CN102340227A - 盘式无铁芯永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种盘式无铁芯永磁电机，包括定子和可相对于定子旋转的转子，所述定子和转子其中之一包括至少一个端面充磁磁体盘(33)，所述定子和转子其中之另一包括至少一个无铁芯绕组盘(28)，无铁芯绕组盘(28)与端面充磁磁体盘(33)沿电机轴向隔开，端面充磁磁体盘(33)产生的磁场穿过无铁芯绕组盘(28)。优选地，每个绕组盘或者磁体盘由两个或者多个扇形体围成，每个扇形体预先注塑到对应的弧形支撑件(27)，合拢弧形支撑件时可以一次性形成多个绕组盘或者磁体盘。本发明的盘式无铁芯永磁电机可避免或者减少使用导磁板，简化了电机的结构，缩短了电机的轴向尺寸。本发明的盘式无铁芯永磁电机还具有容易组装的优点。

Description

盘式无铁芯永磁电机
技术领域
本发明涉及电机，尤其涉及盘式无铁芯永磁电机。
背景技术
图1是传统的盘式无铁芯永磁电机的截面图，该盘式无铁芯永磁电机包括定子和转子。转子包括转轴31’以及固定到转轴的三个轴向充磁磁体盘32’。定子包括外壳20’、设置到外壳20’两端的端盖21’和23’、分别安装到端盖21’和22’的轴承22’和24’、以及固定到外壳的两个无铁芯绕组盘28’。电机装配好之后，沿着电机的轴向，无铁芯绕组盘28’与轴向充磁永磁体盘32’交替排列。
如图1的箭头所示，轴向充磁磁体盘32’产生轴向的磁场穿过无铁芯绕组盘28’，并通过转子两端的盘型导磁板34’形成回路，各导磁板34’贴靠到相邻轴向充磁磁体盘32’。这种设计的缺陷在于零部件的数量较多，增加了装配的难度。此外，还增加了电机的轴向尺寸，限制了电机的应用。
此外，因为各个磁体盘32’、绕组盘33’以及导磁板34’都是完整的盘体，导致该电机在生产时只能沿着电机轴向逐层叠加，组装复杂，效率低。
发明内容
本发明一方面提供一种机构紧凑的盘式无铁芯永磁电机。该电机包括定子和可相对于定子旋转的转子，所述定子和转子其中之一包括至少一个端面充磁磁体盘，所述定子和转子其中之另一包括至少一个无铁芯绕组盘，所述无铁芯绕组盘与所述端面充磁磁体盘沿电机轴向隔开，所述端面充磁磁体盘产生的磁场穿过所述无铁芯绕组盘。
优选地，所述端面充磁磁体盘为两个，所述两个端面充磁磁体盘沿电机轴向隔开，所述无铁芯绕组盘位于该两个端面充磁磁体盘之间。
优选地，所述电机还包括若干轴向充磁磁体盘位于所述两个端面充磁磁体盘之间，所述轴向充磁磁体盘相对于端面充磁磁体盘固定；所述轴向充磁磁体盘与无铁芯绕组盘沿着电机的轴向交替排列并由气隙隔开，轴向充磁磁体盘产生的磁场穿过所述无铁芯绕组盘。
优选地，所述端面充磁磁体盘为两个，所述电机还包括一盘型导磁扳位于所述两个端面充磁磁体盘之间并相对于所述端面充磁磁铁盘固定，所述无铁芯绕组盘位于所述盘型导磁扳与端面充磁磁体盘之间并由气隙隔开。
优选地，所述端面充磁磁体盘为一个，所述电机还包括一盘型导磁板，所述盘型导磁板与所述端面充磁磁体盘沿电机轴向隔开并相对于所述端面充磁磁体盘固定，所述无铁芯绕组盘位于盘型导磁板与端面充磁磁体盘之间并由气隙隔开，端面充磁磁体盘产生的磁场通过所述导磁板形成回路。
优选地，所述电机包括若干轴向充磁磁体盘位于所述端面充磁磁体盘与所述导磁板之间，所述轴向充磁磁体盘相对于端面充磁磁体盘固定；轴向充磁磁体盘与无铁芯绕组盘沿着电机的轴向交替排列，轴向充磁磁体盘产生的磁场穿过无铁芯绕组盘并通过所述端面充磁磁体盘和导磁板形成回路。
