CN107070007B - 一种电机及包括该电机的设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电机，包括定子和动子组件，定子和动子之间存在间隙，还包括设置在所述定子和所述动子相对面之间用于限定所述间隙的衬套层，所述衬套层的厚度略小于所述间隙。本发明还提供相应的设备。采用本发明的电机通过简单的结构即可对定子和动子之间的间隙进行限定，从而减轻了电机自身的重量。

Description

一种电机及包括该电机的设备

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种电机及包括该电机的设备。

背景技术

在电机技术领域，电机可以包括用于输出动力的电动机和用于发电的发电机，二者之间在一些情况中是可以采用同一结构实现的，通过对相同的结构采用不同的电连接和机械连接的方式，从而分别实现发电机或电动机的功能。

图5为本发明现有技术的旋转电机的轴向剖面示意图。如图5所示，电机包括动子20’和定子10’，定子10’不动，动子20’运动，动子20’和定子10’之间因设计的半径不同存在间隙(间隙指动子和定子向对面之间的距离)，从而使得动子20’和定子10’的相对面之间形成气隙30’(气隙是指定子和动子相对面之间空着的空间)，通过定子和/或动子上设置永磁体或者励磁绕组，从而使得定子和动子之间的间隙形成磁隙，为防止动子在运动过程中间隙发生不一致的改变(比如动子发生偏转)，因此在电机的定子10’和动子20’的两端通过轴承40对二者之间的间隙进行限定，采用这种限定的方式，可以防止动子在运动过程中二者之间的间隙大小发生不一致的改变，在定子10’和动子20’的两端设置端盖51、52，这样可以将定子10’、动子20’、轴承40的轴向进行固定。

采用这种通过轴承在动子和定子的两端限定动子和定子间隙的缺点在于，一方面，方面轴承自身的质量较大；另一方面，采用轴承结构通常只能对动子和定子之间存在的0.5-1MM的间隙进行限定,当需要对动子和定子之间更小的间隙进行限定时，难以保证间隙的精度，因此要添加其它机械结构保证轴承的位置精度，由于轴承本身质量较大再加上其它辅助的机械结构，因此造成整个电机的结构复杂、质量增大。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种电机及包括该电机的设备，通过在定子和动子的相对面之间设置用于限定间隙的衬套层，所述衬套层的厚度略小于间隙，以保证动子可相对定子运动，使得电机通过简单的结构即可对定子和动子之间的间隙进行限定，从而减轻了电机自身的重量。

本发明第一方面提供一种电机，包括定子和动子组件，定子和动子之间存在间隙，还包括设置在所述定子和所述动子的相对面之间用于限定所述间隙的衬套层，所述衬套层的厚度略小于所述间隙。

进一步，所述衬套层为1个整体的第一衬套。

进一步，所述第一衬套包括分别对应所述定子和所述动子的两个侧面，其中一个侧面与所对应的所述定子或者所述动子固定连接。

进一步，所述衬套层包括至少2个径向并列设置在所述间隙内的第二衬套。

进一步，所述第二衬套中的位于两侧的2个第二衬套的其中一侧面分别固定连接对应的所述定子或者所述动子。

进一步，所述衬套层包括至少2个分布设置在所述间隙内的第三衬套。

进一步，所述每个第三衬套包括分别对应定子和动子的两个侧面，其中一个侧面与所对应的定子或者动子固定连接。

进一步，所述衬套层、第一衬套、第二衬套、第三衬套包括但不限于：铁氟龙、环氧树脂、镍、表面涂敷环氧树脂、可电镀的金属或者合金中的任意一种或者组合。

进一步，所述固定连接包括但不限于：粘接、电镀、卡接、通过固定件固定连接。

本发明第二方面提供一种设备，所述设备包括上面任意一项所述的电机，所述设备包括但不限于工业机器人。

由上可见，本发明提供一种电机，通过在所述定子和所述动子之间设置衬套层，所述衬套层的厚度略小于所述间隙。取得了以下技术效果：

1、由于电机在所述定子和所述动子的相对面之间设置衬套层，所述衬套层的厚度略小于所述间隙，这样在对动子和定子之间的间隙进行限定的同时，又能保证动子可相对定子运动，而且不会影响动子和定子之间产生磁隙，使得电机通过简单的结构即可对定子和动子之间的间隙进行限定，从而减轻了电机自身的重量；同时，采用这种简单的结构，不用增加额外的部件就可以对定子和动子之间很小的间隙进行限定，因此即使应用在小间隙的电机中，也可以减轻电机自身的重量。

