CN100576704C - 无刷马达 - Google Patents

Abstract

多个绕定子磁极芯缠绕的线圈通过使用汇流条连接在一起且连接到输出线。具有一般地圆柱形主体部分的汇流条布置在定子磁极芯的一个轴向端部处，线圈绕定子磁极芯缠绕使得在磁极芯槽内形成间隙，使得在汇流条和线圈之间形成轴向间隙。主体部分具有使得在磁极芯槽内的间隙的至少部分保留未被覆盖的径向尺寸。空气孔在定子磁极芯的相对的侧上形成在马达壳体中，以因此形成延伸通过磁极芯槽的冷却空气通路。

Description

无刷马达

技术领域

本发明涉及其中定子线圈通过使用汇流条连接在一起且连接到输出线的元刷马达。

背景技术

当马达用于驱动电动工具等时，相对地大的电流流过马达的线圈。因此，作为电流流过线圈的结果生成的热必须通过冷却去除。如果生成的热不去除，则因为线圈电阻的增加导致电流下降，其结果是马达输出转矩的下降。用于马达的常规冷却设备具有如图11中示出的结构(见日本专利No.2882594)。分别在马达外壳和端盖内形成多个径向和轴向的通孔。包括磁极芯和绕磁极芯缠绕的线圈的定子和构成驱动电路的开关元件接附到马达外壳的内壁表面。转子固定地提供在旋转轴上，且邻近转子固定地提供吹风机风扇。用作冷却空气通路的小的间隙形成在转子和定子磁极芯之间。当通过驱动电路向定子线圈供电且转子旋转时，线圈、驱动电路等生热。然而，吹风机风扇与转子一起旋转，且作为吹风机风扇旋转的结果，从通孔进入的冷却空气流过冷却空气通路以因此冷却线圈、驱动电路等。

然而，冷却空气仅通过转子和定子之间的间隙且不沿从其上生成热的线圈表面流动。因此，由线圈生成的热不能直接地被去除，且因此不能获得充足的冷却效果。

同时，线束或汇流条常规地用于从外部电源到线圈的连接线。然而，在任何情况中，接线妨碍了马达的冷却。

图12是从线圈从其延伸的侧观看的无刷马达的定子的视图，且示出了其中使用线束的例子。为形成Y连接，无刷马达的U相线圈、V相线圈和W相线圈的一个端部通过使用Y连接绝缘套连接在一起。这些线圈的另一端通过各绝缘套连接到用作导线的三相输出线束。用于三相输出的三个线束如在图12中所示排布在定子线圈的端表面上，以从单一的位置延伸到马达壳体的外侧。因此，马达的长度和尺寸增加，且因为线连接的复杂性，步骤和部件的个数增加，其结果是成本增加。此外，线束的排布部分和用于连接线圈和线束的套封闭了绕定子芯缠绕的线圈之间的间隙，且因此此处不能形成冷却空气通路。

图13是示出了其中线圈通过使用汇流条连接的方法的视图(见日本专利申请公开(kokai)No.2005-328661)。如在图13中示出，线圈绕定子磁极芯缠绕。汇流条包括用于连接大量构成了线圈的线圈段的接线条组和在各空间位置支承了接线条组同时将它们电绝缘的绝缘构件。接线条组包括三个从汇流条突出的输出线。通过使用这样的汇流条，线圈可以被连接在一起且连接到输出线。然而，如在以上描述的其中使用了线束的情况中，绕定子磁极芯缠绕的线圈之间的间隙被汇流条封闭，且因此不能在此处形成冷却空气通路。

发明内容

本发明已完成以解决以上描述的问题，且本发明的目的是降低被线束和连接接线占据的空间的体积以因此降低马达的尺寸且使得在马达外壳内生成的冷却空气能容易地流动通过磁极槽的空间，以因此改进冷却效率。

