CN105490412A - 电机转子及应用其的无刷直流电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无刷直流电机及其转子，包括定子和转子。所述转子包括转轴、第一固定端板、第二固定端板、若干芯片组、及若干永磁体。第一固定端板包括第一端面，第一端面垂直设置若干第一固定柱。第二固定端板包括第二端面，第二端面垂直设置若干第二固定柱。所述芯片组固定于第一和第二端面之间，其沿周向均匀排列，相邻的两芯片组之间形成一收容空间，每个芯片组内设置一个通孔，其中每个芯片组的通孔内同时插入第一固定柱和第二固定柱。每一永磁体固定设置在对应的两个相邻芯片组之间的收容空间内。其中所述第一固定柱和第二固定柱的位置一一对应，每个第一固定柱和对应的第二固定柱的长度之和小于或等于所述芯片组的通孔的长度。

Description

电机转子及应用其的无刷直流电机

技术领域

本发明涉及一种无刷直流电机，特别涉及一种无刷直流电机的转子。

背景技术

随着人类工业的发展，动力机械在各个生产领域中起到越来越多的作用。其中，无刷直流电机凭借其优越的动力匹配特性，在各个动力设备得到了广泛的应用。

现有技术中，出于设计的需要，电机的转子需要提供更大的磁感强度，进而提供较大的功率密度。由于电机转子尺寸和材料的限制，电机的功率密度往往受到限制。。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种能够提供较大电机功率密度的电机及其转子，同时这个电机应该具有较好的可靠性。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种电机转子，包括：转轴；第一固定端板，其包括第一端面，所述第一端面垂直设置若干第一固定柱；第二固定端板，包括第二端面，所述第二端面垂直设置若干第二固定柱；若干芯片组固定于第一和第二端面之间，所述若干芯片组沿周向均匀排列，相邻的两芯片组之间形成一收容空间，每个芯片组内设置一个通孔，其中每个芯片组的通孔内同时插入第一固定柱和第二固定柱；若干永磁体，每一永磁体固定设置在对应的两个相邻芯片组之间的收容空间内；其中所述第一固定柱和第二固定柱的位置一一对应，每个第一固定柱和对应的第二固定柱的长度之和小于或等于所述芯片组的通孔的长度。

较佳地，所述若干第一固定柱包括第一长固定柱和第一短固定柱，所述若干第二固定柱包括第二长固定柱和第二短固定柱，每一第一长固定柱与一对应的第二短固定柱插入同一芯片组的通孔内，每一第一短固定柱与一对应的第二长固定柱插入同一芯片组的通孔内，且第一长固定柱和对应的第二短固定柱的的长度和等于第一短固定柱和第二长固定柱长度和。

较佳地，第一长固定柱和第一短固定柱沿周向间隔设置，第二长固定柱和第二短固定柱沿周向间隔设置，每个第一固定柱的末端和对应的第二固定柱的末端在芯片组中相距一预定长度的间隙。

较佳地，所述第一固定柱中的长固定柱的长度为短固定柱的长度的两倍。

较佳地，所述通孔的横截面形状与所述若干第一和第二固定柱的横截面形状一致，

较佳地，所述第一固定柱和第二固定柱的横截面均为椭圆形。

较佳地，所述转子还包括一转子套，所述转子套包覆在所述若干芯片组和永磁体的径向外部，所述转子套由导磁材料制成。

较佳地，所述转子套为铁磁材料。

较佳地，所述转子套包括第一转子套和第二转子套。

较佳地，所述转轴和第一固定端板通过插入注塑成型的方式制成，从而使转轴和第二固定端板构成不可拆卸的整体。

本发明还涉及一种电机转子，包括：转轴；第一固定端板；第二固定端板；若干芯片组固定于第一和第二端面之间，所述若干芯片组沿周向均匀排列，相邻的两芯片组之间形成一收容空间；若干永磁体，每一永磁体固定设置在对应的两个相邻芯片组之间的收容空间内，所述永磁铁沿周向充磁，从而使永磁铁沿周向的侧面被极化而具有相应的极性；由导磁材料制成的转子套，所述转子套包覆在所述若干芯片组和永磁体的径向外部。

