CN104426263A - 转子及采用该转子的无刷电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种转子，其包括转轴、转子铁芯、转子磁钢、至少一铁芯端板、和传感器磁钢。转子铁芯固定设置在转轴上；转子磁钢沿圆周方向固定设置在转子铁芯上；所述至少一铁芯端板固定设置在转子铁芯的轴向一侧；传感器磁钢固定设置在转轴上，并靠近所述至少一铁芯端板。其中，所述至少一铁芯端板和传感器磁钢之间设置有定位咬合机构来确保该两者之间精确对准定位。通过这种方式，可确保传感器磁钢和转子磁钢之间精准对位，并且其实现结构简单，可靠，而且成本低。

Description

转子及采用该转子的无刷电机

技术领域

本发明涉及一种转子，尤其涉及转子的传感器磁钢和转子磁钢对准定位的机构。

本发明还涉及一种采用上述转子的无刷电机。

背景技术

无刷电机主要由电机本体、电子驱动器、和位置传感器装置组成。电机本体由定子和转子构成。电子驱动器通过对转子位置的判定，控制定子绕组的电流方向和大小，使电机运转。位置传感器装置用于检测转子磁钢相对于定子绕组的位置，并将位置信号转换成电信号，为电子驱动器提供换向信息，从而令电子驱动器控制定子绕组电流正确换向，使电机产生持续的扭矩。

位置传感器可以为任何合适的传感器，如光传感器或霍尔效应传感器，应用较为典型的是霍尔效应传感器。霍尔效应传感器装置与电机的定子绕组保持相对固定，而转子部分为传感器磁钢，其与转子磁钢同步旋转，从而通过传感器磁钢相对于霍尔元件的位置来确定转子相对于定子的位置。

易于理解的是，传感器磁钢和转子磁钢需要确保精确对准。如果没有对准，那么位置传感器装置将给出错误的转子相对于定子的位置指示，从而可能令电机失去功率和转矩。

现有的传感器磁钢和转子磁钢对准定位的方式主要由以下几种：

（1）传感器磁钢的N、S磁极压入在径向分度为基准的转轴上，以此来保持和转子磁钢的N、S磁极的基准对准定位。然而这种方式需要通过特殊的工装治具来实现，由于转轴一般是圆形结构，因此在工装治具上定位比较麻烦；此外，在高速旋转电机急停、急开的反复运行情况下，传感器磁钢的N、S磁极会和转子磁钢的N、S磁极发生位置相对移位，使传感器磁钢和转子磁钢无法精准对准，从而影响电机的正常运行。

（2）传感器磁钢直接和转子铁芯连接，也就是传感器磁钢的N、S磁极直接和转子磁钢的N、S磁极基准对准定位。虽然这种对准定位的方式较容易实现， 但因为传感器磁钢过于接近转子铁芯，使电机电磁场干扰会直接影响传感器磁场，从而影响电机的正常运行。

（3）传感器磁钢和转子磁钢一体成型，如模压或注塑；或者，传感器磁钢在压入转轴后，再由工装治具保证其定位并使传感器磁钢的N、S极充磁，从而实现与转子磁钢的N、S磁极对准定位。理论上这是一个较理想的方案，但此方法在充磁工装制作上有很大难度；同时，充磁需要在电机装配生产线上完成，增加了生产设备，和生产工艺的复杂性。

有鉴于此，有必要提供一种新的传感器磁钢和转子磁钢对准定位的方式，来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转子，其具有改进的传感器磁钢和转子磁钢对准定位机构，从而确保两者精准对位；并且其实现结构简单，成本低。

本发明的目的还在于提供一种采用上述转子的无刷电机。

为实现上述发明目的之一，本发明提供一种转子，其包括：

转轴；

转子铁芯，固定设置在所述转轴上；

转子磁钢，沿圆周方向固定设置于所述转子铁芯；

至少一铁芯端板，固定设置在所述转子铁芯的轴向一侧；

传感器磁钢，固定设置在所述转轴上，并靠近所述至少一铁芯端板；其中

所述至少一铁芯端板和传感器磁钢之间设置有定位咬合机构来确保该两者之间精确对准定位。

作为本发明的进一步改进，所述定位咬合机构包括自所述至少一铁芯端板和传感器磁钢两者之一上凸伸出的凸块，以及设置在该两者的另一个上的凹槽以收容所述凸块。

作为本发明的进一步改进，所述定位咬合机构包括自所述至少一铁芯端板朝向传感器磁钢一体延伸出的第一套环、和自传感器磁钢朝向所述至少一铁芯端板一体延伸出的第二套环；所述第一套环和第二套环的相对端均形成有可相互配合的、交错分布的凸块和凹槽。

作为本发明的进一步改进，所述转子铁芯设置成钢叠片组，其面向所述至少一铁芯端板的一端设有定位孔；所述至少一铁芯端板上凸伸设有定位销，以与所述定位孔配合来确保所述至少一铁芯端板和转子铁芯精确对准定位。

