CN105874687B - 永磁无刷电机 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电机领域，提供了一种永磁无刷电机(100)，包括机壳(10)、转轴(20)和沿转轴(20)的轴向排列的至少两相电磁驱动相(30)；各电磁驱动相(30)包括环形永磁体(31)和励磁单元(40)，励磁单元(40)包括线圈(41)和用于将驱动磁场的两极分别引导至环形永磁体(31)的相对两侧的励磁铁芯(50)。通过励磁铁芯(50)将线圈(41)的驱动磁场的两极分别引导至环形永磁体(31)的相对两侧，从而通过各相电磁驱动相(30)来配合驱动转轴(20)转动，同时减少环形永磁体(31)径向设置的线圈，同时可以缩小环形永磁体径向励磁铁芯的宽度，以减小电机的体积。

Description

永磁无刷电机

技术领域

本发明属于电机领域，尤其涉及一种永磁无刷电机。

背景技术

电机一般包括定子和转子，转子安装在转轴上，以带动转轴转运。现有技术的电机一般是使用冲有多对磁极的永磁体作为转子，对应通过环形架支撑多个铁芯线圈来形成定子，而多个铁芯线圈环绕该转子，从而通过铁芯线圈产生的变化磁场来驱动转子带动转轴转运。但是这种结构的电机，由于需要环绕转子设置多对铁芯线圈结构，因而会导致径向电机的体积增大，不利于电机的微型化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种永磁无刷电机，旨在解决现有电机径向体积较大，不利于电机的微型化的问题。

本发明是这样实现的，一种永磁无刷电机，包括机壳和安装于所述机壳中的转轴，所述永磁无刷电机还包括用于驱动所述转轴转动并沿所述转轴的轴向排列的至少两相电磁驱动相；各电磁驱动相包括固定于所述转轴上的环形永磁体和固定于所述机壳上的励磁单元，所述励磁单元包括用于产生驱动磁场的线圈和用于将所述驱动磁场的两极分别引导至所述环形永磁体的相对两侧的励磁铁芯，所述线圈设置于所述转轴的侧边。

本发明通过设置至少两相电磁驱动相，而每相电磁驱动相又包括励磁单元和环形永磁体，而励磁单元的线圈设置在转轴的侧边，并通过励磁铁芯将线圈产生的驱动磁场的两极分别引导至所述环形永磁体的相对两侧，从而通过各相电磁驱动相来配合驱动转轴转动，同时减少环形永磁体径向设置的线圈，同时可以缩小环形永磁体径向励磁铁芯的宽度，以减小电机的体积。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种永磁无刷电机的立体结构示意图；

图2是图1的永磁无刷电机内部部分结构示意图；

图3是图1的永磁无刷电机的分解结构示意图；

图4是图3中电磁驱动相的分解结构示意图；

图5是图1的永磁无刷电机中第一种励磁铁芯的立体结构示意图；

图6是图1的永磁无刷电机中第二种励磁铁芯的正视结构示意图；

图7是图1的永磁无刷电机中第三种励磁铁芯的侧视结构示意图。

图8是本发明实施例二提供的一种永磁无刷电机的内部结构示意图；

图9是图8中励磁铁芯的正视结构示意图；

图10是图8的永磁无刷电机中另一种励磁铁芯的侧视结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了方便描述，定义：环形永磁体的某条直径上具有极性相反的两个磁极，则该两个磁极定义为成对磁极，当环形永磁体上仅具有一个成对磁极，则称为一对磁极；而当环形永磁体上具有多个成对磁极，则称为多对磁极。

定义：假设环形永磁体的某条直径方向具有一条直线，且该直径方向上具有一对磁极，则同轴的两个环形永磁体上的该直线的夹角为该两个环形永磁体的磁极角度差。因而，对于仅充有一对磁极的环形永磁体，则两个该环形永磁体的磁感线的夹角为磁极角度差；而对于充有多对磁极的环形永磁体，两个环形永磁体上对应的同一对磁极的磁感线的夹角为磁极角度差。

