CN110912341A - 用于电动工具的无刷马达 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于电动工具的无刷直流马达。该马达包括定子组件，该定子组件包括具有定子叠片的定子芯，定子叠片具有环形部分，以及向内延伸的定子齿。该马达还包括转子组件，转子组件包括转子芯，该转子芯具有转子叠片并限定了容纳输出轴的中心孔。转子组件还包括位于转子芯的第一侧上的转子端盖，该转子端盖具有轴承保持架并限定通道，其中，通道在转子端盖的面向转子芯的一侧上敞开。马达还包括设置在轴承保持架中的轴承和位置传感器板组件，轴承保持架将转子端盖连接到输出轴，位置传感器板组件设置在转子端盖的通道中并且被构造成将转子芯的位置信息提供给马达控制器。

Description

用于电动工具的无刷马达
本申请为2017年3月30日递交的、申请号为201780021806.0的中国专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2016年3月30日递交的申请号为62/315479的美国临时专利申请的优先权，该专利申请的全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种用于电动工具的无刷马达。
背景技术
电动工具通常包括连接到电源以为工具提供动力的马达。一种这样的马达是有刷直流(DC)马达。在有刷直流马达中，马达电刷由于转子的旋转而产生和断开与马达的电连接。通常，有刷直流马达用于电动工具中是因为它们相对容易制造并且成本低。然而，有刷直流马达在用于电动工具时具有若干缺点。有刷直流马达的一个缺点是电刷最终会磨损，从而降低了电动工具的寿命。此外，由于电刷在形成和断开电连接，因此电动工具内可能存在火花和电噪声。无刷直流马达是电动工具中使用的另一种马达。无刷直流马达使用电子控制开关，来选择性地向马达的线圈施加电力，以驱动转子而不是电刷。
发明内容
本发明的实施例涉及用于电动工具的无刷直流马达，以及包含这种无刷直流马达的电动工具。在一个实施例中，提供了一种电动工具，包括：壳体；位于壳体内的控制器；以及位于壳体内并且由控制器控制的无刷马达。无刷马达包括：定子组件和转子组件。定子组件包括具有定子叠片的定子芯，所述定子叠片具有环形部分，以及向内延伸的定子齿。转子组件包括：转子芯，具有转子叠片，并限定了容纳输出轴的中心孔。所述转子组件还包括转子端盖，其在转子芯的第一侧上，具有轴承保持架并限定通道，其中，通道在转子端盖的面向转子芯的一侧敞开。所述无刷马达还包括轴承，其设置在轴承保持架中，其将转子端盖连接到输出轴，以及位置传感器板组件，其设置在转子端盖的通道中并且被配置成向控制器提供转子芯的位置信息。
在另一个实施例中，提供了一种无刷直流马达，包括定子组件、转子组件、轴承和位置传感器板组件。定子组件包括具有定子叠片的定子芯，所述定子叠片具有环形部分，以及向内延伸的定子齿。转子组件包括：转子芯，其具有转子叠片并限定了容纳输出轴的中心孔。转子组件还包括转子端盖，其在转子芯的第一侧上，其具有轴承保持架并限定通道，其中，通道在转子端盖的面向转子芯的一侧敞开。轴承设置在轴承保持架中，其将转子端盖连接到输出轴。位置传感器板组件设置在转子端盖的通道中，并且被配置成将转子芯的位置信息提供给马达控制器。