较佳地，所述第一固定端板和第二固定端板的至少其中之一设有固定柱，所述芯片组上对应固定柱设有通孔。

较佳地，所述第一固定柱包括第一长固定柱和第一短固定柱，所述第二固定柱包括第二长固定柱和第二短固定柱，每一第一长固定柱与一对应的第二短固定柱分别从芯片组的两端插入同一芯片组的通孔内，每一第一短固定柱与一对应的第二长固定柱分别从芯片组的两端插入同一芯片组的通孔内。

较佳地，所述转子套的材料为导磁不锈钢。

较佳地，所述转子套的厚度为0.1～0.3mm。

较佳地，永磁体的径向内壁相对芯片组内突，位于芯片组的径向内侧。

较佳地，所述永磁铁大致为长方体状，其径向内端与径向外端结构对称。

较佳地，所述转子套与第一固定端板其中之一形成有卡槽，其中之另一形成有卡块，所述卡块卡扣于卡槽内将转子套与第一固定端板相对固定。

较佳地，所述转子套与第二固定端板其中之一形成有卡槽，其中之另一形成有卡块，所述卡块卡扣于卡槽内将转子套与第二固定端板相对固定。

较佳地，所述转子为权利要求1至19任意一项所述的电机转子。

较佳地，所述转子套的外壁与定子之间形成0.1～0.7mm的气隙。

本发明还涉及一种无刷直流电机，包括定子和转子，所述转子为前述的电机转子。

本发明中，上述优选条件在符合本领域常识的基础上可任意组合，即得本发明各较佳实施例。

本发明的积极进步效果在于：将转子套设置为导磁材料，改变了现有技术中转子套不能使用导磁材料的观念，提高了电机性能，另外通过固定柱的长度互补设置，改善了电机转子内部应力分布状况，避免固定柱断裂，保证电机的可靠性。

附图说明

图1本发明一实施例的无刷直流电机的剖面示意图。

图2是图1所示无刷直流电机的转子的立体示意图。

图3是图2所示电机转子的分解示意图。

图4是图2所示电机转子的轴向剖视图。

图5是图2所示转子的第一固定端板的结构示意图。

图6是图2所示转子的第二固定端板的结构示意图。

图7是图2所示电机转子的径向剖视图。

图8是图3所示固定端板所对应的铁芯叠片的结构示意图。

图9为本发明另一实施例的无刷直流电机转子的立体示意图。

图10为图9所示电机转子的分解示意图。

图11为图9所示电机转子的径向剖视图。

具体实施方式

本发明将参照附图以各种实施例的方式进行说明。在说明书附图中，具有类似结构或功能的元件将用相同的元件符号表示。附图中的部件大小和特点只是为了便于说明和揭示本发明的各个实施例，并不是要对本发明进行穷尽性的说明，也不是对本发明的范围进行限制。

图1本发明一实施例的无刷直流电机1的示意图。所述电机1包括一绕线定子2及相对定子2转动的转子5。定子1的径向内表面(即极面)与转子5的外表面之间形成一间隙3，该间隙3的设置用于确保转子5能够顺利旋转。

图2至图4是图1所示无刷直流电机1的转子5的立体示意性结构。在该实施例中，转子5预组装成为一个组件，整体设置在电机1的定子2中。所述转子5包括转轴20、磁铁60、铁芯叠片组70、固定端板40与50、及转子套30。其中铁芯叠片组70与磁铁60均为多个，两者沿周向交替设置，共同构成一圆柱体。其中，所述转轴20插设于所述圆柱体内，固定端板40与50分别设置于圆柱体的两端，转子套30则环套所述圆柱体，转轴20沿轴向穿过所述圆柱体。