定义：环形永磁体的相对两侧特指沿该环形永磁体某个直径方向上的相对两侧。

一种永磁无刷电机，包括机壳和安装于所述机壳中的转轴，所述永磁无刷电机还包括用于驱动所述转轴转动并沿所述转轴的轴向排列的至少两相电磁驱动相；各电磁驱动相包括固定于所述转轴上的环形永磁体和固定于所述机壳上的励磁单元，所述励磁单元包括用于产生驱动磁场的线圈和用于将所述驱动磁场的两极分别引导至所述环形永磁体的相对两侧的励磁铁芯，所述线圈设置于所述转轴的侧边。

通过设置至少两相电磁驱动相，而每相电磁驱动相又包括励磁单元和环形永磁体，而励磁单元的线圈设置在转轴的侧边，并通过励磁铁芯将线圈产生的驱动磁场的两极分别引导至所述环形永磁体的相对两侧，从而通过各相电磁驱动相来配合驱动转轴转动，同时减少环形永磁体径向设置的线圈，同时可以缩小环形永磁体径向励磁铁芯的宽度，以减小电机的体积。

以下通过两个实施例来具体说明本申请的永磁无刷电机。

实施例一：

请参阅图1-图7，本发明实施例提供的一种永磁无刷电机100，包括机壳10、转轴20和三相电磁驱动相30；机壳10用来保护转轴20和各电磁驱动相30。转轴20安装在机壳10中，以便支撑转轴20，并使转轴20转动。三相电磁驱动相30沿转轴20的轴向依次排列设置，以便驱动转轴20转动。各电磁驱动相30包括环形永磁体31和励磁单元40，环形永磁体31固定于转轴20上，励磁单元40固定于机壳10上，用来驱动环形永磁体31转动，进而带动转轴20转动；则环形永磁体31作为转子，而对应的励磁单元40作为定子。

请参阅图2、图3和图4，各励磁单元40包括线圈41和励磁铁芯50，线圈41设置在转轴20的侧边，用于产生驱动磁场，而励磁铁芯50则用于将线圈41产生的驱动磁场的两极分别引导至环形永磁体31的相对两侧，以驱动环形永磁体31转动。各励磁单元40可以驱动对应的环形永磁体31转动，从而本实施例的三相电磁驱动相30可以平稳且定向的驱动转轴20转动。而将线圈41设置在转轴20的侧边，则线圈41对应设置在环形永磁体31的外侧，而通过励磁铁芯50将线圈41产生的驱动磁场的两极分别引导至环形永磁体31的相对两侧，则可以减少环形永磁体31径向设置的线圈41数量和缩小环形永磁体31径向励磁铁芯50的宽度，进而减小电机的体积，以便制作微型电机。

由于各励磁单元40可以驱动对应的环形永磁体31转动，则对于具有两相电磁驱动相30的永磁无刷电机100，也可以驱动其转轴20转动。即该永磁无刷电机100的电磁驱动相30也为至少两相即可以驱动其转轴20平稳转动，而通过增加电磁驱动相30可以增加该永磁无刷电机100的输出力矩，并减小力矩的波动，使该永磁无刷电机100转动更为平稳。

进一步地，本实施例中，相邻两个环形永磁体31的磁极角度差为120度。这种设计，可以使三相电磁驱动相30的励磁单元40依次驱动其环形永磁体31转动，而驱动电源的相位差可以为120度，以平稳驱动转轴20转动，同时可以保证电机平稳启动。在其它实施例中，对于具有两相电磁驱动相30的永磁无刷电机100，可以将两个环形永磁体31的磁极角度差设为180度。则可以使两相电磁驱动相30的励磁单元40交替驱动其环形永磁体31转动，而驱动电源的相位差可以为180度，以平稳驱动转轴20转动，同时可以保证电机平稳启动。而对于具有更多相的电磁驱动相30的永磁无刷电机100，只要满足条件：电磁驱动相30的相数与相邻两个环形永磁体31的磁极角度差的乘积等于360度。就可以通过各相电磁驱动相30的励磁单元40依次驱动其环形永磁体31转动，以使电机能平稳启动和转动，同时方便设计驱动电路。当然，对于还有一些实施例中，可以在同一转轴20上排列多个相同的电磁驱动相30，以增加转出扭矩。

