CN107615628A - 无刷罐形电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无刷罐形电机。该电机包括：无刷轴(20)；转子，其固定至无刷轴(20)；第一端帽(24)，无刷轴的第一端(20)旋转支撑在该第一端帽(24)上；第二端帽(26)，无刷轴的第二端(20)旋转支撑在该第二端帽(26)上；以及，定子(38)，其沿着无刷电机的纵向置于第一端帽(24)与第二端帽(26)之间。转子包括多个磁体(49)。定子(38)配置有适于连接至外部电机控制器的多个线圈(50)。第一端帽(24)、第二端帽(26)和定子(38)全部以基本圆柱形的形状形成，从而使得无刷电机在其装配状态下具有基本罐形的形状。电机按照整体部件的形式，并且其可很容易地替代安装在电器上，特别是在电动工具上的任何传统的无刷罐形电机。

Description

无刷罐形电机

技术领域

本发明涉及电动机，并且特别是无刷直流(DC)电机的结构。

背景技术

在电动工具领域，并且特别是在电池供电的手持工具(比如电钻)的领域，一种用于提供驱动力的普通类型的电动机是独立的“罐式”或“罐形”电动机。其为永磁式DC电机，并且通常具有绕在铁芯上的电枢。罐形电机通常包括圆柱罐形式的壳体，在该壳体中基本容纳了电机的所有部件，包括电枢、磁体、电刷、电机壳体、风扇和轴承。由于罐形电机装配简单且成本低廉，大多数DC电池供电的工具采用罐形电机来驱动电动工具输出。罐形电机通常不会设计为是不可拆卸和修理的。而当电动工具中的电动机烧毁或磨损时，其便宜得足以简单地丢弃和更换。

电动工具中常见的另一种重要类型的DC电机是无刷电机。顾名思义，无刷电机不需要在电机中的换向器和电刷组件来产生交流电以驱动电机。而通常采取半导体电路或微控制器形式的电动机控制器起到连续地切换电机定子中线圈的相以便保持电机转动的作用。无刷电机与刷式DC电机相比具有很多优点，包括高转矩重量比、每瓦更高的转矩(提高效率)、被增加的可靠性、被降低的噪音和更长的使用寿命。

然而，大多数传统的无刷DC电机都是按“开放式框架”形式制造的，这意味着其中不存在类似于罐形电机中的电机壳体或“罐”来封闭无刷电机组件。相反，对于电动工具中使用的开放式框架无刷电机而言，电机部件通常独立地安装在工具壳体中，并且包含开放式框架电机的工具壳体必须在交付给用户之前在工厂中制造。因此，在使用无刷电机的条件下，电动工具一旦制成便难以由终端用户修理，原因就在于为了更换旧的无刷电机可能不得不更换整个工具壳体。

发明内容

根据前述背景，本发明的一个目标是提供一种可供选择的无刷电机，其克服了或至少缓解了本领域中的上述问题。

以上目标通过组合独立权利要求的特征来实现，从属权利要求公开了本发明其他有优势的实施方式。

本领域技术人员将根据以下说明书得出本发明的其他目标。因此，对目标的以上说明并非是详尽无遗的，而仅仅是显示本发明的众多目标中的一些。

因此，本发明一方面是一种无刷罐形电机，其包括：无刷轴；转子，其固定至无刷轴；第一端帽，无刷轴的第一端被旋转支撑在该第一端帽上；第二端帽，无刷轴的第二端被旋转支撑在该第二端帽上；以及，定子，其沿着无刷电机的纵向置于第一端帽与第二端帽之间。转子包括多个磁体。定子配置有适于连接至外部电机控制器的多个线圈。第一端帽、第二端帽和定子全部以基本圆柱形的形状形成，从而使得无刷电机在其装配状态下具有基本罐形的形状。

优选地，第一端帽、定子和第二端帽被固定到一起，以便形成无刷电机的外部尺寸。

更优选地，第一端帽、定子和第二端帽使用多个固定件进行固定。

在一种实施形式中，固定件是螺钉。第一和第二端帽中的每一个都包括多个容纳部，每个容纳部都被配置成用于容纳和固定一个所述螺钉的端部。

在一个变体中，定子被形成为带有多个槽，这些槽在定子的外部圆柱形表面上形成。每个槽适于容纳一个螺钉并且允许该螺钉穿过定子并以其端部连接至第一和第二端帽。螺钉关于第一和第二端帽将定子限制在预定位置。

