CN102648566B - 电动机组件 - Google Patents
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Abstract
公开一种轴向磁通电动机。该电动机包括转子，所述转子具有第一转子表面、第二转子表面、位于所述第一转子表面上的主轴承定位件以及安装到所述第一转子表面的一个或更多个永久磁体。还包括定子，所述定子具有第一定子表面、第二定子表面、位于所述第一定子表面上的次轴承定位件，具有一个或更多个导体的定子绕组以及用于所述定子绕组到电源的连接的连接器。还设置有轴承组件并且该轴承组件布置在所述转子的第一表面和所述定子的第一表面之间，以便以可旋转的方式支承所述转子相对于所述定子的运动，所述轴承组件使所述转子从所述定子沿轴向移位以在其间提供空气间隙。所述轴承组件被所述主和次轴承定位件接合以正确地布置所述轴承组件。
Description
技术领域
本发明总体上涉及电动机，并且尤其涉及轴向磁通无刷直流（DC）电动机。
背景技术
无刷电动机给出胜过常规有刷电动机的优点，这是由于不需要刷子与转子上的电接触件机械接触。无刷DC电动机的常用构造是径向磁通，它由两个圆柱即圆柱形定子和圆柱形转子（具有轴向轴）组成，圆柱形空气间隙在圆柱形定子和圆柱形转子之间，并且其中磁通沿与转子上的轴成径向的方向横穿空气间隙。
为了在径向磁通电动机中保持两个圆柱同心并且因此保持空气间隙恒定厚度，有必要在电动机的每一个端部支承该轴。
假定由无刷DC电动机机械地提供动力的许多应用荷载不是固有地需要轴，则希望消除轴的必须性并且因此提供较廉价的且较简单的结构。由于如下要求，对于径向磁通电动机来说这是难以实现的：两个圆柱被保持成同心并且因此将该圆柱之间的空气间隙保持在恒定的厚度。
所希望的是，提供一种轴向磁通电动机，该轴向磁通电动机改良或克服已存在的电动机的一个或更多个缺点或不便利性。
在本说明书中对任何先前公开（或来源于它的信息）或对已知的任何事物的参考不并且不应当视为承认或允许或以任何形式暗示先前公开（或来源于它的信息）或已知的事物形成本说明书所属的尝试领域中的公共常识的一部分。
发明内容
鉴于此，本发明的一个方面提供一种轴向磁通电动机，该轴向磁通电动机包括：转子，所述转子具有第一转子表面、第二转子表面、位于所述第一转子表面上的主轴承定位件以及安装到所述第一转子表面的一个或更多个永久磁体；定子，所述定子具有第一定子表面、第二定子表面、位于所述第一定子表面上的次轴承定位件、具有一个或更多个导体的定子绕组以及用于所述定子绕组到电源的连接的连接器；轴承组件，所述轴承组件布置在所述转子的第一表面和所述定子的第一表面之间以便以可旋转的方式支承所述转子相对于所述定子的运动，所述轴承组件使所述转子从所述定子沿轴向移位以在其间提供空气间隙；其中所述轴承组件被所述主轴承定位件和次轴承定位件接合，以正确地布置所述轴承组件。
有利地，本发明的电动机可以构造成没有中心轴，导致简化的电动机和成本节省。
在另外的优点中，本发明的电动机构造成具有单个轴承组件，该单个轴承组件位于转子和定子之间的空气间隙的平面中以允许转子旋转并且提供空气间隙，以便电动机的操作。有利地，将轴承定位在空气间隙的平面中将通常使整个电动机结构的尺寸和形状最小化。
优选地，轴承是具有深的沟槽的球轴承组件。
有利地，定子和转子之间的磁力也将电动机保持在一起，而不需要轴或任何专用夹紧机构。
优选地，所述轴承组件是环形的，具有外环和内环；所述主轴承定位件布置在所述转子上以接合所述轴承组件的外环，以相对于所述转子正确地布置所述轴承组件；并且所述次轴承定位件布置在所述定子上以接合所述轴承组件的内环，以相对于所述定子正确地布置所述轴承组件。
