CN106253502B - 直流电机及电动尾门驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种直流电机及电动尾门驱动器，该直流电机通过对转子和定子的结构进行优化设计，使定子外径与转子有效长度的比值接近于转子外径与定子外径的比值与一由定子的极数、转子的极数、以及直流电机极对数确定的值之和，能够在保证直流电机满足同样的工作性能的前提下，减小直流电机的体积与重量，产品适用性提升。

Description

直流电机及电动尾门驱动器
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种直流电机及电动尾门驱动器。
背景技术
直流电机(direct current machine)是一种能实现直流电能和机械能互相转换的电机。直流电机既可用作电动机也可用作发电机，当它作电动机运行时是直流电动机，能够将电能转换为机械能，当它作发电机运行时是直流发电机，能够将机械能转换为电能。直流电机具有调速范围广、调速方便、调速平滑等优点，具有良好的调速性能，同时直流电机过载能力较强，启动和制动的转矩较大，能承受频繁冲击负载，实现频繁速启、制动及逆向旋转，满足各种机械负载的特性要求。
现有的直流电机通常包括定子部分及转子部分，直流电机的定子部分用于产生磁场，并对直流电机起到机械支持的作用，而直流电机的转子部分用于感应电势，从而实现能量转换，定子部分通常包括机壳及固定于机壳上的磁体，磁体包括若干主磁极，一般由铁氧体及稀土磁体等材料制作，转子部分通常包括铁心以及缠绕于转子铁心上的绕组，铁心上一般包括多相绕组，每相绕组均包括多个并联支路。
采用传统理论进行直流电极结构设计，当电机的性能要满足特定要求时，要么产品的外径很大，要么长度很长，使电极的整体尺寸及重量大大增加，这会增加产品应用于小空间及轻量环境下的难度，降低了产品的适用性。
因此，亟需一种新型直流电机以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直流电机，在保证工作性能的前提下，体积小，重量轻，产品适用性提升。
本发明的另一目的在于提供一种电动尾门驱动器，能够减少电动尾门驱动器中的直流电机的体积和重量，提升电动尾门驱动器的性能。
为实现上述目的，本发明提供一种直流电机，包括：定子、及容置于所述定子内部的转子；
所述直流电机满足以下条件：
0.9(K1+K2)≤K3≤1.1(K1+K2)；
其中，K1＝D1/D2，D1为转子的外径，D2为定子的外径；
K2＝(Ns+Nr-1/P)/(Ns+Nr+1/P)，Ns为定子的极数，Nr为转子的极数，P为直流电机的极对数；
K3＝D2/L，L为转子的有效长度。
所述直流电机满足：
K3＝K1+K2。
所述定子包括机壳、及设于所述机壳内周面的定子磁体；
所述转子包括设于机壳轴心的转轴、套设于所述转轴上的转子铁心、以及设于所述转子铁心上的转子绕组；
所述转轴的两端露置于机壳外，所述转子铁心的外周面设有若干向外延伸的转子齿，相邻的两个转子齿之间形成有转子凹槽，所述转子绕组缠绕于各个转子齿上。
所述定子磁体的材料为铁氧体或稀土磁体。
所述定子包括机壳、设于所述机壳内周面的定子铁心、及设于所述定子铁心上的定子绕组；
所述定子铁心内周面设有若干向内延伸的定子齿，相邻的两个定子齿之间形成有定子凹槽，所述定子绕组缠绕于定子齿上；
所述转子包括设于机壳轴心的转轴、及套设于所述转轴上的转子磁体，所述转轴的两端露置于机壳外。
所述转子磁体的材料为铁氧体或稀土磁体。
所述转子还包括套设于所述转轴上的换向器。
还包括：设于所述转轴远离所述换向器的一端且固定连接机壳的第一轴承、固定连接于所述机壳远离第一轴承一端且与所述换向器的外周面接触的碳刷系统组件、设于所述转轴另一端且固定连接碳刷系统组件的第二轴承、设于碳刷系统组件远离机壳一侧且套设于所述转轴上的信号反馈电路组件、设于所述信号反馈电路组件远离机壳一侧且套设于所述转轴上的磁性元件、及设于所述信号反馈电路组件远离机壳一侧且包覆所述信号反馈电路组件及磁性元件的保护盖。
本发明还提供一种电动尾门驱动器，包括上述的直流电机。