进一步地，本实施例中，各环形永磁体31上充有一对磁极，即该环形永磁体31的一半为N极，另一半为S极，使三相电磁驱动相30的励磁单元40依次驱动其环形永磁体31转动120度，以实现通过各相电磁驱动相30的电源的相位角差来控制转轴20的步进控制，步进控制更为简单。在其它实施例中，各环形永磁体31上也可以充多对磁极，则可以更好的控制转轴20的步进角度，环形永磁体31上成对磁极越多，则各相电磁驱动相30的电源的相位角差来控制转轴20转动角度也越精确。同时设置多对磁极也可以减少力矩波动，以更平稳的驱动转轴20转动。

请一并参阅图5，各励磁铁芯50包括第一铁芯51和第二铁芯52，第一铁芯51和第二铁芯52均由多片矽钢片叠合而成。第一铁芯51和第二铁芯52相对设置，且第一铁芯51和第二铁芯52分别位于环形永磁体31的相对两侧；第一铁芯51的两端分别设有第一连接柱512，各第一连接柱512由第一铁芯51的对应端朝向第二铁芯52的方向延伸出，第二铁芯52的两端分别设有第二连接柱522，各第二连接柱522由第二铁芯52的对应端朝向第一铁芯51的方向延伸出，各第一连接柱512与对应的第二连接柱522对接。各励磁单元40包括两个线圈41，当第一铁芯51与第二铁芯52对接组合时，两个第一连接柱512分别插入两个线圈41中，相应的两个第二连接柱522也分别插入两个线圈41，并与对应的第一连接柱512对接，则各线圈41分别套在相应的第一连接柱512与第二连接柱522上。该结构设置，通过第一连接柱512和第二连接柱522分别插入对应的线圈41中，从而可以先绕制好线圈41，再套装在第一连接柱512与第二连接柱522上，方便线圈41的缠绕与安装，同时可以实现自动化作业。本实施例中，各励磁单元40使用两个线圈41，通过第一铁芯51与第二铁芯52的引导，从而可以加强该励磁单元40产生的磁场强度。另外，该结构可以使第一铁芯51和第二铁芯52与环形永磁体31的正对面的面积更大，可以通过更大的磁通量，进而可以使用磁力强度更大的材料制作环形永磁体31。

进一步地，第一铁芯51上朝向第二铁芯52的方向凸出延伸有第一板体514，第一板体514位于第一铁芯51上对应于环形永磁体31的位置，第一板体514上开设有第一圆弧状槽515；第二铁芯52上朝向第一铁芯51的方向凸出延伸有第二板体524，第二板体524位于第二铁芯52上对应于环形永磁体31的位置，第二板体524上开设有第二圆弧状槽525；当第一铁芯51与第二铁芯52对接时，第一板体514则与第二板体524相对设置，则使得环形永磁体31位于第一圆弧状槽515与第二圆弧状槽525形成的容置空间中，即环形永磁体31配合容置于第一圆弧状槽515与第二圆弧状槽525中；而第一板体514与第二板体524间隔开，可以防止第一板体514与第二板体524短路。该结构设计可以使第一铁芯51和第二铁芯52具有更大的正对环形永磁体31的面积，以容纳更大的磁通量，进而可以使用磁力更强的材料(如钕磁硼)来制作该环形永磁体31；并更好的引导线圈41产生的驱动磁场的方向，沿环形永磁体31的径向。

进一步地，第一连接柱512具有靠近第二连接柱522的第一端523，第二连接柱522具有靠近第一连接柱512的第二端523；在第一连接柱512与第二连接柱522对接时，该第一端523与该第二端523相配合，则该第一端523与该第二端523相近或相同。具体地，该第一端523与该第二端523可以有多种形状：

请参阅图5，本实施例提供的第一连接柱512的第一端523与第二连接柱522的第二端523的第一种形状，该第一端523与该第二端523均呈平面状。

请参阅图6，本实施例提供的第一连接柱512b的第一端523b与第二连接柱522b的第二端523b的第二种形状：沿转轴20的轴向，该第一端523b呈齿状，而该第二端523b也呈齿状，以便第一连接柱512b与第二连接柱522b对接时，该齿状第二端523b可以与该齿状第一端523b相啮合。该结构相对于上述第一种形状结构可以减少漏磁。当然，在其它实施例中，沿转轴20的轴向，也可以将该第一端523b与第二端523b设置有波纹状或锯齿状等。

