CN102751835A - 无刷直流电动机 - Google Patents

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CN102751835A CN2011101026293A CN201110102629A CN102751835A CN 102751835 A CN102751835 A CN 102751835A CN 2011101026293 A CN2011101026293 A CN 2011101026293A CN 201110102629 A CN201110102629 A CN 201110102629A CN 102751835 A CN102751835 A CN 102751835A
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Abstract

本发明提供了一种为了防止电蚀现象的无刷直流电动机(BLDC)。所述无刷直流电动机，包括：支架；与所述支架的外周边相结合且被绕组线圈缠绕的定子；从所述定子起向半径方向外侧相隔离并且具有永久磁铁的转子；与所述支架的内侧相结合的轴承；与所述轴承的内侧相结合，被所述轴承旋转支持，并且在与所述轴承相结合的部分具有从外周边起向半径方向内侧凹进去的结合槽的旋转轴；和为了围住所述结合槽的外周边而在所述结合槽上设置的绝缘部件。

Description

无刷直流电动机
技术领域
本发明涉及一种为了防止电蚀现象的无刷直流电动机(BLDC)。
背景技术
电动机(motor)是利用电流流过的导体在磁场中受到的力而将电能转换为机械能的装置。按照被供给的电流的特性可将电动机分为直流电动机(DC Motor)和交流电动机(AC Motor)两大类。直流电动机具有整流子和电刷(Brush)从而可通过整流子和电刷的接触来转动。直流电动机具有速度、扭转和旋转方向的控制较为容易的优点。但其存在一个问题即电刷被磨损会使电动机的耐久性下降并且使转动性能恶化。
为了解决这样的问题，就开发出了不使用电刷的无刷直流(BrushlessDirect Current，BLDC)电动机。无刷直流电动机按照转子和定子的位置可分为内转型无刷直流电动机和外转型无刷直流电动机。图1示出了现有的外转型无刷直流电动机的剖视图。参考图1，无刷直流电动机10包括轴承支架11，旋转轴12，转子13，定子14，球轴承15，印刷电路基板16和位置检测元件17。
球轴承15包括内环15a，外环15b，和介入在内环15a和外环15b之间的多个滚珠15c。旋转轴12的外周边为与内环15a的内周边相接触而结合，并且外环15b与轴承支架11相结合。转子13与旋转轴12相结合从而与旋转轴12一起旋转，并且在转子13上永久磁铁13a与其相结合。被磁化为N极和S极的永久磁铁13a沿着旋转轴12的圆周方向交替配置。定子14与轴承支架11相固定且向旋转轴12的半径方向隔离。绕组线圈14a缠绕定子14并且与印刷电路基板16电连接。在印刷电路基板16上具有位置检测元件17。
根据印刷电路基板16的控制信号，在绕组线圈14a上施加电源，由此生成的磁束通过定子14被传递给转子13(即，永久磁铁13a)，从而使转子13和旋转轴12一起旋转。在此情况下，如果被位置检测元件17检测出的针对永久磁铁13a的磁极的信号被传递给印刷电路基板16，印刷电路基板16为了使绕组线圈14a拥有其他磁性，就会通过转换(switching)而使转子13持续地进行旋转。
印刷电路基板16的转换时或旋转轴12的旋转速度变化时，在转子13中瞬间的感应电荷会产生。此感应电荷按照旋转轴12移动并通过球轴承15的内环15a传递给滚珠15c。此感应电荷因瞬间放电在滚珠15c上会加以损伤或凝固润滑油。将这样的现象称为电蚀(electrical corrosion)现象。这样的电蚀现象在内环15a针对外环15b进行旋转时会产生噪音和振动。其结果是会存在球轴承15的性能下降和破损问题。特别的是，高频的感应电荷即使在导体和导体不直接接触而是隔离的情况下，也可跨过隔离的导体间距而移动。将此感应电荷的流动称为杂散电流(stray current)。因此，感应电荷传到其他构成元件上会诱发电动机10产生难以预测的故障。