其中，所述转子套30由导磁材料制成，优选地为导磁不锈钢。本实施例中，所述转子套30为两个，每一转子套30包括一呈中空圆筒状的筒体及自筒体的一轴向末端沿径向向内延伸的一法兰32。所述两转子套30分别从两端一起套住转子5的铁芯叠片组70(芯片组)和磁铁60(见图4)，法兰32抵压所述固定端板40、50，筒体套设于铁芯叠片组70和磁铁60外围，从而将其预组装为一个整体。较佳地，在所述转子套30的内壁和/或铁芯叠片组70与磁铁60的外壁涂有胶体，将其固定连接为一体。较佳地，所述转子套30在径向上的厚度，即转子套30的外表面与其内表面之间的厚度为0.1～0.3mm。其中一端设置轴承10用于与电机定子(图未示出)配合。

图5是图3所示转子5的第一固定端板40的示意性结构。在该实施例中，第一固定端板40包括端板主体部42、第一较短固定柱44、第一较长固定柱46和端板轴套48。其中，端板主体部42大致呈圆盘状，第一较短固定柱44和第一较长固定柱46以均匀围绕轴心方式固定设置在端板主体部42的端面上，并以垂直端板主体部42的方向从端板主体部42的端面伸出。端板主体部42轴心部分设置端板轴套48。同时参阅图7，端板轴套48的横截面大致为棱柱形，在本实施例中端板轴套48的横截面近似正八边形，所述磁铁60以及铁芯叠片组70的数量均为八个，轴套48的每个侧壁面与一磁铁60接触，每个顶角处与一铁芯叠片组70接触，所述顶角处相对正八边形的结构沿径向向外突出并沿轴向形成一棱柱。本实施例中，所述轴套48的顶角处的棱柱的径向外端为平面。端板轴套48中间设置轴孔，其间穿过转轴20。

在一个较佳实施例中，端板主体部42、较短固定柱44、较长固定柱46和端板轴套48通过注塑方式一体成型，同时，转轴20和第一固定端板40以插入注塑(insertmolding)的方式制为一体，转轴20固定在端板轴套48内与第一固定端板40一起转动。本领域的技术人员可以理解，端板主体部42、较短固定柱44、较长固定柱46和端板轴套48也可以分体制成再通过各种方式固定在一起。

在本实施例中，较短固定柱44和较长固定柱46的横截面形状均为椭圆形，椭圆的长边朝向轴心径向设置。较短固定柱44和较长固定柱46各为四个，彼此间隔设置。

图5是图3所示转子5的第二固定端板50的示意性结构。在该实施例中，第二固定端板50包括端板主体部52、第二较长固定柱54、第二较短固定柱56和端板轴套58。其中，端板主体部52同样大致呈圆盘状，第二较长固定柱54和第二较短固定柱56同样以均匀围绕轴心方式固定设置在端板主体部52的端面上，并以垂直端板主体部52的方向从端板主体部52的端面伸出。其中，较长固定柱54与第一固定端板40中的较短固定柱44位置对应，较短固定柱56与第一固定端板40中的较长固定柱46位置对应。端板轴套58的形状与第一固定端板40中的端板轴套48一致，区别在于轴套58长度显著较短，以便与第一固定端板40中的端板轴套48配合共同固定转轴20。较长固定柱54和较短固定柱56的横截面形状同样均为椭圆形，椭圆的长边朝向轴心径向设置。

第一固定端板40和第二固定端板50从转轴20两端对应装配，第一较短固定柱44和第二较长固定柱54同轴，第一较长固定柱46和第二较短固定柱56同轴，对准铁芯叠片组70中的通孔72。在一个较佳实施例中，通孔72的横截面形状与固定柱44、46、54、56的横截面形状一致。

同时参阅图7和图8，铁心叠片组70大致呈扇形柱状，通孔72贯穿于铁心叠片70的轴向方向。铁心叠片70的径向外壁为光滑圆柱曲面的一部分，与转子套30的内壁的形状匹配。铁心叠片70的两个侧壁为光滑平面，其中，内侧靠近转轴20的位置形成轴向凸棱74，外侧靠近转子套30的位置形成轴向凸棱76。