请参阅图7，本实施例提供的第一连接柱512c的第一端523c与第二连接柱522c的第二端523c的第三种形状：沿转轴20的径向，该第一端523c呈齿状，而该第二端523c也呈齿状，以便第一连接柱512c与第二连接柱522c对接时，该齿状第二端523c可以与该齿状第一端523c相啮合。该结构相对于上述第一种形状结构可以减少漏磁。当然，在其它实施例中，沿转轴20的轴向，也可以将该第一端523c与第二端523c设置有波纹状或锯齿状等。

请参阅图1、图2、图3和图5，进一步地，该永磁无刷电机100还包括设于相邻两个励磁铁芯50之间的隔离支架25。设置隔离支架25将相邻两个励磁铁芯50隔离，从而可以防止相邻两个励磁铁芯50间的相互影响。同时设置隔离支架25也可以超到保证励磁铁芯50的作用，并可以使相邻两个励磁铁芯50间固定更为紧凑。

更进一步地，隔离支架25的相对两侧分别凸出延伸有填充块251，填充块251伸入相应的第一板体514与第二板体524之间的间隙中。由于第一板体514与第二板体524间隔开，而在其间隙中插入填充块251，可以防止杂质进入第一板体514的第一圆弧状槽515和第二板体524的第二圆弧状槽525中。同时该结构也可以在组装时将第一铁芯51与第二铁芯52相对夹持更紧固。

进一步地，励磁单元40还包括支撑线圈41的支撑骨架42，支撑骨架42套于相应的第一连接柱512与第二连接柱522上。设置支撑骨架42，将线圈41缠绕在支撑骨架42上，可以方便线圈41的缠绕及安装在第一连接柱512和第二连接柱522上，同时也可以起到保护线圈41的作用。

进一步地，机壳10包括前盖11、后盖12和连接前盖11与后盖12的连接杆13，前盖11与后盖12配合夹持各还包括连接各电磁驱动相30的励磁单元40，前盖11上开设有供转轴20穿过的开孔111。通过前盖11和后盖12来将各相电磁驱动相30的励磁单元40夹持住，以将各相电磁驱动相30固定住。

具体地，连接杆13可以是螺杆，也可以是其它连接套等。

进一步地，为了更好的固定住各相电磁驱动相30的励磁单元40进行定位与安装，各励磁单元40的励磁铁芯50上对应开设有供连接杆13穿过的通孔53，则在安装各励磁铁芯50时，可以将连接杆13插入相应的通孔53中，以对励磁铁芯50进行定位，再将前盖11与后盖12夹持住各励磁铁芯50。

进一步地，各隔离支架25上对应于连接杆13的位置也开设有插孔252，以便定位隔离支架25。另外该结构设计可以通过隔离支架25来抵持住相邻的两个励磁铁芯50，从而通过前盖11和后盖12夹持各励磁铁芯50时，可以防止励磁铁芯50翘起。

进一步地，转轴20上对应于前盖11与后盖12的位置分别安装有轴承21。在转轴20上设置轴承21，以方便转轴20在机壳10中能更为灵活的转动。进一步地，后盖12上对应于轴承21的位置开设有容置该轴承21的容置槽121。

为了方便固定住轴承21，转轴20上于轴承21的两侧还安装有卡环211。通过卡环211固定住轴承21，以防止轴承21脱落。

进一步地，转轴20上还安装有轴套22，各环形永磁体31固定于轴套22上。在转轴20上设置轴套22，再将各环形永磁体31安装在轴套22上，可以起到保护转轴20的作用。具体地，可以通过过盈配合将轴套22安装在转轴20上，再通过过盈配合将环形永磁体31安装在轴套22上。在其它实施例中，轴套22也可以通过销键将轴套22固定在转轴20上。