发明内容
因此，为了解决现有技术中的上述问题，本发明的目的是提供了一种为了防止电蚀现象的无刷直流电动机。
根据本发明的一个实施例提供的无刷直流电动机包括支架；与所述支架的外周边相结合且被绕组线圈缠绕的定子；从所述定子起向半径方向外侧相隔离并且具有永久磁铁的转子；与所述支架的内侧相结合的轴承；与所述轴承的内侧相结合，被所述轴承旋转支持，并且在与所述轴承相结合的部分具有从外周边起向半径方向内侧凹进去的结合槽的旋转轴；和为了围住所述结合槽的外周边而在所述结合槽上设置的绝缘部件。
根据本发明的一个实施例，所述旋转轴具有从所述结合槽的外周边起向所述旋转轴的半径方向内侧凹进去的一个以上的凹槽，并且所述绝缘部件具有为与所述凹槽相对应从内周边起向所述旋转轴的半径方向内侧凸起的一个以上的突出部。根据本发明的一个实施例，所述旋转轴的所述凹槽和所述绝缘部件的所述突出部沿着所述旋转轴的长度方向延伸形成。并且，所述一个以上的凹槽沿着所述结合槽的外周边按旋转轴的旋转方向互相隔离配置，并且一个以上的突出部沿着所述绝缘部件的内周边按旋转轴的旋转方向互相隔离配置。
根据本发明的一个实施例，所述旋转轴具有从所述结合槽的外周边起向所述旋转轴的半径方向外侧凸起的一个以上的突出部，并且所述绝缘部件具有为与所述突出部相对应的从内周边起向所述旋转轴的半径方向外侧凹进去的一个以上的凹槽。根据本发明的一个实施例，所述旋转轴的所述突出部和所述绝缘部件的所述凹槽沿着所述旋转轴的长度方向延伸形成。并且，所述一个以上的突出部沿着所述结合槽的外周边按旋转轴的旋转方向互相隔离配置，并且一个以上的凹槽沿着所述绝缘部件的内周边按旋转轴的旋转方向互相隔离配置。
根据本发明的一个实施例，所述旋转轴具有从所述结合槽的外周边起向所述旋转轴的半径方向内侧凹进去的一个以上的凹槽。并且，所述绝缘部件包括：具有为与所述凹槽相对应从内周边起向所述旋转轴的半径方向内侧凸起的一个以上的突出部并在所述结合槽上安装的第1绝缘部件；和具有为与所述凹槽相对应从内周边起向所述旋转轴的半径方向内侧凸起的一个以上的突出部并为与所述第1绝缘部件对向而在所述结合槽上安装的第2绝缘部件，其中，所述第1绝缘部件和第2绝缘部件围住所述旋转轴的结合槽的外周边。
根据本发明的一个实施例，所述旋转轴具有从所述结合槽的外周边起向所述旋转轴的半径方向外侧凸起的一个以上的突出部。并且，所述绝缘部件包括：具有为与所述突出部相对应从内周边起向所述旋转轴的半径方向外侧凹进去的一个以上的凹槽并在所述结合槽上安装的第1绝缘部件；和具有为与所述突出部相对应从内周边起向所述旋转轴的半径方向外侧凹进去的一个以上的凹槽并为与所述第1绝缘部件对向而在所述结合槽上安装的第2绝缘部件，其中，所述第1绝缘部件和第2绝缘部件围住所述旋转轴的结合槽的外周边。
根据本发明的一个实施例，进一步包括在所述轴承和所述支架中间配置来容纳所述轴承的圆周面和一端侧面的轴承帽，和盖住所述轴承的另外一端侧面的轴承盖。根据本发明的一个实施例，所述轴承帽在其内周边上具有沿所述旋转轴的长度方向拥有长条形状的一个以上的突出部或凹槽。并且，所述轴承帽和轴承盖由非导电性材料构成。
根据本发明的一个实施例，无刷直流电动机在旋转轴和轴承的接触部具有绝缘部件，从而能防止电流从旋转轴起向轴承的传递。其结果是可以预防轴承的电蚀现象。
并且，突出部和凹槽沿旋转轴的长度方向延伸形成，突出部和凹槽的长度方向与旋转轴的圆周方向垂直配置。因此，在旋转轴的旋转时，绝缘部件和旋转轴中间的摩擦力可被最大化。其结果是即使在旋转轴的高速旋转时，也可以有效地防止绝缘部件从旋转轴分离或脱离。
另外，无刷直流电动机由于进一步具有围住轴承的轴承帽(bearingcap)，从而可以防止电流以杂散电流的形态从旋转轴到轴承的传递。并且，由于轴承盖的内周边上具有突出部和凹槽，轴承可以与轴承帽坚固地结合。
附图说明
图1是概括性示出现有的无刷直流电动机的剖视图。
图2是根据本发明的一个示例性实施例的无刷直流电动机的剖视图。
图3是图2的部分分解剖视图。
图4是根据图3的IV-IV线的剖视图。
图5是根据本发明的另外一个实施例的旋转轴和绝缘部件的部分分解剖视图。
图6是根据图5的VI-VI线的剖视图。