磁铁60的数量为八个，每一磁铁60大致为对称的长方体状，与铁心叠片组70交替设置，并与铁心叠片70组成转子5的圆柱体。转子套30从转轴20两端压入，套住端板40、50、铁心叠片70和磁铁60组成的圆柱体。在一个较佳实施例中，磁铁60可以是铁氧体磁铁。所述磁铁60沿周向充磁，即磁铁60的周向侧壁面被极化而具有相应极性。相邻的两磁铁60的极化方向相反。也即是说，相邻的两磁铁60相向的表面的极性相同，如此，相邻的磁铁60之间的铁芯叠片组70被极化成相应磁极，相邻的两铁芯叠片组70被极化为不同极性。本实施例中，磁铁60的高度与铁芯叠片组70相当，磁铁60的宽度与相邻的铁芯叠片组70的周向距离大致相当，磁体60的长度则略大于铁芯叠片组70的凸棱74、76在转子径向上的距离。

铁芯叠片组70围绕转轴20均匀设置，相邻两个铁芯叠片组70之间形成空间，所述空间大致呈长方体状，以容纳磁铁60。组装时，每一磁铁60插入至一相应的空间内，铁芯叠片组70的凸棱76钩扣在磁铁60的外边缘、凸棱74则钩扣于磁铁的内边缘。本实施例中，由于所述磁铁60的长度较大，其外壁与铁芯叠片组70的外壁大致位于同一圆柱面上，与转子套30的内壁相贴，磁铁60的内壁则相对铁芯叠片组70内突，位于铁芯叠片组70的径向内侧，有效增加相邻两铁芯叠片组内端之间的距离，从而降低漏磁。本实施例中，所述磁铁60在其外边缘位置处形成有倒角，与铁芯叠片组70的凸棱76相配合。

第一固定端板40和第二固定端板50套在转轴20两端，并各自延伸出固定柱44、46、54、56插入铁芯叠片组70的轴向通孔72中。在本实施例中，第一固定端板40中的较短固定柱44与第二固定端板50中的较长固定柱54长度互补，插入至同一通孔72内；第一固定端板40中的较长固定柱46与第二固定端板50中的较短固定柱56长度互补，插入至同一通孔72内。每两个对应固定柱44、54(46、56)的端部之间的间隙为几毫米，以此最大程度上保持固定柱44、54、46、56对铁心叠片70的固定支撑。其中，第一固定端板40中的较长固定柱46的长度是较短固定柱44长度的两倍。可以理解地，在工艺水平较强的情况下，较长固定柱46/54和较短固定柱44/56之间可以不留间隙，恰好相抵，这样两个固定柱44、54(46、56)的总长度刚好等于通孔72长度。

轴承10固定设置在转轴20远离第一固定端板40的一端，轴承10固定于电机1的定子2上，从而支撑转子5相对定子2旋转。

由于第一固定端板40的固定柱44、46和第二固定端板50的固定柱54、56互有长短，因此电机在转动时，各个铁芯叠片组70在旋转时造成的施加在固定柱44、46、54、56各种应力较为分散，这样就避免了第一固定端板40和第二固定端板50的固定柱44、46、54、56应力集中的问题，极大程度上避免了固定柱断裂导致转子内部结构分裂的问题。

在本发明中，转子5采用分块式的铁芯叠片组70以及沿周向充磁的磁铁60，并将夹置于两块磁铁60之间的铁芯叠片组70极化为相应磁极。相邻的两铁芯叠片组70的极性相反。如此，电机1工作时，磁力线从一北极铁芯叠片组70发出，穿过定子2和转子5之间的气隙3，进入定子2，再穿过气隙3，回到相邻的一南极铁芯叠片组70。因此，本发明采用导磁材料制成的转子套30，减小了铁芯叠片组70与定子2之间的距离，从而降低磁阻，增加穿过气隙3的磁力线，从而提高电机1的功率。这改变了长时间以来设计者避免使用导磁材料转子套的思路。现有技术中认为，如果转子套使用导磁材料，将导致漏磁，从而降低电机功率。事实上，对于具有表贴式磁铁的转子的电机，使用导磁材料制成的转子套漏磁现象确实极为严重。因此，设计人员不得不使用非导磁材料，这使得转子套除了固定作用以外，对电机性能毫无帮助，并且还增加气隙宽度，从而增加磁阻，导致电机的功率降低。本发明的转子套30使用导磁材料(如导磁不锈钢材料)，在将所述转子5安装于定子2内构成电机1时，较佳地，所述转子套30的外表面与定子2的内表面之间形成0.1～0.7mm的间隙，即电机的定转子间形成0.1～0.7mm的气隙。如此导磁的转子套30虽然造成微弱的漏磁，但是其使得定转子之间的气隙减小，增加了转子5的铁芯叠片组70到定子磁极的磁通(flux)，所以电机性能整体仍然得到了显著提高。这样转子套30不但完成了固定作用，还能有效提高电机的性能。