进一步地，轴套22上对应于相邻两个环形永磁体31之间的位置凸出有凸环221。在轴套22上设置凸环221，可以起到定位环形永磁体31的作用。进一步地，为了方便环形永磁体31的安装，本实施例中有两个轴套22，再每个轴套22上设置一个凸环221。在其它实施例中，轴套22的数量需要比电磁驱动相30的相数少一个。如：对于设有两相电磁驱动相30的永磁无刷电机100，其轴套22可以仅设置为一个，在该轴套22上设置一个凸环221。而对于设有多相电磁驱动相30的永磁无刷电机100，其轴套22应比其电磁驱动相30的相数少一个，而各轴套22上仅设置一个凸环221。

实施例二：

请参阅图8和图9，本实施例的永磁无刷电机与实施例一的永磁无刷电机100的区别为：

各励磁铁芯50d包括第一铁芯51d和第二铁芯52d，第一铁芯51d和第二铁芯52d均由多片矽钢片叠合而成。第一铁芯51d和第二铁芯52d相对设置，且第一铁芯51d和第二铁芯52d分别位于环形永磁体31d的相对两侧；第一铁芯51d的一端设有第一连接柱512d，第一连接柱512d由第一铁芯51d的对应端朝向第二铁芯52d的方向延伸出；第二铁芯52d对应于第一连接柱512d的一端设有第二连接柱522d，第二连接柱522d由第二铁芯52d的对应端朝向第一铁芯51d的方向延伸出，第一连接柱512d与第二连接柱522d对接。则该结构的各励磁单元40d仅包括一个线圈41d，当第一铁芯51d与第二铁芯52d对接组合时，第一连接柱512d插入线圈41d中，相应的第二连接柱522d也插入该线圈41d，并与第一连接柱512d对接，则线圈41d套在第一连接柱512d与第二连接柱522d上。该结构设计在每个励磁单元40d中仅设置一个线圈41d，从而可以进一步地减小励磁铁芯50d的体积，进而制作更为微型的电机。另外，该设计可以先绕制好线圈41d，再套装在第一连接柱512d与第二连接柱522d上，方便线圈41d的缠绕与安装，同时可以实现自动化作业。另外，该结构可以使第一铁芯51d和第二铁芯52d与环形永磁体31d的正对面的面积更大，可以通过更大的磁通量，进而可以使用磁力强度更大的材料制作环形永磁体31d。

进一步地，第一连接柱512d具有靠近第二连接柱522d的第一端523d，第二连接柱522d具有靠近第一连接柱512d的第二端523d；在第一连接柱512d与第二连接柱522d对接时，该第一端523d与该第二端523d相配合，则该第一端523d与该第二端523d相近或相同。具体地，该第一端523d与该第二端523d可以有多种形状。本实施例提供的第一连接柱512d的第一端523d与第二连接柱522d的第二端523d的第一种形状，该第一端523d与该第二端523d均呈平面状。当然，在其它实施例中，沿转轴20d的径向，也可以将该第一端523d与第二端523d设置有齿状、波纹状或锯齿状等。

请参阅图10，本实施例提供的第一连接柱512e的第一端523e与第二连接柱522e的第二端523e的另一种形状：沿转轴的径向，该第一端523e呈齿状，而该第二端523e也呈齿状，以便第一连接柱512e与第二连接柱522e对接时，该齿状第二端523e可以与该齿状第一端523e相啮合。该结构相对于上述第一种形状结构可以减少漏磁。当然，在其它实施例中，沿转轴的轴向，也可以将该第一端523e与第二端523e设置有波纹状或锯齿状等。

本实施例的永磁无刷电机的其它结构与实施例一的永磁无刷电机100的其它结构相同，在此不再累赘。

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 (16)

