CN1061682A - 无刷电动机转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无刷电动机转子，包括与回转轴嵌装 成一体的主轭铁，此主轭铁具有至少2个从回转轴沿 辐射方向伸出的磁极，在相邻的磁极头间设置为安装 永久磁铁的安装座，在各安装座上使永久磁铁的同一 磁性磁极相对回转轴中心成面对面地安装，在永久磁 铁外侧面上安装辅助轭铁，在磁极和辅助轭铁的外周 面上套装非磁性材料制的圆筒，或者用非磁性连接构 件连接上述辅助轭铁和主轭铁，将永久磁铁夹持在主 轭铁和辅助轭铁之间。

Description

本发明有关高效率且制造容易的无刷电动机，确切说有关其转子。

对附图的简单说明。

图1为本发明第1实施例永久磁铁转子的一具体例子的立体图，

图2为图1所示转子的侧视图，

图3为图1所示转子另一例子的侧视图，

图4为本发明第2实施例永久磁铁转子的一具体例子的立体图，

图5为对图4所示转子的剖面进行局部放大的图，

图6为表示传统无刷电动机纵剖面的图，

图7为传统转子的立体图，

图8为对传统转子的剖面进行局部放大的图。

一般说，无刷电动机是在圆筒状转子的外周表面上设置由铁氧体等构成的永久磁铁。

例如传统的无刷电动机1如图6所示，包含电动机壳体（定子）2，而且，此电动机壳体2包含圆筒形侧壁3，把此侧壁两端封塞住的前面板4和后面板5。多个激磁线圈6呈圆筒状排列在侧壁3的内侧，且使固定在壁面上。在转子7的中心，同心地固定着回转轴8。使回转轴8从转子7的两端伸出，使其一端被回转自由地支承在安装在电动机壳体2的后面板5的孔9内的轴承10内，用转轴8的另一端被用安装在电动机壳体2的前面板4的孔11内的轴承12回转自由地支承着。在电动机壳体2的侧壁3的内侧设置圆环状的磁极传感器支承构件13，在该支承构件13上固定设置多个磁极传感器14，且使其位于转子7的表面附近。

通常，无刷电动机的具备永久磁铁的转子，在其轭铁内设有为安放永久磁铁的槽，在此槽内插入磁场用永久磁铁。

图7表示具有传统的永久磁铁的转子。永久磁铁转子20具有层叠硅钢片21而成的轭铁22。轭铁22具有呈辐射状伸出的4个磁极23，在各磁极的前端部设置为插入磁场用永久磁铁的槽24。分别将磁场用永久磁铁25插入槽24内，使各磁极23因这个磁场用永久磁铁25而具有磁性。

图8表示对永久磁铁转子20的剖面的一部分进行局部的放大。在槽24内插入使N极和S极相互交替、朝向半径方向外侧的磁场用永久磁铁25。据此，使磁场用永久磁铁25的磁力线如图中所示那样，从N极出不朝向S极，通过轭铁22的内部和永久磁铁转子20的外部空间。通过永久磁铁转子20外部空间的磁力线和配设在转子周围的定子相交链，利用和定子驱动线圈的电流的相互作用，回转驱动永久磁铁转子。

在上述传统的永久磁铁转子轭铁的一部分上形成连结磁极前端部和基部的桥。也就是如图8所示那样，使永久磁铁转子20的轭铁22的一部分形成连结磁极23的前端部和基部的桥26。使从磁场用永久磁铁25的N极出来的磁力线的一部分通过桥26到达同一磁场用永久磁铁25的S极。由于通过此桥26的磁力线对回转驱动转子无助，因而存在磁场用永久磁铁的利用效率差的问题。