图8-10所示为根据本发明另一实施例的电机转子5，其同样包括有转轴20、磁铁60、铁芯叠片组70、固定端板40、50以及转子套30。

本实施例中，所述转子套30同样为导磁材料，如导磁不锈钢，环套所述磁体60以及铁芯叠片组70。所述转子套30的每一部分在其轴向的端部形成有法兰32，所述法兰32与对应的一固定端板40/50的端板主体部42/52相叠。不同的是，所述法兰32上形成有朝向端板40/50的卡块31，所述端板40/50上形成有卡槽41/51，所述卡槽41/51与卡块31一一对应，装配时每一卡块31卡入相应的一卡槽41/51内，将转子套30与端板40/50相连。如此，通过卡槽41、51与卡块31的卡扣固定连接转子套30，免去涂胶工序，方便转子5的生产制造。可以理解地，在其它实施例中，也可以在所述转子套30上形成卡槽，而在端板40、50上形成相应的卡块，同样通过卡扣配合将转子套30固定连接。此外，本实施例中，铁芯叠片组70的径向外端的周向两侧分别形成倒角，并与磁铁60相间隔，如此可减小磁漏，进一步提高电机的性能。

至此，本发明已经对电机转子进行了充分的描述，该电机转子的磁铁为插入式，且沿周向充磁，相邻的磁铁之间的铁芯块被极化成相应磁极，在磁铁以及铁芯叠片组外套上导磁的转子套，有效减小气隙，增加磁通，提高电机的性能。另外，所述电机转子的固定柱长短配合，分散应力，能够在长时间的运行下保持固定端板的固定柱结构稳定，并提高了电机的反电动势。再另外，第一固定端板与转轴通过插入注塑方式制成，再与其它部件组装，大大优化了制造工艺，从而提高了制造效率，降低了成本。

对于使用本产品的无刷电机而言，电机定子与一般的无刷电机定子一致，将本发明所述的转子安装在定子中，转轴两边设置电机端盖，即得一个新型无刷电机。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定。说明书和权利要求书中的用词，如“包括”、“包含”、“具备”等具有非排它性的含义，仅出于陈述内容的目的进行描述，并不排斥其它附加的涵义。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，例如较长固定柱和较短固定柱可以是更多的长度种类，这样每组固定柱的长度可以设置为两个以上，或者其中一固定端板的固定柱可贯穿铁芯叠片组的整个轴向通孔后再和另一固定端板固定；再例如，两转子套也可以做成一个整体，其一端设置法兰，另一端开口，从开口端套入到端板、铁芯叠片组和磁铁组成的圆柱体周围，再将转子套的开口端压扁进行卷边，从而将转子组装成一个整体但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (21)

1.一种电机转子，其特征在于，所述转子包括：

转轴；

第一固定端板，包括第一端面，所述第一端面垂直设置若干第一固定柱；

第二固定端板，包括第二端面，所述第二端面垂直设置若干第二固定柱；

若干芯片组固定于第一和第二端面之间，所述若干芯片组沿周向均匀排列，相邻的两芯片组之间形成一收容空间，每个芯片组内设置一个通孔，其中每个芯片组的通孔内同时插入第一固定柱和第二固定柱；