在另一个实施例中，提供了一种电动工具，包括：壳体；位于壳体内的控制器；以及位于壳体内并且由控制器控制的无刷马达。无刷马达包括定子组件、转子组件、以及位置传感器板组件。定子组件包括具有定子叠片的定子芯，所述定子叠片具有环形部分，以及向内延伸的定子齿。定子组件限定了在定子组件的定子端盖的轴向端部之间延伸、在轴向上的定子空间。转子组件包括：转子芯，具有转子叠片，并限定了中心孔，中心孔在轴向上延伸并且容纳输出轴。转子组件还包括：前转子端盖，其设置在转子芯的第一侧上；后转子端盖，其设置在转子芯的第二侧上。位置传感器板组件包括位置传感器并且配置成向控制器提供转子芯的位置信息。转子组件和位置传感器板组件至少部分地设置在定子空间内。
在另一个实施例中，提供了一种电动工具，其包括壳体；位于壳体内的控制器；位于壳体内并且由控制器控制的无刷马达。无刷马达包括定子组件，定子组件包括具有预定数量的定子叠片的定子芯，定子叠片限定沿轴向的堆叠长度。无刷马达还包括前轴承和后轴承。前轴承和后轴承在前轴承和后轴承的轴向端之间沿轴向限定轴承到轴承长度。轴承到轴承长度与堆叠长度之间的差值小于27.5毫米。
在一些实施例中，轴承到轴承长度与堆叠长度之间的差值大于25.5毫米。在一些实施例中，无刷马达还包括位置传感器板组件，其中，位置传感器板组件和后轴承在后轴承的轴向端和位置传感器板组件之间、沿轴向限定轴承到板长度。轴承到板长度与堆叠长度之间的差值小于20.5毫米。在一些实施例中，无刷马达具有至少部分地在轴承到轴承长度内的以下部件：转子组件、风扇和位置板组件。转子组件包括转子芯，转子芯具有转子叠片并限定中心孔，该中心孔沿轴向延伸并容纳输出轴，输出轴与前轴承和后轴承配合，以使转子芯能够旋转。
在另一个实施例中，提供了一种电动工具，其包括壳体、位于壳体内的控制器、以及位于壳体内并由控制器控制的无刷马达。无刷马达包括定子组件和转子组件。定子组件包括具有预定数量的定子叠片的定子芯，定子叠片在轴向方向上限定堆叠长度。无刷马达还包括转子组件，其包括转子芯，转子芯具有转子叠片并限定中心孔，该中心孔沿轴向方向延伸并容纳输出轴。转子组件还包括设置在转子芯的第一侧上的前转子端盖，以及设置在转子芯的第二侧上的后转子端盖，转子芯具有后轴承保持架。无刷马达还包括前轴承和后轴承。后轴承设置在后轴承保持架中。前轴承和后轴承保持架设置在前轴承和后轴承保持架的轴向端部之间、沿轴向限定轴承到轴承长度，其中轴承到轴承长度与堆叠长度之间的差值小于24毫米。
在一些实施例中，无刷马达至少部分地在轴承到轴承长度内的以下组件：转子组件；风扇；位于后转子端盖的通道中的位置传感器板组件。
在另一个实施例中，提供了一种电动工具，其包括壳体，位于壳体内的控制器；位于壳体内并且由控制器控制的无刷马达。无刷马达包括定子组件和转子组件。定子组件包括具有预定数目的定子叠片的定子芯，定子叠片限定在轴向上的堆叠长度。转子组件包括转子芯，转子芯具有转子叠片并限定容纳中心孔，中心孔在轴向上延伸并且容纳输出轴。转子组件还包括设置在转子芯的第一侧上的前转子端盖，该转子芯具有前轴承保持器；以及设置在转子芯的第二侧上的后转子端盖。无刷马达还包括风扇、前轴承和后轴承。前轴承设置在前轴承保持架中。前轴承保持架和风扇在前轴承保持架的轴向端部与风扇之间、沿轴向限定轴承到风扇长度，其中，轴承到风扇长度与堆叠长度之间的差值小于23.5毫米。
在一些实施例中，风扇和前转子端盖的前面在风扇的轴向端和前面之间、在轴向方向上限定了风扇到端盖长度，其中，风扇到端盖的长度与堆叠长度之间的差值小于20.5毫米。在一些实施例中，无刷马达具有至少部分地在轴承到风扇长度内的以下组件：前轴承；后轴承；风扇；位于后转子端盖的通道中的位置传感器板组件。