此外，由于在进行传统的永久磁铁转子20的组装时必需向狭窄的槽24内插入细长形磁场用永久磁铁。因此，还存在此插入工序中产生磁场用永久磁铁25破损的问题。

因此，本发明的目的是为了提供构造简单、且使磁场用永久磁铁的全部磁力线用于有效地回转驱动，因而电动机效率高，制造过程中组装简单的永久磁铁转子。

因此，有关本发明第一方案的无刷电动机的转子包括回转轴，和相对此回转轴成一体嵌装的主轭铁，此主轭铁具有至少2个从回转轴呈辐射状伸出的磁极，在相邻的磁极和磁极间，设置为放置磁场用永久磁铁的支承座，在各磁铁支承座上放置磁场用永久磁铁，且要使具有同一极性的磁极面向回转轴中心成面对面配置，再在这些磁场用永久磁铁的更外侧面上安装辅助轭铁，在上述磁极头和辅助轭铁的外周表面上嵌装由非磁性材料构成的圆筒形套筒。

根据此构造，由于在各磁场用永久磁铁的两极间不存在磁性体，使从各永久磁铁的N极出来的全部磁力线通过转子的外部空间返回到S极。因此能使全部磁力线和定子交链，用于有效使转子回转。此外，由于使磁场用永久磁铁被夹持在主轭铁的支承座和辅助轭铁之间，能使转子组装容易。

此外，由于将磁场用永久磁铁配置成使同一极性的磁极相对回转轴面对面，能利用相同磁极间的相斥作用产生两倍于磁场用永久磁铁数目的磁极，从而使转子的构造简单。

有关本发明第二方案的无刷电动机的转子包括回转轴，相对此回转轴成一体嵌装的主轭铁，此主轭铁具有至少2个从回转轴呈辐射方向伸出的磁极，在相邻的磁极和磁极间设置为安装磁场用永久磁铁的安装座，在各磁铁安装座上，按照使面向回转轴中心的面对面的磁极具有同一极性那样安装磁场用永久磁铁，进而在这些磁场用永久磁铁的更外侧安装辅助轭铁，在此辅助轭铁和主轭铁间用非磁性连接构件使其连接，使磁场用永久磁铁被夹持在主轭铁和辅助铁之间。

上述第二方案永久磁铁转子，由于用树脂类材料或压铸用材料把形成磁极前部的辅助轭铁和形成磁极基部的主轭铁连接起来，故磁场用永久磁铁的全部磁力线通过永久轭铁转子的外部空间到达相邻的轭铁。因此磁场用永久磁铁的全部磁力线和配置在转子周围的定子相交链，从而和驱动线圈电流相互作用，有效地用来产生回转。

此外，第二方案的永久磁铁转子，由于只要将主轭铁、磁场用永久磁铁以及辅助轭铁安装成重叠即可，故不需要向狭窄的槽内插入磁场用永久磁铁，能完全防止伴随插入而产生的永久磁铁的破损。

实施例

为了更详细地叙述本发明，现参照附图来说明。首先参照附图1-3对本发明第一方案进行说明。

图1表示根据本发明的永久磁铁转子的一实施例。永久磁铁转子31具有中心部压入回转轴32的主轭铁33。此主轭铁33具有互相成180°，沿辐射方向的相反侧伸出的2个磁极34a，34b。在磁极34a和34b间的主轭铁33的外周表面上形成安装磁场用永久磁铁的磁铁安装座35a，35b。在磁铁安装座35a，35b内分别安装磁场用永久磁铁36a，36b，且要使各自的N极相互对置。进而，在磁场用永久磁铁36a，36b的S极一侧安装构成永久磁铁转子31的磁极37a，37b的前端部的辅助磁铁38a，38b。使由此主轭铁33，磁场用永久磁铁36a，36b以及辅助轭铁38a，38b构成的构体39的外周面的断面形状大致为圆形，在其外周表面上嵌合着由非磁性材料构成的圆筒套40。

图2表示永久磁铁转子31的一侧端面。在主轭铁33的磁铁安装座35a，35b上安装着使其N极相互对置的磁场用永久磁铁36a，36b。利用N极同极之间的相斥作用，使磁场用永久磁铁36a，36b的磁力线，如图所示，从磁极头34a，34b出来，通过永久磁铁转子31的外部空间到达磁极37a，37b。据此使磁极头34a，34b带N极磁性，磁极37a，37b带S极磁性。

