CN101093951B - 轴向气隙式马达 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轴向气隙式马达，包括：转子，其具有磁体；定子，其内具有容置空间，该定子沿该马达的轴向以一气隙与该磁体分开；以及印刷电路板，其设置在该定子的容置空间内。

Description

轴向气隙式马达
技术领域
本发明涉及一种轴向气隙式马达，尤其涉及一种具有薄的外形的轴向气隙式马达。
背景技术
图1示出了传统的马达，其包括转动转轴23的转子21，以及转动转子21的定子31。该转子21设置于该定子31的内部，并且该转子21和该定子31以一气隙G分开。
该定子31包括定子铁芯33，该定子铁芯33通过将多个盘状钢片35层叠在一起而构成。定子33的中央形成一容置孔36，转子21设置在该容置孔36中。当转子21设置于该容置孔36中时，该转子21与该定子铁芯33的内周边以气隙G分开。沿着该容置孔36的周边交替地形成齿和槽37。一定子线圈38围绕该齿37缠绕，并且当给定子线圈38通电流时，定子线圈38产生转动转子21的磁力。
转子21包括转轴23以及永磁体25，该永磁体25连接至该转轴23并转动该转子21。永磁体25为盘状，并具有沿着转轴23的径向方向的磁场。一轴承26与该转轴23连接并可转动地支撑该转轴23。
定子31设在一机壳11中，该机壳11可以由诸如块状模塑料之类的合成树脂制成。在该机壳11中还包含印刷电路板(PCB)15。该PCB15上设置有诸如驱动集成电路(IC)16之类的驱动电路。
图1所示的传统马达的一个缺点在于，机壳11中存有PCB15和驱动IC16需要机壳11沿马达轴向的宽度增加。
另外，因为定子线圈38在定子铁芯33的上方伸出一高度H，这也增加了机壳11沿马达轴向的宽度的需求。
而且，由于定子铁芯33通过将多个钢片35沿轴向层叠而制成，因此轴向磁通会引起涡流损失，这降低了马达的效率。
发明内容
本发明涉及一种轴向气隙式马达。本发明的马达的特征之一在于该马达薄且紧凑。另一特征在于该马达由轴向磁通引起的损失低。又一特征在于不需要用于检测其转子位置的独立的磁体。还有一特征在于其具有低的转矩脉动。
为了达到至少这些特征，在此提供了一种轴向气隙式马达，该马达包括：转子，其具有磁体；定子，其内具有容置空间，该定子沿该马达的轴向以一气隙该磁体分开；以及印刷电路板(PCB)，其设置在该定子的容置空间内。
具体地，一种轴向气隙式马达，包括：转子，其包括转轴和磁体，该磁体具有沿着该马达的轴向流动的磁场；定子，其包括定子铁芯和定子线圈，该定子铁芯沿该定子的径向层叠且其内具有容置空间，该定子线圈设置于该定子铁芯的表面上并在与该磁体相互作用的同时产生磁力，该定子沿该转轴的轴向设置并与该磁体分开一气隙；印刷电路板，其设置在该定子铁芯的容置空间内，且该印刷电路板设置在该定子铁芯的径向内部；以及机壳，其内容置该定子和该转子，其中，该机壳包括第一本体和第二本体，所述第一本体和所述第二本体沿着所述马达的轴向可拆卸地连接在一起。
该定子可以包括沿该定子的径向层叠的定子铁芯。该定子铁芯可以包括具有多个不同直径的多个钢环，所述钢环层叠在一起。该定子铁芯可以包括具有不同长度的多个钢片，所述钢片卷成环状并层叠在一起。该定子铁芯可以包括一长钢片，该钢片螺旋地缠绕并层叠在一起。
该马达可以包括设置在该定子铁芯的表面上的多个定子线圈。该马达还可以包括设置在该PCB上的驱动电路，该驱动电路输出三相交流电至该定子线圈。该马达还可以包括设置在该PCB的表面上的多个磁体检测器。所述磁体检测器可以检测该磁体的转动位置，并与该三相交流电的相位相对应。
该磁体可以包括不同的磁极，所述磁极围绕该磁体的周边交替地设置。所述磁极可以具有的中央近似平坦而边缘为锥形的底面。所述磁极的截面可以形成为圆弧形。所述磁极可以是独立的构件。
该磁体可以是环状。该转子可以包括盘状的转子轭，该转子轭支撑该磁体。该马达可以包括一机壳，该机壳内容置该定子和该转子。该马达可以包括形成在该机壳和该定子的其中之一上的凸起，以及形成在该机壳和该定子的其中之另一个上以容置所述凸起的凸起容置部。
还提供了一种轴向气隙式马达，其包括：转子，其具有磁体；定子，该定子沿着该马达的轴向以一气隙与该磁体分开，并且包括：定子铁芯，该定子铁芯沿该定子的径向层叠并且其内具有容置空间；和定子线圈，所述定子线圈设置在该定子铁芯的表面上，并产生与该磁体相互作用的磁力；PCB，其包括给该定子线圈输出三相交流电的驱动电路，且该PCB设置在该定子的容置空间内，并且该印刷电路板设置在该定子铁芯的径向内部；以及多个磁体检测器，其检测该磁体的转动位置。
具体地，一种轴向气隙式马达，包括：转子，其包括转轴和磁体，该磁体具有沿着该马达的轴向流动的磁场；定子，其包括定子铁芯和定子线圈，该定子铁芯沿该定子的径向层叠且其内具有容置空间；，所述定子线圈设置在该定子铁芯的表面上并在与该磁体相互作用的同时产生磁力，该定子沿该转轴的轴向设置并与该磁体分开一气隙；印刷电路板，其包括给该定子线圈输出三相交流电的驱动电路，且该印刷电路板设置在该定子铁芯的容置空间内；多个磁体检测器，其检测该磁体的转动位置；以及机壳，其内容置该定子和该转子，其中，该机壳包括第一本体和第二本体，所述第一本体和所述第二本体沿着所述马达的轴向可拆卸地连接在一起。
该定子铁芯可以包括连接至所述定子线圈的凸起，所述定子线圈设置成环形。该马达可以包括设置在该定子铁芯和该定子线圈之间的绝缘件。
通过以下结合附图对本发明的详细说明，本发明的上述以及其它目的、特征、方案和优点将会更加清楚。
附图说明
所包含的附图提供了对本发明的进一步理解，其被并入到本说明书中并构成本说明书的一部分，所述附图示出了本发明的实施例，并与文字描述一起用于解释本发明的原理。
在附图中：
图1是示出根据现有技术的马达的一个实例的剖视图；
图2是根据本发明第一实施例的轴向气隙式马达的剖视图；
图3是图2中的轴向气隙式马达的分解立体图；
图4是图3的连接状态的俯视图；
图5是示出图2中的定子铁芯的制造方法的图；
图6是示出图2中的定子铁芯的另一种制造方法的图；
图7是示出图2中的定子铁芯的又一种制造方法的图；
图8是示出图2中的定子线圈的线连接的图；
图9是示出图2中的磁体检测器的改型的图；
图10是图2中的转子的仰视图；
图11是图2中的磁体的立体图；
图12是图11的一部分的剖面图；
图13到图18是示出图2中的磁体的各种改型的图；
图19是根据本发明第二实施例的轴向气隙式马达的剖视图；
图20是图19中的轴向气隙式马达的定子铁芯和定子线圈的分解立体图；
图21是用于形成图20中的凸起的电子钢板的侧视图；
图22是图19中的定子铁芯和定子线圈之间的连接图。
具体实施方式
图2示出了根据本发明的轴向气隙式马达的实施例的剖视图。图2所示的马达包括转子150和定子170。该转子150包括转轴151和磁体155，该磁体155具有沿马达的轴向流动的磁场。定子170与磁体155以一气隙G分开。该马达还包括PCB181，该PCB181设置在定子170的容置空间内。
转子150和定子170都设在一机壳110中。在马达的一个实施例中，机壳110可以包括沿着马达的轴向可拆卸地连接在一起的第一本体111和一第二本体121。
图3示出了图2所示的马达的实施例的分解立体图。如图3所示，可以在第一本体111和第二本体121中分别形成轴承接合部113和轴承接合部123。轴承接合部113和轴承接合部123容置轴承152，该轴承152可转动地支撑转轴151。为了将第一本体111和第二本体121连接在一起，可以在第一本体111和第二本体121上分别形成螺钉安装部115和螺钉安装部125。螺钉安装部115和螺钉安装部125可以分别从第一本体111和第二本体121的外周伸出，如图3所示。在螺钉安装部115和螺钉安装部125中拧入螺钉120，以将第一本体111和第二本体121连接在一起。
可以沿着第二本体121的外周形成凸起126，凸起126如图3所示朝第二本体121的中央突出。凸起126将定子170的定子铁芯171保持在适当位置上。还可以在第二本体121的内部形成多个凸台部127，以将PCB181保持在适当位置上。