有利地，这种布置允许电动机被容易地组装并且保证轴承组件在组装期间或在电动机的操作期间被正确地定位并且不能错位。
将理解，布置在转子上的主轴承定位件可以替代地接合轴承组件的内环以相对于转子正确地布置轴承组件；并且布置在定子上的次轴承定位件用于替代地接合轴承组件的外环以相对于定子正确地布置轴承组件。
优选地，主轴承定位件和次轴承定位件是凸缘。
作为替代，主轴承定位件和次轴承定位件可以是围绕轴承组件的一部分延伸的隆起的边沿。
有利地，这节省材料但仍然用于在组装期间将轴承组件定位在正确位置中并且在电动机的操作期间将轴承组件维持在正确位置中。
替代地，主轴承定位件和次轴承定位件可以包括一个或更多个凸缘段。
在另外替代方案中，主轴承定位件和次轴承定位件可以包括围绕轴承组件的一部分延伸的一个或更多个隆起的边沿以正确地布置轴承组件。
在又一替代方案中，主和次轴承定位件可以包括围绕轴承组件延伸的凹入的边沿。
优选地，转子是具有穿过该转子的孔的圆环，所述转子包括内壁和外壁。
优选地，定子是具有穿过该定子的孔的圆环，所述定子包括内壁和外壁。
有利地，本发明的电动机的布置提供沿电动机（转子、轴承组件和定子）的整个轴线的孔。然后，这个孔可以用于存储集成的行星齿轮箱，用于管、电缆、流体或空气流的接入口。它也可以用来为高的电子部件（诸如操作电动机所需的电解电容）提供空间，因此减小具有集成的电子控制器的电动机的总长度。
有利地，由于孔沿电动机的整个轴线延伸，这导致紧凑的无刷DC电动机（具有成一体的控制器），这减小电动机的成本并且由于减小的尺寸而在最终应用中提供优点。
有利地，电动机仍然可以通过转子提供机械输出动力而不需要轴。在一例子中，转子的外壁还可包括座圈，所述座圈用来接纳要被转子驱动的带。
在另一替代方案中，所述转子的内壁可以包括用来接合齿轮箱的环齿轮。在这种情况中，电动机可以被设置为一体的齿轮电动机组件。
在又一替代方案中，所应用的荷载也可以直接连接到转子的外表面。在所应用的荷载是风扇的情况下，一个或更多个风扇叶片可以直接安装在转子上。
替代地，在所应用的荷载是轴驱动的情况下，转子可以包括附接装置，该附接装置用来附接要被转子驱动的轴。所述附接装置可以位于所述转子的内壁上。替代地，所述附接装置可以位于所述转子的上表面上。优选地，所述轴是安装到安装板的短轴。安装板可以通过以焊接、胶接或一个或更多个螺钉的形式的附接装置被固定到转子表面。
优选地，所述定子由金属制成，由此提供所述第一转子表面上的一个或更多个永久磁体和所述定子之间的磁吸引以将所述转子、轴承组件和定子保持就位。
优选地，定子还包括灌封材料，该灌封材料包围定子并且因此形成用于电动机的定子部分的外壳。
有利地，灌封的定子装置有助于保护定子的内部构造免受环境影响。
优选地，次轴承定位件位于所述灌封材料内。
优选地，次轴承定位件由所述灌封材料形成。
灌封材料可以包括聚酯或聚氨酯。
附图说明
图1a是根据本发明的轴向磁通电动机的透视图；
图1b是根据本发明的轴向磁通电动机的后视透视图；
图2a是图1a中示出的转子的下侧视图；
图2b是轴向磁通电动机的透视图，灌封材料被示出为透明的并且示出定子和线圈；
图3a是图1a中示出的定子的顶视透视图；
图3b是定子的分解视图，示出线圈和条材缠绕的芯；
图4是图1a中示出的轴向磁通电动机的分解视图；
图5a是定子被布置用来驱动带的图1a中示出的轴向磁通电动机的透视图；
图5b是短柱附接到转子的图1a中示出的轴向磁通电动机的透视图；并且
图6是根据第二实施例的轴向磁通电动机的分解视图。
现在将参考附图仅通过例子的方式描述本发明的实施例。应当理解，附图和实施例的特殊性不取代本发明的前述描述的一般性。
