CN106685173A - 无刷直流电机及其定子、电枢 - Google Patents

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江龙顺
范贤春
王平
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Abstract

本发明提供一种无刷直流电机，包括定子以及相对定子转动的转子，所述定子包括电枢，所述电枢包括若干分块，以及将所述若干分块连接的支架，所述支架为不导磁材料，每一分块包括铁芯以及装配于铁芯上的绕组组件，所述分块沿周向排列，相邻的分块的铁芯之间间隔形成间隙，所述支架插入至相邻的两分块的铁芯之间的间隙内，本发明无刷直流电机的定子为分块式结构，绕线方便，有效避免提高槽满率并易于电机的自动化生产；另外各分块的铁芯之间间隔形成间隙增加磁阻，有效避免漏磁，提高磁通量并提高电机的效率。

Description

无刷直流电机及其定子、电枢
【技术领域】
本发明涉及无刷直流电机，具体地，涉及无刷直流电机的定子、电枢。
【背景技术】
无刷直流电机通常由定子线圈与永磁转子配合构成，根据转子位置改变定子线圈的电流方向，定子形成变化的磁场驱动转子持续转动，无刷直流电机具有寿命长、噪音小等特点。
现有无刷直流电机在整体上通常是圆柱状结构，其定子包括有环形的铁芯，铁芯沿径向延伸若干齿，所述若干齿沿周向均匀排布，线圈绕设于齿上，转子与定子相对设置。然而，由于铁芯为连续的环形结构，会造成一定程度的漏磁，使得磁通减小，效率降低；另外，环形的铁芯也限制了齿之间的槽口宽度，不仅使得绕线不便，而且槽满率不高。
【发明内容】
有鉴于此，提供一种无刷直流电机及其定子、电枢，能有效提高槽满率及磁通量，提高电机的效率。
本发明提供一种定子，包括若干分块以及将所述若干块分连接的支架，所述支架为不导磁材料，每一分块包括铁芯以及装配于铁芯上的绕组组件，所述分块沿周向排列，相邻的分块的铁芯之间间隔形成间隙。
较佳地，所述分块的数量为3N，其中N≥1。
较佳地，所述支架插入至相邻的两分块的铁芯之间的间隙内。
较佳地，所述支架包括端板以及由端板延伸的接头，所述接头插入至相邻的分块的铁芯之间的间隙内。
较佳地，所述接头与铁芯其中之一形成有卡块，其中之另一形成有卡槽，所述卡块卡设于卡槽内将相邻的铁芯相连。
较佳地，所述铁芯上形成有轴向的穿孔，所述端板向外延伸有固定柱，所述固定柱插接于铁芯的穿孔内。
较佳地，所述定子还包括另一支架，所述另一支架包括端板以及自端板延伸的固定柱，所述固定柱插接于铁芯的穿孔内。
较佳地，所述另一支架的固定柱与所述支架的固定柱一一对应，且所述两支架相对应的固定柱分别自铁芯的两端穿设于同一穿孔内。
较佳地，所述两支架相对应的两固定柱的长度和不大于所述铁芯的轴向高度。
较佳地，所述铁芯大体呈W形，包括两翼部以及位于两翼部之间的臂部，翼部与臂部之间形成装配空间，所述绕组组件套设于臂部上并位于所述装配空间内。
较佳地，所述支架的端板向外延伸有隔板，所述隔板插入至臂部与翼部之间的装配空间内将所述翼部与所述绕组组件隔开。
较佳地，所述翼部向外凸出形成卡块，所述接头上对应地形成两卡槽，所述卡块与卡槽相互配合。
较佳地，所述绕组组件包括绝缘架以及绕设于绝缘架上的绕组，所述绝缘架中央设有对应臂部的装配孔，绕组绕设之后铁芯的臂部装配于绝缘架的装配孔内形成所述分块。
本发明还提供一种电枢，包括若干分块以及将所述若干分块连接的支架，所述支架为不导磁材料，每一分块包括铁芯以及装配于铁芯上的绕组组件，所述分块沿周向排列，相邻的分块的铁芯之间间隔形成间隙，所述支架插入至相邻的两分块的铁芯之间的间隙内。
较佳地，所述支架包括第一支架和第二支架，每一支架包括一端板，所述两支架的端板分别盖设于分块的轴向两端。
较佳地，所述第一支架和第二支架至少其中之一自端板延伸形成固定柱，所述铁芯上设有穿孔，所述固定柱穿设于所述固定孔内。
较佳地，所述所述第一支架和第二支架均形成有所述固定柱。
较佳地，所述两支架的固定柱一一对应，且相对应的两固定柱的长度和不大于所述铁芯的轴向高度。
较佳地，所述第一支架和第二支架至少其中之一包括自端板延伸的接头，所述接头插入至相邻的分块的铁芯之间的间隙内。
