CN107800259A - 一种微型空心杯有刷直流电机及机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于电机技术领域，提供了一种微型空心杯有刷直流电机及机器人，所述微型空心杯有刷直流电机包括机壳、盖设在机壳一端的开口上的后盖组件、套设在所述机壳内的空心杯绕组组件、套设在所述空心杯绕组组件内的永磁体、套设在所述永磁体内且与所述永磁体匹配的导磁环、套设在所述导磁环内的拉管、套设在所述拉管内的电机转轴，以及套设在所述电机转轴上的轴承，所述电机转轴的一端延伸至所述后盖组件，另一端延伸至所述机壳外。本发明通过合理设计永磁体和与其内套的导磁环，消除永磁体内侧磁路饱和的现象，增强电机气隙磁通密度，提高电机转矩能力，提升效率，降低温升；同时，在保证了电机性能的情况下，减少永磁体用量，降低电机成本。
Description
技术领域
本发明属于电机技术领域，特别涉及一种微型空心杯有刷直流电机及机器人。
背景技术
现有的微型空心杯有刷直流电机，其转子通常为高性能的烧结钕铁硼环形永磁体，永磁体内部装有导磁的薄不锈钢拉管，拉管内装有轴承，轴承中通过可旋转的电机转轴，拉管与电机转轴之间留有气隙。
永磁体形成的磁场回路经过拉管和电机转轴。但是，由于拉管厚度不够，且拉管与电机转轴的气隙过大，造成了磁路的饱和，导致了永磁体磁路存在一定的漏磁，即磁路只是经过永磁体而短路，未经过气隙形成有效的闭合回路。此时，电机气隙的磁通密度未到达最佳状态。另外，过多使用钕铁硼永磁体，不仅造成了材料浪费，电机成本大大增加，还导致了电机转矩性能差、效率低、温升高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微型空心杯有刷直流电机，旨在解决现有技术中的电机成本高、转矩性能差、效率低且温升高的技术问题。
本发明是这样实现的，一种微型空心杯有刷直流电机，包括机壳、盖设在所述机壳一端的开口上的后盖组件、套设在所述机壳内的空心杯绕组组件、套设在所述空心杯绕组组件内的永磁体、套设在所述永磁体内且与所述永磁体匹配的导磁环、套设在所述导磁环内的拉管、套设在所述拉管内的电机转轴，以及套设在所述电机转轴上的轴承，所述电机转轴的一端延伸至所述后盖组件，另一端延伸至所述机壳外。
进一步地，所述导磁环的外表面与所述永磁体的内表面紧密配合。
进一步地，所述导磁环的内表面与所述拉管的外表面紧密配合。
进一步地，所述导磁环的轴向长度与所述永磁体的轴向长度一致。
进一步地，所述后盖组件包括盖设在所述开口上的后盖，以及设置在所述后盖内侧的电刷和延伸至所述后盖外侧的引脚。
进一步地，所述后盖与所述机壳过盈配合。
进一步地，所述空心杯绕组组件包括与所述机壳同轴设置的空心杯绕组、设置在所述电机转轴靠近所述后盖组件的一端的换向器，以及设置在所述后盖组件内侧的支架。
进一步地，所述永磁体的轴向长度小于所述空心杯绕组的轴向长度，且所述永磁体与所述空心杯绕组之间具有间隙。
进一步地，所述机壳远离所述开口的一端设有凸起，所述凸起内开设有通孔，所述拉管的一端延伸至所述通孔内，所述电机转轴穿过所述通孔。
本发明的另一目的在于提供一种机器人，包括如上述所述的微型空心杯有刷直流电机。
实施本发明的一种微型空心杯有刷直流电机及机器人，具有以下有益效果：其通过在永磁体与拉管之间设置导磁环，导磁环与永磁体和拉管同轴设置，且导磁环与永磁体匹配，即通过合理设计永磁体和与其内套的导磁环，消除永磁体内侧磁路饱和的现象，增强电机气隙磁通密度，提高电机转矩能力，提升效率，降低温升；同时，在保证了电机性能的情况下，减少永磁体用量，降低电机成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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他的附图。
