CN219287323U - 一种无刷电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无刷电机，所述无刷电机包括：定子组件，转子组件，转子位置检测装置，所述转子位置检测装置在所述转子组件的轴向上与所述转子组件间隔开，且所述转子位置检测装置直接检测所述转子组件的位置。根据本实用新型提出的方案，通过转子位置检测装置直接检测转子组件的位置，无需设置额外的磁性元件，能够在一定程度上降低成本且提高检测精度。

Description

一种无刷电机

技术领域

本实用新型属于电机领域，具体涉及一种无刷电机。

背景技术

电机属于常用的驱动部件，主要作用是基于电磁感应定律产生驱动转矩，用作各种待驱动部件的动力源。随着电机技术的发展，电机的类型也越来越多，不同类型的电机具备各自的优点，相应地，也具备各自的缺陷。

在有刷电机中，电刷和换向器配合使用，主要用来连接磁场绕组和电枢绕组的电路，并使电枢轴上的电磁力矩保持固定方向。由于电机在高速、大负载下运行时换向器表面会产生火花，且换向器需要保养，在此情况下无刷电机应运而生，并已发展成为一种重要的电机类型。无刷电机中不再采用电刷和换向器进行换向，而是采用电子开关驱动电路实现电流的换向。

对于无刷电机而言，不断地提高其性能、降低其成本、提高其控制精度等需求属于无刷电机领域普遍存在的追求。

实用新型内容

为此，本实用新型提出了以下技术方案。

一种无刷电机，所述无刷电机包括：

定子组件，

转子组件，

转子位置检测装置，

所述转子位置检测装置在所述转子组件的轴向上与所述转子组件间隔开，且所述转子位置检测装置直接检测所述转子组件的位置。

根据本实用新型提出的方案，通过转子位置检测装置直接检测转子组件的位置，无需设置额外的磁性元件，能够在一定程度上降低成本且提高检测精度。

根据本实用新型的一个方面，所述转子组件包括：

转子铁芯，

永磁体，所述永磁体与所述转子铁芯固定。

根据本实用新型的一个方面，所述转子位置检测装置包括：

霍尔集成电路，

霍尔元件。

根据本实用新型的一个方面，所述永磁体采用表面贴合的方式设置在所述转子铁芯的圆周表面，且所述霍尔元件在径向上以所述永磁体的厚度中心为基准位于[-h/2，+2h]的范围，其中h为所述永磁体的厚度，相比于所述永磁体的厚度中心径向向内为负，向外为正。

根据本实用新型的一个方面，所述永磁体采用内置的方式设置在所述转子铁芯内部，且所述霍尔元件在径向上以所述永磁体的厚度中心为基准位于[-h/2，+h/2]的范围，其中h为所述永磁体的厚度，相比于所述永磁体的厚度中心径向向内为负，向外为正。

根据本实用新型的一个方面，在所述转子组件的轴向方向上，在所述永磁体的与所述霍尔元件相邻的端面相比所述转子铁芯的与所述霍尔元件相邻的端面离所述霍尔元件更远的情况下，所述永磁体的与所述霍尔元件相邻的端面与所述转子铁芯的与所述霍尔元件相邻的端面之间的轴向距离不超过永磁体厚度的四分之一。

根据本实用新型的一个方面，所述定子组件包括：

定子本体，

定子齿，所述定子齿设置于所述定子本体上，

定子绕组，所述定子绕组套设于所述定子齿上。

根据本实用新型的一个方面，所述霍尔元件为贴片式，且所述霍尔元件的磁敏感方向与所述转子铁芯的轴向相同。

根据本实用新型的一个方面，所述永磁体采用烧结永磁体。

根据本实用新型的一个方面，所述永磁体为各向异性取向。

本实用新型的其他细节及优点将通过下文提供的详细描述进行说明。

附图说明

参考附图描述本实用新型的示例性实施例，其中：

图1是本实用新型的无刷电机的***示意图。

图2是设置有磁环的无刷电机的结构示意图。

图3是本实用新型的无刷电机的结构示意图。

图4示出了基于图3中的无刷电机所测得的转子角度与永磁体中心位置处的磁场强度变化图。

所有附图都只是示意性的，而且并不一定按比例绘制，此外它们仅示出为了阐明本实用新型而必需的那些部分，其他部分被省略或仅仅提及。即，除附图中所示出的部件外，本实用新型还可以包括其他部件。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明。在以下描述中可能使用的术语“第一”、“第二”等并不意欲限制任何序位，其目的仅仅在于区分各个独立的部件、零件、结构、元件等，并且这些独立的部件、零件、结构、元件可以相同、类似或者不同。同时，在以下描述中可能使用的关于方位的说明，比如“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”、“径向”、“轴向”等，除非具有明确说明，仅为了方便描述，而无欲对技术方案形成任何限定。

