CN102263445B - 无刷电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无刷电机，包括：定子，其包括定子铁芯(11)和绕组(13)，所述定子铁芯(11)具有若干向内伸出的极(12)，所述绕组(13)缠绕到所述极(12)；以及转子，所述转子包括转轴(21)、固定到转轴的转子铁芯(22)以及固定到所述转子铁芯的磁铁，所述磁铁在所述转子铁芯(22)的周向形成若干磁极；所述转子通过所述转轴(21)可转动地安装到所述定子，所述定子的凸极具有沿转子周向伸展的极靴(14)，所述极靴(14)的极弧面与所述转子铁芯(22)相对并由一气隙隔开；在所述电机的径向截面上，每一个磁极的磁铁的有效宽度(W)，等于所述极弧面的弦长(L)的0.85至1.2倍。本发明的无刷电机能够减少漏磁，提高电机的性能。

Description

无刷电机
技术领域
本发明涉及电机领域，尤其涉及无刷电机。
背景技术
无刷电机包括定子和转子，定子包括定子铁芯和绕组，定子铁芯具有向内伸出的极，绕组缠绕到极。转子包括转轴、固定到转轴上的转子铁芯、以及固定到转子铁芯的磁铁。转子通过转轴可转动地安装到定子内。电机通电时，转子在凸极产生的磁场的作用下转动。
现有的无刷电机的一种缺陷在于漏磁现象严重，降低了电机的性能。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种改善漏磁的无刷电机，该无刷电机，包括：定子，所述定子包括定子铁芯和绕组，所述定子铁芯具有若干向内伸出的极，所述绕组缠绕到所述极；以及转子，所述转子包括转轴、固定到转轴的转子铁芯以及固定到所述转子铁芯的磁铁，所述磁铁在所述转子铁芯的周向形成若干磁极；其中：所述转子通过所述转轴安装到所述定子并可相对于定子转动，所述定子的凸极具有沿转子周向伸展的极靴，所述极靴的极弧面与所述转子铁芯相对并由一气隙隔开；在所述电机的径向截面上，每一个磁极的磁铁的有效宽度W，等于所述极弧面的弦长L的0.85至1.2倍。
优选地，在所述电机的径向截面上，相邻的两个极靴之间的间隔D，大于或等于所述气隙的径向厚度的3倍。
优选地，所述绕组为集中式绕组。
优选地，所述定子的凸极数量与所述转子的磁极数量的比值为3∶2。
优选地，每一个磁极由嵌入到转子铁芯的一块磁铁形成。
优选地，每一个磁极由嵌入到转子铁芯的两块磁铁形成，所述两块磁铁在转子铁芯的径向截面上形成开口朝外的“V”形。
优选地，每一个磁极由嵌入到转子铁芯的若干块磁铁形成，所述若干块磁铁至少被排成内层和外层，所述内层比所述外层更靠近所述转轴，位于内层的磁铁与位于外层的磁铁隔开。
优选地，每个磁极中，位于外层的磁铁在转子铁芯的径向截面上形成开口朝外的“V”形。
优选地，每个磁极中，位于内层的磁铁在转子铁芯的径向截面上形成开口朝外的“V”形或者轭状。
优选地，每个磁极中，所述外层具有两块磁铁，所述内层具有三块磁铁，所述位于外层的两块磁铁在转子铁芯的径向截面上形成开口朝外的“V”形，所述位于内层的三块磁铁在转子铁芯的径向截面上形成开口朝外的轭状。
优选地，每个磁极中，位于所述内层的磁极中，有两块磁铁位于该磁极的两侧并沿所述转子铁芯的径向排列，所述沿转子铁芯的径向排列的磁铁作为相邻的两个磁极的共用磁铁。
本发明的无刷电机中，转子的每一个磁极的磁铁的有效宽度W与定子凸极极弧面的弦长L基本相等，所以，凸极产生的磁通大部分都穿过转子的磁铁，减少了无刷电机漏磁，提高了电机的性能。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
附图中：