在另一个实施例中，提供了一种动力工具，其包括壳体，位于壳体内的控制器；位于壳体内并且由控制器控制的无刷马达。无刷马达包括定子组件和转子组件。定子组件包括具有定子叠片的定子芯，定子叠片具有环形部分，以及向内延伸的定子齿。转子组件包括转子芯，转子芯具有转子叠片并限定容纳输出轴的中心孔。转子组件还包括转子框架，转子框架包括位于转子芯的第一侧上的第一面部分，延伸穿过转子芯的磁体壳体部分，以及位于转子芯体的、与第一侧面相对的第二侧面上的端部部分。端部部分包括风扇，该风扇构造成在转子被驱动时产生气流。
在一些实施例中，转子框架是整体的并且由硬化树脂形成。在一些实施例中，端部部分还包括第二面部分，转子叠片形成具有磁体孔的转子叠片，并且第一面部分和第二面部分邻接转子叠片的相对轴向端部，并且将磁体保持在磁体孔中。
在另一个实施例，提供了一种电动工具，其包括壳体和无刷直流(DC)马达，其位于壳体内并且电连接到电源。无刷直流马达包括形成定子空间的定子，以及凹入定子空间内的转子。无刷直流马达还包括凹入定子空间内和无刷直流马达的风扇端的第一轴承，和凹入定子空间内和无刷直流马达的工具端的第二轴承。无刷直流马达还包括凹入定子空间内的霍尔传感器印刷电路板(PCB)。在一些示例中，第一和第二轴承部分地位于定子空间内并且部分地位于定子空间外。在一些示例中，转子和位置传感器板组件完全在定子空间内。
另一个实施例提供了一种电动工具，其包括壳体和位于壳体内并且电连接到电源的无刷直流(DC)马达。无刷直流马达包括具有多个齿的定子和围绕多个齿的定子绕组。无刷直流马达还包括在多个齿和转子壳体之间的多个间隙，其具有多个腿，所述多个腿密封多个间隙。无刷直流马达包括由腿和定子齿部分地形成的密封气隙。在一些示例中，密封气隙还由转子壳体的前端盖、转子壳体的后端盖、前端盖内的前轴承、后端盖内的后轴承、以及轴形成。在一些示例中，转子位于密封气隙内并在其中旋转。在一些示例中，位置传感器板组件位于密封气隙内。在一些示例中，位置传感器板组件位于后端盖的通道内，位于后端盖的面向马达的一侧上。
另一个实施例提供了一种电动工具，其包括壳体和位于壳体内并且电连接到电源的无刷直流(DC)马达。无刷直流马达包括转子壳体的前端盖和凹入前端盖内的轴承。前端盖包括安装凸台，齿轮箱安装在该安装凸台上。轴承从前端盖轴向向外延伸，并且由齿轮箱的开口容纳，使得轴承由无刷直流马达和齿轮箱共用。轴承和前端盖还位于无刷直流马达的定子空间内。
另一个实施例提供了一种电动工具，其包括壳体和位于壳体内并且电连接到电源的无刷直流(DC)马达。无刷直流马达包括凹入无刷直流马达的定子空间内的霍尔传感器，霍尔传感器位于无刷直流马达的后端并围绕无刷直流马达的轴承。在一些示例中，无刷直流马达包括转子壳体，转子壳体包括后端盖，后端盖包括容纳轴承的开口。后端盖还包括在开口的径向外侧的环形通道，环形通道容纳霍尔传感器电路板，霍尔传感器位于霍尔传感器电路板上。在一些示例中，环形通道位于后端盖的面向马达的一侧上。
附图说明
图1示出了包含无刷直流马达的电动工具。
图2示出了诸如图1中所示的无刷电动工具的框图。
图3A、图3B和图3C示出了结合在图1的电动工具中的无刷直流马达的独立转子和内部轴承。
图4A和图4B示出了马达的凹入的霍尔传感器板的安装。
图5示出了马达的横截面。
图6示出了马达的透视图。
图7A、图7B和图7C示出了马达的密封气隙。
图8示出了马达的定子的透视图。
图9A和图9B示出了具有改进的导线布线和支撑特征的马达。
图10A、图10B、图10C、图10D、图10E、图10F和图10G示出了马达的组装过程。
图11示出了移除了定子端盖的马达的定子。
图12示出了具有转子并且移除了定子的马达。
图13和图14示出了马达的转子壳体，其中转子被移除。
图15示出了从转子壳体移除的转子。