1.一种永磁无刷电机，包括机壳和安装于所述机壳中的转轴，其特征在于，所述永磁无刷电机还包括用于驱动所述转轴转动并沿所述转轴的轴向排列的至少两相电磁驱动相；各电磁驱动相包括固定于所述转轴上的环形永磁体和固定于所述机壳上的励磁单元，所述励磁单元包括用于产生驱动磁场的线圈和用于将所述驱动磁场的两极分别引导至所述环形永磁体的相对两侧的励磁铁芯，所述线圈设置于所述转轴的侧边；各所述励磁铁芯包括由多片矽钢片叠合而成的第一铁芯和由多片矽钢片叠合而成的第二铁芯，所述第一铁芯和所述第二铁芯分别位于所述环形永磁体的相对两侧，所述第一铁芯的至少一端朝向所述第二铁芯的方向延伸有插入所述线圈中的第一连接柱，所述第二铁芯上对应于所述第一连接柱的位置凸出延伸有插入所述线圈中第二连接柱，所述第二连接柱与所述第一连接柱对接。

2.如权利要求1所述的永磁无刷电机，其特征在于，所述电磁驱动相的相数与相邻两个所述环形永磁体的磁极角度差的乘积等于360度。

3.如权利要求2所述的永磁无刷电机，其特征在于，所述电磁驱动相为两相，两个所述环形永磁体的磁极角度差为180度。

4.如权利要求2所述的永磁无刷电机，其特征在于，所述电磁驱动相为三相，相邻两个所述环形永磁体的磁极角度差为120度。

5.如权利要求1所述的永磁无刷电机，其特征在于，所述第一铁芯上对应于所述环形永磁体的位置朝向所述第二铁芯的方向凸出延伸有第一板体，所述第一板体上开设有第一圆弧状槽，所述第二铁芯上对应于所述环形永磁体的位置朝向所述第一铁芯的方向凸出延伸有第二板体，所述第二板体上开设有第二圆弧状槽，所述环形永磁体配合容置于所述第一圆弧状槽与所述第二圆弧状槽中，且所述第一板体与所述第二板体间隔开。

6.如权利要求5所述的永磁无刷电机，其特征在于，还包括设于相邻两个所述励磁铁芯之间的隔离支架。

7.如权利要求6所述的永磁无刷电机，其特征在于，所述隔离支架的相对两侧分别凸出延伸有填充块，所述填充块伸入相应的所述第一板体与所述第二板体之间的间隙中。

8.如权利要求1所述的永磁无刷电机，其特征在于，所述第一连接柱具有靠近所述第二连接柱的第一端，所述第二连接柱具有靠近所述第一连接柱的第二端；沿所述转轴的轴向，所述第一端呈齿状或波纹状，所述第二端呈与所述第一端配合的齿状或波纹状。

9.如权利要求1所述的永磁无刷电机，其特征在于，所述第一连接柱具有靠近所述第二连接柱的第一端，所述第二连接柱具有靠近所述第一连接柱的第二端；沿所述转轴的径向，所述第一端呈齿状或波纹状，所述第二端呈与所述第一端配合的齿状或波纹状。

10.如权利要求1所述的永磁无刷电机，其特征在于，所述第一铁芯的两端均设有所述第一连接柱，所述第二铁芯的两端均设有所述第二连接柱，各相所述电磁驱动相包括两个所述线圈，且两个所述线圈分别环绕两个所述第一连接柱及对应的第二连接柱上。

11.如权利要求1所述的永磁无刷电机，其特征在于，所述励磁单元还包括支撑所述线圈的支撑骨架，所述支撑骨架套于相应的所述第一连接柱与所述第二连接柱上。

12.如权利要求1-11任一项所述的永磁无刷电机，其特征在于，各所述环形永磁体上充有多对磁极。

13.如权利要求1-11任一项所述的永磁无刷电机，其特征在于，所述机壳包括前盖、后盖和连接所述前盖与所述后盖的连接杆，所述前盖与所述后盖配合夹持各所述电磁驱动相的励磁单元，所述前盖上开设有供所述转轴穿过的开孔。

14.如权利要求13所述的永磁无刷电机，其特征在于，各所述励磁单元的励磁铁芯上对应开设有供所述连接杆穿过的通孔。

15.如权利要求13所述的永磁无刷电机，其特征在于，所述转轴上对应于所述前盖与所述后盖的位置分别安装有轴承。

16.如权利要求1-11任一项所述的永磁无刷电机，其特征在于，所述转轴上还安装有轴套，各所述环形永磁体固定于所述轴套上。