本发明的无刷马达包括固定地提供在马达外壳内的定子和固定到旋转轴的转子。多个绕定子磁极芯缠绕的线圈通过使用汇流条连接在一起且连接到输出线。此汇流条包括由绝缘构件形成且具有在其内形成的沟槽的主体部分。每个由导电金属形成且具有整体地形成的连接端子的接线条布置在沟槽内。线圈绕定子磁极芯缠绕，使得在磁极芯槽内形成间隙。汇流条布置在定子磁极芯的一个轴向端部处，使得在汇流条和线圈之间形成轴向间隙，且主体部分具有使得在磁极芯槽内的间隙的至少部分保留未被覆盖的径向尺寸。空气孔在定子磁极芯的相对的侧上形成在马达壳体中，以因此形成延伸通过磁极芯槽的冷却空气通路。

进一步地，用于位置检测的盘形形状的传感器转子提供在转子上以位于汇流条径向内侧，传感器转子的直径小于汇流条的主体部分的内径，且汇流条的外径小于磁极芯的外径。汇流条具有多个汇流条腿，汇流条腿与主体部分整体地形成且适合于配合在形成在定子磁极芯的外周表面上的沟槽内。汇流条腿布置为与线圈绕其缠绕的定子磁极芯的芯臂部分交迭。线圈的端部连接到其上的汇流条的连接端子布置为当在马达的轴线方向观察时与芯臂部分之间的间隙交迭，以此连接端子定位在流动通过间隙的空气的通路上。汇流条的接线条每个的截面积大于形成线圈的线的截面积。

马达壳体包括圆柱形马达外壳和接附到马达外壳的相对的打开部分的端部钟形件和前钟形件。冷却风扇固定到旋转轴以位于转子的一个侧上。空气进气孔和排气孔形成在圆柱形马达外壳、位于定子磁极芯的相对侧上的端部钟形件和/或前钟形件内。

根据本发明，在马达外壳内因冷却风扇等的旋转生成的冷却空气的流动容易地通过芯槽空间，以此可以改进马达线圈的冷却效率。进一步地，即使在其中不进行通过冷却风扇等的强迫冷却的情况中，也改进了空气的流动，且可以减轻热的积滞。

此外，根据本发明，由线束和连接接线占据的空间的体积被降低，且可以简化供电接线，以此可以降低马达的成本和尺寸。另外，可以改进冷却效率以改进马达的性能和可靠性。

附图说明

图1是示出了装配有根据第一实施例的汇流条的无刷马达的总体结构的截面视图；

图2是马达的转子的透视图；

图3A是接附到带线圈的磁极芯的汇流条的透视图；

图3B是如从其一侧观察的汇流条的透视图；

图3C是如从其另一侧观察的汇流条的透视图；

图3D是移开了汇流条的带线圈的磁极芯的透视图；

图4A是如从端表面观察的带线圈的定子芯的视图；

图4B是沿定子芯的轴向中心位置取的定子芯的截面视图；

图5A是移开了转子的定子的端视图；

图5B是组装了转子的定子的端视图；

图6是示出了DC无刷马达的电气连接的图；

图7A和图7B是示出了汇流条的内部结构的截面视图；

图8A和图8B是示出了其中汇流条布置在芯的外周附近且线圈侧端子径向向内从汇流条的内周延伸的第二实施例的视图；

图9A是如从其一侧观察的第二实施例的汇流条的透视图；

图9B是如从其另一侧观察的第二实施例的汇流条的透视图；

图10是示出了其中汇流条布置在芯的径向中心位置附近的第三实施例的视图；

图11是示出了常规的马达冷却设备的结构的视图；

图12是从线圈从其延伸的侧观察的定子的视图，且示出了其中使用线束的例子；和

图13是示出了通过使用汇流条连接线圈的方法的视图。

具体实施方式

现在将通过例子描述本发明。图1是示出了装配有根据第一实施例的汇流条的无刷马达的总体结构的截面视图。马达壳体包括由金属或树脂形成的圆柱形外壳、由金属或树脂形成且接附到圆柱形外壳的一个端部打开部分的前钟形件(bell)和由金属或树脂形成且接附到圆柱形外壳的另一个端部打开部分的端部钟形件。定子固定到圆柱形外壳的内壁表面。定子包括磁极芯和绕芯通过例如绝缘体的绝缘装置缠绕的线圈。用于支承转子的旋转轴的轴承固定地容纳在前钟形件和端部钟形件的中心部分内。轴的一个端部从前钟形件向马达壳体外侧突出，且待驱动的外部设备连接到突出端部。