优选地，每个无铁芯绕组盘盘都由两个或两个以上的扇形绕组体围成，各个扇形绕组体注塑到对应的支撑件上。
优选地，每个磁铁盘都由两个或两个以上的扇形磁体围成，各个扇形磁体固定到对应的支撑件上。
优选地，所述电机还包括一位置检测装置用于检测所述端面充磁磁铁盘的转动位置。
本发明另一方面提供一种方便组装的盘式无铁芯永磁电机。该电机包括定子和可相对于定子旋转的转子，所述定子和转子其中之一包括至少一个磁体盘，所述定子和转子其中之另一包括至少一个无铁芯绕组盘，所述无铁芯绕组盘与所述磁体盘沿电机轴向隔开，所述磁体盘产生的磁场穿过所述无铁芯绕组盘，所述电机还包括多于一个的支撑件，其中：每个磁体盘都由两个或者两个以上的扇形磁体围成，各个扇形磁体固定到对应的支撑件；或者，每个无铁芯绕组盘都由两个或者两个以上的扇形绕组体围成，各个扇形绕组体固定到对应的支撑件。
优选地，每个无铁芯绕组盘都由相同数量的扇形绕组体围成，各个无铁芯绕组盘的能够沿同一个电机轴向重叠的扇形绕组体固定到同一个支撑件。
优选地，每个磁体盘都由相同数量的扇形磁体围成，各个磁体盘的能够沿同一个电机轴向重叠的扇形磁体固定到同一个支撑件。
优选地，至少一个磁体盘由端面充磁的磁体构成。
本发明所举实施例具有以下有益效果：采用端面充磁磁体盘，减少或者避免使用导磁板，减少了零部件的数量，简化了电机的结构，缩短了电机的轴向尺寸。此外，绕组盘或者磁体盘由若干扇形体围成，便于生产。
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是现有的盘式无铁芯永磁电机的截面图；
图2是本发明第一实施例提供的盘式无铁芯永磁电机的截面图；
图3是图2所示电机使用的轴向充磁磁体盘的示意图；
图4和图5分别是图2所示电机使用的端面充磁磁体盘的截面图和平面图；
图6是图2所示电机使用的无铁芯绕组盘的示意图；
图7是无铁芯绕组盘的组装示意图；
图8是本发明第二实施例提供的盘式无铁芯永磁电机的截面图；
图9是本发明第三实施例提供的盘式无铁芯永磁电机的截面图；
图8是本发明第四实施例提供的盘式无铁芯永磁电机的截面图；
图10是本发明第五实施例提供的盘式无铁芯永磁电机的截面图；
图11是本发明第六实施例提供的盘式无铁芯永磁电机的截面图；以及
图12是本发明第七实施例提供的盘式无铁芯永磁电机的截面图。
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。
在本说明书和权利要求书中，“轴向充磁磁体盘”指由轴向充磁的磁体构成的盘体，“端面充磁磁体盘”指由端面充磁的磁体构成的盘体，而“磁体盘”指轴向充磁磁体盘和/或端面充磁磁体盘。
请参阅图2，该盘式无铁芯永磁电机包括定子和可相对定子旋转的转子。转子包括转轴31、固定到转轴31的一个轴向充磁磁体盘32以及两个端面充磁磁体盘33，该两个端面充磁磁体盘33分别位于轴向充磁磁体盘32的两轴向侧并互相隔开一定距离。磁体盘32和33可通过注塑的方式与转轴31结为一体，这样，可通过模具来保证它们的同心度、轴向位置尺寸、磁体的气隙间隔等。
定子包括外壳20、分别设置到外壳20两端的端盖21和23、以及安装到外壳20内的两个无铁芯绕组盘28，该两个无铁芯绕组盘28沿电机轴向隔开。定子还具有位置检测器26用于检测转子的转动位置，位置检测器26可以是霍尔传感器、位置编码器等。
转子通过转轴31安装到定子内，转轴31由分别安装在端盖21和23的两个轴承22、24支撑，转子的轴向充磁磁体盘32、端面充磁磁体盘33位于定子外壳20内。定子的两个无铁芯绕组盘28分别位于轴向充磁磁体盘32的两轴向侧，换言之，这两个无铁芯绕组盘28分别位于轴向充磁磁体盘32与径向端面充磁磁体盘33之间并由气隙隔开，磁体盘32和33的磁场穿过无铁芯绕组盘28。
图3是本实施例使用的轴向充磁磁体盘32的示意图。轴向充磁磁体盘32的每个轴向端面具有两个N极和两个S极，N极和S极沿着磁体盘的圆周方向交替排列。轴向充磁磁体盘32可以由四块轴向充磁的磁铁合成，也可以由一块环形磁铁形成。
图4和图5分别是本实施例使用的端面充磁磁体盘33的截面图和平面示意图。本实施例中，端面充磁磁体盘33两个半圆形的磁体合成，端面充磁磁体盘33的朝向轴向充磁磁体盘32的轴向端面也具有两个N极和两个S极，N极和S极同样沿着磁体盘的圆周方向交替排列。设置在磁体盘32和33的N极和S极沿着电机的轴向交错排列。如图2和图4的箭头所示，磁场通过两端的端面充磁磁体盘33内形成回路，从而避免了使用导磁板。
图6是本实施例使用的无铁芯绕组盘28的示意图，图7是无铁芯绕组盘的组装示意图。每个无铁芯绕组盘28包括四个扇形绕组体29，其中两个扇形绕组体29通过注塑固定到一个弧形支撑件27从而形成一个半圆形，另外两个扇形绕组体29固定到另一个弧形支撑件27并形成一个半圆形。当该两个弧形支撑件27合拢时，这两个半圆形就围成一个绕组盘28。参考图7，位于电机的同一个轴向的多个扇形绕组体29固定到同一个支撑件27上，这样，合拢该两个支撑件27时，能够同时围成多层的绕组盘，提高了效率。此外，这种方式也便于控制绕组盘的位置。应当意识，每个无铁芯绕组盘28的扇形绕组体的数量可以是两个或者多个，且支撑件27的数量也可以是两个或者多个。例如，对于每个绕组盘28包括四个扇形绕组体29的方案，可以采用三个或者四个支撑件27。
再次参考图2至图7，在组装时，将磁体盘32、33与转轴31做成一个整体，将扇形绕组体29固定到对应的弧形支撑件27，优选地，支撑件27为塑料件，扇形绕组体29与弧形支撑件27一体成型。接着，将轴承24压入到端盖23，然后将一体化的转子的转轴31安装到轴承24。再接着，将固定有扇形绕组体29的支撑件安装到转子的外周，使各个扇形绕组体29围成对应的无铁芯绕组盘28。最后，压入带有端盖21和轴承22的圆形外壳20，并铆接圆形外壳20与端盖23。这种组装方法速度快，且方便精确地定位五铁芯绕组盘28与磁铁盘的的相对位置关系，尤其适用于生产小型电机。
本实施例中，轴向充磁磁体盘32的磁场穿过无铁芯绕组盘后，可通过端面充磁磁体盘33形成回路，不需要使用导磁板，减少了电机的零部件数量，简化了电机的结构，缩短了电机的轴向尺寸。应当意识到，根据本发明的教导，可以对上述实施例进行一定的变形。例如，可以省去轴向充磁体盘32，以进一步缩短电机的轴向尺寸。再例如，可以增加轴向充磁磁体盘32的数量以及无铁芯绕组盘28的数量以提高电机的性能，一般而言，无铁芯绕组盘28的数量比轴向充磁磁体盘32的数量多1个。
图8是本发明另一个实施例提供的盘式无铁芯永磁电机的截面图。与图2所示的电机相比，本实施例的电机使用贴靠在一起的一轴向充磁磁体盘32与一导磁板34代替图2所示电机的一块端面充磁磁体盘33。本实施例中，轴向充磁磁体盘32产生的磁场经过转子两端的导磁板34、端面充磁磁体盘33形成闭合的回路。与传统的电机相比，本实施例的电机同样减少了零部件的数量，简化了电机的结构，缩短了电机的轴向尺寸。
图9是本发明另一个实施例提供的盘式无铁芯永磁电机的截面图。与图2所示的电机相比，本实施例的电机使用一块圆形的导磁板34代替了其中一块端面充磁磁体盘33。轴向充磁磁体盘32和无铁芯绕组盘28位于盘型导磁板34与端面充磁磁体盘33之间。轴向充磁磁体盘32的数量比无铁芯绕组盘28的数量少1，轴向充磁磁体盘32与无铁芯绕组盘28沿着电机轴向交替排列。轴向充磁磁体盘32产生的磁场通过导磁板34、端面充磁磁体盘33形成闭合的回路。与传统的电机相比，本实施例的电机同样减少了零部件的数量，简化了电机的结构，缩短了电机的轴向尺寸。
图10是本发明再一个实施例提供的盘式无铁芯永磁电机的截面图。与图2所示的实施例相比，本实施例使用圆形的导磁板代替了其中一块轴向充磁磁体盘32。本实施例的电机同样具有紧凑的结构和较小的轴向尺寸。
图11是本发明另一个实施例提供的盘式无铁芯永磁电机的截面图。该盘式无铁芯永磁电机为外转子无刷电机。定子包括一基座16、固定到基座的固定轴17、以及固定固定轴17若干无铁芯绕组盘28。
转子包括一圆形的外壳20固定到外壳20的轴向充磁磁体盘32和端面充磁磁体盘33(统称为磁体盘)。每个磁体盘由两块或者多块扇形磁体围成，每个磁体盘的扇形磁体分别固定到对应的弧形支撑件27。本实施例中，电机具有两个弧形支撑件27，弧形支撑件27由塑料制成，扇形磁体与对应弧形支撑件27注塑成一体。各个磁体盘的位于同一个电极轴向的扇形磁体固定到同一个支撑件27。这样，将弧形支撑件27合拢到定子的外周时，就同时围成了若干个磁体盘。该若干磁体盘与无铁芯绕组盘28沿着电机的轴向交替排列并互相之间隔有气隙。转子的外壳20套置到弧形支撑件27的外周。外壳20的一端设有输出轴38。
定子还设置有位置检测器26例如霍尔元件，用于检测转子的转动位置，优选地，通过检测端面充磁磁体盘33的磁极变化来检测转子的转动位置。位置检测器26可安装到固定轴17或者其他位置。
图12是本发明一个实施例提供的有刷电机的示意图。轴向充磁磁体盘32、端面充磁磁体盘33固定到定子外壳。转子旋转地安装到定子内，包括转轴31、固定到转轴的若干无铁芯绕组盘28以及换向器39，无铁芯绕组盘28与换向器39的对应换向片电连接。定子还包括一对碳刷40与换向器摩擦接触，用于给无铁芯绕组盘28供电。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种盘式无铁芯永磁电机，包括定子和可相对于定子旋转的转子，其特征在于，所述定子和转子其中之一包括至少一个端面充磁磁体盘(33)，所述定子和转子其中之另一包括至少一个无铁芯绕组盘(28)，所述无铁芯绕组盘(28)与所述端面充磁磁体盘(33)沿电机轴向隔开，所述端面充磁磁体盘(33)产生的磁场穿过所述无铁芯绕组盘(28)。
2.根据权利要求1所述的盘式无铁芯永磁电机，其特征在于，所述端面充磁磁体盘(33)为两个，所述两个端面充磁磁体盘沿电机轴向隔开，所述无铁芯绕组盘(28)位于该两个端面充磁磁体盘(33)之间。
3.根据权利要求2所述的盘式无铁芯永磁电机，其特征在于，所述电机还包括若干轴向充磁磁体盘(32)位于所述两个端面充磁磁体盘(33)之间，所述轴向充磁磁体盘(32)相对于端面充磁磁体盘(33)固定；所述轴向充磁磁体盘(32)与无铁芯绕组盘(28)沿着电机的轴向交替排列并由气隙隔开，轴向充磁磁体盘(32)产生的磁场穿过所述无铁芯绕组盘(28)。
4.根据权利要求1所述的盘式无铁芯永磁电机，其特征在于，所述端面充磁磁体盘(33)为两个，所述电机还包括一盘型导磁扳(34)位于所述两个端面充磁磁体盘(33)之间并相对于所述端面充磁磁铁盘固定，所述无铁芯绕组盘位于所述盘型导磁扳(34)与端面充磁磁体盘(33)之间并由气隙隔开。
5.根据权利要求1所述的盘式无铁芯永磁电机，其特征在于，所述端面充磁磁体盘(33)为一个，所述电机还包括一盘型导磁板(34)，所述盘型导磁板(34)与所述端面充磁磁体盘(33)沿电机轴向隔开并相对于所述端面充磁磁体盘(33)固定，所述无铁芯绕组盘(28)位于盘型导磁板(34)与端面充磁磁体盘(33)之间并由气隙隔开，端面充磁磁体盘(33)产生的磁场通过所述导磁板(34)形成回路。
6.根据权利要求5所述的盘式无铁芯永磁电机，其特征在于，所述电机包括若干轴向充磁磁体盘(32)位于所述端面充磁磁体盘(33)与所述导磁板(34)之间，所述轴向充磁磁体盘(32)相对于端面充磁磁体盘(33)固定；轴向充磁磁体盘(32)与无铁芯绕组盘(28)沿着电机的轴向交替排列，轴向充磁磁体盘(32)产生的磁场穿过无铁芯绕组盘(28)并通过所述端面充磁磁体盘(33)和导磁板(34)形成回路。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的盘式无铁芯永磁电机，其特征在于，每个无铁芯绕组盘盘(28)都由两个或两个以上的扇形绕组体(29)围成，各个扇形绕组体注塑到对应的支撑件(27)上。
8.根据权利要求2至6中任意一项所述的盘式无铁芯永磁电机，其特征在于，每个磁铁盘(32，33)都由两个或两个以上的扇形磁体围成，各个扇形磁体固定到对应的支撑件(27)上。
9.根据权利要求1至6中任意一项所述的盘式无铁芯永磁电机，其特征在于，所述电机还包括一位置检测装置(26)用于检测所述端面充磁磁铁盘(34)的转动位置。
10.一种盘式无铁芯永磁电机，包括定子和可相对于定子旋转的转子，所述定子和转子其中之一包括至少一个磁体盘(32，33)，所述定子和转子其中之另一包括至少一个无铁芯绕组盘(28)，所述无铁芯绕组盘(28)与所述磁体盘(32，33)沿电机轴向隔开，所述磁体盘(32，33)产生的磁场穿过所述无铁芯绕组盘(28)，其特征在于，所述电机还包括多于一个的支撑件(27)，其中：
每个磁体盘都由两个或者两个以上的扇形磁体围成，各个扇形磁体固定到对应的支撑件(27)；或者
每个无铁芯绕组盘都由两个或者两个以上的扇形绕组体围成，各个扇形绕组体固定到对应的支撑件(27)。
11.根据权利要求10所述的盘式无铁芯永磁电机，其特征在于，每个无铁芯绕组盘都由相同数量的扇形绕组体围成，各个无铁芯绕组盘的能够沿同一个电机轴向重叠的扇形绕组体固定到同一个支撑件(27)。
12.根据权利要求10所述的盘式无铁芯永磁电机，其特征在于，每个磁体盘都由相同数量的扇形磁体围成，各个磁体盘的能够沿同一个电机轴向重叠的扇形磁体固定到同一个支撑件(27)。
13.根据权利要求10至12中任意一项所述的盘式无铁芯永磁电机，其特征在于，至少一个磁体盘(33)由端面充磁的磁体构成。
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