CN108370195B - Bldc电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种BLDC电机，该BLDC电机包括：定子，该定子具有多个齿，所述多个齿被形成为延伸到芯体的内侧并且具有缠绕在所述齿上的线圈；转子，所述转子被布置成与定子的内部间隔开，并且具有联接到芯体的多个永磁体；霍尔传感器，所述霍尔传感器被布置成与转子芯体的外圆周表面间隔开以面对转子芯体的外圆周表面，并且被布置在转子芯体的在高度方向上的两个表面之间的高度范围内，以根据转子的旋转来感测磁场的变化，其中，由转子的永磁体产生的磁通量能够被充分地传输到霍尔传感器，因此霍尔传感器能够准确地感测磁场的变化，以使得转子的位置信息能够被准确地识别，如此能够准确地控制转子的旋转。

Description

BLDC电机
技术领域
本发明涉及无刷直流(BLDC)电机，并且更具体地，涉及一种能够通过从安装在定子侧的霍尔(Hall)传感器接收旋转的转子的位置信息来控制电机的BLDC电机。
背景技术
无刷直流(BLDC)电机可以防止作为现有DC电机的缺点的摩擦和磨损并且具有相对高的效率。因此，近来，混合动力车倾向于采用BLDC电机作为用于使冷却风扇旋转的电机。
BLDC电机是不具有DC电机所需的电刷和换向器但是在内部安装有电子换向机制的电机。在BLDC电机当中，内转子型BLDC电机包括转子和定子，其中，其中心设置有永磁体的转子旋转并且其外围缠绕有驱动线圈的定子被固定。即，外侧缠绕有驱动线圈的定子被固定，并且其内侧设置有永磁体的转子旋转。
如图1和图2所示，常规内转子型BLDC电机1包括固定到外壳10的内侧的定子30和以预定间隔设置在其中的转子20。具有环形状的定子30被设置有多个齿31，所述多个齿31径向向内突出形成。定子30的上部和下部按照绝缘体40环绕定子30以将定子30以绝缘的形式联接到绝缘体40，并且驱动线圈60缠绕在被绝缘体40绝缘的定子30的齿31上。另外，在转子20上联接有沿着圆周方向彼此间隔开布置的多个永磁体21。
在这种情况下，定子30被设置有霍尔传感器50，该霍尔传感器50检测从转子20产生的磁场以能够确定旋转的转子20的位置，其中三个霍尔传感器50被设置成能够检测由转子所产生的磁场形成的具有120°相位差的三个霍尔信号。
霍尔传感器50是通过被施加有从转子20产生的磁场而操作的传感器。如图2所示，形成有将转子20的芯体的上端设置在定子30的芯体的上端上方的悬垂结构，并且因此设置霍尔传感器50来检测作为对转子20的旋转的响应的磁场的变化。
这里，霍尔传感器检测转子旋转时的磁场的变化，以识别转子的位置信号。此外，霍尔传感器通常不能准确地检测到磁场的变化，从而不能识别出转子的位置信息，因此电机可能不被精确地控制，甚至可能停止电机的驱动。
也就是说，如果转子的悬垂部分不足够，从转子的永磁体产生的磁通量不能充分地传输到霍尔传感器，使得霍尔传感器可能不能准确地检测到磁场的变化。
[相关技术文献]
[专利文献]
KR 10-1336472 B1(2013.11.27)
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种BLDC电机，该BLDC电机能够准确地识别转子的位置信息，并且通过将从转子的永磁体产生的磁通量充分地传输到霍尔传感器来精确地控制转子的旋转，以使得霍尔传感器能够准确地检测磁场的变化。
技术方案
在一个总体方面，BLDC电机包括：定子100，所述定子100被设置有多个齿120，所述多个齿120朝向芯体110的内侧延伸并且具有缠绕在所述多个齿120上的线圈140；转子200，所述转子200以彼此间隔开的方式设置在所述定子100的内侧，并且具有联接到所述转子200的芯体210的多个永磁体220；以及霍尔传感器300，所述霍尔传感器300被设置成在彼此间隔开的同时与所述转子200的所述芯体210的外圆周表面211相对，并且被设置在所述转子200的所述芯体210的在高度方向上的两个表面之间的高度范围内，以响应于所述转子200的旋转来检测磁场的变化。
所述转子200的所述芯体210的中心高度可以与所述定子100的所述芯体110的中心高度间隔开。
所述转子200的所述芯体210的中心高度可以被设置为在与由在联接到所述转子200的旋转轴230的同时旋转的风扇400作用于所述转子200的轴向力(axial force)的方向相同的方向上与所述定子100的所述芯体110的中心高度间隔开。
所述定子100的所述芯体110可以被设置在所述转子200的所述芯体210的在高度方向上的两个表面之间的高度范围内。
所述BLDC电机还可以包括绝缘体150，该绝缘体150联接到所述定子100，使得所述绝缘体150环绕所述定子100以将所述定子100电绝缘，其中，所述绝缘体150可以被设置有安置槽(seating groove)151，所述霍尔传感器300能够被设置在所述安置槽151中。
所述BLDC电机还可以包括孔PCB外壳310，所述孔PCB外壳310以彼此间隔开的方式被设置在所述线圈140的在所述高度方向上的外侧，并且被联接到所述绝缘体150。
所述BLDC电机还可以包括孔PCB 320，所述孔PCB 320联接到所述孔PCB外壳310的在所述高度方向上的外侧，并且被设置有所述霍尔传感器300。
可以设置有挡板311以用于阻挡所述转子200的所述芯体210的外圆周表面211与所述霍尔传感器300之间的间隙。
所述挡板311可以与所述孔PCB外壳310一体形成。
十个永磁体220可以沿着圆周方向彼此间隔开预定角度，因此所述转子200被形成为10极，并且三个霍尔传感器300可以沿着所述圆周方向彼此间隔开24°方向。
八个永磁体220可以沿着圆周方向彼此间隔开预定角度，因此所述转子200被形成为8极，并且三个霍尔传感器300可以沿着所述圆周方向彼此间隔开30°方向。
有益效果
根据本发明的示例性实施方式，BLDC电机可以将从转子的永磁体产生的磁通量充分地传输到霍尔传感器，以使得霍尔传感器能够精确地检测磁场的变化，从而准确地控制转子的旋转。
附图说明
图1和图2是配备有霍尔传感器的常规BLDC电机的立体图和示意性截面图。
图3是例示根据本发明的示例性实施方式的BLDC电机的示意性截面图。
图4是例示根据本发明的示例性实施方式的BLDC电机的组装立体图。
图5是根据本发明的示例性实施方式的孔PCB外壳和孔PCB部分的分解立体图。
图6是根据本发明的示例性实施方式的孔PCB外壳被移除的状态的组装立体图。
图7是例示根据本发明的示例性实施方式的BLDC电机的截面图。
图8和图9是例示根据本发明的示例性实施方式的10极转子和霍尔传感器的布置的俯视平面图和概念图。
图10和图11是例示根据本发明的示例性实施方式的8极转子和霍尔传感器的布置的俯视平面图和概念图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述具有如上所述的配置的根据本发明的示例性实施方式的BLDC电机。
图3是例示根据本发明的示例性实施方式的BLDC电机的示意性截面图，图4是例示根据本发明的示例性实施方式的BLDC电机的组装立体图。
如图所示，根据本发明的示例性实施方式的BLDC电机1000包括：定子100，所述定子100被设置有多个齿120，所述多个齿120朝向芯体110的内侧延伸并且具有缠绕在所述多个齿120上的线圈140；转子200，所述转子200以彼此间隔开的方式设置在所述定子100的内侧，并且具有联接到所述转子200的芯体210的多个永磁体220；以及霍尔传感器300，所述霍尔传感器300被设置成在彼此间隔开的同时与所述转子200的所述芯体210的外圆周表面211相对，并且被设置在所述转子200的所述芯体210的在高度方向上的两个表面之间的高度范围内，以响应于所述转子200的旋转来检测磁场的变化。
首先，定子100被设置在形成有接纳空间的外壳500中，并且可以联接到外壳500的内侧以被固定。此时，定子100被设置有多个齿120，所述多个齿120径向延伸到圆柱形芯体110的内侧，并且齿120可以沿着圆周方向按照彼此间隔开布置。另外，齿120的内端部可以被设置有从每个齿120的圆周侧表面沿着圆周方向延伸的T形瓦(T shoe)。此时，T形瓦可以从一个齿120的端部的两个侧表面延伸，并且因此可以形成从一个齿120延伸的一对T形瓦。另外，齿120和T形瓦的径向内侧表面具有拱形形状，并且连接在多个齿120的内圆周表面121和T形瓦的内圆周表面之间的线可以被形成为圆形。另外，形成在彼此相邻的齿120上并且彼此相对的T形瓦可以被形成为彼此间隔开预定间隔。另外，线圈140可以被缠绕在齿120上，并且线圈140可以缠绕在齿120上以环绕齿120的在高度方向上的两个表面和圆周方向上的两个表面。
转子200可以被设置在定子100的内侧的中心处的中空部处，并且可以沿着齿120和T形瓦的径向方向与内圆周表面121间隔开。此时，转子200联接到旋转轴230，使得旋转轴230的两端能够通过轴承240、套管等联接到电机的外壳500而旋转。另外，转子200可以被设置有多个永磁体220，所述多个永磁体220联接到具有圆筒形或圆柱形的芯体210。此时，永磁体220可以从芯体210的外圆周表面211沿着圆周方向朝向径向内侧彼此稍微间隔开。例如，每个永磁体220具有直线形状并且被设置为彼此相对，使得相邻永磁体220的端部彼此相邻，使得连接在多个永磁体220的径向外侧之间的线被形成为圆形。芯体210可以按照其中多个凹槽沿着圆周方向布置的形式形成，使得永磁体220可以被插入到凹槽中并且与凹槽联接。另外，永磁体220具有N极和S极，其中一个永磁体被设置为使得N极位于径向外侧并且相邻的永磁体被设置为使得S极位于外侧，使得多个永磁体可以按照N极的位置和S极的位置改变的方式沿着圆周方向交替布置。
例如，定子100可以具有十二个齿120，并且转子200可以包括十个永磁体220以形成十极。
霍尔传感器300是用于检测从转子200的永磁体220产生的磁场以确定旋转的转子200的位置并且可以被固定地安装到定子100的传感器。此时，三个霍尔传感器300可以被设置为能够检测从转子200产生的磁场形成的三个霍尔信号并且具有120°的相位差，并且如图所示，三个霍尔传感器300可以沿着圆周方向彼此间隔开预定间隔。霍尔传感器300被设置成面对转子200的芯体210的外圆周表面211，并且可以与芯体210的外圆周表面211间隔开。另外，霍尔传感器300被设置在芯体210的作为高度方向上的两个侧表面的上表面和下表面之间的高度范围内，使得从转子200的永磁体220产生的磁通量可以充分地传递到霍尔传感器。因此，霍尔传感器能够准确地检测磁场的变化。
即，霍尔传感器300被设置在转子的作为转子200的芯体210的上表面或下表面被形成为在高度方向上从定子100的芯体110的上表面或下表面突出的部分的垂悬部(overhang part)h1的高度范围内，使得霍尔传感器能够精确地检测磁通量的变化。
以这种方式，根据本发明的示例性实施方式的BLDC电机可以将从转子的永磁体产生的磁通量充分地传输到霍尔传感器，以使得霍尔传感器能够准确地检测磁场的变化，从而精确地控制转子的旋转。
另外，转子200的芯体210的中心高度可以与定子100的芯体110的中心高度间隔开。
在常规BLDC电机中，转子的芯体的中心高度和定子的芯体的中心高度彼此一致，但在本发明的BLDC电机中，转子200的芯体210的中心高度与定子100的芯体110的中心高度间隔开。因此，本发明使用与常规BLDC电机相同的定子芯体和转子的芯体，使得仅转子的芯体的在高度方向上的中心位置与定子的在高度方向上的中心间隔开，而不增加转子的芯体的高度尺寸。结果，高度方向的一侧的垂悬部h1的尺寸比较大，另一侧的垂悬部h2比较小，使得形成一侧的垂悬部h1的一侧可以被设置有霍尔传感器300。这里，由于霍尔传感器可以不被形成为等于或小于特定尺寸，因此调节转子的芯体的在高度方向上的中心位置，使得霍尔传感器可以完全面对转子的芯体的外圆周表面。
因此，根据本发明的示例性实施方式的BLDC电机能够使用具有与常规BLDC电机相同尺寸的转子的芯体，这样能够在与现有技术相比不增加重量的情况下提高霍尔传感器的感测精度。
另外，转子200的芯体210的中心高度可以在与通过在与转子200的旋转轴230联接的同时旋转的风扇400作用于转子200的旋转轴的方向上的力相同的方向上与定子100的芯体110的中心高度间隔开。
也就是说，转子200的芯体210可以联接到旋转轴230，旋转轴230可以通过轴承240可旋转地联接到外壳500，并且风扇可以在联接到旋转轴230的同时旋转。此时，如果风扇旋转，则力可能作用在旋转轴230的轴向方向上，这可能导致负载作用在支承旋转轴230的轴承240上。另外，如果转子200的芯体210的中心高度与定子100的芯体110的中心高度间隔开时，则轴向力作用为使得转子的芯体的在高度方向上的中心由于磁场而与定子的芯体的在高度方向上的中心一致。因此，通过风扇的旋转产生的轴向力的方向和转子的芯体由于磁场而移动的轴向力的方向彼此相反，使得力彼此偏移，从而减小施加到支承旋转轴230的轴承240的负载。
另外，定子100的芯体110可以被设置在转子200的芯体210的在高度方向上的两个表面之间的高度范围内。
也就是说，转子200的芯体210的中心高度与定子100的芯体110的中心高度间隔开，并且垂悬部h1和h2形成在转子200的芯体210的两侧以减少漏磁通。
另外，BLDC电机还包括联接到定子100的绝缘体150，使得绝缘体150环绕定子100以将定子100电绝缘，并且绝缘体150被设置有安置槽151，霍尔传感器300可以被设置在安置槽151中。
此时，作为用于电绝缘的目的而联接到定子100的部分的绝缘体150由绝缘材料制成，并且可以联接到定子100以包围第一定子100的芯体110的一部分以及齿120的上表面和下表面及两个侧表面。线圈140可以被缠绕在绝缘体150的外侧。此时，如图4至图6所示，绝缘体150可以被设置有延伸部152，延伸部152从齿内的端部朝向在高度方向上比线圈140的高度高的外侧(上部)延伸，并且可以被设置有具有其中去除了延伸部152的一部分的形式的安置槽151，使得霍尔传感器300可以被设置在安置槽151中。另外，安置槽151可以按照各种其它形式形成。
因此，可以容易地形成其中可以设置霍尔传感器300的空间。
另外，BLDC电机还可以包括孔PCB外壳310，该孔PCB外壳310被设置在线圈140的在高度方向上与线圈140间隔开的外侧，并且联接到绝缘体150。
也就是说，孔PCB外壳310可以被设置在线圈140的在高度方向上与线圈140间隔开的外侧(在图中为线圈的上部)，并且孔PCB外壳310可以被构造成使得其径向方向上的外部和内部被支承在绝缘体150上并且其径向方向上的外部通过紧固装置被固定地联接到绝缘体150。另外，孔PCB外壳310可以被设置有从其上表面向下凹进的凹槽，并且可以被设置有霍尔传感器300可以垂直穿过的孔。
另外，BLDC电机还可以包括孔PCB 320，该孔PCB 320被联接到孔PCB外壳310的在高度方向上的外侧并且被设置有霍尔传感器300。
也就是说，在附图中，孔PCB 320可以被联接到孔PCB外壳310的上部，并且孔PCB320可以被设置有霍尔传感器300。霍尔传感器300可以被设置在下部，同时连接到孔PCB320。因此，霍尔传感器300可以被设置在绝缘体150的穿过形成在孔PCB外壳310上的孔的安置槽151中，并且孔PCB 320可以被安置成插入到形成在孔PCB外壳310上的凹槽中，并且孔PCB 320可以通过紧固装置等固定地联接到孔PCB外壳310。
这里，孔PCB外壳310的下部可以被设置有插入件312，使得孔PCB外壳310被插入到形成在绝缘体150上的安置槽151中，并且被形成为其中插入到安置槽151中的插入件从上方向下凹进的凹槽形状。这里，凹槽可以被设置有霍尔传感器300。因此，上面安装有霍尔传感器300的孔PCB 320可以被组装到孔PCB外壳310，然后孔PCB外壳310可以被组装到绝缘体150。
另外，可以设置挡板311以阻挡转子200的芯体210的外圆周表面211与霍尔传感器300之间的间隙。
也就是说，如图所示，挡板311可以防止霍尔传感器300受到由于转子200的芯体210的旋转而引起的气流的影响，并且可以与转子200的芯体210间隔开以在绝缘体150的延伸部152的安置槽151的径向方向上阻挡敞开的内侧表面。此时，挡板311可以不同地联接到孔PCB外壳310、绝缘体150等，或者可以与绝缘体150一体形成。
另外，挡板311可以与孔PCB外壳310一体形成。
即，挡板311与孔PCB外壳310一体形成，使得挡板311可以容易地设置并固定。如上所述，当孔PCB外壳310的下部被设置有插入件以使得孔PCB外壳310被插入到形成在绝缘体150上的安置槽151中时，插入件的一个表面可以是挡板311。
如果霍尔传感器300被设置在孔PCB外壳310的插入件中，则霍尔传感器不会受到流动空气的影响，并且可以保护霍尔传感器免受灰尘或异物的影响。
另外，十个永磁体220沿着圆周方向彼此间隔开预定角度，因此转子200被形成为10极，并且三个霍尔传感器300可以沿着圆周方向彼此间隔开24°。
即，如上所述，在转子200中，位于芯体210的径向外侧附近的永磁体220可以沿着圆周方向彼此间隔开预定间隔，10个永磁体220可以沿着圆周方向相对于转子的旋转中心彼此间隔开预定角度，一个永磁体的N极可以被设置在径向外侧并且其S极可以被设置在径向内侧，相邻的永磁体的S极可以被设置在径向外侧并且其N极可以被设置在径向内侧，并且永磁体按照N极的位置和S极的位置沿着圆周方向改变的方式交替地设置，使得转子200可以被形成为10极。
在该构造中，三个霍尔传感器30可以沿着圆周方向相对于转子的旋转中心彼此间隔开24°。也就是说，其中在转子200旋转360°作为机器角度的同时具有设置在外侧的N极的一个永磁体和具有设置在外侧的S极的一个永磁体通过的周期是重复五次，10极转子的一次周期的机器角度变为360°/5＝72°，并且一次周期的72°的机器角度对应于360°的电角度。因此，相对于360°的电角度以120°电角度的相位差设置的三个霍尔传感器300的机器角度可以是24°，因此三个霍尔传感器300可以沿着圆周方向彼此间隔开24°。
另外，八个永磁体220沿着圆周方向彼此间隔开预定角度，因此转子200被形成为8极，并且三个霍尔传感器300可以沿着圆周方向彼此间隔开30°。
即，如上所述，永磁体被形成为8个，因此转子200可以被形成为8极，8个永磁体220可以相对于转子的旋转中心沿着圆周方向彼此间隔开预定角度，并且类似于10极转子，多个永磁体按照永磁体的N极和S极的位置改变的形式沿着圆周方向交替地布置，使得转子200可以被形成为10极。
在该构造中，三个霍尔传感器30可以沿着圆周方向相对于转子的旋转中心彼此间隔开30°。即，其中在转子200旋转360°作为机器角度的同时具有设置在外侧的N极的一个永磁体和具有设置在外侧的S极的一个永磁体通过的周期是重复四次，8极转子的一次周期的机器角度变为360°/4＝90°，并且一次周期的90°的机器角度对应于360°的电角度。因此，相对于360°的电角度以120°电角度的相位差设置的三个霍尔传感器300的机器角度可以为30°，因此三个霍尔传感器300可以沿着圆周方向彼此间隔开30°。
本发明不限于上述示例性实施方式，而是可以被不同地应用，并且可以由本发明所属的领域中的技术人员在不脱离权利要求所要求保护的本发明的主旨的情况下进行各种修改。
[主要元件的详细描述]
1000：BLDC电机
100：定子
110：芯体
120：齿
121：内圆周表面
140：线圈
150：绝缘体
151：安置槽
152：延伸部
200：转子
210：芯体
211：外圆周表面
220：永磁体
230：旋转轴
240：轴承
h1，h2：悬垂部
300：霍尔传感器
310：孔PCB外壳
311：挡板
312：插入件
320：孔PCB
500：外壳

Claims (6)

1.一种BLDC电机，该BLDC电机包括：
定子(100)，所述定子(100)被设置有多个齿(120)，所述多个齿(120)朝向芯体(110)的内侧延伸并且具有缠绕在所述多个齿(120)上的线圈(140)；
转子(200)，所述转子(200)以彼此间隔开的方式设置在所述定子(100)的内侧，并且具有分别插入到多个槽的永磁体(220)，所述多个槽从芯体(210)的外圆周表面沿着圆周方向朝向径向内侧彼此间隔开；
霍尔传感器(300)，所述霍尔传感器(300)被设置成在彼此间隔开的同时与所述转子(200)的所述芯体(210)的外圆周表面(211)相对，并且响应于所述转子(200)的旋转来检测磁场中的变化；
绝缘体(150)，该绝缘体(150)联接到所述定子(100)，使得所述绝缘体(150)环绕所述定子(100)以将所述定子(100)电绝缘，其中，所述绝缘体(150)被设置有安置槽(151)，所述霍尔传感器(300)能够被设置在所述安置槽(151)中；以及
孔PCB外壳(310)，所述孔PCB外壳(310)以彼此间隔开的方式被设置在所述线圈(140)的高度方向上的外侧，并且被联接到所述绝缘体(150)，
所述孔PCB外壳(310)的下部被设置有插入件(312)，所述插入件(312)被插入到形成在所述绝缘体(150)上的所述安置槽(151)中，
所述孔PCB外壳(310)的所述插入件(312)被形成为从上方向下凹进的凹槽形状，从而在所述凹槽内设置有所述霍尔传感器(300)，
该BLDC电机包括挡板(311)，该挡板(311)被设置为用于阻挡所述转子(200)的所述芯体(210)的外圆周表面(211)与所述霍尔传感器(300)之间的间隙，所述孔PCB外壳(310)的所述插入件(312)的一个表面是所述挡板(311)，
所述转子(200)的所述芯体(210)的中心高度与所述定子(100)的所述芯体(110)的中心高度间隔开，所述定子(100)的所述芯体(110)被设置在所述转子(200)的所述芯体(210)的在高度方向上的两个表面之间的高度范围内，并且垂悬部(h1、h2)形成在所述转子(200)的所述芯体(210)的在高度方向上的两侧，
所述转子(200)的所述芯体(210)的上侧的垂悬部(h1)的尺寸比下侧的垂悬部(h2)的尺寸大，使得所述霍尔传感器(300)被设置于所述上侧的垂悬部(h1)内，
所述定子(100)的所述芯体(110)和所述转子(200)的所述芯体(210)相邻配置。
2.根据权利要求1所述的BLDC电机，其中，所述转子(200)的所述芯体(210)的中心高度被设置为在与由在联接到所述转子(200)的旋转轴(230)的同时旋转的风扇(400)作用于所述转子(200)的轴向力的方向相同的方向上与所述定子(100)的所述芯体(110)的中心高度间隔开。
3.根据权利要求1所述的BLDC电机，该BLDC电机还包括：
孔PCB(320)，所述孔PCB(320)联接到所述孔PCB外壳(310)的在所述高度方向上的外侧，并且被设置有所述霍尔传感器(300)。
4.根据权利要求1所述的BLDC电机，其中，所述挡板(311)与孔PCB外壳(310)一体形成。
5.根据权利要求1所述的BLDC电机，其中，十个永磁体(220)沿着圆周方向彼此间隔开预定角度，因此所述转子(200)被形成为10极，并且
三个霍尔传感器(300)沿着所述圆周方向彼此间隔开24°。
6.根据权利要求1所述的BLDC电机，其中，八个永磁体(220)沿着圆周方向彼此间隔开预定角度，因此所述转子(200)被形成为8极，并且
三个霍尔传感器(300)沿着所述圆周方向彼此间隔开30°。
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