具体实施方式
图1a和1b示出根据本发明的轴向磁通电动机100的前视透视图和后视透视图。电动机100包括转子105、被容纳在灌封材料145中的定子140以及布置在转子105和定子140之间的轴承组件180。转子105是具有穿过该转子的孔175的圆环。转子105包括上表面110、下表面115以及内壁120和外壁125。位于下表面115上的是多个磁体125。磁体125优选地由钕铁硼（NdFeB）材料组成，然而，诸如钐钴或铁素体的替代材料也将满足要求。在转子105上还包括的是转子安装孔130和主轴承定位件135（在图2a中被更清楚地示出）。定子140被保持在灌封材料145内，该灌封材料包封定子140使得定子140在电动机100的操作期间不损坏。定子140被灌封材料145包围并且包括下表面150和上表面155。定子140是具有穿过该定子的孔175的圆环并且也包括内壁165和外壁160。定子还包括次轴承定位件170，该次轴承定位件与主轴承定位件135协作以将轴承组件180保持就位。轴承组件180被固定在次轴承定位件170和主轴承定位件135之间。在操作中，转子105相对于定子140旋转。如图1b中示出的，定子140也在定子140的下表面150上包括定子安装孔185。安装孔185优选地加工有螺纹以允许定子140以使用紧固件（诸如螺钉）将电动机100保持就位的方式被安装。
图2a示出图1a中示出的轴向磁通电动机100的转子105的下侧视图。转子105包括上表面110和下表面115。附接到下表面115的是多个永久磁体125，该多个永久磁体围绕转子105的下表面115的周边间隔开。磁体125优选地胶合就位。
转子105还包括转子安装孔130。安装孔130优选地加工有螺纹以允许转子105安装到需要旋转的目标应用荷载（例如，拧紧到一组风扇叶片、驱动轴等等）。还示出了主轴承定位件135以及在主轴承定位件内的轴承组件180。轴承组件180包括座圈205和座圈205内的球轴承210。轴承组件180还包括孔175以及内壁215和外壁220。
图2a中的主轴承定位件135是凸缘，该凸缘完全围绕轴承组件180的外壁220延伸使得轴承组件被正确地布置。然而，将理解，可以使用多个凸缘，例如围绕轴承组件180的外壁220的许多点处的呈柱的形式的一个或更多个凸缘将用于把轴承组件180定位在正确位置中。在替代实施例中，轴承组件180可以安置在形成为主轴承定位件135的凹座中使得轴承组件180的内壁215和外壁220的一部分可以位于该凹座中。在另外的替代实施例中，主轴承定位件135和次轴承定位件170可以分别由诸如压制金属的材料形成，并且在适当位置将“压制金属”主和次轴承定位件紧固地附接到定子105和转子140。有利地，这可以允许提高轴承安装直径的精度，但不会显著增加电动机100的总生产成本。
图2b示出图1a的轴向磁通电动机100，但灌封材料145被示出为透明的使得定子140是可见的。定子140包括一个或更多个线圈310，当转子105上的磁体125相对于定子140旋转时，该线圈用来产生磁通。在操作中，电子控制器（未示出）被设置作为三相逆变器，该三相逆变器将电力切换到三个电动机相以便产生旋转磁场，转子105与该旋转磁场同步。电子控制器控制施加的电压的速度和强度以便以最佳效率水平维持这种同步。将不描述电动机的另外操作，这是由于它对本领域技术人员来说将是显然的。
图3a示出定子140的顶视透视图，灌封材料145包围定子140。定子140是圆形的并且具有孔175。定子140包括外壁160、内壁165以及上表面155和下表面150。从上表面155延伸的是次轴承定位件170，该次轴承定位件在图3a中呈凸缘的形式，该凸缘围绕轴承组件180的外壁220延伸。优选地，次轴承定位件170抵接轴承组件180的内壁215（这将参考图4被进一步描述）。