在此永久磁铁转子31中，由于在磁场用永久磁铁36a，36b的N极和S极的侧面，分别存在导磁率低的空间41a，41b，以及42a，42b，从而使磁力线宁可被引向导磁率高的主轭铁33内，而不横切此空间41a，42a，42b，使磁力线从磁极头34a和34b向外部射出。因此，使磁场用永久磁铁36a，36b的全部磁力线通过永久磁铁转子31的外部，和图中未表示的定子交链，有效地用于产生回转。

上述本发明的第一方案，能用于具有任意极数的永久磁铁转子是很明显的。图3表示此第一方案的其它实施例的一侧端面。此实施例的永久磁铁转子44的主轭铁具有沿放射方向互成120°角度伸出的3个磁极头44a，44b，44c。在相邻的磁极间设置磁铁安装座45a，45b，45c，在各磁铁安装座上安装着使各N极面对回转轴的3个磁场用永磁铁46a，46b，46c。而在各磁场用永久磁铁的更外侧上安装辅助轭铁47a，47b，47c，将圆筒形套48嵌装在此主轭铁和辅助轭铁的外周表面上。

在此永久磁铁转子43上，利用磁场用永久磁铁的N极同极之间的相斥作用，如图中所示那样，生成N极和S极共6个磁极。此外，各磁场用永久磁铁的全部磁力线从N极出来，通过转子的外部到达S极，有效地用于使转子的回转情形和上述实施例相同。

上述本发明的第一方案转子，由于将磁场用永久磁铁配置成使磁铁的具有同一磁性的磁极相互面对面，故利用相同磁性磁极间的相斥作用，能生成数目两倍于磁场用永久磁铁数目的磁极，从而能形成构造简单的永久磁铁转子。

此外，由于在磁场用永久磁铁的N极和S极的侧面设置导磁率低的空间，因而将磁场用永久磁铁的全部磁力线引向轭铁，使通过转子的外部空间和定子交链，能有效使转子回转。

此外，由于在主轭铁的外周面上安装磁场用永久磁铁，进而在磁场用永久磁铁的更外侧上安装辅助轭铁，因而没有必要将磁场用永久磁铁向槽内等插入，因而使组装容易。

综上所述，根据上述第一方案，能得到使必要的永久磁铁数目少、构造简单，能将磁场用永久磁铁的全部磁力线有效用于回转驱动，还使制造过程中的组装容易的永久磁铁转子。

接着，参照图4，图5对本发明的第二方案进行说明。

图4表示根据本方案的永久磁铁转子。永久磁铁转子51，在其中心部具有层叠多片硅钢片52而成的主轭铁53。硅钢板52具有通过模压形成长方形陷落而成的多个敛槽54。使相邻硅钢片52的敛槽54互相压入，从而构成一体形成主轭铁53。在主轭铁53的中心部设置通孔55，将回转轴56插入此通孔55内。具有使通孔55和回转轴56相互嵌合的键部，从而形成使主轭铁53和回转轴56一体回转的构造。主轭铁53具有相互成相反方向伸出的一对磁极57和为安装一对磁场用永久磁铁的磁铁安装部58。将磁铁安装部58设置在相对回转轴56为大致对称的位置上，在其内安装着同一磁性磁极相互对置的一对磁场用永久磁铁59。在此实施例中，磁场用永久磁铁59为平板状，且被安装成使N极相互对置。

在此磁场用永久磁铁59的S极一侧上分别安装着构成磁极60的辅助轭铁61。在磁极57和磁极60间的空间内注入树脂类材料或压铸用材料，从而形成使主轭铁53和磁场用永久磁铁59以及辅助轭铁连接成一体的模型部62。将模型62的外周表面和磁极57，60的磁极面形成平滑，从而将永久磁铁转子51的全体构成具有圆柱形外周表面。

