的磁通流动存在差异。以下，对此进行详细说明。
当转子铁芯120位于图5A所示的位置时，第一齿T1处的磁通量最大，第五齿T5处的磁通量最小，而第二齿T2及第三齿T3处的磁通量小于第一齿T1。
即，如图5B所示，在倾斜部153外侧和第五齿T5之间(参见图5B的K1)几乎不形成磁通。即，第五齿T5端部和防漏磁孔外周缘143之间以一定间隔相互靠近。因而，在第五齿T5和防漏磁孔140的泄漏孔主体141之间，由U相线圈117和永久磁铁123所形成的磁通量最小。
如图5C所示，转子铁芯120相对于定子110按逆时针方向转动。
由此，根据转子铁芯120的逆时针转动，第三齿T3处的磁通量按正弦规律增加，第一齿T1及第二齿T2处的磁通量按正弦规律逐渐减小。
并且，第五齿T5和倾斜部153之间形成预定的通路(参见图5C的K2)。即，第五齿T5端部和防漏磁孔外周缘143之间通过倾斜部153形成预定的间隔K2，并通过具有预定间隔的K2区域形成使磁通通过的通路。即，通过根据倾斜部153所形成的与第五齿T5的间隔K2，沿着永久磁铁123和第五齿T5之间有磁通流动。
观察对这种磁通变化量进行微分的感应电压的变化，则第一齿T1处的U相感应电压为零，随着转子铁芯120按逆时针方向转动U相感应电压从零变为最小值。另一方面，第五齿T5处的U相感应电压随着磁通量从零开始按正弦规律增加而从最大值变为零。
即，由U相在第五齿T5处产生的感应电压如图5E所示，显示为多少具有正弦规律的曲线。但是，图4C表示的感应电压随时间的变化曲线呈直线。这是因为现有技术中没有采用本发明的倾斜部153。
在此，感应电压和总磁通量之间具有称为法拉第规律的如下关系。
感应电压＝d(总磁通量)/dt
即，举例来说，当总磁通量为具有正弦规律的正弦波函数或余弦波函数时，由于其微分值等于感应电压，因此感应电压和总磁通量的函数曲线具有90度的相位差。
以上，参照图5B至图5C说明了多个齿T中的第五齿T5处的磁通量及感应电压对应于转子铁芯120的细微转动而发生的变化。
若完整地表示这种感应电压的变化，则如图5F所示。即，本发明所提供的弯曲孔150使感应电压曲线在感应电压的最大值及最小值处比起现有技术更加接近正弦波。即，可以防止如图4D所示发生在感应电压的最大值及最小值处的失真现象。
由此，本发明所提供的无刷直流电机可以防止并减缓感应电压的最大值部分或最小值部分的失真现象，从而可以提高电机性能。并且，由于感应电压的变化更加接近正弦波，因此可以提高电机的控制能力。

Claims (7)

1.一种无刷直流电机，包含形成有多个沟槽及齿的定子、设置在所述定子的内侧且形成有磁铁埋入孔及防漏磁孔的转子铁芯和设置在所述磁铁埋入孔的永久磁铁，其特征在于：
所述防漏磁孔具有沿着所述转子铁芯的外周缘与所述转子铁芯的外周缘相隔开的防漏磁孔外周缘，并形成从所述防漏磁孔外周缘向所述转子铁芯内部弯曲的弯曲孔；
所述防漏磁孔进一步包含与所述弯曲孔相连通的泄漏孔主体，而所述弯曲孔包含：与所述泄漏孔主体的一侧端部相连通并从所述防漏磁孔外周缘开始向所述转子铁芯内部弯曲的弯曲部；从所述弯曲部向所述转子铁芯内部倾斜延伸的倾斜部；形成所述倾斜部末端的端部；
所述端部布置在第一角和第二角之间，其中，所述第一角由所述转子铁芯中心和相当于根据下式确定的齿数X的多个相邻齿的外侧末端所构成，而所述第二角由对所述第一角的外侧所相邻的一对沟槽进行二等分的线构成，用于确定所述齿数X的式子为：
齿数X＝定子的总沟槽数/(转子极数×电源相数)。
2.根据权利要求1所述的无刷直流电机，其特征在于所述弯曲部向所述磁铁埋入孔的中心方向弯曲。
3.根据权利要求1所述的无刷直流电机，其特征在于所述弯曲孔关于所述磁铁埋入孔中心和所述转子铁芯中心所连成的直线与相邻的其他弯曲孔相向而布置。
4.根据权利要求1所述的无刷直流电机，其特征在于所述倾斜部和所述端部相遇的终点布置在所述防漏磁孔外周缘的延长线与构成所述第一角的两个直线中较近的直线相遇的点和从所述弯曲部平行于所述磁铁埋入孔截面的长度方向延伸的线之间。
5.根据权利要求1所述的无刷直流电机，其特征在于所述弯曲孔的弯曲部布置在所述第二角和从所述转子铁芯中心延长并对所述第二角的外侧所相邻的一对齿进行二等分的线所构成的第三角之间。
6.根据权利要求1或5所述的无刷直流电机，其特征在于所述磁铁埋入孔具有长方形截面形状，且以各磁铁埋入孔的端部互相分离一定距离的状态布置为环绕转轴的形态。
7.根据权利要求1所述的无刷直流电机，其特征在于所述倾斜部的宽度等于与所述倾斜部相连接的所述泄漏孔主体的宽度。
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