在图1中示出的无刷马达中，冷却风扇固定到旋转轴以定位在转子的一个端部(例如如图示在前钟形件侧)处。部分地形成了延伸通过在磁极芯槽内的线圈间间隙的空气流动通路的空气孔形成在马达壳体内，以定位在定子磁极芯的相对侧上。在图示的例子中，排气空气孔在冷却风扇的径向向外的位置处形成在圆柱形外壳内，且进气空气孔形成在位于与冷却风扇相对的端部钟形件内。进气孔提供到在径向方向近似地对应于线圈和线圈间间隙的圆上的位置处。用于位置检测的传感器转子的直径制成为小于端部钟形件的空气孔位于其上的圆的直径，使得转子不封闭空气流动通路。形成在马达壳体内的空气孔的布置不限制于图示的布置，且可以根据冷却风扇的叶片形状以多种方式改变。例如，进气空气孔可以形成在圆柱形外壳内而非如所图示形成在端部钟形件内。替代地，排气空气孔可以形成在冷却风扇侧前钟形件内而非如所图示形成在圆柱形外壳内，且进气空气孔可以形成在端部钟形件内或位于定子磁极芯的相对侧的圆柱形外壳内。进一步地，在本实施例中，位置检测传感器(它的转子和定子)提供在与冷却风扇相对的定子磁极芯侧上。然而，位置检测传感器可以提供在与冷却风扇相同的侧上；即在冷却风扇和前钟形件或端部钟形件之间。

图2是马达的转子的透视图。转子包括固定到转子轴的轭和多个磁体(在图示的例子中四个磁体)，磁体用作转子磁极，接附到面向定子磁极芯的轭的表面(转子表面)。冷却风扇在转子的一个端部固定到旋转轴。冷却风扇具有多个固定地以等周向间隔提供的叶片，冷却风扇自身在此技术领域中是通常地使用的冷却风扇。用于位置检测的传感器转子在图2中的冷却风扇的相对侧上固定到旋转轴上。用于位置检测的传感器转子由磁化为具有四个极的磁体形成；即等间隔交替的两个N极和两个S极。如已熟知，由磁体生成的磁通通过接附到定子侧的例如霍尔元件的位置检测传感器检测到，以此可以检测到转子的旋转位置。

图3A是接附到带线圈的磁极芯的汇流条的透视图；图3B是如从其一侧观察的汇流条的透视图；图3C是如从其另一侧观察的汇流条的透视图；和图3D是移开了汇流条的带线圈的磁极芯的透视图。虽然汇流条的内部结构将在后文中描述，但如所图示汇流条包括由树脂形成的圆柱形汇流条主体和三个或更多(在图示的例子中三个)与汇流条主体整体地形成的汇流条腿。腿插入到轴向延伸的芯沟槽内且接附到它，芯沟槽提供在磁极芯的外周向表面上，且如图1中示出带有接附到其上的汇流条的定子通过压配合、结合、卷边等固定地布置在圆柱形外壳内。为提供汇流条和线圈之间的距离，即为防止汇流条与线圈接触，汇流条腿的每个具有从汇流条主体径向向外延伸的基部部分，和从基部部分的远端端部向芯轴向延伸以插入到芯沟槽内的远端部分。汇流条腿布置为面向芯臂部分(见图4B)。因此汇流条腿插入到其内的芯沟槽的位置与芯臂部分的位置相对于周向方向重合。希望的是，汇流条腿的宽度制成为比芯臂部分的宽度窄，以尽可能汇流条腿使空气流动通路变狭窄。显著地，在本实施例中，汇流条主体呈现圆柱形形状。然而，汇流条主体的形状不限制于此，且汇流条主体可以呈现其他形状，例如弓形(C状形状)和多边形形状。