2、由于衬套层与所对应的定子或者动子固定连接，这样保证该衬套层至少是固定在定子或者动子上的，因此可以相对减少动子在运动过程中，定子或者动子与对应的固定连接的衬套层的这个侧面的摩擦。

3、由于所述衬套层优选：铁氟龙(TEFLON)、环氧树脂、镍(NICKEL)；或者表面涂敷环氧树脂材料的任意材料；或者所述衬套层还可以为其它可以直接电镀在定子和/动子上的相关金属或合金等材料；或者上述各个材料的组合。上述材料具有的优点包括：质量轻、耐摩擦、表面光滑，因此相对于现有技术中的轴承来说，采用此材料的衬套层可以相对减少动子和定子之间运动过程中的磨损和产生的摩擦，并且采用该材料制成的衬套层能够使得电机具有更轻的质量。

4、通过采用本发明提供的电机，由于间隙减小，在某些电机结构中可以相对应的增加扭矩，因此在某些情况下可以代替减速器(减速器的缺点在于成本高、质量大、且不耐磨损等等)实现一定程度的增大扭矩，从而克服使用减速器的缺点。将这样的电机应用在机器人，可以很容易实现电机直接驱动机器人。

5、由于所述衬套层优选：铁氟龙(TEFLON)、环氧树脂、镍(NICKEL)；或者表面涂敷环氧树脂材料的任意材料；或者所述衬套层还可以为其它可以直接电镀在定子和/动子上的相关金属或合金等材料；或者上述各个材料的组合。上述材料具有的优点包括：质量轻、耐摩擦、表面光滑，因此相对于现有技术中的轴承来说，采用此材料的衬套层可以相对减少动子和定子之间运动过程中的磨损和产生的摩擦，并且采用该材料制成的衬套层能够使得电机具有更轻的质量，而减少电机的重量使得同样的扭矩下的电机可以承受更大的负载，也为电机直接驱动机器人提供更好的帮助。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种电机的结构框图；

图2为本发明实施例提供的一种旋转电机的结构示意图，其中左侧为电机的整体轴向剖面示意图，右侧为局部A的放大示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种旋转电机的结构示意图，其中左侧为电机的整体轴向剖面示意图，右侧为局部A’的放大示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种旋转电机的结构示意图，其中左侧为电机的整体轴向剖面示意图，右侧为局部A”的放大示意图；

图5为本发明实施例提供的现有技术的电机的轴向剖面示意图。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例一、

图1为本发明实施例提供的电机的结构框图；图4为本发明实施例提供的现有技术的电机的轴向剖面示意图。

本发明所述的电机即可以包括将电能转换成动能输出的电动机，也可以包括将动能转化为电能输出的发电机，二者之间在一些情况中是可以采用同一结构实现的，通过对相同的结构采用不同的电连接和机械连接的方式，从而分别实现发电机或电动机的功能；所述电机按照动子运动的方式可以包括直线运动的直线电机以及旋转运动的旋转电机。所述电机包括：定子和动子组件，由于定子相对动子不运动，故称为定子，在电机中，根据电磁感应原理，定子与动子之间存在间隙以形成磁隙，定子与动子之间相配合实现动子的运动。

如图4所示，根据背景技术中所述，电机包括动子20’和定子10’，定子10’和动子20’之间存在间隙，从而使得动子20’和定子10’的相对面之间形成气隙30’。目前的限定电机的动子20’和定子10’之间间隙的结构为在电机的动子20’和定子10’的两端通过轴承40限定。采用这种两端限定的动子和定子之间的间隙的缺点在于，一方面，轴承40自身的质量较大；另一方面，采用轴承40通常只能对动子20’和定子10’之间存在的0.5-1MM的间隙进行限定,当需要对动子和定子之间更小的间隙进行限定时，难以保证间隙的精度，因此要添加其它机械结构保证轴承的位置，由于轴承本身质量较大再加上其它辅助的机械结构，因此造成整个电机的结构复杂、质量增大。

如图1所示，为解决上述问题，本发明实施例提供的电机包括设置在所述定子10和所述动子20的相对面之间用于限定所述间隙的衬套层30，所述衬套层30的厚度略小于所述间隙。

