CN101478216B - 内转子无刷电动机 - Google Patents

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Abstract

一种内转子无刷电动机，在不降低电动机性能的前提下，缩小电动机的尺寸，使电动机扁平化并降低电动机的重量。转子和定子被密闭在密封壳体中(即，密闭空间)，壳体由安装基底覆盖杯型托架装配而成。电动机的驱动电路布置在电动机底板上，底板设置在间隙内，该间隙在轴向方向上位于(i)转子和定子与(ii)托架开口内的基部之间。

Description

内转子无刷电动机
技术领域
本发明涉及一种内转子无刷电动机，该电动机用于车用空调、电池冷却装置或其他类似装置。
背景技术
作为示例，现在描述在车辆中作为风扇驱动装置的外转子直流无刷电动机。电动机的基板上布置有驱动电路，基板被分成两段，并被树脂制成的上下外壳封闭。上外壳上形成一个凹陷，轴承套布置在凹陷中并垂直向上突起。支承轴可旋转地支撑在轴承套中。支承轴延伸穿过转子，并且风扇布置在轴的另一端。定子铁心可滑动地安装到轴承套并且和轴承套的阶梯部接触。
当转子旋转时，空气从外壳侧表面的入口被吸入并从转子端部的出口向风扇排出，从而带走电动机基板和绕组产生的热量(参见专利文献1)。同样，不局限于在车辆中的使用，还有人提出了这样的内转子无刷电动机，其具有测量电动机旋转位置和旋转速度的装置(进而提高了电动机测量精度)，并通过减少径向厚度而变得小型化(参见专利文献2)。
专利文献1
日本专利公开No.2002-262517
专利文献2
日本专利公开No.2005-229698
发明内容
但是，对于外转子或内转子无刷电动机，电动机驱动电路所在的电动机基板的厚度增加了定子铁心和/或转子的厚度，从而导致电动机结构在轴向上增厚的问题。由于电动机在车辆中使用时特别需要充分的防水性来防止盐雾试验对驱动电路的危害，因此需提供一个端盖(或者说是“盒”)用于保护电路基板，这同样导致结构在轴向上的有增厚的趋势。例如，在输出为50W的电动机情况下，电动机包括密封基板的端盖，并在使用时在轴向有65mm到70mm的厚度。
同样，在车辆的电子设备应用中，虽然标准元件、基板上安装的电子元件(例如传感器和电动机)的数量增加了以提高舒适性、安全性和环境适应性，但相应于环境要求，需要减少电动机的尺寸和重量来减少整车的重量。
另外，虽然安装到车辆中的电子元件的数量增加了，但为了减少这些元件所占用的空间，要求在不减少电动机性能的情况下减少电动机的轴向厚度(即，扁平)。
本发明提出解决上述问题的一个构想，目标是提供一种小型化的内转子无刷电动机，其扁平、轻型并且不降低电动机的性能。
为了达到这一目标，根据本发明的内转子无刷电动机，其中转子布置在由环形定子包围的空间中，其中，转子和定子被密封闭在密闭外壳中，外壳由覆盖杯形托架的附加基部装配而成，以及电动机基盘板，其该电动机基板上布置有电动机驱动电路，并且设置在间隙内，该间隙在轴向上位于(i)转子和定子与(ii)托架的托架开口内的基部之间。
该转子包括杯形转子轭和安装在转子轭外周表面的磁铁，并且转子联接到位于转子轭开口中心的电动机轴上，电动机轴支撑在托架开口中心的轴承部，以及转子可旋转地安装在托架上，转子轭开口面对托架开口内的基部。
高度相对较高的各分立元件布置在电动机基板的面对转子轭的表面上，并且位于转子轭的内部空间，以及产生大量热量的各分立元件设置在电动机基板的面对托架的电动机基板的表面上。
托架和安装基部被密封元件密封，以及定子铁心夹在密封元件的台阶表面和托架内壁的台阶表面之间。
内转子无刷电动机可以是用于车辆的风扇电动机，并且具有安装在延伸出托架的电动机轴端部的风扇。
通过使用上述的内转子无刷电动机，转子和定子被密封闭在密闭外壳中，外壳由覆盖杯形托架的附加基部装配而成，以及电动机基盘板，其该电动机基板上布置有电动机驱动电路，并且设置在间隙内，该间隙在轴向上位于(i)转子和定子与(ii)托架的托架开口内的基部之间。这样，电动机基板布置在密封壳体的轴向区域，其被构成电动机外部的托架和安装基部包围，并且在托架开口基部区域内，这样可以就可以使电动机小型化、在轴向扁平化并减少电动机重量。
同样，转子包括杯形转子轭和在转子轭外周表面的磁铁，并且转子联接到转子轭开口中心的电动机轴，电动机轴被托架开口中心的轴承部支持，并且转子可旋转地安装在托架上，转子轭的开口面对托架内的基部。这样，由于转子轭开口布置成面对托架开口的基部，并且基板上安装的元件可以利用转子轭开口的内部空间，从而使电动机小型化。
由于高度相对较高的各分立元件安装在电动机基板的面对转子轭的表面上并位于转子轭的开口内，因此基板上安装的元件的高度可以被转子轭开口内部空间所容纳，这样就可以使电动机扁平化(即，使电动机更薄)。同样，当产生的大量的热的各分立元件分布在电动机基板的面对托架的表面上，因此可以促进热量通过金属支撑的托架的散失。