作为本发明的进一步改进，所述转子磁钢通过磁钢表面安装（SPM, Surface-mounted Permanent Magnet）方式设置在转子铁芯的外表面。

作为本发明的进一步改进，所述转子磁钢通过磁钢表面内嵌（IPM, Internal Permanent Magnet）方式设置在转子铁芯的内部。

作为本发明的进一步改进，所述至少一铁芯端板在面向传感器磁钢的一侧表面上沿圆周方向分布有若干叶片，用于在转子旋转时带走电机内部的热量。

作为本发明的进一步改进，所述至少一铁芯端板在面向传感器磁钢的一侧表面呈平面形式。

作为本发明的进一步改进，所述转子磁钢或传感器磁钢选自稀土磁钢、铁氧体磁钢、注塑磁钢、或橡胶体磁钢。

为实现上述另一发明目的，本发明还提供一种采用上述转子的无刷电机，其包括：

定子绕组，包围所述转子设置；

传感器元件，相对于所述定子绕组固定设置，并与所述传感器磁钢感应配合。

本发明的有益效果是：传感器磁钢和铁芯端板之间设置有定位咬合机构，使该两者不需要特殊的工装治具即可简单安装来实现精准定位；并且，在装配过程中，铁芯端板和转子铁芯实现了精准定位，而转子铁芯又和转子磁钢实现了精准定位；从而通过铁芯端板作为定位基准过渡，就轻易实现了传感器磁钢和转子磁钢之间的精准定位。特别指出的是，传感器磁钢N/S对准转子磁钢N/S，或传感器磁钢N/S对准转子磁钢S/N磁极。此外，传感器磁钢和铁芯端板之间设置的咬合机构，以及铁芯端板和转子铁芯之间设置的定位销孔，可有效避免电机在高速旋转、急开、急停时传感器磁钢相对于转子磁钢出现移位。另外，由于传感器磁钢设置在转轴上，相对于与转子磁钢一体化成型的方式，省去了模压等复杂工艺；相比设置在转子铁芯上，磁干扰小、性能稳定、且不受环境和温度的影响。

附图说明

图1是本发明的转子一具体实施方式的立体示意图；

图2是本发明的转子另一具体实施方式的侧视示意图，其中转子的内部结构用虚线绘出。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

图1所示是的本发明中转子的一具体实施方式。本实施方式中，转子1包括转轴10、转子铁芯（未图示）、转子磁钢31、铁芯端板40、和传感器磁钢50。

转子铁芯通常是由冲裁成型的硅钢片叠装而成的钢叠片组，其压设在转轴10上。转子磁钢31由若干块不同极性的磁钢交错排布组成，其沿圆周方向设置在转子铁芯上。磁钢的数量通常为2的倍数，即以成对的N、S磁极出现。转子磁钢可以通过磁钢表面安装（SPM, Surface-mounted Permanent Magnet）方式设置在转子铁芯的外表面，或者以磁钢表面内嵌（IPM, Internal Permanent Magnet）方式设置在转子铁芯的内部。本实施方式中，转子磁钢31以SPM方式设置在转子铁芯的外表面。

铁芯端板40至少有一块，但通常包括两块，固定设置于转子铁芯的轴向两侧。铁芯端板可用于保护转子铁芯的硅钢片，如防锈和固定；也可用于防止转子磁钢在轴向上的串动。铁芯端板40通常由塑料或压铸铝件制成，其可通过常用的机械配合方式固定到转子铁芯上，如机械紧配合，粘结、螺丝固定等。铁芯端板40和转子铁芯之间还设置有定位方式，关于该定位方式，将会在后文中进行详细描述。本实施方式中，在铁芯端板40背向转子铁芯的一侧表面上沿圆周方向分布有若干叶片60，用于在电机工作时，通过叶片的旋转产生气流带走电机内部的转子铁芯、磁钢、定子绕组产生的热量，从而起到冷却降温的作用。

传感器磁钢50的磁极数量和N、S磁极的分布均与转子磁钢31相同。本实施方式中，传感器磁钢50压设在转轴10上，并靠近铁芯端板40。在传感器磁钢50和铁芯端板40之间还设置有定位咬合机构，关于该定位咬合机构，将会在后文中进行详细描述。传感器磁钢50以及上述的转子磁钢31均可采用稀土磁钢、铁氧体磁钢、注塑磁钢、模压成型磁钢或橡胶体磁钢。

上述以及稍后所述的实施方式中的转子，均可设置在一定子绕组中以构成无刷电机。无刷电机通常还包括固定定子绕组的机座、与传感器磁钢感应配合的传感器元件、以及电子驱动器。该传感器元件可以是霍尔元件，其相对与定子绕组固定设置，如可直接设置在定子铁芯上，也可设置在机座上。由于无刷电机的定子绕组、霍尔传感器、和电子驱动器的工作原理均为本领域的普通技术人员所熟知，所以申请人在此不再予以赘述。