图1是本发明第一实施例提供的无刷电机的示意图；
图2是图1所示无刷电机的定子铁芯及其定子绕组的示意图；
图3是图1所示无刷电机的定子铁芯的平面视图；
图4是图1所示无刷电机的转子的示意图；
图5是图1所示无刷电机的转子铁芯及其磁铁的截面图；
图6是图1所示无刷电机的定子铁芯、转子铁芯的截面图；
图7是本发明第二实施例提供的转子铁芯及其磁铁的截面图；
图8是本发明第三实施例提供的转子铁芯及其磁铁的截面图；
图9是本发明第四实施例提供的转子铁芯及其磁铁的截面图。
具体实施方式
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。
图1是本发明一优选实施例提供的无刷电机的示意图。参考图1至图3，该无刷电机包括定子和转子，定子包括定子铁芯11、缠绕在定子铁芯11的极12上的绕组13、安装在定子铁芯11两端的端盖15和端盖16、设置在端盖15和16上的轴承17等。
参考图1、图4和图5，转子包括转轴21、固定到转轴21的转子铁芯22、沿着转子的轴向嵌入到转子铁芯22的磁铁31～38和41～48、安装到转子铁芯22两端的平衡环23和24。嵌入到转子铁芯22的磁铁形成了若干个磁极，该若干个磁极沿者转子铁芯的周向分布。转子通过转轴21安装到定子，转轴21由定子端盖15和16中的轴承支撑，使得转子铁芯22位于定子铁芯11内，转子铁芯22与定子铁芯11之间隔有气隙，以便于转子相对于定子铁芯11转动。
参考图2和图3，本实施例中，定子铁芯11具有6个沿着电机径向向内伸出的极12，绕组13缠绕在各个极12上，绕组13为集中式绕组，每个线圈元件缠绕一个极12。与传统的跨齿缠绕的绕线方法相比，本实施例的电机采用集中式绕组，绕组的端部比较小，绕组的轴向长度较短，节省了铜材，并具有较小的电阻。各个极12的前端具有沿转子周向伸展的部分，该伸展的部分称为极靴14，极靴14的朝向转子铁芯22的曲面称为极弧面。如图3所示，极弧面对应的弦长，也就是极靴14的两个轴向边缘的距离，用L表示。相邻的两个极靴14之间的间隔，也就是相邻极靴14的相邻的轴向边缘的直线距离，用D表示。
参考图4和图5，本实施例中，固定到转子铁芯22内的磁铁31～38以及磁铁41～48共形成4个磁极，这4个磁极沿着转子铁芯22的周向分布。具体地，磁铁31、32以及磁铁41～43形成第一磁极，磁铁33、34以及磁铁43～45形成第二磁极，磁铁35、36以及磁铁45～47形成第三磁极，磁铁37、38以及磁铁47、48和41形成第四磁极。也就是说，每个磁极由5块磁铁形成，这5块磁铁被设置成内层和外层，内层比外层更靠近转轴21。例如，第一磁极中，磁铁41～43位于内层，磁铁31和32位于外层，位于内层的磁铁与位于外层的磁铁隔开。在本实施例中，位于外层的两块磁铁在转子铁芯的径向截面上形成开口朝外的“V”形，该V形被转子铁芯的某个半径平分成两半。位于内层的三块磁铁在转子铁芯的径向截面上形成开口朝外的V形，该V形也被转子铁芯的某个半径平分。需要说明的是，本说明书及权力要求书中，所述的“V”形既包括严格的V形，也包括近似于V形的形状。例如，图5中，位于第一磁极内层的磁铁41～43在转子铁芯的径向截面上就形成一个V形。此外，V形可以由两块或者多块磁铁形成，该两块或者多块磁铁之间不直接接触。例如，本实施例中，磁铁31和32形成一个“V”形，但是，磁铁31和32并没有直接接触，磁铁31和32之间被转子铁芯22的一部分隔开。使用两层或者两层以上的磁铁来形成一个磁极，提高了对定子凸极的磁通的利用效率，降低漏磁，从而提高了电机的性能。此外，使用多层磁铁来形成一个磁极，还能够增大直轴电感(Ld)，从而提高磁阻转矩。