较佳地，所述第一支架和第二支架至少其中之一自端板向外延伸形成隔板，所述隔板插入至臂部与翼部之间的装配空间内将所述翼部与所述绕组组件隔开。
本发明还提供一种无刷直流电机，包括上述定子或电枢以及相对定子或电枢转动的转子。
相较于现有技术，本发明的无刷直流电机的定子/电枢为分块式结构，绕线方便，有效避免提高槽满率并易于电机的自动化生产；另外各分块的铁芯之间形成间隙增加磁阻，有效避免漏磁，提高磁通量并提高电机的效率。
【附图说明】
图1是根据本发明一实施例的无刷直流电机的结构示意图。
图2是图1所示电机的定子的结构示意图。
图3是图2所示定子的爆炸图。
图4是定子的另一角度爆炸图。
图5是定子的电枢的单个分块的结构示意图。
图6是图5所示电枢分块的爆炸图。
图7是定子的横向剖视图。
图8为图1所示电机的转子的结构示意图。
图9为图8所示转子的轴向剖视图。
图10为图8所示转子的横向剖视图。
【具体实施方式】
如图1所示为根据本发明一实施例的无刷直流电机的结构示意图，包括定子10以及相对定子10转动的转子30。本实施例中，所述电机为内转子电机，转子30可转动地插接于定子10内。
如图2至图4所示，所述定子10包括电枢11、以及分别位于电枢11的轴向两端的支架12(以下分别称为上支架12a、下支架12b)。所述电枢11为分块式结构，包括若干分块13，所述分块13的数量为3N(N≥1)。较佳地，所述电枢11的各分块13结构相同，沿周向均匀间隔排列，相邻的分块13之间形成有间隙14，也就是说各分块13构成的电枢11在周向上并不连续。本实施例中，电枢11由3个分块13构成，电枢11的整体外形大致呈三角形，中间围成圆形的通孔15，转子30装配于通孔15内，所形成的电机整体外形呈三角形。在其他实施例中，根据分块13数量的不同，所形成的电机/电枢11的外形为3N边形，如6个分块13构成6边形的电机/电枢11、9个构成9边形的电机/电枢11等。相比于传统的圆形、方形电机，本发明3N边形电机/电枢11可以去除多余的铁心体积部分，电机/电枢11重量将减轻，体积减小，满足用户对安装空间的特殊要求。
请同时参阅图5及图6，所述电枢11的每一分块13包括铁芯16、及套接于铁芯16上的绕组组件17。所述铁芯16由若干薄片，如矽钢片等堆叠而成。铁芯16整体呈W形，包括两翼部18以及位于两翼部18之间的臂部19。其中，所述翼部18与臂部19的径向外端，即朝向定子10外侧的端部相连；翼部18与臂部19的径向内端，即朝向转子30的端部相分离。翼部18与臂部19之间均形成装配空间20，用于安装绕组组件17。较佳地，每一翼部18上形成有穿孔21，所述穿孔21沿轴向贯穿翼部18。每一翼部18的径向内端向外凸出形成有卡块22，用于与支架12装配。所述绕组组件17包括绝缘架23以及绕设于线架23上的绕组24。较佳地，所述绝缘架23由绝缘塑料制成，绝缘架23上固定插接有导电针脚，绕组24绕设于绝缘架23上并与针脚电性连接。所述绕组组件17套接于铁芯16的臂部19上，绝缘架23的中央对应臂部19形成有装配孔230。
所述支架12由不导磁材料，如绝缘塑料等制成，将电枢11的分块13连接为一体并将各分块13的铁芯16隔开，以减小漏磁。请同时参阅图3及图4，所示上支架12a与下支架12b的结构大致相当，均包括端板25以及由端板25垂直延伸的若干固定柱26。其中，端板25为薄板状结构，分别覆盖电枢11的轴向两端。每一端板25的外形、尺寸与电枢11相匹配，如本实施例中端板25均为内设圆孔的三角形结构。所述上、下支架12a、12b的固定柱26在轴向上一一相对应，支架12a、12b的相互对应的固定柱26相对端板25向外伸出的长度和不大于铁芯16的轴向高度，如此装配后两支架12a、12b对应的固定柱26不会产生干涉。所述固定柱26对应于铁芯16的翼部18上的穿孔21设置，装配时两支架12a、12b轴向上对应的两固定柱26分别由铁芯16的轴向两端插入至同一穿孔21内，对铁芯16形成固定支撑。