定子170包括多个定子线圈175以及具有薄平形状的定子铁芯171。图5到图7示出了定子铁芯171的多个实施例。在图5所示的实施例中，定子铁芯171由螺旋地缠绕并层叠在一起的单个长钢片172a或其它合适的材料制成。在图6所示的实施例中，定子铁芯171由具有不同长度的多个钢片172b或其它合适的材料制成。上述钢片172b卷成环状并放入钢环172c或其它合适的材料中。钢片172b和钢环172c层叠在一起。在图7所示的实施例中，定子铁芯171由具有不同直径的多个环172c制成，上述环172c由钢或其它合适的材料制成。多个环172c层叠在一起。如图3所示，可以在定子铁芯171的外周形成凸起容置部173。在定子铁芯171安装在第二本体121上时，形成于第二本体121上的凸起126安装在凸起容置部173内，以便将定子铁芯171保持在适当位置上。可选地，凸起容置部可以形成在第二本体121上，且凸起可以形成在定子铁芯171的外周上，以安装在凸起容置部内将定子铁芯171保持在适当位置上。
图8示出了定子线圈175的连接。如图8所示，定子线圈175包括线圈176a、线圈176b和线圈176c，线圈176a、线圈176b和线圈176c分别连接u相交流电、v相交流电和w相交流电。线圈176a、176b和176c中的每一个线圈均缠绕多次以形成环形。由于线圈176a、176b和176c不是围绕铁芯缠绕，所以没有产生涡流损失，且可以减小马达的重量。
定子170包括相同数量的线圈176a、176b和176c(在如图8所示的实例中为3个)。如图8所示，线圈176a、176b和176c设置成环形，并且为交替模式。每一个线圈176a均电连接在一起，并与u相交流电连接；每一个线圈176b均电连接在一起，并与v相交流电连接；且每一个线圈176c均电连接在一起，并与w相交流电连接。
PCB181安装在定子铁芯171的内周边内。PCB181可以是盘状，如图3所示，或者是允许其安装在定子铁芯171的内周边内的任何其它形状。在图3所示的PCB181的实施例中，在PCB181的中央形成一轴孔183，转轴151穿过该轴孔183。可以在PCB181上形成多个螺钉孔184，以将PCB181拧在第二本体121上。在PCB181上设置一驱动电路187。该驱动电路187可以实施为例如IC。驱动电路187输出三相交流电(即u相、v相和w相交流电)至定子线圈175。
图4示出了定子170和PCB181的实施例的俯视图。在图4所示的实施例中，在PCB181上沿着PCB181的外围的三个位置设置磁体检测器185。磁体检测器185检测磁体155的转动位置，且可以由例如霍尔传感器实施。磁体检测器185与定子线圈175的u相、v相和w相相对应。
图9示出了定子170和PCB181的另一个实施例的俯视图。在该实施例中，在PCB181上沿着轴孔183的外围，而不是象图4的实施例那样沿着PCB181的外围，设置磁体检测器188。
图10示出了转子150的仰视图。该转子150包括转子轭153，该转子轭153与转轴151连接，并支撑磁体155。转子轭153可以形成为盘状磁性件。磁体155为环形，并且可以通过例如注射成型一体成形，以简化形成过程。磁体155包括多个磁极156。磁极156的N极和S极在磁体155中交替地设置。
图11和图12示出了磁体155的实施例。在图11和图12所示的实施例中，磁极156的截面形成为圆弧形。
图13和图14示出了磁体155的另一个实施例。在该实施例中，磁体155由具有基本一致厚度的磁极157构成。图15和图16示出了磁体155的又一个实施例。在该实施例中，磁体155由底面的中央基本平坦而底面的边缘为锥形的磁极158构成。
图17和图18示出了磁体155的又一个实施例。在该实施例中，磁体155由磁极159构成，上述磁极159是独立元件，而不是如上所述的一体成形。图17和图18中所示的磁极159的截面形成为圆弧形。然而，在其它实施例中，磁极159可以具有基本一致的厚度，如图13和图14所示，或者可以具有中央基本平坦而边缘为锥形的底面，如图15和图16所示。
上述的马达通过以下步骤装配：将定子铁芯171和定子线圈175设置在第二本体121上；将PCB181设置在定子铁芯171的内周边内；设置转子150以使转轴151穿过定子铁芯171的内周边和PCB181的轴孔183，并使下轴承152安装在轴承接合部123中；将第一本体111设置在转子150的上方，以使上轴承152安装在轴承接合部113中；以及例如通过螺钉120将第一本体111和第二本体121拧在一起，从而将第一本体111和第二本体121固定在一起，如图2和图3所示。