所述衬套层厚度略小于所述间隙，这样既可以保证衬套层限定定子和动子之间的间隙，但又不影响动子相对定子运动；另外，虽然衬套层设置在定子和动子相对面之间，部分(优选一半以上)或者全部填充了动子和定子相对面之间的气隙，但只要动子和定子之间存在间隙，就不会影响彼此之间磁隙的形成。

需要说明的是，所述衬套层设置在定子和动子相对面之间，优选与所对应的定子或者动子固定连接，这样保证该衬套层至少是固定在定子或者动子上的，因此可以相对减少动子在运动过程中，定子或者动子与对应的固定连接的衬套层的这个侧面的摩擦；除此之外，也可以衬套层不与定子或动子固定连接，即只是将衬套层塞进定子和动子之间的气隙内，由于衬套层的厚度只是略小于间隙，这种方式也是可以的，只是这种方式会相对增大动子运动过程中的摩擦力。

需要说明的是，所述厚度略小于间隙可以优选为0.01-0.02毫米(MM)，但并不限于此，根据电机结构的不同该数值也会有不同，只要保证衬套层可以限定定子和动子之间的间隙，但又不影响动子相对定子运动都属于本发明的保护范围内。相对于两端设置轴承的方法，该方法可以通过简单的结构对定子和动子之间0.1-0.15MM的间隙进行限定。

由于所述电机通过在定子和动子相对面之间设置厚度略小于所述间隙的衬套层，这样在对动子和定子之间的间隙进行限定的同时，又能保证动子可相对定子运动，而且不会影响动子和定子之间产生磁隙，使得电机通过简单的结构即可对定子和动子之间的间隙进行限定，从而减轻了电机自身的重量；同时，采用这种简单的结构，不用增加额外的部件就可以对定子和动子之间很小的间隙进行限定，因此即使应用在小间隙的电机中，也可以减轻电机自身的重量。

另外，在某些电机中(比如：定子和动子表面设置齿槽结构的电动机中)，通过增加齿槽的数量，并相应的减小定子和动子之间的间隙，可以增加扭矩，因此在某些情况下可以代替减速器(减速器的缺点在于成本高、质量大、且不耐磨损等等)实现一定程度的增大扭矩，从而克服使用减速器的缺点。

所述衬套层可以为可设置在所述动子和定子相对面之间的气隙内的各种形状、结构、数量，只要保证设置在定子和动子相对面之间的衬套层既可以限定动子和定子之间的间隙又能保证动子可相对定子运动，都属于本发明保护的范围内。下面会列举几个衬套层的实施例对衬套层进一步详细说明。但需要说明的是所述衬套层的形状、结构、数量并不限于下面所列明的几个优选实施例。

图2为本发明实施例提供的一种旋转电机的结构示意图，其中左侧为电机的整体轴向剖面示意图，右侧为局部A的放大示意图。

如图2所示，在一些优选实施例中，所述衬套层为1个整体的第一衬套31，第一衬套31的两侧面分别对应定子10和动子20。

所述第一衬套31的形状与电机的定子10和动子20相对面之间的气隙形状相对应，当电机为旋转电机时，则动子和定子之间的气隙为一个圆筒或圆环，则第一衬套31的形状可以为圆筒或圆环；而当电机为直线电机时，则气隙形成一个平面，则第一衬套的形状可以为一个平面。所述第一衬套优选如图1所示的整个填充所述动子和定子相对面之间的气隙结构，即形状完全与气隙对应，只是厚度略小于间隙；除此之外，所述第一衬套也可以为部分填充间隙的结构(比如：高度小于间隙高度)等等，只要能满足厚度略小于间隙，且第一衬套能够填充整个或者部分气隙都属于本发明保护的范围内。

在另一些优选实施例中，所述第一衬套31包括分别对应所述定子10和动子20的两个侧面，其中一侧面与所对应的定子10或者动子20固定连接，这样保证该第一衬套31至少是固定在定子10或者动子20上的，因此可以相对减少动子20在运动过程中，定子10或者动子20与对应的固定连接的第一衬套31的这个侧面的摩擦。

除上述优选方式外，也可以整个第一衬套的两个侧面都不与定子和动子固定连接，即只是将衬套层塞进定子和动子之间的气隙内，由于第一衬套的厚度只是略小于间隙，这种方式也是可以的，只是这种方式会相对增大动子运动过程中的摩擦力。