图7是根据本发明的又一个另外实施例的旋转轴和绝缘部件的分解剖视图。
图8是根据本发明的又一个另外实施例的旋转轴和绝缘部件的分解剖视图。
图9是示出图2的轴承和轴承帽的分解斜视图。
符号说明
100   无刷直流电动机
111   支架
112   定子
113   绕组线圈
114   转子
115    永久磁铁
116    印刷电路基板
120    轴承
130，230    旋转轴
140，240    绝缘部件
150    轴承帽
160    轴承盖
具体实施方式
在下文中，将参考附图对根据一实施例的无刷直流电动机进行详细地说明。虽然以外转型无刷直流电动机为基准进行说明，但后述的构成也同样地适用于内转型无刷直流电动机。
参考图2，根据本发明的一个实施例的无刷直流电动机100包括支架111，定子(stator)112，绕组线圈113，转子(rotor)114，永久磁铁115，印刷电路基板116，轴承120，旋转轴130和230，绝缘部件140和240，围住轴承的轴承帽150和与轴承帽150一起盖住轴承的另外一端面的轴承盖160。
如图2所示，支架111的内侧上配置轴承120和旋转轴130，并且外侧面与定子112相结合。定子112按圆周方向围住支架111的外周边来配置。定子112的周围被绕组线圈113缠绕。绕组线圈113与印刷电路基板116电连接。印刷电路基板116具有用于控制无刷直流电动机100的驱动的控制部。根据印刷电路基板116的控制部的信号，在绕组线圈113上施加电源。
如图2所示，转子114从定子112起向半径方向外侧相隔离配置。转子114的内侧具有多个永久磁铁115。永久磁铁115以相互不同的极性磁化，从而沿着转子114的圆周方向交替配置。转子114通过连接部件117与旋转轴130结合。因此，转子114和旋转轴130一起旋转。
轴承120可起到能旋转地支持旋转轴130的作用。轴承120至少为2个并且与旋转轴130的两端近处相结合。轴承120包括与旋转轴130相结合的内环121，与支架111相结合且针对内环来说相对旋转的外轮122和在内环121和外环122的中间配置的多个滚动部件123。因此，旋转轴130和内环一起针对外环122旋转。
绝缘部件140可起到防止电流从旋转轴130起向轴承120传递的作用。为此，绝缘部件140优选采用非导电性材料(non-conductive material)来制造。绝缘部件140在安装了轴承120的旋转轴130的部分设置。即，根据本实施例，绝缘部件140在旋转轴130的两端近处设置。为了旋转轴130和轴承120之间的有效绝缘，绝缘部件140的轴方向长度与轴承120的轴方向长度相比优选为较长。
如图2和图5所示，在旋转轴130上形成为了绝缘部件140的设置的结合槽131。结合槽131从旋转轴130的外周边起向半径方向内侧凹进去形成。绝缘部件140根据模压成型(molding)或压力铸造(die-casting)等的方法可在结合槽131上设置。即，设置绝缘部件140的部分的外径与旋转轴130的外径一致。
如图3和图4所示，旋转轴130具有从结合槽131的外周边起向旋转轴130的半径方向内侧凹进去的一个以上的凹槽131a。并且，绝缘部件140为与旋转轴130的凹槽131a相对应具有从内周边起向旋转轴130的半径方向内侧凸起的突出部140a。
如图5和图6所示，旋转轴130具有从结合槽131的外周边起向旋转轴130的半径方向外侧凸起的一个以上的突出部131b。并且，绝缘部件140为与旋转轴130的突出部131b相对应具有从内周边起向旋转轴130的半径方向外侧凹进去的凹槽140b。
在旋转轴130的结合槽131中具有一个以上的凹槽131a或突出部131b的情况，凹槽131a和突出部131b沿着结合槽131的外周边按圆周方向隔离配置。同样的，在绝缘部件140中具有一个以上的突出部140a或凹槽140b的情况，突出部140a和凹槽140b沿着绝缘部件140的内周边按圆周方向隔离配置。