图16-图24示出了马达的附加视图。
图25是根据另一实施例的马达的透视图。
图26示出了图25的马达的绕组连接。
图27是图25的马达的独立转子的透视图。
图28是图25的马达的独立转子的横截面图。
图29是图25的马达的横截面图。
图30是图25的马达的定子的透视图。
图31A是图25的马达的转子端盖的分解图。
图31B是图25的马达的定子端盖和转子端盖的分解图。
图32是图25的马达的轴向横截面图。
图33是图25的马达的横截面透视图。
图34A、图34B和图34C是图25的马达包括与齿轮箱的连接的横截面图。
图35A、图35B和图35C示出了马达和齿轮箱之间的连接。
图36是齿轮箱连接的透视图。
图37是电动工具的透视图，示出了齿轮箱的连接。
图38是图25的马达的透视图。
图39是印刷电路板组件的透视图。
图40是图39的印刷电路板组件的另一透视图。
图41是根据另一实施例的、结合在图1的电动工具中的马达的透视图。
图42是根据另一实施例的、结合在图1的电动工具中的马达的透视图。
图43是图42的马达的转子的透视图。
图44是图43的马达的转子端盖的透视图。
图45是图42的转子的后透视图。
图46是图42的马达的位置传感器板组件的透视图。
图47是图42的马达的横截面。
图48是根据另一实施例的、结合在图1的电动工具中的马达的透视图。
图49是图48的马达的后透视图。
图50是图48的马达的转子的透视图。
图51是图50的转子的后透视图。
图52是图50的转子的转子端盖的透视图。
图53是图42的马达的横截面。
图54是根据另一实施例的、结合在图1的电动工具中的马达的横截面图。
图55是根据一个实施例的定子叠片的平面图。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施例之前，应理解，本发明的应用不限于在下面的描述中阐述的或在以下附图中示出的构造细节和部件布置。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式实践或实施。在一些实施例中，在本文中关于值使用的术语“约”、“大约”和“大体上”可以指在值的百分之一内、百分之二内、百分之五内或百分之十内。
图1示出了包含无刷直流(DC)马达的电动工具100。在诸如电动工具100的无刷马达电动工具中，通过来自控制器的控制信号选择性地启用和禁用开关元件，以选择性地从电源(例如，电池组)施加电力从而驱动无刷马达。电动工具100是无刷锤钻，其具有壳体102，壳体102具有手柄部分104和马达壳体部分106。电动工具100还包括输出单元107、扭矩设定拨盘108、正/反转选择器110、触发器112、电池接口114和灯116。尽管图1示出了锤钻，但是在一些实施例中，本文所述的马达结合到其他类型的电动工具中，包括钻头/驱动器、冲击驱动器、冲击扳手、圆锯、往复锯、线式修剪器、吹叶机、真空吸尘器等。
图2示出了无刷电动工具100的简化框图120，其包括电源122、场效应晶体管(FET)124、马达126、霍尔传感器128、马达控制器130、用户输入132、和其他部件133(电池组剩余电量计、工作灯(LED)、电流/电压传感器等)。电源122向电动工具100的各个部件提供DC电力，并且可以是电动工具电池组，其可再充电并且例如使用锂离子电池技术。在一些情况下，电源122可以与标准壁装插座连接的工具插头接收AC电力(例如，120V/60Hz)，然后过滤、调节和整流所接收的电力以输出DC电力。每个霍尔传感器128输出马达反馈信息，例如当转子的磁体转过霍尔传感器的表面上时的指示(例如，脉冲)。