图3b示出没有灌封材料145的定子140的部分分解视图。定子140包括条材缠绕的芯305，该条材缠绕芯由缠绕成环形形状的长钢带制造。许多狭槽315通过冲压和缠绕机器（未示出）被冲压在该带中以形成狭槽315和柱320。铜线圈310然后缠绕在柱320周围。定子140一旦组装就可以放置到注射成型插入模中，在该注射成型插入模中，它包覆成型有灌封材料，诸如图3a中示出的灌封材料。合适的塑料的例子将是DuPontTM、RyniteTM、ZeniteTM或ZytelTM。优选地，灌封材料145还包括由该灌封材料形成的次轴承定位件170。替代地，如图6中将示出的，灌封材料145可以省略并且次轴承定位件170可以附接到定子140的上表面155以便与轴承组件180接合。
图4示出图1的分解视图，更好地示出转子105的组件、轴承组件180和定子140。转子105包括外壁126和内壁120。从内壁120延伸的是主轴承定位件135，该主轴承定位件用于直接定位轴承组件180。主轴承定位件可以形成为定子的内壁的一部分或者可以是分离的。轴承组件180包括座圈205和座圈205内的球轴承210。轴承组件180还包括孔175以及内壁215和外壁220。转子105的主轴承定位件135通过接合轴承组件180的外壁220而接合并且定位轴承组件180。相应地，定子140包括上表面155，次轴承定位件170延伸通过该上表面使得它接合轴承组件180的内壁215以进一步定位轴承组件180并且保证定子140、轴承组件180和转子105之间的良好连接。应当注意，转子105和定子140上的磁体125之间的磁力用于将电动机100保持成单体零件。此外，还用于提供转子105和定子140之间的空气间隙的轴承组件180也用于允许转子105相对于定子140的旋转。有利地，需要使用仅仅一个轴承组件180。在另外的优点中，孔175从转子105延伸穿过轴承组件180并且穿过定子140。有利地，轴向磁通电动机不需要轴作为电动机结构的组成部分。如示出的，本发明提供一种单轴承组件180，该单轴承组件位于空气间隙的平面中以将电动机100保持在一起而不需要轴。这导致较简单的、较廉价的、更可靠的轴向磁通电动机。
轴向磁通电动机的许多应用荷载不需要轴或动力传输。替代电动机500在图5a中被示出并且包括转子505，该转子包括用来接纳带515的座圈510。有利地，转子505，轴承（未示出）和定子145中的每一个是具有穿过该定子的孔175的圆环，该圆环还允许需要的诸如电解电容的电子部件，以操作电动机。
在图5b中示出另一替代电动机550，其中，如果需要，轴组件555可以端面安装到转子105。轴组件555包括安装板560和轴565。安装板560还包括孔570，该孔用来接纳用来将轴装置555固定到转子105的呈螺钉575的形式的附接装置。附接装置575还延伸穿过转子105上的转子安装孔130（未示出）以将轴装置固定到转子105。在替代方案中，附接装置可以是通过安装板560和转子105之间的焊接。在另外的替代方案中，附接装置可包括胶，该胶被施加在安装板560和转子105之间以将轴组件固定就位。
即使轴需要端面安装到转子105，本发明的系统仍然是有利的，这是由于具有可移除的轴的电动机100的重量将小于具有成一体的轴的类似的轴向磁通电动机的重量。另外，需要使用仅仅一个轴承组件180。