图1是本发明实施例提供的微型空心杯有刷直流电机的剖视图；
图2是本发明实施例提供的微型空心杯有刷直流电机的爆炸结构示意图。
上述附图所涉及的标号明细如下：
1-机壳；11-凸起；111-通孔；2-后盖组件；21-后盖；22-电刷；23-引脚；3-空心杯绕组组件；4-永磁体；5-导磁环；6-拉管；7-电机转轴；8-轴承。
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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。
术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1和图2所示，本发明实施例提供的微型空心杯有刷直流电机包括机壳1、盖设在机壳1一端的开口上的后盖组件2、套设在机壳1内的空心杯绕组组件3、套设在空心杯绕组组件3内的永磁体4、套设在永磁体4内且与永磁体4匹配的导磁环5、套设在导磁环5内的拉管6、套设在拉管6内的电机转轴7，以及套设在电机转轴7上的轴承8。其中，机壳1、空心杯绕组组件3、永磁体4、导磁环5、拉管6和轴承8均与电机转轴7同轴设置，机壳1、永磁体4、导磁环5和拉管6均呈内中空的环形结构。电机转轴7的一端延伸至后盖组件2，另一端延伸至机壳1外且用作输出端。
本发明实施例通过在永磁体4与拉管6之间设置导磁环5，导磁环5与永磁体4和拉管6同轴设置，且导磁环5与永磁体4匹配，即通过合理设计永磁体4和与其内套的导磁环5，消除永磁体4内侧磁路饱和的现象，增强电机气隙磁通密度，提高电机转矩能力，提升效率，降低温升；同时，在保证了电机性能的情况下，减少永磁体用量，降低电机成本。
在本发明的一个实施例中，在拉管6与电机转轴7之间套设有两个轴承8，且两个轴承8分别位于拉管6的两端内。
优选地，导磁环5与永磁体4紧密配合，即导磁环5与永磁体4之间无间隙。具体地，导磁环5的外表面与永磁体4的内表面紧密配合。进一步优选地，导磁环5与拉管6紧密配合，即导磁环5与拉管6之间无间隙。具体地，导磁环5的内表面与拉管6的外表面紧密配合。此时，通过导磁环5与永磁体4的配合，可减小永磁体4内部漏磁，增加电机气隙磁密，永磁体4能发挥出单位体积内的最大磁性能，提高了电机转矩能力及效率，降低了生产成本。
进一步地，在本发明的一个实施例中，导磁环5的轴向长度与永磁体4的轴向长度一致，以使电机的整体结构更加紧凑，同时节约生产成本。可以理解的是，在本发明的其它实施例中，导磁环5的轴向长度可以略大于或略小于永磁体4的轴向长度。
进一步地，本发明实施例的后盖组件2包括后盖21、电刷22和引脚23。其中，后盖21盖设在机壳1的开口上，电刷22设置在后盖21的内侧，引脚23延伸至后盖21外侧。在本实施例中，后盖组件2包括一对电刷22和一对引脚23，其中一个电刷22对应一个引脚23，且电刷22与引脚23电性连接，电刷22通过引脚23与外部直流电源电性连接(电刷和引脚是一体的)。优选地，后盖21与机壳1过盈配合，使得后盖21与机壳1牢固连接。
进一步地，本发明实施例的空心杯绕组组件3包括空心杯绕组(未示出)、换向器(未示出)和支架(未示出)。其中，空心杯绕组与机壳1同轴设置，换向器设置在电机转轴7靠近后盖组件2的一端，支架设置在后盖组件2内。另外，永磁体4的轴向长度小于空心杯绕组的轴向长度，且永磁体4与空心杯绕组之间具有间隙，在本实施例中，该间隙即为气隙。直流电源的电能通过电刷22和换向器进入空心杯绕组，产生电流，电流产生的磁场与永磁体4的主磁场相互作用产生电磁转矩，使电机转轴7旋转带动负载。