凹槽131a和140b以及突出部140a和131b沿着旋转轴130的长度方向可延伸形成。根据本实施例，沿着旋转轴130的长度方向延伸形成的凹槽131a和140b以及突出部140a和131b的长度可以是沿着旋转轴130的长度方向的绝缘部件140的长度的10％至90％这一范围。优选凹槽131a和140b以及突出部140a和131b的长度为绝缘部件140的长度的30％至70％这一范围。因此，凹槽131a和140b以及突出部140a和131b针对旋转轴130的圆周方向垂直延伸形成，旋转轴130的旋转时，绝缘部件140和旋转轴130之间的圆周方向的结合力被最大化。例如，在旋转轴130高速旋转的情况下，温度上升，从而温度膨胀率互为不同的旋转轴130和绝缘部件140的结合力会减弱，但在此情况下由于绝缘部件140的突出部140a或凹槽140b与在旋转轴130的结合槽131上形成的凹槽131a或突出部131b塞住的缘故，可以防止绝缘部件140针对旋转轴130按圆周方向旋转，因此绝缘部件140不会从旋转轴130处分离或脱离。本发明的旋转轴130和绝缘部件140的凹槽和突出部的构造并不局限于前述说明，凹槽和突出部可具有多样化的形状和大小。
如图7和图8所示，根据本发明的一个实施例的绝缘部件240另外提供具有半圆形状的2个绝缘部件，可以在轴承120的安装之前在旋转轴230上安装。根据本实施例的旋转轴230具有和图3至图6中所示的旋转轴130类似的结合槽231。因此，关于结合槽231的具体说明被省略。
上述实施例中，绝缘部件240包括半圆形状的第1绝缘部件241和第2绝缘部件242。第1绝缘部件241和第2绝缘部件242具有半圆形状，第1绝缘部件241和第2绝缘部件242为全面围住结合槽231的外表面而与结合槽231结合。如图示实施例，虽然以2个的绝缘部件的构成进行说明，但本发明并不局限于此，其也可由至少3个以上的绝缘部件构成。
参考图7，旋转轴230具有从结合槽231的外周边起向旋转轴230的半径方向内侧凹进去的一个以上的凹槽231a。并且，第1绝缘部件241和第2绝缘部件242为与旋转轴230的凹槽231a相对应具有从内周边起向旋转轴230的半径方向内侧凸起的突出部241a和242a。
参考图8，旋转轴230具有从结合槽231的外周边起向旋转轴230的半径方向外侧突起的一个以上的突出部231b。并且，第1绝缘部件241和第2绝缘部件242为与旋转轴230的突出部231b相对应具有从内周边起向旋转轴230的半径方向外侧凹进去的一个以上的凹槽241b和242b。
在旋转轴230的结合槽231中具有一个以上的凹槽231a或突出部231b的情况，凹槽231a和突出部231b沿着结合槽231的外周边按圆周方向隔离配置。同样的，在绝缘部件241和242中具有一个以上的突出部241a和242a或凹槽241b和242b的情况，突出部241a和242a以及凹槽241b和242b沿着第1绝缘部件241和第2绝缘部件242的内周边按圆周方向隔离配置。
凹槽231a，241b和242b以及突出部231b，241a和242a沿着旋转轴230的长度方向可延伸形成。因此，凹槽231a，241b和242b以及突出部231b，241a和242a针对旋转轴230的圆周方向垂直延伸形成，在旋转轴230的旋转时，绝缘部件240和旋转轴230之间的圆周方向的结合力被最大化。根据此，由于旋转轴230的高速旋转的原因，即使旋转轴230和绝缘部件240的温度上升而导致结合力减弱，但由于绝缘部件240的突出部241a和242a或凹槽241b和242b与在旋转轴的结合槽上形成的对应凹槽或突出部塞住的缘故，可以防止绝缘部件240针对旋转轴230按圆周方向旋转(空转)，因此绝缘部件240不会从旋转轴230处分离或脱离。在本实施例中，同样的，凹槽和突出部可具有多样化的形状和大小。
轴承帽150和轴承盖160可起到防止电流以杂散电流的形态从旋转轴130起传递到轴承120的作用。为此，轴承帽150和轴承盖160优选采用非导电性材料来制造。轴承帽150为围住轴承120的与旋转轴130垂直的一端面和圆周面而形成，轴承盖160为盖住相反端的轴承面而形成。根据上述结构，可以确切地防止杂散电流到轴承的传递。轴承帽150的内周边上具有突出部和凹槽，可使轴承帽150和轴承120的外周边坚固地结合在一起。并且，在外环122上也具有为与轴承帽150内周边的突出部和凹槽相对应的凹槽和突出部。在此情况下，突出部和凹槽在轴承帽150的内周边和外环122的外周边沿着旋转轴130的长度方向延伸形成。突出部和凹槽针对旋转轴130的圆周方向垂直延伸形成，可使轴承120和轴承帽150之间的结合力最大化。