托架和安装基部被密封元件密封，并且由于定子铁心夹在密封元件的台阶表面和托架内壁台阶表面之间，因此可以防止盐雾对电动机的驱动电路的损坏，并且在极端环境中具有足够的防水和防震能力。
通过在电动机轴的延伸出托架的端部安装风扇，可以在车辆中作为风扇电动机使用，可以从轴向中心吸取空气并排向外周表面。因此，可以促进发热元件产生的热量更好的通过托架散失，并且进一步提高散热能力。
附图说明
图1是内转子无刷电动机的剖视图；
图2是内转子无刷电动机的剖视图；以及
图3是从图2中箭头A方向看的电动机内部平面视图。
具体实施方式
根据本发明的内转子无刷电动机将参照附图进行描述。本实施例是在车辆中使用的风扇电动机(内转子无刷直流电动机)，其中转子布置在环形定子铁心包围的空间中。图1是图3中X-O-Z方向上的剖视图，图2是图3中Y-O-X’方向上的剖视图，以及图3是图2中箭头A方向上的内部平面视图。
内转子无刷直流电动机的整体结构将参照图1-3描述。在图1中，中空的圆柱部2布置在杯形托架1的托架开口1a处。在中空的圆柱部2中，电动机轴4通过轴承5、6(例如球形轴承或者套筒轴承)可旋转地支撑。托架1既作为转子轴承部又作为电动机外壳。最好用金属杯(例如，铝托架)作为托架1。托架1构成电动机的外部，并且附连且覆盖安装基部3，这样转子R和定子S就被密封在密封壳(即在密封空间P)中。驱动电路所在的电动机基板17有间隙Q形成在轴向，处于(i)转子R和定子S与(ii)托架开口1a的基部1b之间。这样，电动机基板17布置在外壳的轴向区域，其被构成电动机外部的托架1和安装基部3环绕，并在托架开口1a的基部1b的区域内，这可以使电动机在轴向小型化和扁平，并减少电动机的重量。
转子R是这样装配形成的，即，将磁铁8附着于杯形转子轭7的外圆周表面，并将转子轭7的中心部整体附着在电动机轴的一端。电动机轴4通过轴承部5、6支撑在中空圆柱部2，中空圆柱部2形成在托架开口1a内，转子R可旋转地布置在托架1上，其中转子轭开口7a面对托架开口1a内的基部1b。这样，由于转子轭开口7a面对托架开口1a内的基部1b并且基板上安装的元件可以利用转子轭开口7a的内部空间，因此可以使电动机小型化。
风扇(转子叶片)9装配在电动机轴4的另一端并且在托架1外延伸。当风扇9旋转时，空气从轴向中心吸入，并向外周面排出。
在图2中，在托架1和安装基部3之间的间隙被密封元件10(例如，橡胶元件)密闭。密封元件10通过固定螺丝11固定到安装基部3。定子铁心12夹设在密封元件10的台阶表面10a和托架1的径向内表面1c的台阶表面1b之间，并且密封元件10、定子铁心12和托架1通过固定螺丝13(参见图1)被整体地固定在一起。
在图3中，环形定子铁心12的齿14朝向径向内侧，并且分别被绝缘子15覆盖并绝缘。电动机绕组16缠绕在相应的齿14上。在该实施例中，采用了具有六极十二个槽的三相直流无刷电动机。各个相通过设置在绝缘子15外周侧的配线槽15a而接线在一起。
在图1和图2中，电动机驱动电路所在的电动机基板(PWB)17上具有间隙Q，间隙Q在轴向上位于(i)转子R和定子S与(ii)托架1的托架开口1a内的基部1b之间。更具体的，电动机基板17是通过将绝缘子15上端的安装突起15b安装在基板的装配孔(未示)内而组装到定子S上的。
高度相对较高的分立元件(例如，扼流线圈和电解电容18)布置在电动机基板17的面对转子轭7的表面并且因此位于转子轭开口7a的内部空间中，并且产生大量热量的各分立元件(例如，象FET19之类的开关元件)设置在面对托架1的电动机基板17的表面上。
这种情况下，由于高度相对较高的各分立元件布置在电动机基板17的面对转子轭7的表面上，并且在转子轭开口7a的内部空间中，基板上安装的元件的高度可以被转子轭开口7a轴向空间所容纳，这就可以使电动机扁平化(即，使电动机更薄)。例如，对于输出为50W的电动机，在托架1和安装基部3之间轴向上减少大约35mm的距离，并且减少电动机的重量的一半到三分之一。
还有，当把产生大量的热的各分立元件设置在电动机基板17的面对托架1的表面上时，可以通过金属制成的托架1促进散热。
通过在延伸出托架1的电动机轴端上安装风扇9，风扇9可以从轴向中心吸取空气并排出到外周。因此可以通过支架1促进发热元件和电动机绕组16产生的热量的散失，因此进一步提高散热能力。
同样，在图2中，外部连接线(即，导线)20连接到电动机基板17。导线20通过托架1的内周表面和定子铁心12外周表面之间的间隙并且接着穿过密封元件10的通孔10b(参见图3)。最终导线20穿过安装基部3上的圆柱形扣眼21的中心孔而穿出电动机。
托架1和安装基部3之间的间隙被密封元件10密封，由于定子铁心12夹在密封元件10的台阶表面10a和托架1径向内壁1c的台阶表面1d之间，因此可以防止电动机的驱动电路在盐雾试验中被损坏并在极端的外部环境中具有足够的防水和防震能力。
虽然通过作为示例的该实施例描述了本发明的车辆用风扇电动机，但本发明并不局限于此，还可以用于空调或类似应用。本发明也不局限于风扇电动机，也可以用于传动电动机，其中齿轮安装在电动机轴4的输出端。