本发明的有益效果：本发明提供一种直流电机，通过对转子和定子的结构进行优化设计，使定子外径与转子有效长度的比值接近于转子外径与定子外径的比值与一由定子的极数、转子的极数、以及直流电机极对数确定的值之和，能够在保证直流电机满足同样的工作性能的前提下，减小直流电机的体积与重量，产品适用性提升。本发明还提供一种电动尾门驱动器，包括上述的直流电机，其具有采用的直流电机体积小，重量轻的优点。
附图说明
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图中，
图1为本发明的直流电机的分解结构示意图；
图2为本发明的直流电机的第一实施例的剖视结构示意图；
图3为本发明的直流电机的第一实施例的转子和定子的结构示意图；
图4为本发明的直流电机的第二实施例的剖视结构示意图；
图5为本发明的直流电机的第二实施例的转子和定子的结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
请参阅图1与图2，本发明提供一种直流电机，包括：定子1、及容置于所述定子内部的转子2；
所述直流电机满足以下条件：
0.9(K1+K2)≤K3≤1.1(K1+K2)；
其中，K1＝D1/D2，D1为转子2的外径，D2为定子1的外径；
K2＝(Ns+Nr-1/P)/(Ns+Nr+1/P)，Ns为定子1的极数，Nr为转子2的极数，P为直流电机的极对数；
K3＝D2/L，L为转子的有效长度。
请参阅图2并结合图3，在本发明的第一实施例中，所述定子1包括机壳11、及设于所述机壳11内周面的定子磁体12；
所述转子2包括设于机壳11轴心的转轴21、套设于所述转轴21上的转子铁心22、以及设于所述转子铁心22上的转子绕组23；
所述转轴21的两端露置于机壳11外，所述转子铁心22的外周面设有若干向外延伸的转子齿222，相邻的两个转子齿222之间形成有转子凹槽221，所述转子绕组23缠绕于各个转子齿222上。
具体地，请参阅图2，所述转子2还包括套设于所述转轴21上的换向器24。
具体地，请参阅图2，所述直流电机还包括设于所述转轴21远离所述换向器24的一端且固定连接机壳11的第一轴承31、固定连接于所述机壳11远离第一轴承31一端且与所述换向器24的外周面接触的碳刷系统组件4、设于所述转轴21另一端且固定连接碳刷系统组件4的第二轴承32、设于碳刷系统组件4远离机壳11一侧且套设于所述转轴21上的信号反馈电路组件5、设于所述信号反馈电路组件5远离机壳11一侧且套设于所述转轴21上的磁性元件6、及设于所述信号反馈电路组件5远离机壳11一侧且包覆所述信号反馈电路组件5及磁性元件6的保护盖7。
优选地，所述直流电机满足：K3＝K1+K2。
具体地，所述直流电机也可满足：0.9(K1+K2)≤K3＜K1+K2。
值得一提的是，当所述直流电机的定子磁体12的剩余磁密增加、或转子铁心22的铁损耗及涡流损耗减小时，所述直流电机还可满足：K1+K2＜K3≤1.1(K1+K2)。
具体地，所述定子磁体12的材料为铁氧体或稀土磁体等永磁体材料。
上述直流电机通过对转子2和定子1的结构进行优化设计，使定子1外径与转子2有效长度的比值接近于转子2的外径与定子1的外径的比值与一由定子1的极数、转子2的极数、以及直流电机极对数确定的值之和，能够使直流电机满足同样的工作性能的前提下，体积比同类产品体积减小40％，重量减少26％，能够大大提升产品的适应性。
具体地，以转速为6500rpm，扭矩为300mN·m的直流电机为例，采用现有技术达到上述性能，需要设置该直流电机的机壳外径至少达到30mm，长度至少达到53mm，而利用根据本申请的技术方案对其进行优化，在其满足0.9(K1+K2)≤K3≤1.1(K1+K2)的条件时，直流电机机壳长度可减少至38mm，并且同样可以达到转速为6500rpm，扭矩为300mN·m的性能要求，大大减少了产品体积和重量，提升了产品的适应性。