在另一个变体中，第一和第二端帽中的至少一个的一部分外表面被展平以形成平面的外表面。

在另一个变体中，无刷罐形电机还包括与第一和第二端帽中的一个相邻放置的霍尔传感器板。

在一种实施形式中，第一和第二端帽中的至少一个还包括多个固定装置，其用于将无刷电机固定至外部设备。

优选地，固定装置是螺孔。

本发明具有多种优势。例如，根据本发明的无刷DC电机具有与传统罐形电机相同的形状尺寸。电机为基本圆柱形形状，无刷DC电机可用于替换无刷罐形电机，其在各种电器(包括电动工具)中具有类似的或相同的尺寸。很明显，相较于传统的DC罐形电机，老式电器将受益于无刷DC电机所带来的优势，包括但不限于高转矩重量比、每瓦更高的转矩、被增加的可靠性、被降低的噪音和更长的使用寿命。更重要的是，用户无需为了获得增强的性能而投资新的电器，而是可以仅仅将老式电器中的电机更换为根据本发明的无刷DC电机，以及其他必需的模块(比如无刷电机控制器)。

本发明的另一个优点是，由于所有的电机部件都容纳在由端盖和定子组成的电机外壳内，所以电机作为一个整体可以容易地安装到电器(例如电动工具)上或者从电器上移除。因此，相对于传统的无刷电机，无刷DC电机的维护和服务变得简单且方便，因为在不影响电器其他部件的情况下，可以用新电机更换故障电机。

附图说明

本发明前述的和其他的特征将根据下文中优选实施方式的描述变得显而易见，所述优选实施方式的描述通过仅根据附图举例说明的方式提供，其中：

图1是根据本发明的一个实施方式的无刷电机的透视图。

图2从另一方向显示了图1中的无刷电机。

图3是沿着图1中的箭头42方向的、图1中的无刷电机的侧视图。

图4是图1中的无刷电机的分解视图。

图5仅显示了图1中的无刷电机的两个端帽、定子和绝缘体。

图6类似于图5仅显示了图1中的无刷电机的两个端帽、定子和绝缘体，但是从另一方向进行显示。

图7显示了处于其装配状态的、图1中的定子和绝缘体。

图8显示了图1中的无刷电机的转子，其中转子固定至无刷轴。

图9显示了根据本发明另一实施例的无刷电机的外观，其中一个端盖分离以示出电机中的电路板。

具体实施方式

在随后的权利要求和本发明的前述描述中，除了上下文由于语言表达或所需暗示而需要的情况之外，词语“包括(comprise)”或变体例如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”用于包含性的意义，即指定所述特征的存在，但不排除在本发明的各种实施例中存在或添加有其他特征。

如本文和权利要求书中所使用的，除非另有说明，“耦连(couple)”或“连接(connect)”指的是经由一个或多个电气装置来直接或间接地电耦连或连接。

现在参考图1和图2，本发明的第一实施例是一种无刷DC电机，其具有基本圆柱形的罐形形状。图1中的无刷罐形电机包括无刷轴20、第一端帽24、定子38和第二端帽26，所有这些都沿着无刷轴20所限定的轴线同心布置。无刷轴20具有从第一端帽24延伸出的第一端，从而使得无刷轴可以与电器(比如电动工具)中的其他传动部件耦连，以向电器提供旋转驱动力。三根导电线34将无刷罐形电机电连接至外部电机控制器，用于根据电机控制器所提供的交流信号驱动无刷电机。另外，在第一端帽24的圆面上有三个螺孔22。螺孔22用于例如通过使用螺钉(未显示)将无刷电机连接到其中安装有无刷电机的电动工具的工具壳体上。在第一端帽24上配置有阳插座30，其包含在插座30中的多个引脚32。这些引脚32用于将无刷电机的电路板(未显示)连接到外部电机控制器上。在无刷轴的第二端20附近存在风扇40，其通过第二端帽26封闭。风扇40具有圆形形状，并且其直径不大于第二端帽26的直径。

在图1和2还显示了四个长螺钉28，其沿着无刷轴20的轴向延伸。螺钉28用于将无刷电机分离的部件连接到一起。特别地，在第一端帽24上存在有四个开口容纳部52，每个开口容纳部对应于一螺钉28。开口容纳部意味着，该容纳部具有两端开口的基本套筒的形状。螺钉28适于延伸通过开口容纳部52，而螺钉28的螺钉帽通过开口容纳部52限制，因此将第一端帽24固定地耦连至螺钉28。类似地，在第二端帽26上还有四个闭口容纳部53，其用于容纳螺钉28的末端。闭口容纳部意味着容纳部具有基本套筒的形状，但其端部中的一个端部是关闭的而另一个端部是打开的(用于容纳螺钉的末端)。此外，在具有圆柱形外表面的定子38上，沿着无刷轴20的轴向形成有多个槽36。每个槽36适于容纳螺钉28中的一个，并允许螺钉通过定子38。因为螺钉28在其两端处固定连接至第一端帽24和第二端帽26，螺钉28关于第一端帽24和第二端帽26将定子38限制在预定位置。也就是说，定子38关于其中央轴线精确地对准第一端帽24和第二端帽26，从而使得延伸到定子38以外的无刷轴20将正好位于第一端帽24和第二端帽26的中点。第一端帽24、定子38和第二端帽26共同形成无刷DC电机的外部尺寸。换而言之，在电器中无刷DC电机的形状尺寸以及容纳电机所需要的空间通过第一端帽24、定子38和第二端帽26的尺寸来确定。无刷罐形电机的任何其他基本部件(比如转子、绝缘板、线圈等等)通过由第一端帽24、定子38和第二端帽26形成的电机外壳封闭并且受到其保护。