所述下支架12b上对应每一分块13形成有两隔板27，所述两隔板27由端板25垂直延伸，隔板27延伸出的长度与铁芯16的轴向高度相当。所述下支架12b对应于每相邻的两分块13还形成有一接头28。所述接头28相对端板25垂直向外延伸，其伸出的长度与铁芯16的轴向高度相当。较佳地，所述接头28的横截面呈H形，其两侧形成有两卡槽29，每一卡槽29与相邻的一分块13的铁芯16的对应的一翼部18的卡块22相配合。请同时参阅图7，组装时，每一隔板27插入至铁芯16的一翼部18与臂部19之间的空间20内并与翼部18相贴靠，将绕组24与铁芯16的翼部18隔开，避免绕组24短路；每一接头28插入至相邻分块13的铁芯16对应的翼部18之间的间隙14内，两翼部18上的卡块22沿轴向分别滑入至接头28的卡槽29内，将相邻的分块13连接为一体，构成电枢11。较佳地，所述卡槽29与卡块22为燕尾型卡扣连接，避免分块13在连接后脱开。作为替代方案，的述卡块也可以是矩形，楔形等其他形状，所述卡槽具有与卡块相匹配的形状，也能很好地形成连接。
本实施例中，在下支架12b上形成隔板27用于铁芯16与绕组24的隔离，以及形成接头28用于铁芯16之间的连接。可以理解地，所述隔板27可以也形成于上支架12a上，或者上、下支架12a、12b同时形成隔板27。类似地，所述接头28可以形成于上支架12a上，或者上、下支架12a、12b同时形成接头28。另外，所述接头28与隔板27可以形成于同一支架12a或12b上，也可以分别形成于两支架12a与12b上。再另外，本实施例中是在铁芯16的翼部18上形成卡块22，在接头28上形成卡槽29，两者卡扣连接将相邻的分块13连接。在一些实施例中，也可将卡槽29形成于铁芯16上，而对应地在接头28上形成凸出的卡块22，同样通过卡扣相连的方式将相邻的分块13连接为一体，结构简单、操作方便。
本发明电机定子10在生产时，首先将绕组24绕设于线架23上，绕线方式可以是集中绕组绕线方法；绕线完毕之后将线架23的装配孔230与铁芯16的臂部19相对齐，并将铁芯16的臂部19横向压入至线架23的装配孔230内或是将线架23套置于臂部19上，构成电枢11的单个分块13；最后将上、下支架12a、12b由分块13的周向两端压入将各分块13一体连接构成定子10。由于是先将绕组24绕设于线架23上之后再将线架23与铁芯16装配，绕组24的缠绕不受槽口的形状、大小以及绕线工艺的的限制，有效提高绕组24的槽满率，提高电机功率密度。相比于在现有一体式铁芯上绕线，本发明绕线以及绕线后与铁芯16的装配简单、快速、高效，将有利于产品自动化的实现。另外，定子10是各分块13通过支架12连接而成，定子10的铁芯16在周向上由不导磁接头28隔开，相比于现有整体式定子结构的设计，将减少电机在磁路上的漏磁磁通，电机性能将提高10％以上。
同时参阅图8-10，所述转子30包括转轴32、固定套接于转轴32上的磁芯34、嵌设于磁芯34上的磁铁36、以及包覆磁铁36的转子套38。其中，所述磁芯34大致为圆柱状，磁芯34的径向外壁面上形成有若干凹槽35，所述凹槽35沿周向均匀间隔设置，每一凹槽35沿轴向贯穿磁芯34。本实施例中，所述凹槽35的数量为10个。所述每一凹槽35内嵌设一磁铁36，所述磁铁36可以是铁氧体磁铁36。磁铁36的径向外壁面为圆弧面，所有磁铁36的外壁面位于一共同的圆柱面上。本实施例中，所述磁铁36的外壁面凸出于磁芯34的外壁面之外。所述转子套38为两个，均为一端开口的圆筒状结构。组装时，两转子套38分别从转轴32的两端压入，套住磁芯34和磁铁36。组装时，转子30插设于定子10的通孔15内，定子10和转子30直接安装于用户系统上，安装用的铁壳与法兰等与客户的安装支架一次成型铸造出来，减少零件数目及零件的装配工序过程，降低零件和装配成本。
值得说明的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，比如：本实施例中电枢是用作定子，但在其他实施例中，电枢也可以用作转子，这些依据本发明的创造精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (26)

1.一种定子，包括若干分块，每一分块包括铁芯以及装配于铁芯上的绕组组件，其特征在于：还包括将所述若干分块连接的支架，所述支架为不导磁材料，所述分块沿周向排列，相邻的分块的铁芯之间间隔形成间隙。