若干永磁体，每一永磁体固定设置在对应的两个相邻芯片组之间的收容空间内；

其中所述第一固定柱和第二固定柱的位置一一对应，每个第一固定柱和对应的第二固定柱的长度之和小于或等于所述芯片组的通孔的长度。

2.如权利要求1所述的电机转子，其中所述若干第一固定柱包括第一长固定柱和第一短固定柱，所述若干第二固定柱包括第二长固定柱和第二短固定柱，每一第一长固定柱与一对应的第二短固定柱插入同一芯片组的通孔内，每一第一短固定柱与一对应的第二长固定柱插入同一芯片组的通孔内，且第一长固定柱和对应的第二短固定柱的的长度和等于第一短固定柱和第二长固定柱长度和。

3.如权利要求2所述的电机转子，其中第一长固定柱和第一短固定柱沿周向间隔设置，第二长固定柱和第二短固定柱沿周向间隔设置，每个第一固定柱的末端和对应的第二固定柱的末端在芯片组中相距一预定长度的间隙。

4.如权利要求3所述的电机转子，其中所述第一固定柱中的长固定柱的长度为短固定柱的长度的两倍。

5.如权利要求1所述的电机转子，其中所述通孔的横截面形状与所述若干第一和第二固定柱的横截面形状一致。

6.如权利要求5所述的电机转子，其中所述第一固定柱和第二固定柱的横截面均为椭圆形。

7.如权利要求1所述的电机转子，还包括一转子套，所述转子套包覆在所述若干芯片组和永磁体的径向外部，所述转子套由导磁材料制成。

8.如权利要求7所述的电机转子，其中所述转子套为铁磁材料。

9.如权利要求8所述的电机转子，其中所述转子套包括第一转子套和第二转子套。

10.如权利要求1至8任一项所述的电机转子，其中所述转轴和第一固定端板通过插入注塑成型的方式制成，从而使转轴和第二固定端板构成不可拆卸的整体。

11.一种电机转子，其特征在于，所述转子包括：

转轴；

第一固定端板；

第二固定端板；

若干芯片组固定于第一和第二端面之间，所述若干芯片组沿周向均匀排列，相邻的两芯片组之间形成一收容空间；

若干永磁体，每一永磁体固定设置在对应的两个相邻芯片组之间的收容空间内，所述永磁铁沿周向充磁，从而使永磁铁沿周向的侧面被极化而具有相应的极性；

由导磁材料制成的转子套，所述转子套包覆在所述若干芯片组和永磁体的径向外部。

12.如权利要求11所述的电机转子，其中所述第一固定端板和第二固定端板的至少其中之一设有固定柱，所述芯片组上对应固定柱设有通孔。

13.如权利要求12所述的电机转子，其中所述第一固定柱包括第一长固定柱和第一短固定柱，所述第二固定柱包括第二长固定柱和第二短固定柱，每一第一长固定柱与一对应的第二短固定柱分别从芯片组的两端插入同一芯片组的通孔内，每一第一短固定柱与一对应的第二长固定柱分别从芯片组的两端插入同一芯片组的通孔内。

14.如权利要求11所述的电机转子，其中所述转子套的材料为导磁不锈钢。

15.如权利要求11所述的电机转子，其中所述转子套的厚度为0.1～0.3mm。

16.如权利要求11所述的电机转子，其中永磁体的径向内壁相对芯片组内突，位于芯片组的径向内侧。

17.如权利要求11所述的电机转子，其中所述永磁铁大致为长方体状，其径向内端与径向外端结构对称。

18.如权利要求11所述的电机转子，其中所述转子套与第一固定端板其中之一形成有卡槽，其中之另一形成有卡块，所述卡块卡扣于卡槽内将转子套与第一固定端板相对固定。

19.如权利要求11所述的电机转子，其中所述转子套与第二固定端板其中之一形成有卡槽，其中之另一形成有卡块，所述卡块卡扣于卡槽内将转子套与第二固定端板相对固定。

20.一种无刷直流电机，包括定子和转子，其特征在于：所述转子为权利要求1至19任意一项所述的电机转子。

21.如权利要求20所述的电机转子，其中所述转子套的外壁与定子之间形成0.1～0.7mm的气隙。