可以理解的是，本发明的适用范围并不限于定子为永磁体、转子为绕组的直流电机，其对定子为绕组、转子为永磁体的直流电机同样适用，例如，请参阅图4及图5，在本发明的直流电机的第二实施例中，所述定子1包括机壳11、设于所述机壳11内周面的定子铁心12’、及设于所述定子铁心12’上的定子绕组13’；所述定子铁心12’内周面设有若干向内延伸的定子齿122’，相邻的两个定子齿122’之间形成有定子凹槽121’，所述定子绕组13’缠绕于定子齿122’上；所述转子2包括设于机壳11轴心的转轴21、及套设于所述转轴21上的转子磁体22’，所述转轴21的两端露置于机壳11外。优选地，所述转子磁体22’的材料为铁氧体或稀土磁体等永磁体材料。除此之外，适用于第一实施例的技术特征，也都同样适用于第二实施例，此处不再赘述。
基于上述直流电机，本发明还提供一种电动尾门驱动器，包括上述的直流电机，能够减少电动尾门驱动器中的直流电机的体积和重量，提升电动尾门驱动器的性能。在此不再对直流电机的结构进行赘述。
综上所述，本发明提供一种直流电机，通过对转子和定子的结构进行优化设计，使定子外径与转子有效长度的比值接近于转子外径与定子外径的比值与一由定子的极数、转子的极数、以及直流电机极对数确定的值之和，能够在保证直流电机满足同样的工作性能的前提下，减小直流电机的体积与重量，产品适用性提升。本发明还提供一种电动尾门驱动器，包括上述的直流电机，其具有采用的直流电机体积小，重量轻的优点。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种直流电机，其特征在于，包括：定子(1)、及容置于所述定子(1)内部的转子(2)；
所述直流电机满足以下条件：
0.9(K1+K2)≤K3≤1.1(K1+K2)；
其中，K1＝D1/D2，D1为转子(2)的外径，D2为定子(1)的外径；
K2＝(Ns+Nr-1/P)/(Ns+Nr+1/P)，Ns为定子(1)的极数，Nr为转子(2)的极数，P为直流电机的极对数；
K3＝D2/L，L为转子(2)的有效长度。
2.如权利要求1所述的直流电机，其特征在于，所述直流电机满足：
K3＝K1+K2。
3.如权利要求1所述的直流电机，其特征在于，所述定子(1)包括机壳(11)、及设于所述机壳(11)内周面的定子磁体(12)；
所述转子(2)包括设于机壳(11)轴心的转轴(21)、套设于所述转轴(21)上的转子铁心(22)、以及设于所述转子铁心(22)上的转子绕组(23)；
所述转轴(21)的两端露置于机壳(11)外，所述转子铁心(22)的外周面设有若干向外延伸的转子齿(222)，相邻的两个转子齿(222)之间形成有转子凹槽(221)，所述转子绕组(23)缠绕于各个转子齿(222)上。
4.如权利要求3所述的直流电机，其特征在于，所述定子磁体(12)的材料为铁氧体或稀土磁体。
5.如权利要求1所述的直流电机，其特征在于，所述定子(1)包括机壳(11)、设于所述机壳(11)内周面的定子铁心(12’)、及设于所述定子铁心(12’)上的定子绕组(13’)；
所述定子铁心(12’)内周面设有若干向内延伸的定子齿(122’)，相邻的两个定子齿(122’)之间形成有定子凹槽(121’)，所述定子绕组(13’)缠绕于定子齿(122’)上；
所述转子(2)包括设于机壳(11)轴心的转轴(21)、及套设于所述转轴(21)上的转子磁体(22’)，所述转轴(21)的两端露置于机壳(11)外。
6.如权利要求5所述的直流电机，其特征在于，所述转子磁体(22’)的材料为铁氧体或稀土磁体。
7.如权利要求3或5所述的直流电机，其特征在于，所述转子(2)还包括套设于所述转轴(21)上的换向器(24)。
8.如权利要求7所述的直流电机，其特征在于，还包括：设于所述转轴(21)远离所述换向器(24)的一端且固定连接机壳(11)的第一轴承(31)、固定连接于所述机壳(11)远离第一轴承(31)一端且与所述换向器的外周面(24)接触的碳刷系统组件(4)、设于所述转轴(21)另一端且固定连接碳刷系统组件(4)的第二轴承(32)、设于碳刷系统组件(4)远离机壳(11)一侧且套设于所述转轴(21)上的信号反馈电路组件(5)、设于所述信号反馈电路组件(5)远离机壳(11)一侧且套设于所述转轴(21)上的磁性元件(6)、及设于所述信号反馈电路组件(5)远离机壳(11)一侧且包覆所述信号反馈电路组件(5)及磁性元件(6)的保护盖(7)。
9.一种电动尾门驱动器，其特征在于，包括如权利要求1所述的直流电机。
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