图1是本实用新型的无刷电机的***示意图。从图1中可以看出，无刷电机的***包括电机本体、控制单元以及驱动器。电机本体包括定子组件、转子组件。定子组件主要包括定子本体1、设置在定子本体1上的定子齿2以及绕设在定子齿2上的定子绕组3。转子组件主要包括转子5，转子5优选地采用铁芯的形式，在铁芯中设置有多个永磁体。永磁体可以嵌入在铁芯内部，也可以贴设在铁芯的表面。永磁体优选采用烧结永磁材料，磁场取向为各向异性，例如采用烧结钕铁硼材料、烧结铁氧体材料等。

在电机本体中还设置有多个位置传感器4，用于检测转子的位置。

当在绕设在定子齿2上的定子绕组3中通入交流电时，该交流电产生旋转磁场。在旋转磁场的作用下，转子5中的永磁体受到该旋转磁场的作用，从而使得转子随着旋转磁场旋转。在转子5的毂中可以设置转轴，该转轴与转子5一体转动，从而能够将电机的动力输出。

在运行过程中，位置传感器4检测转子磁极相对定子绕组3的位置，并在确定的位置处产生转子位置信号，并将该转子位置信号传送至控制单元，控制单元根据转子位置信号控制驱动器，按照正确的逻辑关系来提供对应的电流。定子绕组的工作电压则由位置传感器4输出控制的电子开关电路提供。

位置传感器4可以采用能够满足使用需要的各种形式的传感器。在本实用新型中，位置传感器4优选地采用霍尔传感器。

当由金属或半导体薄片置于电路中，在其中通以电流，并且在薄片的垂直方向上施加磁场，那么在同时垂直于电流方向和磁场方向的方向上会产生霍尔电势。由此，可以将例如优选为金属或半导体薄片的元件制作成霍尔元件，并将其至于电路中，将霍尔元件设置于无刷直流电机中，当电机运行时，由于转子旋转，则转子每次经过霍尔元件时，转子中的永磁体能够在霍尔元件中产生霍尔电势，据此可以测量转子的位置。

具体地，在电机运行过程中，当设置在转子的永磁体的磁极掠过霍尔元件时，根据转子当前磁极的霍尔元件产生的霍尔电势会达到一个最大值，由此会输出对应的高或低电平，这样只要根据霍尔元件产生的电平的时序，就可以判断当前转子的位置。

图2是设置有磁环的无刷电机的结构示意图。从图2中可以看出，在转子5的中部设置有转轴6，在转轴6上距转子5一定距离处设置有磁环7。在磁环7的与转子5相对的一侧设置有霍尔集成电路8以及设置在霍尔集成电路8上并与霍尔集成电路8电连接的霍尔元件9。

图2中所示的结构，需要设置例如设置为磁环7形式的单独的磁性元件，这增加了零部件，且该磁环7需要装配，由此增加了成本。此外，通过磁环7形式的结构是间接得到电机转子位置信息，这会导致所检测到的转子位置存在偏差。

作为一个优选实施方式，本实用新型提出了一种如图3所示的无刷电机的结构。从图3中可以看出，与图2中的无刷电机结构相同的是，在转子5的中部设置有转轴6，且在转子5的一侧同样设置有霍尔集成电路8以及设置在霍尔集成电路8上并与霍尔集成电路8电连接的霍尔元件9。霍尔集成电路8以及霍尔元件9并不随转子5一起运动。图3所示的无刷电机的结构与图2中的无刷电机结构的区别在于，霍尔集成电路8以及霍尔元件9与转子5之间不再设置磁环，而是由霍尔集成电路8以及霍尔元件9直接检测转子5中的永磁体的位置，从而确定转子的位置。