Claims (5)

1.一种内转子无刷电动机，其中转子布置在由环形定子包围的空间中，其中，转子和定子被封闭在密闭外壳中，外壳由安装基部覆盖杯形托架装配而成，以及
电动机基板，该电动机基板上布置有电动机驱动电路，并且设置在间隙内，该间隙在轴向上位于(i)转子和定子与(ii)托架的托架开口内的基部之间，
其中该转子包括杯形转子轭，并且转子联接到位于转子轭开口中心的电动机轴上，电动机轴支撑在托架开口中心的轴承部，转子可旋转地安装在托架上，转子轭开口面对托架开口内的基部，
其中高度相对较高的各分立元件布置在电动机基板的面对转子轭的表面上，并且位于转子轭的内部空间。
2.根据权利要求1的内转子无刷电动机，其特征在于，该转子还包括安装在所述杯形转子轭外周表面的磁铁。
3.根据权利要求2的内转子无刷电动机，其特征在于，产生大量热量的各分立元件设置在电动机基板的面对托架的表面。
4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的内转子无刷电动机，其特征在于，
所述托架和安装基部被密封元件密封，以及
定子铁心夹在密封元件的台阶表面和托架内壁的台阶表面之间。
5.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的内转子无刷电动机，其特征在于，内转子无刷电动机是用于车辆的风扇电动机，并且具有安装在延伸出托架的电动机轴端部的风扇。
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