图3为本发明实施例提供的另一种旋转电机的结构示意图，其中左侧为电机的整体轴向剖面示意图，右侧为局部A’的放大示意图。

如图3所示，在另一优选实施例中，所述衬套层为径向并列设置的2个第二衬套32、33。

所述衬套层是由2个第二衬套径向并列重叠设置在所述间隙内，所述2个第二衬套的厚度可以相同也可以不同，只要保证2个第二衬套叠加后的厚度略小于定子和动子之间的间隙即可。所述2个第二衬套形状根据电机的定子10和动子20之间的气隙形状的不同而不同，当电机为旋转电机时，则动子20和定子10之间的气隙成一个圆筒或者圆环，则第二衬套32、33的形状为圆筒或者圆环；而当电机为直线电机时，则动子和定子之间的气隙成一个平面，则第二衬套32、33的形状为一个平面。所述2个第二衬套32、33优选如图2所示的可以整个填充所述气隙的结构，即形状完全与气隙对应，只是厚度略小于所述间隙；除此之外，所述2个第二衬套也可以为部分填充间隙的结构(比如：高度小于间隙高度)等等，只要能满足2个第二衬套的厚度略小于间隙，且第二衬套能够填充整个或者部分间隙都属于本发明保护的范围内。

2个第二衬套32、33的其中一个侧面彼此相对，而另一个侧面分别对应定子10和动子20。优选2个第二衬套32、33的其中分别对应定子10和动子20的一侧面分别固定连接对应的所述定子10和动子20。

除上述优选方式外，也可以2个第二衬套32、33的分别对应定子10和动子20两个侧面都不与定子10和动子20固定连接，即只是将第二衬套32、33塞进定子10和动子20之间的气隙内，由于衬套层的厚度只是略小于间隙，这种方式也是可以的，只是这种方式相对优选方式会相对增大动子运动过程中衬套层与定子和动子之间的摩擦力。

需要说明的是，所述第二衬套并不限于附图3中所示的2个，也可以是2个以上的任意个(图未示意出)。优选的，只要保证位于两侧的两个第二衬套分别固定连接对应的所述定子和动子。除优选方式外，也可以位于两侧的两个第二衬套的两个侧面都不与定子和动子固定连接，即只是将第二衬套塞进定子和动子之间的气隙内，由于第二衬套的厚度只是略小于间隙，这种方式也是可以的，只是这种方式会相对增大动子运动过程中的摩擦力。

图4为本发明实施例提供的另一种旋转电机的结构示意图，其中左侧为电机的整体轴向剖面示意图，右侧为局部A”的放大示意图。

如图4所示，在另一优选实施例中，所述衬套层包括至少2个分布设置在所述间隙内的第三衬套34，所述第三衬套34包括至少2个厚度相同的任意形状的块状、环状等等结构组成，比如：它可以是多个块状结构零散分布在所述间隙内(如图4所示)，所述块状结构可以是平面(如应用在直线电机中)，又或者是弧面(应用在旋转电机中)；又或者当电机为旋转电机时，所述第三衬套为多个与气隙所围成的圆筒或者圆环的相对应的圆环或圆筒轴向并列设置而成。所述各个第三衬套形状可以相同，也可以不同，只要保证厚度相同且略小于所述间隙，且第三衬套整体能够填充整个或者部分间隙都属于本发明保护的范围内。

所述每个第三衬套34优选为，其中一侧面与所对应的定子10或者动子20固定连接，这样保证该第三衬套34至少是固定在定子10或者动子20上的，因此可以相对减少动子20在运动过程中，与衬套层34固定连接这个侧面的摩擦。

除上述优选方式外，也可以各个第三衬套34的两个侧面都不与定子10和动子20固定连接，即只是将第三衬套塞进定子和动子之间的气隙内，由于第三衬套的厚度只是略小于间隙，这种方式也是可以的，只是这种方式会相对增大动子运动过程中的摩擦力。

需要说明的是，所述衬套层、及其所包括的第一衬套、第二衬套、第三衬套优选：铁氟龙(TEFLON)、环氧树脂、镍(NICKEL)；或者任意表面涂敷环氧树脂的材料；或者还可以为其它可以直接电镀在定子和/动子上的相关金属或合金等材料，比如：铜。也可以为上述各材料的组合，比如，TEFLON和环氧树脂的组合等等。