图5放大表示永久磁铁转子51的横剖面的一部分。主轭铁53在磁极57和磁铁安装部58之间具有和模型部62相连接的连接面。在此连接面63上形成和模型部62结合的燕尾状结合槽64。另一方面，辅助轭铁61在其磁极面和与磁场用永久磁铁59的连接之间具有与模型部62连接的接面65。在此连接面65上形成和模型部62结合的燕尾状结合槽66。

在进行永久磁铁转子51的制造时，将液体状的模型材料注入主轭铁53和辅助轭铁61间的空间以及结合槽64，66内。在使液态模型材料固化形成模型部分62后，使主轭铁53和辅助轭铁61在结合槽64，66一和模型部62相结合，将磁场用永久磁铁夹持在基间。据此，使磁场用永久磁铁59和辅助轭铁61在回转中不会飞出。

如上所述，由于将磁场用永久磁铁59配置成使其N极相互面对面，使磁场用永久磁铁59的磁力线，如图中所示那样，因面对面侧的永久磁铁的相斥作用而从主轭铁53的磁极57出来，通过永久磁铁转子51的外部空间到达辅助轭铁61的磁极60。由于使磁场用永久磁铁59的两极间的端面67和不让磁力线通过的模型部62相连接，因而不存在从N极出来的磁力线，通过模型部62短路而到达S极。据此，能使磁场用永久磁铁59的全部磁力线和图中未表示的、被配置在永久磁铁转子51周围的定子交链，有效地用于使永久磁铁转子51回转。

此外，在此实施例中，是采用使磁场用永久磁铁的同磁性磁极对置，利用相同磁极的相斥作用，在永久磁铁转子周面上生成两倍于永久磁铁数目的磁极构造的永久磁铁转子进行说明，然而不限于上述构造的永久磁铁转子，也能适用于具有和磁极相同数目的磁场用永久磁铁的传统的永久磁铁转子。此外，本实施例永久磁铁转子具有4个磁极，然而，很显然，本发明能适用于具有任意极数的永久磁铁转子。

若根据上述本发明的第二方案，由于取消了连接主轭铁和辅助轭铁的桥，因而不发生从永久磁铁的一个磁极出来的磁力线短路地通过桥到达另一磁极。也就是能使磁场用永久磁铁的全部磁力线通过永久磁铁转子的外部和定子的驱动线圈交链后到达相邻的永久磁铁。由于能使全部的磁力线和驱动线圈相互作用有效地用于驱动回转，因此能获得效率高的电动机。

此外，在此永久磁铁转子中，由于没有必要向狭窄的槽内插入形状薄而长的永久磁铁，因而能完全防止拌随上述插入工序而产生的永久磁铁的破损。因此能使整个永久磁铁转子制造容易。

综上所述，若采用本发明永久磁铁转子，有可能获得构造简单，效率高，而且适于高速回转的无刷电动机的永久磁铁转子。

Claims (2)

1、无刷电动机的永久磁铁转子，包括回转轴，相对此回转轴嵌装形成一体的主轭铁，该主轭铁具有至少2个从回转轴朝辐射方向伸出的磁极，其特征在于，在上述主轭铁的相邻磁极和磁极间设置为安装磁场用永久磁铁的安装座，在各安装座上使同一极性磁极相对回转轴中心成面对面地安装磁场用永久磁铁，在这些磁场用永久磁铁的外侧面上安装辅助轭铁，在上述磁极和辅助轭铁的外周表面上安装由非磁性材料构成的圆筒形套筒。

2、无刷电动机的永久磁铁转子，包括回转轴，相对此回转轴嵌装成一体的主轭铁，此轭铁具有至少2个从回转轴朝辐射方向伸出的磁极，其特征在于，在上述主轭铁的相邻磁极和磁极间设置为安装磁场用永久磁铁的安装座，在各安装座上使同一极性磁极相对回转轴中心成面对面地安装磁场用永磁铁，在这些永久磁铁的外侧面上安装辅助轭铁，用非磁性连接构件连接该辅助轭铁和主轭铁，将磁场用永久磁铁夹持在主轭铁和辅助轭铁之间。

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