进一步地，为了能够在不设置磁环的情况下能够准确地检测转子位置，本实用新型还对霍尔元件以及转子组件提出如下的规定。

优选地，霍尔元件选用贴片式，霍尔元件的磁敏感方向与转子铁芯的轴向相同，且在轴向上布置在转子的永磁体的磁敏感范围之内。

对于转子组件，本实用新型规定，在转子组件的轴向方向上，将转子铁芯与霍尔元件相邻的端面定义为第一转子铁芯端面，将永磁体与霍尔元件相邻的端面定义为第一永磁体端面，在第一永磁体端面相比于第一转子铁芯端面离所述霍尔元件更远的情况下，第一永磁体端面与第一转子铁芯端面之间的轴向距离不超过永磁体厚度的四分之一。

此外，针对不同类型的永磁体安装方式，本实用新型还提出如下规定。

对于永磁体表面贴合在转子铁芯圆周的电机，规定霍尔元件的径向位置范围为：以永磁体的厚度中心为基准，径向向内不超过永磁体厚度的二分之一，径向向外不超过永磁体厚度的二倍。也就是说，如果规定永磁体的厚度中心为0，且径向向内的方向为负，径向向外的方向为正，那么霍尔元件在径向上的位置位于[-h/2，+2h]的范围内，其中h表示永磁体的厚度。

对于永磁体采用内置的方式设置在转子铁芯内部的电机，同样地，规定永磁体的厚度中心为0，且径向向内的方向为负，径向向外的方向为正，霍尔元件在径向上以永磁体的厚度中心为基准位于[-h/2，+h/2]的范围。

图4是基于图3中的无刷电机所测得的转子角度与永磁体中心位置处的磁场强度变化图。从图4中可以看出，在永磁体的中心位置处，磁场强度的变化随转子角度的变化关系明确，根据磁场强度可以确定转子中的永磁体的位置。

参考以上的示意性实施例已经对本实用新型做出了清楚、完整的说明，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，通过对所公开的技术方案的修改可以设想各种其它的实施例。这些实施例应当被理解成落在本实用新型的基于权利要求和其任何等同技术方案所确定的范围之内。

Claims (10)

1.一种无刷电机，所述无刷电机包括：

定子组件，

转子组件，

其特征在于，所述无刷电机还包括转子位置检测装置，

所述转子位置检测装置在所述转子组件的轴向上与所述转子组件间隔开，且所述转子位置检测装置直接检测所述转子组件的位置。

2.根据权利要求1所述的一种无刷电机，其特征在于，

所述转子组件包括：

转子铁芯，

永磁体，所述永磁体与所述转子铁芯固定。

3.根据权利要求2所述的一种无刷电机，其特征在于，

所述转子位置检测装置包括：

霍尔集成电路，

霍尔元件。

4.根据权利要求3所述的一种无刷电机，其特征在于，

所述永磁体采用表面贴合的方式设置在所述转子铁芯的周向表面上，且所述霍尔元件在转子组件的径向方向上以所述永磁体的厚度中心为基准位于[-h/2，+2h]的范围，其中h为所述永磁体的厚度，相比于所述永磁体的厚度中心径向向内为负，向外为正。

5.根据权利要求3所述的一种无刷电机，其特征在于，

所述永磁体采用内置的方式设置在所述转子铁芯内部，且所述霍尔元件在转子组件的径向方向上以所述永磁体的厚度中心为基准位于[-h/2，+h/2]的范围，其中h为所述永磁体的厚度，相比于所述永磁体的厚度中心径向向内为负，向外为正。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的一种无刷电机，其特征在于，在所述转子组件的轴向方向上，在所述永磁体的与所述霍尔元件相邻的端面相比所述转子铁芯的与所述霍尔元件相邻的端面离所述霍尔元件更远的情况下，所述永磁体的与所述霍尔元件相邻的端面与所述转子铁芯的与所述霍尔元件相邻的端面之间的轴向距离不超过永磁体厚度的四分之一。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的一种无刷电机，其特征在于，

所述定子组件包括：

定子本体，

定子齿，所述定子齿设置于所述定子本体上，

定子绕组，所述定子绕组套设于所述定子齿上。

8.根据权利要求3-5中任一项所述的一种无刷电机，其特征在于，

所述霍尔元件为贴片式，且所述霍尔元件的磁敏感方向与所述转子铁芯的轴向方向相同。

9.根据权利要求2-5中任一项所述的一种无刷电机，其特征在于，

所述永磁体采用烧结永磁体。

10.根据权利要求9所述的一种无刷电机，其特征在于，

所述永磁体为各向异性取向。

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