2.如权利要求1所述的定子，其特征在于，所述分块的数量为3N，其中N≥1。
3.如权利要求1所述的定子，其特征在于，所述支架插入至相邻的两分块的铁芯之间的间隙内。
4.如权利要求2所述的定子，其特征在于，所述支架包括端板以及由端板延伸的接头，所述接头插入至相邻的分块的铁芯之间的间隙内。
5.如权利要求4所述的定子，其特征在于，所述接头与铁芯其中之一形成有卡块，其中之另一形成有卡槽，所述卡块卡设于卡槽内将相邻的铁芯相连。
6.如权利要求4所述的定子，其特征在于，所述铁芯上形成有轴向的穿孔，所述端板向外延伸有固定柱，所述固定柱插接于铁芯的穿孔内。
7.如权利要求6所述的定子，其特征在于，还包括另一支架，所述另一支架包括端板以及自端板延伸的固定柱，所述固定柱插接于铁芯的穿孔内。
8.如权利要求7所述的定子，其特征在于，所述另一支架的固定柱与所述支架的固定柱一一对应，且所述两支架相对应的固定柱分别自铁芯的两端穿设于同一穿孔内。
9.如权利要求8所述的定子，其特征在于，所述两支架相对应的两固定柱的长度和不大于所述铁芯的轴向高度。
10.如权利要求4所述的定子，其特征在于，所述铁芯大体呈W形，包括两翼部以及位于两翼部之间的臂部，翼部与臂部之间形成装配空间，所述绕组组件套设于臂部上并位于所述装配空间内。
11.如权利要求10所述的定子，其特征在于，所述支架的端板向外延伸有隔板，所述隔板插入至臂部与翼部之间的装配空间内将所述翼部与所述绕组组件隔开。
12.如权利要求10所述的定子，其特征在于，所述翼部向外凸出形成卡块，所述接头上对应地形成两卡槽，所述卡块与卡槽相互配合。
13.如权利要求10所述的定子，其特征在于，所述绕组组件包括绝缘架以及绕设于绝缘架上的绕组，所述绝缘架中央设有对应臂部的装配孔，绕组绕设之后铁芯的臂部装配于绝缘架的装配孔内形成所述分块。
14.一种无刷直流电机，包括定子以及相对定子转动的转子，其特征在于，所述定子为权利要求1至13任意一项所述的定子。
15.如权利要求14所述的无刷直流电机，其特征在于，所述转子可转动地插接于定子内，所述转子包括转轴、固定套接于转轴上的磁芯、嵌设于磁芯的外壁面上的磁铁、以及包覆磁芯以及磁铁的转子套。
16.一种电枢，包括若干分块，每一分块包括铁芯以及装配于铁芯上的绕组组件，其特征在于：还包括将所述若干分块连接的支架，所述支架为不导磁材料，所述分块沿周向排列，相邻的分块的铁芯之间间隔形成间隙，所述支架插入至相邻的两分块的铁芯之间的间隙内。
17.如权利要求16所述的电枢，其特征在于，所述支架包括第一支架和第二支架，每一支架包括一端板，所述两支架的端板分别盖设于分块的轴向两端。
18.如权利要求17所述的电枢，其特征在于，所述第一支架和第二支架至少其中之一自端板延伸形成固定柱，所述铁芯上设有穿孔，所述固定柱穿设于所述固定孔内。
19.如权利要求18所述的电枢，其特征在于，所述所述第一支架和第二支架均形成有所述固定柱。
20.如权利要求19所述的电枢，其特征在于，所述两支架的固定柱一一对应，且相对应的两固定柱的长度和不大于所述铁芯的轴向高度。
21.如权利要求17所述的电枢，其特征在于，所述第一支架和第二支架至少其中之一包括自端板延伸的接头，所述接头插入至相邻的分块的铁芯之间的间隙内。
22.如权利要求21所述的电枢，其特征在于，所述接头与所述铁芯其中之一形成有卡块，其中之另一形成有卡槽，所述卡块卡设于卡槽内将相邻的铁芯相连。
23.如权利要求17所述的电枢，其特征在于，所述分块的铁芯大体呈W形，所述铁芯包括两翼部以及位于两翼部之间的臂部，翼部与臂部之间形成装配空间，所述绕组组件套设于臂部上并位于所述装配空间内。
24.如权利要求23所述的电枢，其特征在于，所述翼部向外凸出形成卡块，所述接头上对应地形成卡槽，所述卡块与卡槽相互配合。
25.如权利要求23所述的电枢，其特征在于，所述第一支架和第二支架至少其中之一自端板向外延伸形成隔板，所述隔板插入至臂部与翼部之间的装配空间内将所述翼部与所述绕组组件隔开。
26.一种无刷直流电机，包括定子以及相对定子转动的转子，其特征在于，所述定子包括权利要求16至25任意一项所述的电枢。
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