本实施例中，每个磁极的内层磁铁中，有两块磁铁位于该磁极的两侧并沿着转子的径向排列，例如磁铁41和43。该沿转子的径向排列的磁铁作为相邻的两个磁极的共用磁铁。例如，磁铁41作为相邻的第一磁极和第四磁极的共用磁铁，磁铁43作为相邻的第一磁极和第二磁极的共用磁铁。但是，本发明不局限于这种情况。此外，每个磁极也不局限于由两层磁铁形成；相反，每个磁极可以由一层磁铁或者三层以上的磁铁来形成，每层磁铁可以包括一块或者多块磁铁。
在图5所示的的实施例中，虽然每个磁极由两层磁铁来形成，但是，外层的磁铁对磁极作用更大，因此，本说明书和权利要求书中，每一个磁极的磁铁的有效宽度W定义为位于对应的外层磁铁的最靠近定子的两轴向边缘的距离。如图5所示，第一磁极的磁铁的有效宽度W，就是位于外层的磁铁31和32的最外侧的两个轴向边缘的距离。此外，对于每个磁极只有一层磁铁的转子而言，磁极的磁铁的有效宽度W就是该层磁铁的最靠近定子的两轴向边缘的距离。
参考图3、图5和图6，转子的每个磁极的磁铁的有效宽度W，等于极靴的两个轴向边缘的距离L的0.85至1.2倍，优选地，是0.9至1.1倍。更为优选地，每个磁极的磁铁的有效宽度W基本上等于等于极靴的两个轴向边缘的距离L。这种设计的优点在于，提高了凸极的极靴产生的磁通的利用率，进而提高了电机的性能。
再次参考图3，图5和图6，如上所述，电机装配好之后，转子铁芯22与定子凸极的极弧面之间，具有气隙以便于转子铁芯22相对于定子转动。相邻的极靴14的间隔D优选等于所述气隙的径向厚度的3倍或者3倍以上，这种设计同样能够降低漏磁，从而提高电机的性能。此外，对于每个磁极，其外层磁铁中某块磁铁的外端部(即，磁铁的靠近定子的端部)与内层磁铁的最小距离D1，基本上等于该块磁铁的内端部(即，磁铁的靠近转子的端部)与内层磁铁的最小距离D2。电机运行时，内层磁铁与外层磁铁之间的磁通大致垂直于该最小距离D1和D2。
图7是本发明另一个实施例提供的无刷电机的转子铁芯及其磁铁的示意图。该转子包括8个磁极，每隔磁极由两层磁铁来形成，外层的磁铁包括两块磁铁例如磁铁31和32，该两块磁铁在转子铁芯的径向截面上形成开口朝外的“V”形。内层的磁铁包括三块磁铁例如磁铁41～43，该三块磁铁在转子铁芯的径向界面上形成开口朝外的V形。对于每个磁极，其外层磁铁中某块磁铁的外端与内层磁铁的最小距离D1，基本上等于该块磁铁的内端与内层磁铁的最小距离D2。与图5所示的实施例的不同之处在于，本实施例中，相邻的磁极没有共用的磁铁。
图8是本发明另一个实施例提供的无刷电机的转子铁芯及其磁铁的截面图。该转子包括4个磁极，每个磁极由一对磁铁形成，该对磁铁在转子铁芯的径向截面上形成开口向外的V形，该V形被转子铁芯的某个半径平分。如图所示，本实施例中，磁极的磁铁的有效宽度W为该对磁铁最靠近定子的两根轴向边缘的距离。
图9是本发明另一个实施例提供的无刷电机的转子铁芯的局部截面图。本实施例中，每个磁极由一块磁铁形成，该块磁铁沿着电机的轴向插入到转子铁芯。本实施例中，磁极的磁铁的有效宽度W为该磁铁最靠近定子的两根轴向边缘的距离。
上述通过本发明的优选实施例对本发明进行了阐述。应当意识到，本发明转子不局限于4个磁极或者8个磁极。本发明优选适用于定子的凸极数量与转子的磁极数量的比值为3∶2的无刷电机中。
上述的实施例中，转子内的磁铁可以是铁氧体磁铁，使用铁氧体磁铁能降低电机的成本。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种无刷电机，包括：