图2所示为本发明的转子的另一具体实施方式。本实施方式中，转子2同样包括转轴10、转子铁芯20、转子磁钢32、铁芯端板40、49、和传感器磁钢50。与图1所示的实施方式主要区别在于，转子磁钢32以磁钢表面内嵌（IPM, Internal Permanent Magnet）方式设置在转子铁芯20的内部；此外，本实施方式中未示出叶片。

本实施方式中，铁芯端板40与传感器磁钢50正对，且在两者间设置有定位咬合机构。该定位咬合机构包括自铁芯端板40朝向传感器磁钢50一体延伸出的第一套环41、和自传感器磁钢50朝向所述铁芯端板40一体延伸出的第二套环51。在第一套环41和第二套环51的相对端均形成有可相互配合的、交错分布的凸块411和凹槽511。通过这种结构，可避免传感器磁钢50相对于铁芯端板40产生旋转方向上的移位。当然，定位咬合机构的结构不限于此，只要在铁芯端板和传感器磁钢两者之一上凸伸出凸块，并在该两者的另一个上设置相应的凹槽以收容该凸块，同样可实现上述防转功能。

转子铁芯20的钢叠片组在面向铁芯端板40的一端设有定位孔（未标示），相应地，铁芯端板40上凸伸设有定位销42，以与上述定位孔配合来避免铁芯端板40相对于转子铁芯20产生旋转方向上的移位。

由于传感器磁钢和铁芯端板之间设置有定位咬合机构，使该两者不需要特殊的工装治具即可简单安装来实现精准定位；并且，在装配过程中，铁芯端板和转子铁芯实现了精准定位，而转子铁芯又和转子磁钢实现了精准定位；从而通过铁芯端板作为定位基准过渡，就轻易实现了传感器磁钢和转子磁钢之间的精准定位。此外，传感器磁钢和铁芯端板之间设置的咬合机构，以及铁芯端板和转子铁芯之间设置的定位销孔，可有效避免电机在高速旋转、急开、急停时传感器磁钢相对于转子磁钢出现移位。另外，由于传感器磁钢设置在转轴上，相对于与转子磁钢一体化成型的方式，省去了模压等复杂工艺；相比设置在转子铁芯上，磁干扰小、性能稳定、且不受环境和温度的影响。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种转子（1，2），其特征在于，包括：

    转轴（10）；

    转子铁芯（20），固定设置在所述转轴上；

    转子磁钢（31，32），沿圆周方向固定设置于所述转子铁芯；

    至少一铁芯端板（40），固定设置在所述转子铁芯的轴向一侧；

    传感器磁钢（50），固定设置在所述转轴上，并靠近所述至少一铁芯端板；其中所述至少一铁芯端板和传感器磁钢之间设置有定位咬合机构来确保该两者之间精确对准定位。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于：所述定位咬合机构包括自所述至少一铁芯端板和传感器磁钢两者之一上凸伸出的凸块（411），以及设置在该两者的另一个上的凹槽（511）以收容所述凸块。

3.根据权利要求1所述的转子，其特征在于：所述定位咬合机构包括自所述至少一铁芯端板朝向传感器磁钢一体延伸出的第一套环（41）、和自传感器磁钢朝向所述至少一铁芯端板一体延伸出的第二套环（51）；所述第一套环和第二套环的相对端均形成有可相互配合的、交错分布的凸块和凹槽。

4.根据权利要求1所述的转子，其特征在于：所述转子铁芯设置成钢叠片组，其面向所述至少一铁芯端板的一端设有定位孔；所述至少一铁芯端板上凸伸设有定位销（42），以与所述定位孔配合来确保所述至少一铁芯端板和转子铁芯精确对准定位。

5.根据权利要求1所述的转子，其特征在于：所述转子磁钢（31）通过磁钢表面安装（SPM, Surface-mounted Permanent Magnet）方式设置在转子铁芯的外表面。

6.根据权利要求1所述的转子，其特征在于：所述转子磁钢（32）通过磁钢表面内嵌（IPM, Internal Permanent Magnet）方式设置在转子铁芯的内部。

7.根据权利要求1所述的转子，其特征在于：所述至少一铁芯端板在面向传感器磁钢的一侧表面上沿圆周方向分布有若干叶片（60），用于在转子旋转时带走电机内部的热量。

8.根据权利要求1所述的转子，其特征在于：所述至少一铁芯端板在面向传感器磁钢的一侧表面呈平面形式。

9.根据权利要求1所述的转子，其特征在于：所述转子磁钢或传感器磁钢选自稀土磁钢、铁氧体磁钢、注塑磁钢、模压成型磁钢或橡胶体磁钢。

10.一种采用以上任一项权利要求所述的转子的无刷电机，其特征在于，包括：

    定子绕组，包围所述转子设置；

    传感器元件，相对于所述定子绕组固定设置，并与所述传感器磁钢感应配合。