以上虽然结合所述示例性实施例和附图对本发明进行了描述，但应该理解本发明并不局限于公开的示例性实施例。在上述实施例中描述的构成元素可以被其等同元素所代替或者本领域的技术人员可以用各种方法对构成其的方法进行修改，但所有的代替和修改都应是在不脱离由权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下进行的。因此，本发明的范围并不只局限于上述实施例或被上述实施例所限制，且应该被理解为只由权利要求和等同要求所限定。

Claims (12)

1.一种无刷直流电动机，包括：
支架；
与所述支架的外周边相结合且被绕组线圈缠绕的定子；
从所述定子起向半径方向外侧相隔离并且具有永久磁铁的转子；
与所述支架的内侧相结合的轴承；
与所述轴承的内侧相结合，被所述轴承旋转支持，并且在与所述轴承相结合的部分具有从外周边起向半径方向内侧凹进去的结合槽的旋转轴；和
为了围住所述结合槽的外周边而在所述结合槽上设置的绝缘部件。
2.如权利要求1所述的无刷直流电动机，其特征在于，所述旋转轴具有从所述结合槽的外周边起向所述旋转轴的半径方向内侧凹进去的一个以上的凹槽，并且所述绝缘部件具有为与所述凹槽相对应从内周边起向所述旋转轴的半径方向内侧凸起的一个以上的突出部。
3.如权利要求2所述的无刷直流电动机，其特征在于，所述旋转轴的所述凹槽和所述绝缘部件的所述突出部沿着所述旋转轴的长度方向延伸形成。
4.如权利要求2所述的无刷直流电动机，其特征在于，所述一个以上的凹槽沿着所述结合槽的外周边按旋转轴的旋转方向互相隔离配置，并且一个以上的突出部沿着所述绝缘部件的内周边按旋转轴的旋转方向互相隔离配置。
5.如权利要求1所述的无刷直流电动机，其特征在于，所述旋转轴具有从所述结合槽的外周边起向所述旋转轴的半径方向外侧凸起的一个以上的突出部，并且所述绝缘部件具有为与所述突出部相对应从内周边起向所述旋转轴的半径方向外侧凹进去的一个以上的凹槽。
6.如权利要求5所述的无刷直流电动机，其特征在于，所述旋转轴的所述突出部和所述绝缘部件的所述凹槽沿着所述旋转轴的长度方向延伸形成。
7.如权利要求5所述的无刷直流电动机，其特征在于，所述一个以上的突出部沿着所述结合槽的外周边按旋转轴的旋转方向互相隔离配置，并且一个以上的凹槽沿着所述绝缘部件的内周边按旋转轴的旋转方向互相隔离配置。
8.如权利要求1所述的无刷直流电动机，其中，
所述旋转轴具有从所述结合槽的外周边起向所述旋转轴的半径方向内侧凹进去的一个以上的凹槽，
所述绝缘部件包括：
具有为与所述凹槽相对应从内周边起向所述旋转轴的半径方向内侧凸起的一个以上的突出部并在所述结合槽上安装的第1绝缘部件；和
具有为与所述凹槽相对应从内周边起向所述旋转轴的半径方向内侧凸起的一个以上的突出部并为与所述第1绝缘部件对向而在所述结合槽上安装的第2绝缘部件，
其中，所述第1绝缘部件和第2绝缘部件围住所述旋转轴的结合槽的外周边。
9.如权利要求1所述的无刷直流电动机，其中，所述旋转轴具有从所述结合槽的外周边起向所述旋转轴的半径方向外侧凸起的一个以上的突出部，
所述绝缘部件包括：
具有为与所述突出部相对应从内周边起向所述旋转轴的半径方向外侧凹进去的一个以上的凹槽并在所述结合槽上安装的第1绝缘部件；和
具有为与所述突出部相对应从内周边起向所述旋转轴的半径方向外侧凹进去的一个以上的凹槽并为与所述第1绝缘部件对向而在所述结合槽上安装的第2绝缘部件，
其中，所述第1绝缘部件和第2绝缘部件围住所述旋转轴的结合槽的外周边。
10.如权利要求1所述的无刷直流电动机，进一步包括在所述轴承和所述支架中间配置来容纳所述轴承的圆周面和一端侧面的轴承帽，和盖住所述轴承的另外一端侧面的轴承盖。
11.如权利要求10所述的无刷直流电动机，其特征在于，所述轴承帽在其内周边上具有沿所述旋转轴的长度方向拥有长条形状的一个以上的突出部或凹槽。
12.如权利要求10所述的无刷直流电动机，其特征在于，所述轴承帽和轴承盖由非导电性材料构成。
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