接附到转子的用于位置检测的传感器转子布置为在汇流条主体的径向内侧，以使得能有效地使用马达的内部空间。因此，汇流条主体的内径必须制成为大于用于位置检测的传感器转子的直径。为将冷却空气的流动通路固定在汇流条主体的径向外侧上，汇流条主体的外径必须制成为小于芯的外径。主体部分的径向尺寸或长度降低，使得在磁极芯槽内的间隙的至少部分保留未被覆盖，只要汇流条主体的内径和外径满足以上所描述的要求。如参考图7将在下文中描述，径向尺寸可以通过布置汇流条的接线条为形成两个或更多的在轴向方向的接线条的层来降低。

图4A是如从端部表面观察的带线圈的定子芯的视图；和图4B是沿定子芯的轴向中心位置取的定子芯的截面视图。如在图4B的截面视图中示出，定子芯具有固定地布置在圆柱形外壳内的芯圆柱形部分和六个与芯圆柱形部分整体地形成的芯臂部分。每个臂部分在其远端端部处具有在相对的周向方向延伸的芯翼部分。定子芯由堆叠磁性钢片形成，每个钢片具有对应于定子芯的截面形状的形状。根据本实施例的无刷马达是三相无刷马达。因此，线圈绕六个臂部分缠绕，且每对位于相对于中心在直径上相对的两个线圈串联，以此形成了用于Y连接的U相绕组、V相绕组和W相绕组。如在图4A和图4B中示出，在线圈之间形成了间隙。换言之，虽然线圈绕芯臂部分缠绕且在芯臂部分之间的磁极槽内，但线圈不占据磁极槽的整个截面且在磁极槽内留有间隙。

图5A是移开了转子的定子的端视图；和图5B是组装了转子的定子的端视图。根据本发明，汇流条以使它不封闭形成在磁极槽内的间隙内的冷却空气流动通路的方式固定。如在图5A和图5B中示出，汇流条布置在位于芯的相对于径向方向的内周向侧的芯翼部分(见图4B)上，使得在汇流条和线圈之间形成轴向间隙。因此，线圈间间隙未被封闭。进一步地，线圈的端部连接到其上且可能生热的汇流条端子(连接端子)布置为当在马达轴线方向观察时不与芯臂部分交迭，以此汇流条端子定位在冷却空气沿其流动的流动通路内。

图6是示出了DC无刷马达的电气连接的图。六个定子线圈连接为Y连接形式。构成了U相绕组、V相绕组、W相绕组的每个的两个线圈(相对于旋转轴在直径上相对地定位)之间的相互连接可以通过使用汇流条的内接线实现。然而，两个线圈之间的相互连接可以通过直接地将第一线圈的绕组结束侧端部和第二线圈的绕组开始侧端部连接而不使用汇流条来实现。当相互连接不通过使用汇流条实现时，线圈排布在定子的芯圆柱形部分的一个端部表面上，该端部表面位于向着汇流条的侧上，或线圈排布在定子的芯圆柱形部分的与汇流条相对的另一个端部表面上(在其中存在图1中示出的冷却风扇的侧上的端部表面)。第一和第二线圈可以是连续地缠绕的线圈或可以是分开的线圈。每个绕组由两个串联连接的线圈组成的用于各相的绕组的第一端通过在汇流条内的相应的接线条连接到汇流条的相应的线圈侧端子且连接到输出侧端子(待连接到驱动电路)。用于各相的绕组的第二端通过在汇流条内的相应的接线条连接到汇流条的相应的线圈侧端子，且以Y连接形式连接在一起。延伸到马达壳体外侧的汇流条的三个输出侧端子被连接到驱动电路的输出线，且通过驱动电路连接到DC电源，如在图6中示出。