定子，所述定子包括定子铁芯(11)和绕组(13)，所述定子铁芯(11)具有若干向内伸出的凸极(12)，所述绕组(13)缠绕到所述凸极(12)；以及
转子，所述转子包括转轴(21)、固定到所述转轴的转子铁芯(22)以及固定到所述转子铁芯的磁铁(31～38，41～48)，所述磁铁形成若干磁极；所述转子通过所述转轴(21)可转动地安装到所述定子，所述凸极(12)具有沿转子周向伸展的极靴(14)，所述极靴(14)的极弧面与所述转子铁芯(22)相对并由一气隙隔开；
其特征在于，在所述电机的径向截面上，每一个所述磁极的所述磁铁的有效宽度(W)，等于所述极弧面的弦长(L)的0.85至1.2倍；在所述电机的径向截面上，相邻的两个所述极靴(14)之间的间隔(D)，大于或等于所述气隙的径向厚度的3倍。
2.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，所述绕组(13)为集中式绕组。
3.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，所述凸极(12)的数量与所述转子的磁极的数量的比值为3:2。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的无刷电机，其特征在于，每一个所述磁极由嵌入到所述转子铁芯(22)的一块所述磁铁形成。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的无刷电机，其特征在于，每一个所述磁极由嵌入到所述转子铁芯(22)的两块所述磁铁形成，该两块磁铁在所述转子铁芯(22)的径向截面上形成开口朝外的“V”形，且该两块磁铁之间被所述转子铁芯(22)的一部分隔开。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的无刷电机，其特征在于，每一个所述磁极由嵌入到所述转子铁芯(22)的若干块所述磁铁形成，该若干块磁铁至少被排成内层和外层，所述内层比所述外层更靠近所述转轴(21)，位于所述内层的所述磁铁(41～43)与位于所述外层的所述磁铁(31，32)隔开。
7.根据权利要求6所述的无刷电机，其特征在于，每个所述磁极中，位于所述外层的所述磁铁(31，32)在所述转子铁芯(22)的径向截面上形成开口朝外的“V”形。
8.根据权利要求6所述的无刷电机，其特征在于，每个所述磁极中，位于所述内层的所述磁铁(41～43)在所述转子铁芯(22)的径向截面上形成开口朝外的“V”形。
9.根据权利要求6所述的无刷电机，其特征在于，包括四个所述磁极，每个所述磁极中，所述外层具有两块所述磁铁(31，32)，所述内层具有三块所述磁铁(41～43)，该位于所述外层的两块所述磁铁(31，32)在所述转子铁芯(22)的径向截面上形成开口朝外的“V”形，该位于所述内层的三块所述磁铁(41～43)中包括两块第一磁铁和一块第二磁铁，所述两块第一磁铁在所述转子铁芯(22)的径向截面上形成开口朝外的“V”形，并且，所述四个磁极的内层的第二磁铁分别位于一四边形的四个边上，所述第一磁铁分别位于该四边形的一顶角处并沿四边形的对角线方向排列；每一第一磁铁被相邻的两个磁极共用，所述四边形的四个顶点处形成开口朝外的隔断槽以减小漏磁。
10.根据权利要求8或9所述的无刷电机，其特征在于，每个所述磁极中，位于所述内层的所述磁铁中有两块磁铁位于该磁极的两侧并沿所述转子铁芯(22)的径向排列，该沿转子铁芯(22)的径向排列的所述磁铁作为相邻的两个所述磁极的共用磁铁。
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