现在参考图3，(通过看向第二端帽26)无刷罐形电机的侧视图显示的是，第二端帽26不具有完美的圆形截面。而第二端帽26仍被认为是基本圆柱形的，第二端帽26外部表面的两个相对部分被展平以形成两个平面的外部面。第二端帽26的此类形状使得无刷罐形电机具有更接近传统罐形电机的形状尺寸，在电机壳体中还具有两个平面壁，其中这些平面壁通过弧形壁连接。

图4至8显示了图1的无刷罐形电机的内部结构，并且使出了各种上述组件，比如插座30、螺钉28、第一端帽24、第二端帽26、风扇40、定子38、无刷轴20和导电线34。此外，转子被可旋转地容纳在定子38内，并且转子在其中央固定至无刷轴20。转子包括转子芯46和在该转子芯46中所包含的四个平板永磁体49。在第一端帽24与定子38之间存在第一绝缘板47，该第一绝缘板47被配置成将定子38中被通电的组件(例如定子线圈50)从第一端帽24电绝缘。类似地，在第二端帽26与定子38之间存在第二绝缘板48，该第二绝缘板48被配置成将定子38中被通电的组件(例如定子线圈50)从第二端帽26和风扇电绝缘。在无刷罐形电机中存在总共六个定子线圈50，其将在随后以更多细节进行描述。通过在无刷轴20两端上的轴承42将转子和无刷轴20支撑在第一端帽24和第二端帽26上。还存在电路板55，其附接至第一端帽24并且固定在第一端帽24与第一绝缘板47之间。在半圆形的电路板55上配置有转子状态感测设备，其用于检测转子的位置，并且使用其作为用于生成到达电机的替代信号的基础。优选地，转子状态感测设备是霍尔传感器。由于通过在转子中的永磁体49所生成的改变磁场，霍尔传感器适于感测转子位置。插座30电连接至电路板55，并且外部电机控制器(未显示)能够从霍尔传感器读取转子状态。

图5和6清楚地显示了绝缘板47和48如何安装在无刷罐形电机中。在第一绝缘板47和第二绝缘板48这两者上，存在与第一端帽24上类似的容纳部52。容纳部52允许螺钉(未显示)通过，并且接下来将第一绝缘板47和第二绝缘板48关于定子38以及第一端帽24和第二端帽26进行精确固定。因此，每个螺钉从其头部延伸，并且接下来通过在第一端帽24上的容纳部52、在第一绝缘板47上的容纳部52、在定子38上的槽36、在第二绝缘板48上的容纳部52、以及在第二端帽26上的容纳部53中的端子。然而，由于第一端帽24和第二端帽26每个都具有基本圆柱形的形状，第一和第二绝缘板47、48被分别容纳在第一端帽24与第二端帽26内，而无需暴露给外侧。

现在转至图7，其详细显示了图1中的无刷罐形电机的定子线圈。如上所述，存在有三个将定子线圈连接至外部电机控制器的导电线。这三个导电线34a、34b和34c每个都相应于三相电机控制电流的一个相。因此，在定子叠片(lamination)上还存在三对定子线圈。属于同一相的定子线圈围绕定子中心置于在所述定子叠片的内周上正好对面的位置。正如在图7中可见的，两个定子线圈50a都连接至导电线34a，并且两个定子线圈50a在定子叠片的内周上对面的位置。类似地，两个定子线圈50b都连接至导电线34b，并且连个定子线圈50c都连接至导电线34c。要注意的是，对于每个定子线圈50a、50b和50c而言，其缠绕在定子齿上，该定子齿由第一绝缘板、第二绝缘板和定子的分离叠片部分所组成。例如，对于定子线圈50a而言，相应的定子齿通过第一绝缘板的叠片部分47a、定子的叠片部分38a以及第二绝缘板的叠片部分48a形成。叠片部分47a、48a和38a中的每一个都具有T形截面，并且线圈50a围绕T形齿的主干缠绕。