驱动电路自身是普通驱动电路且可以通过使用六个开关晶体管形成，如在图6中示出。如已熟知，使驱动电路的开关晶体管开关的控制器基于来自检测马达的旋转位置的位置检测装置的信号进行开关控制。

在其中构成U相绕组、V相绕组和W相绕组的每个的两个线圈之间的互相连接不使用汇流条实现的六极定子磁极马达中，如图3B示出，汇流条包括三个输出侧端子和六个线圈侧端子。图7A和图7B是示出了汇流条的内部结构的截面视图。图7A示出了其中接线条布置为在轴向方向(在图中的垂直方向)形成两层接线条的例子。图7B示出了其中接线条布置为在轴向方向形成三层接线条的例子。虽然未示出，但接线条可以布置为在轴向方向形成四层或更多层接线条。此外，如在图7B中示出，两个或多个接线条的排可以布置在径向方向，只要汇流条主体的尺寸处于预先规定的范围内。接线条例如如下地形成。沟槽形成在由树脂形成的绝缘体内且接线条轻微地压配到沟槽内。接线条由导电金属(例如镀锡铜板)形成且具有整体地形成的连接端子。为抑制生热，使每个接线条的截面积等于或大于形成线圈的线的截面积。如已参考图6描述，三个绕组连接(例如焊接)到六个连接端子(线圈侧端子)，以通过使用汇流条主体内的接线条形成Y连接，且三个绕组通过三个输出侧端子连接(例如焊接)到输出线。显著地，连接端子可以提供在汇流条主体的径向外侧和/或径向内侧上。

在如以上所述的第一实施例中，汇流条主体布置为位于转子附近(在芯翼上)，且绕组所连接到的端子提供在汇流条的径向外侧上。然而，在图8A和图8B中示出的第二实施例中，汇流条主体布置在为位于芯外周附近，且线圈侧端子提供在汇流条的径向内侧上。图8A是去除了转子的定子的端视图；和图8B是组装了转子的定子的端视图。图9A是如从其一侧观察的第二实施例的汇流条的透视图；和图9B是如从其另一侧观察的第二实施例的汇流条的透视图。

如在图9A和图9B中示出，根据第二实施例的汇流条也包括由树脂形成的圆柱形汇流条主体和三个或更多(在图示的例子中为三个)与汇流条主体整体地形成的汇流条腿。腿插入到提供在磁极芯的外周表面上的轴向延伸的芯沟槽内且接附到它，且如在图1中示出，汇流条接附到其上的定子固定地布置在圆柱形外壳内。

如在根据第一实施例的汇流条的情况中，汇流条主体具有小的径向尺寸或长度，使得汇流条主体不封闭线圈间间隙。然而，第二实施例与第一实施例不同在于，冷却空气流动通路固定在汇流条主体的径向内侧上。通过将汇流条的接线条布置为形成在轴向方向的两个或更多的接线条层可以降低占据的面积，如在根据第一实施例的汇流条的情况中。

如在图9A和图9B中示出，线圈侧端子(在图示的例子中六个端子)从汇流条主体径向向内突出，且三个输出侧端子从汇流条主体向与定子线圈相对的侧轴向突出。汇流条主体布置在圆柱形外壳内以位于(在芯圆柱形部分上)径向外侧处，且具有使得汇流条主体不封闭线圈间间隙的径向尺寸。进一步地，线圈的端部连接到其上且可能生热的线圈侧端子布置在汇流条主体的径向内侧上，使得当在马达轴线方向观察时端子不与芯臂部分交迭，以此线圈侧端子定位在冷却空气沿其流动的流动通路内。

图10是示出了其中汇流条布置在芯的径向中心位置附近的第三实施例的视图。图10是组装了转子的端视图。根据第三实施例的汇流条也包括由树脂形成的圆柱形汇流条主体和三个或更多的(在图示的例子中为三个)与汇流条主体整体地形成的汇流条腿。腿插入到提供在磁极芯的外周表面上的轴向延伸的芯沟槽内且接附到它，且汇流条接附到其上的定子固定地布置在圆柱形外壳内。