上述材料具有的优点包括：质量轻、耐摩擦、表面光滑，因此采用此材料的衬套可以相对减少动子和定子之间运动过程中的磨损和产生的摩擦并且减少电动机的重量，因此相对于轴承来说，采用该材料制成的衬套能够使得电动机具有更轻的质量。但需要说明的是，所述衬套层、第一衬套、第二衬套、第三衬套并不限于上述材料，原则上任何材料都可以用作衬套层。

所述固定连接的方式包括但不限于：粘接、电镀、或者通过卡接、固定件(比如：螺钉)固定连接。优选的通过粘接、电镀的方式固定连接。

实施例二、

本发明实施例二还提供一种包括实施例一所述的电机的设备(图未示意出)。

所述设备可以为包括实施例一所述的电机的各种设备。

所述设备包括但不限于电机直接驱动的机器人(尤其是工业机器人)，现阶段，电机直接驱动机器人上应用的电机通常需要承担较大的负载，因此需要提高电机输出的扭矩，而目前应用在机器人中的提高扭矩的方法多是通过减速器实现，而减速器具有质量大、成本高、易损耗的缺点。而通过本发明实施例一提供的电机，一方面使得电机的定子和动子通过简单的结构即可实现很小的间隙，减轻了电机自身的重量；另一方面，由于间隙减小，在某些电机结构中可以相对应的增加扭矩，因此在某些情况下可以代替减速器(减速器的缺点在于成本高、质量大、且不耐磨损等等)实现一定程度的增大扭矩，从而克服使用减速器的缺点。将这样的电机应用在直接驱动机器人领域，可以增加机器人控制的灵活性，并使得整体设计简化。

由于所述衬套层优选如实施例一所述的材料，所述材料具有的优点包括：质量轻、耐摩擦、表面光滑，因此相对于现有技术中的轴承来说，采用此材料的衬套层可以相对减少动子和定子之间运动过程中的磨损和产生的摩擦，并且采用该材料制成的衬套层能够使得电机具有更轻的质量，而减少电机的重量使得同样的扭矩下的电机可以承受更大的负载，也为直接电机直接驱动机器人提供更好的帮助。

所述电机的相关描述参见具体实施例一，在此不再重复赘述。

本文术语中“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如：A和/或B,可以表示单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明的权利要求书和说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等等(如果存在)是用来区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如：包括了一系列步骤或者模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或者模块，而是包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、系统、产品或设备固有的其它步骤或模块。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或者两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本具体实施例中所述的固定连接包括但不限于:通过粘接，或者通过卡接、螺钉等可拆卸的方式固定连接。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

需要说明的是，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的结构和模块并不一定是本发明所必须的。

以上对本发明实施例所提供的电机及包括该电机的设备进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，不应理解为对本发明的限制。本技术领域的技术人员，依据本发明的思想，在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机，包括定子和动子组件，定子和动子之间存在间隙，其特征在于，还包括设置在所述定子和所述动子的相对面之间用于限定所述间隙的衬套层，所述衬套层的厚度略小于所述间隙，通过所述衬套代替轴承限定所述定子和所述动子之间的间隙，以省略所述电机中的所述轴承。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述衬套层包括1个整体的第一衬套。

3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述第一衬套包括分别对应所述定子和所述动子的两个侧面，其中一个侧面与所对应的所述定子或者所述动子固定连接。

4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述衬套层包括至少2个径向并列设置在所述间隙内的第二衬套。

5.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，所述第二衬套中的位于两侧的2个第二衬套的其中一侧面分别固定连接对应的所述定子或者所述动子。

6.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述衬套层包括至少2个分布设置在所述间隙内的第三衬套。

7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述每个第三衬套包括分别对应所述定子和所述动子的两个侧面，其中一个侧面与对应的所述定子或者所述动子固定连接。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的电机，其特征在于，所述衬套层的材料包括：铁氟龙、环氧树脂、镍、表面涂敷环氧树脂、可电镀的金属或者合金中的任意一种或者组合。

9.根据权利要求3、5或7所述的电机，其特征在于，所述固定连接包括：粘接、电镀、卡接或通过固定件固定连接。

10.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括权利要求1-9任意一项所述的电机。