图8显示了图1中的无刷罐形电机的转子的结构。如上所述，转子包括转子芯46和四个板状永磁体49。在转子芯46中形成由四个插槽，其内部空腔具有基本板形的形状，从而容纳板状永磁体49。优选地，转子芯46中的磁体插槽所在位置尽可能远离转子的中央轴线。

正如本领域技术人员基于上述电机的结构将会理解的，上述无刷DC电机的操作类似于常规的无刷DC电机。因此，此处将不进行详细描述。

在如图9中所示的另一实施方式中，无刷DC电机具有与图1-8中所示的大体相同的结构。然而，该实施方式中的差别在于，如图9中所示，在电机中存在有两个电路板155a和155b，相较于图4中的电路板的半圆形形状，所述两个电路板155a和155b中的每一个都是完整的圆形。电路板155a和155b中的一个或两个可包括转子状态感测组件，比如霍尔传感器。两个电路板155a和155b沿着无刷电机的轴线方向堆叠，并且固定在第一端帽124与第一绝缘板147之间。插座130电连接至电路板155a和/或155b，并且外部电机控制器(未显示)能够从霍尔传感器读取转子状态。

至此完整描述了本发明的示例性实施方式。虽然本说明书涉及的特定实施方式，然而对于本领域技术人员很清楚的是，本发明可被实现并伴有特定细节的改变。因此，本发明不应被解释为限制到此处所阐释的实施方式。

虽然在附图和以上说明书中对本发明进行了详细说明和描述，但是该附图和说明书应被认为是说明性而非限制性的，要理解的是，仅仅显示和描述了示例性的实施方式，而不以任何方式来限制本发明的范围。要理解的是，本文描述的任何特征可与任何实施方式一起使用。这些说明性的实施方式并不彼此排斥，或者不排斥此处未记载的其他实施方式。因此，本发明还提供了以下实施方式，其包括上述说明性实施方式中的一个或多个的组合。可做出如本文中所阐述的对本发明的修改和变体，而不偏离本发明的精神和范围，并因此此类限制应当是仅如所附权利要求所示的一样。

在以上实施方式中的无刷罐形电机具有在端帽中的一个上的螺孔，从而允许将螺钉用于把无刷罐形电机固定至电器的壳体，其中无刷罐形电机要安装在所述电器上。然而，本领域技术人员将会理解的是，基于安装需求，还有可能在电机的两个端帽上布置螺孔，从而使得可在电机与电器壳体之间形成有多个接触点。此外，螺钉和螺孔仅仅是用于连接电机的固定装置的一个示例，并且本领域技术人员将会轻易想到使用其他类型的固定装置以实现相同的效果，包括但不限于螺栓、卡扣等等。

Claims (9)

1.一种无刷罐形电机，包括：

a)无刷轴；

b)转子，其固定至所述无刷轴，所述转子包括多个磁体；

c)第一端帽，所述无刷轴的第一端被旋转支撑在所述第一端帽上；

d)第二端帽，所述无刷轴的第二端被旋转支撑在所述第二端帽上；

e)定子，其沿着所述无刷电机的纵向置于所述第一端帽与所述第二端帽之间，所述定子配置有适于连接至外部电机控制器的多个线圈；

其中所述第一端帽、第二端帽和定子全部以基本圆柱形的形状形成，从而使得所述无刷电机在其装配状态下具有基本罐形的形状。

2.如权利要求1所述的无刷罐形电机，其中所述第一端帽、定子和第二端帽固定到一起，以形成所述无刷电机的外部尺寸。

3.如权利要求2所述的无刷罐形电机，其中所述第一端帽、定子和第二端帽使用多个固定件进行固定。

4.如权利要求3所述的无刷罐形电机，其中所述固定件是螺钉，所述第一和第二端帽中的每一个都包括多个容纳部，每个容纳部都被配置用于容纳和固定一个所述螺钉的端部。

5.如权利要求4所述的无刷罐形电机，其中所述定子还包括在所述定子的外部圆柱形表面上形成的多个槽，每个所述槽适于容纳一个所述螺钉，并且允许所述螺钉穿过所述定子并以其端部连接至所述第一和第二端帽，由此所述螺钉关于所述第一和第二端帽将所述定子限制在预定位置。

6.如前述权利要求中任一项所述的无刷罐形电机，其中所述第一和第二端帽中的至少一个的一部分外表面被展平以形成平面的外表面。

7.如前述权利要求中任一项所述的无刷罐形电机，还包括与所述第一和第二端帽中的一个相邻放置的霍尔传感器板。

8.如前述权利要求中任一项所述的无刷罐形电机，其中所述第一和第二端帽中的至少一个还包括多个固定装置，其用于将所述无刷电机固定至外部设备。

9.如权利要求8所述的无刷罐形电机，其中所述固定装置是螺孔。