如在根据第一和第二实施例的汇流条的情况中，汇流条主体具有小的径向尺寸或长度使得汇流条主体不封闭线圈间间隙。然而，第三实施例与第一实施例和第二实施例不同在于，冷却空气流动通路固定在汇流条主体的径向内侧和外侧的每侧上。通过将汇流条的接线条布置为形成在轴向方向的两个或更多的接线条层可以降低占据的面积，如在根据第一实施例和第二实施例的汇流条的情况中。

如在图10中示出，线圈侧端子从汇流条主体径向向外突出，且三个输出侧端子从汇流条主体向与定子线圈相对的侧轴向突出。汇流条主体布置在芯臂部分(见图4B)的径向中心部分附近，且具有使得汇流条主体不封闭线圈间间隙的径向尺寸。进一步地，线圈的端部连接到其上的且可能生热的线圈侧端子布置在汇流条主体的径向内侧或外侧上(在图示的例子中所有线圈侧端子位于径向外侧上)，使得当在转子轴线方向观察时端子不与芯臂部分交迭，以此线圈侧端子定位在冷却空气沿其流动的流动通路内。

Claims (8)

1.一种无刷马达，其包括固定地提供在马达壳体内的定子和固定到旋转轴的转子，其中多个绕定子磁极芯缠绕的线圈通过使用汇流条连接在一起且连接到输出线，其中：

汇流条包括由绝缘构件形成且具有在其内形成的沟槽的主体部分，和每个由导电金属形成且具有整体地形成的连接端子的接线条，且接线条布置在沟槽内；

线圈绕定子磁极芯缠绕为使得在磁极芯槽内形成线圈间间隙；

汇流条布置在定子磁极芯的一个轴向端部处，使得在汇流条和线圈之间形成轴向间隙，且主体部分具有使得在磁极芯槽内的线圈间间隙的至少部分保留未被覆盖的径向尺寸；和

空气孔在定子磁极芯的相对的侧上形成在马达壳体中，以因此形成延伸通过磁极芯槽的冷却空气通路。

2.根据权利要求1所述的无刷马达，其中用于位置检测的盘形形状的传感器转子提供在转子上以位于主体部分的径向内侧，传感器转子的直径小于汇流条的主体部分的内径，且汇流条的主体部分的外径小于磁极芯的外径。

3.根据权利要求1所述的无刷马达，其中汇流条沿构成了马达壳体的圆柱形马达外壳的内壁表面固定。

4.根据权利要求1所述的无刷马达，其中汇流条具有多个汇流条腿，汇流条腿与主体部分整体地形成且适合于配合在形成在定子磁极芯的外周表面上的沟槽内；且汇流条腿布置为与线圈绕其缠绕的定子磁极芯的芯臂部分交迭；且汇流条腿的宽度制成为比芯臂部分的宽度窄。

5.根据权利要求1所述的无刷马达，其中线圈的端部连接到其上的汇流条连接端子布置为当在马达的轴线方向观察时与芯臂部分之间的间隙交迭，以此连接端子定位在流动通过间隙的空气的通路上。

6.根据权利要求1所述的无刷马达，其中汇流条的接线条每个的截面积大于形成线圈的线的截面积。

7.根据权利要求1所述的无刷马达，其中马达壳体包括圆柱形马达外壳和接附到马达外壳的相对的打开部分的端部钟形件和前钟形件；冷却风扇固定到旋转轴以位于转子的一个侧上；以及空气进气孔和排气孔形成在圆柱形马达外壳、位于定子磁极芯的相对侧上的端部钟形件或前钟形件内；且用于位置检测的传感器转子的直径制成为小于空气孔位于其上的圆的直径。

8.根据权利要求1所述的无刷马达，其中汇流条通过将与主体部分整体形成的腿插入轴向延伸的芯沟槽内而被接附，该芯沟槽设置在定子磁极芯的外周表面上。

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