图19至图22示出了根据本发明的轴向气隙式马达的另一实施例。该实施例与上述马达的不同之处在于，在定子铁芯171的、与定子线圈175连接的顶面上形成有多个凸起174。为了形成如图19和图20所示的定子铁芯171，一个或多个钢片172d可以形成有凸起174，如图21所示。钢片172d可以通过上述与图5至图7相关的方法中的一个方法形成定子铁芯171。
如图22所示，在定子铁芯171和定子线圈175之间设置一绝缘件177以用于绝缘。在该绝缘件177上形成支撑各定子线圈175的支撑部178。在定子铁芯171、绝缘件177及定子线圈175的外部形成一模制部(molding portion)179，以覆盖定子铁芯171、绝缘件177及定子线圈175。
在上述的轴向气隙式马达中，定子和转子沿轴向以一气隙分开，并且PCB设置在定子的内部，从而使马达的尺寸薄且紧凑。
该马达的另一个优点在于，当定子铁芯沿径向层叠时，由于轴向磁通产生的涡流损失减少。而且，如果通过注射成型来形成磁体，则可以简化制造过程。
另一优点在于，磁体中磁极的设置减小了转矩脉动(torque ripple)和噪音。
另一优点在于，在不增加马达尺寸的情况下设置了磁体检测器。
由于在不脱离本发明的构思和实质特征的情况下，本发明可以用多种形式来实现，所以还应该理解的是，除了另外指定，上述实施例并非受限于前面所描述的任何细节，而可以在所附权利要求书限定的构思和范围内进行广泛的解释，因此落入本发明的权利要求书或其等同物范围内的所有变化和修改都应包含在所附权利要求书的范围内。

Claims (13)

1.一种轴向气隙式马达，包括：
转子，其包括转轴和磁体，该磁体具有沿着该马达的轴向流动的磁场；
定子，其包括定子铁芯和定子线圈，该定子铁芯沿该定子的径向层叠且其内具有容置空间，该定子线圈设置于该定子铁芯的表面上并在与该磁体相互作用的同时产生磁力，该定子沿该转轴的轴向设置并与该磁体分开一气隙；
印刷电路板，其设置在该定子铁芯的容置空间内，且该印刷电路板设置在该定子铁芯的径向内部；以及
机壳，其内容置该定子和该转子，
其中，该机壳包括第一本体和第二本体，所述第一本体和所述第二本体沿着所述马达的轴向可拆卸地连接在一起。
2.如权利要求1所述的马达，其中，该定子铁芯包括具有不同直径的多个钢环，所述钢环层叠在一起。
3.如权利要求1所述的马达，其中，该定子铁芯包括具有不同长度的多个钢片，所述钢片卷成环状并层叠在一起。
4.如权利要求1所述的马达，其中，该定子铁芯包括一长钢片，该钢片螺旋地缠绕并层叠在一起。
5.如权利要求1所述的马达，其中，该马达还包括设置在该印刷电路板上的驱动电路，该驱动电路输出三相交流电至所述定子线圈。
6.如权利要求5所述的马达，其中，该马达还包括设置在该印刷电路板的表面上的多个磁体检测器。
7.如权利要求6所述的马达，其中，所述多个磁体检测器检测该磁体的转动位置，并与该三相交流电的相位相对应。
8.如权利要求1所述的马达，其中，该磁体为环形。
9.如权利要求1所述的马达，其中，该转子包括盘状的转子轭，该转子轭支撑该磁体。
10.如权利要求1所述的马达，其中，该马达还包括：
凸起，其形成在该机壳和该定子的其中之一上；以及
凸起容置部，其形成在该机壳和该定子的其中之另一个上，以容置所述凸起。
11.一种轴向气隙式马达，包括：
转子，其包括转轴和磁体，该磁体具有沿着该马达的轴向流动的磁场；
定子，其包括定子铁芯和定子线圈，该定子铁芯沿该定子的径向层叠且其内具有容置空间；所述定子线圈设置在该定子铁芯的表面上并在与该磁体相互作用的同时产生磁力，该定子沿该转轴的轴向设置并与该磁体分开一气隙；
印刷电路板，其包括给该定子线圈输出三相交流电的驱动电路，且该印刷电路板设置在该定子铁芯的容置空间内，并且该印刷电路板设置在该定子铁芯的径向内部；
多个磁体检测器，其检测该磁体的转动位置；以及
机壳，其内容置该定子和该转子，
其中，该机壳包括第一本体和第二本体，所述第一本体和所述第二本体沿着所述马达的轴向可拆卸地连接在一起。
12.如权利要求11所述的马达，其中，该定子铁芯包括连接至所述定子线圈的凸起，所述定子线圈设置成环形。
13.如权利要求12所述的马达，其中，该马达还包括设置在该定子铁芯和所述定子线圈之间的绝缘件。
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