进一步地，在机壳1远离开口的一端设置有凸起11，在凸起11内开设有通孔111，该通孔111贯穿机壳1，拉管6的一端延伸至通孔111内，电机转轴7穿过通孔111并向外延伸。
本发明实施例的导磁环5的厚度及轴向长度以电机气隙磁密平均值最大，永磁体4漏磁最小为目的，进而得到一个最佳转矩性能；同时，在不发生不可逆退磁的条件下，永磁体4的用量最少，且电机转矩、效率及磁稳定性与常规空心杯有刷直流电机一致，进而得到一个最低成本结果。
可以理解的是，针对不同厚度及不同轴向长度的永磁体4，其对应的导磁环5的最优厚度及最优轴向长度也不一样。
下面以一款直径为17mm，外径为18mm的电机为例证明永磁体4的导磁环5带来的效果。首先，建立常规空心杯电机的等效三维仿真模型，其中忽略电机中所有不导磁的部件，仅对导磁的机壳1、电机转轴7、拉管6，以及永磁体4进行仿真，此时未采用本发明实施例的导磁环5。由仿真结果可知，电机拉管6的磁通密度大部分为2.0T以上，已经处于完全饱和状态；同时，永磁体4内部存在部分仅穿过自身的漏磁通，。其次，采用本发明实施例的导磁环5进行重新设计，由仿真结果可知，导磁环5和拉管6局部最大磁密为2.0T，未出现饱和现象，电机平均气隙磁密为增加5.49％，永磁体4用量减小30.3％。
综上所述，本发明实施例的微型空心杯有刷直流电机解决了常规空心杯有刷电机存在的永磁体4内部磁路饱和的问题，可以增加电机气隙磁密，提升了磁负荷，增强了转矩输出性能，提高了电机效率，降低温升；同时，未增加复杂的装配工艺，减小永磁体4用量，大大降低生产成本。
本发明实施例还提供了一种机器人，其包括如上述所述的微型空心杯有刷直流电机。
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 (10)
1.一种微型空心杯有刷直流电机，其特征在于，包括机壳、盖设在所述机壳一端的开口上的后盖组件、套设在所述机壳内的空心杯绕组组件、套设在所述空心杯绕组组件内的永磁体、套设在所述永磁体内且与所述永磁体匹配的导磁环、套设在所述导磁环内的拉管、套设在所述拉管内的电机转轴，以及套设在所述电机转轴上的轴承，所述电机转轴的一端延伸至所述后盖组件，另一端延伸至所述机壳外。
2.如权利要求1所述的微型空心杯有刷直流电机，其特征在于，所述导磁环的外表面与所述永磁体的内表面紧密配合。
3.如权利要求1所述的微型空心杯有刷直流电机，其特征在于，所述导磁环的内表面与所述拉管的外表面紧密配合。
4.如权利要求1所述的微型空心杯有刷直流电机，其特征在于，所述导磁环的轴向长度与所述永磁体的轴向长度一致。
5.如权利要求1至4任一项所述的微型空心杯有刷直流电机，其特征在于，所述后盖组件包括盖设在所述开口上的后盖，以及设置在所述后盖内侧的电刷和延伸至所述后盖外侧的引脚。
6.如权利要求5所述的微型空心杯有刷直流电机，其特征在于，所述后盖与所述机壳过盈配合。
7.如权利要求1至4任一项所述的微型空心杯有刷直流电机，其特征在于，所述空心杯绕组组件包括与所述机壳同轴设置的空心杯绕组、设置在所述电机转轴靠近所述后盖组件的一端的换向器，以及设置在所述后盖组件内侧的支架。
8.如权利要求7所述的微型空心杯有刷直流电机，其特征在于，所述永磁体的轴向长度小于所述空心杯绕组的轴向长度，且所述永磁体与所述空心杯绕组之间具有间隙。
9.如权利要求1所述的微型空心杯有刷直流电机，其特征在于，所述机壳远离所述开口的一端设有凸起，所述凸起内开设有通孔，所述拉管的一端延伸至所述通孔内，所述电机转轴穿过所述通孔。
10.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的微型空心杯有刷直流电机。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |