CN109149890A - 一种空心轴无刷直流电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空心轴无刷直流电机，所述电机包括磁体、线圈和定子铁芯，所述电机还包括筒体，所述筒体一端向内侧延伸形成有转子端盖，所述转子端盖中部形成有空心，所述空心边缘向垂直于所述转子端盖的方向延伸形成有空心轴体，所述空心轴体与所述筒体相互平行，空心轴体与筒体之间形成有容纳所述磁体、线圈和定子铁芯的空间，所述筒体、转子端盖和空心轴体之间形成结构一体的空心轴转子壳，所述电机支座包括支座端部，所述支座端部向内侧延伸形成嵌套部，所述嵌套部上形成有支撑部，所述定子铁芯内侧搁置在所述支撑部上。本发明提高了零件的精度，降低了装配难度，提高了组装的效率，同时实现一体化成型，减低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种空心轴无刷直流电机，涉及电机技术领域。
背景技术
无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，又称无换向器电机，是一种典型的机电一体化产品。直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能。直流无刷电机是同步电机的一种，电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数(p)影响。电源部可以直接以直流电输入(一般为24v)或以交流电输入(110v/220v)，如果输入是交流电需要先经转换器(converter)转成直流。
空心轴电机与一般电机相比转轴是空心的，现有技术中的空心轴电机转子壳组件是由装磁铁的筒体、转子端盖和空心轴组成，筒体、转子端盖和空心轴是相互孤立的部件，需要单独的进行制作生产，相互之间的精度难以保证，影响电机的正常使用寿命，并且装配难度较大，组装效率较低，生产成本高。
发明内容
本发明目的在于提供一种空心轴无刷直流电机，实现筒体、转子端盖和空心轴一体化，提高了零件的精度，降低了装配难度，提高了组装的效率，同时由于一体化成型，减低了成本。
本发明实施例解决上述技术问题的技术方案如下：一种空心轴无刷直流电机，所述电机包括磁体、线圈和定子铁芯，所述电机还包括筒体，所述筒体一端向内侧延伸形成有转子端盖，所述转子端盖中部形成有空心，所述空心边缘向垂直于所述转子端盖的方向延伸形成有空心轴体，所述空心轴体与所述筒体相互平行，空心轴体与筒体之间形成有容纳所述磁体、线圈和定子铁芯的空间，所述筒体、转子端盖和空心轴体之间形成结构一体的空心轴转子壳。
作为空心轴无刷直流电机的优选方案，所述磁体与所述筒体的内侧相邻，所述磁体呈环状排列；所述磁体内侧设有所述定子铁芯，所述定子铁芯上缠绕有所述线圈。磁体用于在电机中形成磁场，在转动过程中使线圈绕组切割其产生的磁感线发电或者反之产生转动。
作为空心轴无刷直流电机的优选方案，所述磁体采用烧结钕铁硼磁铁、粘接钕铁硼磁铁、铁氧体、注塑磁或橡胶磁。钕铁硼磁铁可分为粘结钕铁硼和烧结钕铁硼两种，钕铁硼磁铁是具有强磁力的永久磁铁，粘接钕铁硼磁铁实际上是注塑成型，烧结钕铁硼磁铁是抽真空通过高温加热成型。铁氧体是具有亚铁磁性的金属氧化物，铁氧体的电阻率比单质金属或合金磁性材料大，具有较高的介电性能。铁氧体的磁性能表现在高频时具有较高的磁导率。注塑磁由尼龙加磁粉组成，以注塑机通过射出成型的方式生产出来。橡胶磁是铁氧体磁材系列中的一种，由粘结铁氧体磁粉与合成橡胶复合，经挤出成型、压延成型、注射成型等工艺制成，具有柔软性、弹性及可扭曲性，容易加工成条状、卷状、片状、块状、圆环及各种复杂形状。
作为空心轴无刷直流电机的优选方案，所述空心轴体上嵌套有轴承，所述轴承采用含油轴承、滚珠轴承或液压轴承。轴承在电机中作为一个支撑空心轴的零件，它可以引导空心轴的旋转，也可以承受空心轴上空转的部件。含油轴承是一种多孔质轴承，以金属粉末为主要原料，含油轴承是用粉末冶金法制作的烧结体，在制造过程中可较自由调节孔隙的数量、大小、形状及分布，具有成本低、能吸振、噪声小、在较长工作时间内不用加润滑油等特点。滚珠轴承是滚动轴承的一种，将球形合金钢珠安装在内钢圈和外钢圈的中间，以滚动方式来降低动力传递过程中的摩擦力和提高机械动力的传递效率。液压轴承拥有比含油轴承更大的储油空间，并有环回式供油回路。
作为空心轴无刷直流电机的优选方案，所述轴承外侧设有电机支座，所述电机支座设置在轴承与定子铁芯之间。电机支座起到对磁体、线圈和定子铁芯的支撑作用。
作为空心轴无刷直流电机的优选方案，所述电机支座包括支座端部，所述支座端部向内侧延伸形成嵌套部，所述嵌套部上形成有支撑部，所述定子铁芯内侧搁置在所述支撑部上。
作为空心轴无刷直流电机的优选方案，所述嵌套部外围套有电路板，所述电路板呈圆环状。电机的电路板用来控制电机的旋转角度和运转速度，实现对占空比的控制，达到对电机怠速控制，电机的驱动电路可通过继电器或功率晶体管驱动，也可利用可控硅或功率型MOS场效应管驱动，采用两个瓷片电容和一个电阻组成简单RC低通滤波，可以吸收电机产生的传导型干扰信号，大电容用于稳定供电电流，平衡电机感性负载。
作为空心轴无刷直流电机的优选方案，所述电路板上布置有位置传感器，所述位置传感器采用霍尔感应器或磁编码器。位置传感器对电机转子位置进行检测，其输出信号经过逻辑变换后去控制开关管的通断，使电机定子各相绕组按顺序导通，保证电机连续工作。
霍尔感应器是磁敏式位置传感器的一种，是利用霍尔效应制成的。当霍尔元件按要求通以电流并置于外磁场中，即输出霍尔电势信号，当其不受外磁场作用时，其输出端无信号。用霍尔元件作转子位置传感器通常有两种方式。第一种方式是将霍尔元件粘贴于电机端盖内表面，靠近霍尔元件并与之有一小间隙处，安装在与电机轴同轴的永磁体。对于两相导通星形三相六状态无刷直流电机，三个霍尔元件在空间彼此相隔120°电角度，永磁体的极弧宽度为180°电角度。这样，当电机转子旋转时，三个霍尔元件便交替输出三个宽度为180°电角、相位互差120°电角的矩形波信号。第二种方式是直接将霍尔元件敷贴在定子电枢铁心气隙表面或绕组端部紧靠铁心处，利用电机转子上的磁体主极作为传感器的永磁体，根据霍尔元件的输出信号即可判断转子磁极位置，将信号放大处理后便可驱动逆变器工作。
磁编码器可以将电信号或数据转换成为用以通讯、传输和存储的信号形式。磁编码器原理是采用磁阻或者霍尔元件对变化的磁性材料的角度或者位移值进行测量，磁性材料角度或者位移的变化会引起一定电阻或者电压的变化，通过放大电路对变化量进行放大，通过单片机处理后输出脉冲信号或者模拟量信号，达到测量的目的。
作为空心轴无刷直流电机的优选方案，所述空心轴转子壳采用粉末冶金工艺、粉末注塑工艺、压铸工艺或overmold注塑工艺制备。粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制取金属材料、复合材料以及各种类型制品的工业技术。
粉末注塑工艺是用原料(粉末/粘合剂的混合物)制造成型零件的过程，具体包括预塑：在塑化单元中，原料的粘合剂部分会在温度的作用下熔化；注塑：塑料混合物在高压下被注塑到固定在锁模装置中的模具中。模具保持闭合，同时成型零件硬化；开模：在零件冷却后，喷嘴会通过注塑装置的移动从模具位置移开。锁模装置打开，注塑成型机的顶针系统会自动顶出成型零件；零件脱模：使用机械手系统从模具中脱出易碎的零件而不造成损坏。
压铸工艺是利用机器、模具和合金等三大要素，将熔融金属在高压高速下充填铸型，并在高压下结晶凝固形成铸件的过程。overmold注塑是二次注塑成型工艺，也称套啤或者包胶。通过将塑胶原材料在一次的塑胶模具内成型后，将成型后的零件取出，放入二次成型的模具内再次注入同种或者另外一种塑胶材料成型的工艺。
作为空心轴无刷直流电机的优选方案，将空心轴无刷直流电机应用在云台、机器人或工业设备场合。
本发明的有益效果是：转子端盖中部形成有空心，空心边缘向垂直于转子端盖的方向延伸形成有空心轴体，空心轴体与筒体相互平行，空心轴体与筒体之间形成有容纳磁体、线圈和定子铁芯的空间，筒体、转子端盖和空心轴体之间形成结构一体的空心轴转子壳，本发明提高了零件的精度，降低了装配难度，提高了组装的效率，同时实现一体化成型，减低了成本。
附图说明
图1为本发明实施例中的空心轴无刷直流电机的立体结构示意图；
图2为本发明实施例中的空心轴无刷直流电机的前视结构示意图；
图3为本发明实施例中的空心轴无刷直流电机的分解结构示意图；
图4为本发明实施例中的空心轴无刷直流电机的沿中心轴DD的剖面示意图；
图5为本发明实施例中的空心轴无刷直流电机的空心轴转子壳结构示意图；
其中，1、磁体；2、线圈；3、定子铁芯；4、筒体；5、转子端盖；6、空心轴体；7、空心轴转子壳；8、轴承；9、电机支座；10、支座端部；11、嵌套部；12、支撑部；13、电路板。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
如图1、图2、图3、图4和图5所示，一种空心轴无刷直流电机，包括磁体1、线圈2和定子铁芯3，电机还包括筒体4，筒体4一端向内侧延伸形成有转子端盖5，转子端盖5中部形成有空心，空心边缘向垂直于转子端盖5的方向延伸形成有空心轴体6，空心轴体6与筒体4相互平行，空心轴体6与筒体4之间形成有容纳磁体1、线圈2和定子铁芯3的空间，筒体4、转子端盖5和空心轴体6之间形成结构一体的空心轴转子壳7。
空心轴无刷直流电机的一个实施例中，磁体1与筒体4的内侧相邻，磁体1呈环状排列；磁体1内侧设有定子铁芯3，定子铁芯3上缠绕有线圈2。磁体1用于在电机中形成磁场，在转动过程中使线圈2绕组切割其产生的磁感线发电或者反之产生转动。
磁体1采用烧结钕铁硼磁铁、粘接钕铁硼磁铁、铁氧体、注塑磁或橡胶磁。钕铁硼磁铁可分为粘结钕铁硼和烧结钕铁硼两种，钕铁硼磁铁是具有强磁力的永久磁铁，粘接钕铁硼磁铁实际上是注塑成型，烧结钕铁硼磁铁是抽真空通过高温加热成型。铁氧体是具有亚铁磁性的金属氧化物，铁氧体的电阻率比单质金属或合金磁性材料大，具有较高的介电性能。铁氧体的磁性能表现在高频时具有较高的磁导率。注塑磁由尼龙加磁粉组成，以注塑机通过射出成型的方式生产出来。橡胶磁是铁氧体磁材系列中的一种，由粘结铁氧体磁粉与合成橡胶复合，经挤出成型、压延成型、注射成型等工艺制成，具有柔软性、弹性及可扭曲性，容易加工成条状、卷状、片状、块状、圆环及各种复杂形状。
空心轴无刷直流电机的一个实施例中，空心轴体6上嵌套有轴承8，轴承8采用含油轴承、滚珠轴承或液压轴承。轴承8在电机中作为一个支撑空心轴的零件，它可以引导空心轴的旋转，也可以承受空心轴上空转的部件。含油轴承是一种多孔质轴承，以金属粉末为主要原料，含油轴承是用粉末冶金法制作的烧结体，在制造过程中可较自由调节孔隙的数量、大小、形状及分布，具有成本低、能吸振、噪声小、在较长工作时间内不用加润滑油等特点。滚珠轴承是滚动轴承的一种，将球形合金钢珠安装在内钢圈和外钢圈的中间，以滚动方式来降低动力传递过程中的摩擦力和提高机械动力的传递效率。液压轴承拥有比含油轴承更大的储油空间，并有环回式供油回路。
空心轴无刷直流电机的一个实施例中，轴承8外侧设有电机支座9，电机支座9设置在轴承8与定子铁芯3之间。电机支座9起到对磁体1、线圈2和定子铁芯3的支撑作用。电机支座9包括支座端部10，支座端部10向内侧延伸形成嵌套部11，嵌套部11上形成有支撑部12，定子铁芯3内侧搁置在支撑部12上。嵌套部11外围套有电路板13，电路板13呈圆环状。
电机的电路板13用来控制电机的旋转角度和运转速度，实现对占空比的控制，达到对电机怠速控制，电机的驱动电路可通过继电器或功率晶体管驱动，也可利用可控硅或功率型MOS场效应管驱动，采用两个瓷片电容和一个电阻组成简单RC低通滤波，可以吸收电机产生的传导型干扰信号，大电容用于稳定供电电流，平衡电机感性负载。
电路板13上布置有位置传感器，位置传感器采用霍尔感应器或磁编码器。位置传感器对电机转子位置进行检测，其输出信号经过逻辑变换后去控制开关管的通断，使电机定子各相绕组按顺序导通，保证电机连续工作。
霍尔感应器是磁敏式位置传感器的一种，是利用霍尔效应制成的。当霍尔元件按要求通以电流并置于外磁场中，即输出霍尔电势信号，当其不受外磁场作用时，其输出端无信号。用霍尔元件作转子位置传感器通常有两种方式。第一种方式是将霍尔元件粘贴于电机端盖内表面，靠近霍尔元件并与之有一小间隙处，安装在与电机轴同轴的永磁体1。对于两相导通星形三相六状态无刷直流电机，三个霍尔元件在空间彼此相隔120°电角度，永磁体1的极弧宽度为180°电角度。这样，当电机转子旋转时，三个霍尔元件便交替输出三个宽度为180°电角、相位互差120°电角的矩形波信号。第二种方式是直接将霍尔元件敷贴在定子电枢铁心气隙表面或绕组端部紧靠铁心处，利用电机转子上的磁体1主极作为传感器的永磁体1，根据霍尔元件的输出信号即可判断转子磁极位置，将信号放大处理后便可驱动逆变器工作。
磁编码器可以将电信号或数据转换成为用以通讯、传输和存储的信号形式。磁编码器原理是采用磁阻或者霍尔元件对变化的磁性材料的角度或者位移值进行测量，磁性材料角度或者位移的变化会引起一定电阻或者电压的变化，通过放大电路对变化量进行放大，通过单片机处理后输出脉冲信号或者模拟量信号，达到测量的目的。
空心轴无刷直流电机的一个实施例中，空心轴转子壳7采用粉末冶金工艺、粉末注塑工艺、压铸工艺或overmold注塑工艺制备。粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制取金属材料、复合材料以及各种类型制品的工业技术。
粉末注塑工艺是用原料(粉末/粘合剂的混合物)制造成型零件的过程，具体包括预塑：在塑化单元中，原料的粘合剂部分会在温度的作用下熔化；注塑：塑料混合物在高压下被注塑到固定在锁模装置中的模具中。模具保持闭合，同时成型零件硬化；开模：在零件冷却后，喷嘴会通过注塑装置的移动从模具位置移开。锁模装置打开，注塑成型机的顶针系统会自动顶出成型零件；零件脱模：使用机械手系统从模具中脱出易碎的零件而不造成损坏。
压铸工艺是利用机器、模具和合金等三大要素，将熔融金属在高压高速下充填铸型，并在高压下结晶凝固形成铸件的过程。overmold注塑是二次注塑成型工艺，也称套啤或者包胶。通过将塑胶原材料在一次的塑胶模具内成型后，将成型后的零件取出，放入二次成型的模具内再次注入同种或者另外一种塑胶材料成型的工艺。
本发明空心轴无刷直流电机可以应用在云台、机器人或工业设备场合，转子端盖5中部形成有空心，空心边缘向垂直于转子端盖5的方向延伸形成有空心轴体6，空心轴体6与筒体4相互平行，空心轴体6与筒体4之间形成有容纳磁体1、线圈2和定子铁芯3的空间，筒体4、转子端盖5和空心轴体6之间形成结构一体的空心轴转子壳7，本发明提高了零件的精度，降低了装配难度，提高了组装的效率，同时实现一体化成型，减低了成本。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种空心轴无刷直流电机，所述电机包括磁体(1)、线圈(2)和定子铁芯(3)，其特征在于：所述电机还包括筒体(4)，所述筒体(4)一端向内侧延伸形成有转子端盖(5)，所述转子端盖(5)中部形成有空心，所述空心边缘向垂直于所述转子端盖(5)的方向延伸形成有空心轴体(6)，所述空心轴体(6)与所述筒体(4)相互平行，空心轴体(6)与筒体(4)之间形成有容纳所述磁体(1)、线圈(2)和定子铁芯(3)的空间，所述筒体(4)、转子端盖(5)和空心轴体(6)之间形成结构一体的空心轴转子壳(7)。
2.根据权利要求1所述的一种空心轴无刷直流电机，其特征在于：所述磁体(1)与所述筒体(4)的内侧相邻，所述磁体(1)呈环状排列；所述磁体(1)内侧设有所述定子铁芯(3)，所述定子铁芯(3)上缠绕有所述线圈(2)。
3.根据权利要求2所述的一种空心轴无刷直流电机，其特征在于：所述磁体(1)采用烧结钕铁硼磁铁、粘接钕铁硼磁铁、铁氧体、注塑磁或橡胶磁。
4.根据权利要求1所述的一种空心轴无刷直流电机，其特征在于：所述空心轴体(6)上嵌套有轴承(8)，所述轴承(8)采用含油轴承、滚珠轴承或液压轴承。
5.根据权利要求4所述的一种空心轴无刷直流电机，其特征在于：所述轴承(8)外侧设有电机支座(9)，所述电机支座(9)设置在轴承(8)与定子铁芯(3)之间。
6.根据权利要求5所述的一种空心轴无刷直流电机，其特征在于：所述电机支座(9)包括支座端部(10)，所述支座端部(10)向内侧延伸形成嵌套部(11)，所述嵌套部(11)上形成有支撑部(12)，所述定子铁芯(3)内侧搁置在所述支撑部(12)上。
7.根据权利要求6所述的一种空心轴无刷直流电机，其特征在于：所述嵌套部(11)外围套有电路板(13)，所述电路板(13)呈圆环状。
8.根据权利要求7所述的一种空心轴无刷直流电机，其特征在于：所述电路板(13)上布置有位置传感器，所述位置传感器采用霍尔感应器或磁编码器。
9.根据权利要求1所述的一种空心轴无刷直流电机，其特征在于：所述空心轴转子壳(7)采用粉末冶金工艺、粉末注塑工艺、压铸工艺或overmold注塑工艺制备。
10.根据权利要求1至9任一项所述的一种空心轴无刷直流电机，其特征在于：将空心轴无刷直流电机应用在云台、机器人或工业设备场合。
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