图6示出除了没有灌封材料140外的图4中示出的轴向磁通电动机的分解视图。在灌封的定子140的替代方案中，由机加工的金属制成的次轴承定位件605可以在省略灌封材料的情况下附接到定子140。有利地，由机加工的金属制成的次轴承定位件605将仍然比已存在的系统廉价并且仍然包括本发明的关键特性，即轴向磁通、不要求内部轴和单个轴承位于空气间隙的平面中。
本发明的可任选实施例也可以被说成概括地存在于这里提及的或指示的路径、元件和特征，单独地或集体地，存在于该路径、元件或特征的两个或更多个的任何或所有组合，并且其中在这里提及了特定的整数，该特定的整数在本发明涉及的领域中具有已知的等同物，这种已知等同物被看作并入这里如同单独阐述。
虽然已经详细描述了优选实施例，但应当理解，本领域技术人员可以作出各种改变、替代和变化而不偏离本发明的范围。
Claims (9)
1.一种轴向磁通电动机，所述轴向磁通电动机包括：
转子，所述转子具有第一转子表面、第二转子表面、位于所述第一转子表面上的主轴承定位件、在第一转子表面和第二转子表面之间延伸的中心转子开口、第一径向外壁以及安装到所述第一转子表面的一个或更多个永久磁体，其中每个永久磁体包括与所述第一径向外壁平齐的第二径向外壁；
定子，所述定子具有第一定子表面、第二定子表面、位于所述第一定子表面上的次轴承定位件、具有一个或更多个导体的定子绕组以及用于将所述定子绕组连接到电源的连接器，所述次轴承定位件具有基本平行于第一定子表面的端表面，其中通过中心转子开口能够触及到所述次轴承定位件的所述端表面，使得通过所述中心转子开口可看到所述次轴承定位件，其中所述定子还包括灌封材料，所述灌封材料包围所述定子，并且其中所述次轴承定位件由所述灌封材料形成；
轴承组件，所述轴承组件布置在所述转子的第一转子表面和所述定子的第一定子表面之间，以便以可旋转的方式支承所述转子相对于所述定子的运动，所述轴承组件使所述转子从所述定子沿轴向移位，以在所述转子的第一转子表面和所述定子的第一定子表面之间提供空气间隙；
其中，所述轴承组件被联接在所述主轴承定位件和所述次轴承定位件之间，以正确地布置所述轴承组件。
2.根据权利要求1所述的轴向磁通电动机，其中，所述轴承组件是环形的，具有外环和内环；所述主轴承定位件在所述转子上布置成接合所述轴承组件的外环，以相对于所述转子正确地布置所述轴承组件；并且所述次轴承定位件在所述定子上布置成接合所述轴承组件的内环，以相对于所述定子正确地布置所述轴承组件。
3.根据权利要求1所述的轴向磁通电动机，其中，所述主轴承定位件和次轴承定位件包括围绕所述轴承组件的至少一部分延伸的一个或更多个凸缘段。
4.根据权利要求1所述的轴向磁通电动机，其中，所述主轴承定位件和次轴承定位件包括围绕所述轴承组件延伸的凹入的边沿。
5.根据权利要求1所述的轴向磁通电动机，其中，所述转子是具有穿过该转子的中心转子开口的圆环，所述转子包括内壁和所述径向外壁，并且其中所述定子是具有穿过该定子的孔的圆环，所述定子包括内壁和外壁。
6.根据权利要求5所述的轴向磁通电动机，其中，所述转子的径向外壁还包括用来接纳要被所述转子驱动的带的座圈，或所述转子的内壁包括用来接合齿轮箱的环齿轮。
7.根据权利要求5所述的轴向磁通电动机，还包括以可移除的方式附接到所述转子的外表面的一个或更多个应用荷载。
8.根据权利要求5所述的轴向磁通电动机，其中，所述转子还包括附接装置，所述附接装置用来附接要被所述转子驱动的轴。
9.根据权利要求1所述的轴向磁通电动机，其中，所述定子包括金属，所述金属提供所述第一转子表面上的一个或更多个永久磁体与所述定子之间的磁吸引，以将所述转子、轴承组件和定子保持就位。
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