基于来自霍尔传感器128的马达反馈信息，马达控制器130可以确定转子的位置、速度和加速度。马达控制器130还从用户输入132接收用户控制，例如通过按下触发器112或移动正/反转选择器110。响应于马达反馈信息和用户控制，马达控制器130发送控制信号以控制FET 124以驱动马达126。通过选择性地启用和禁用FET 124，来自电源122的电力被选择性地施加到马达126的定子线圈，以引起转子的旋转。虽然未示出，但是马达控制器130和电动工具100的其他部件与电源122电连接，使得电源122向其提供电力。
图3A-图24示出了马达200或其各个部分。马达200是无刷马达，其用作电动工具100中的马达126。如上所述，马达200还可以与其他电动工具一起使用，例如钻头/驱动器、冲击驱动器和其他类型的电动工具。如下面将详细描述的，马达200包括减小的轴向长度、密封的气隙、改进的齿轮箱安装、以及改进的电线布线和支撑。
如图3A-图6所示，马达200包括允许减小的轴向长度的特征，这允许更小的工具壳体和/或为工具壳体内的其他部件提供额外的空间。马达200包括转子202、前轴承204、后轴承206(统称为轴承204、206)，位于马达200的定子空间(stator envelope)210内的位置传感器板组件208，以及轴216。如图5所示，定子空间210是沿着转子轴线214的长度、定子线圈212的端部之间的空间。使转子202、轴承204、206和位置传感器板组件208布置在定子空间210内，允许在轴向上的更紧凑的马达200。这里，轴向指的是沿着马达200的轴216的长度(即，沿着中心轴线)延伸的方向，而径向指的是从轴216的长度(即，中心轴)径向延伸的方向。转子202示出为完全位于定子空间210内。在一些实施例中，轴承204、206和位置传感器板组件208也完全在定子空间210内。在一些实施例中，位置传感器板组件208完全在定子空间210内，但是一个或两个轴承204、206部分位于定子空间210内并且部分地位于定子空间210外。在一些实施例中，轴承204、206完全位于定子空间210内，但位置传感器板组件208部分位于定子空间210外并且部分位于定子空间210外。在一些实施例中，位置传感器板组件208和一个轴承(例如，前轴承204或后轴承206)完全在定子空间210内，而另一个轴承(例如，前轴承204或后轴承206的另一个)部分位于定子空间210内并且部分位于定子空间210外。
位置传感器板组件208包括霍尔传感器128(或其他位置传感器)(参见图2)，以检测马达200的旋转位置、速度和加速度中的一个或多个。位置传感器板组件208电连接到具有马达控制器130的工具(未示出)内的控制PCB。如图4B、图5和图6所示，位置传感器板组件208包括通孔，该通孔容纳马达轴/主轴216和其中一个马达轴承(例如，前轴承204)。通过使位置传感器板组件208位于定子空间210内，转子磁体218可更靠近霍尔传感器128，这改善了转子位置的检测，而用不轴向延伸转子磁体218和/或转子芯203(参见图12-图14)。
转子202包含在图12-图14中所示的转子壳体220内。转子壳体220包括具有堆叠在一起的转子叠片的转子芯203、前转子端盖222和后转子端盖224(前转子端盖222和后转子端盖224统称为转子端盖)，在转子端盖222、224之间轴向延伸的多个腿226。前转子端盖222包括环形通道228，以容纳环形的位置传感器板组件208。通道228提供简单地封装位置传感器板组件208的装置，并改善位置传感器板组件208的接入保护。通道228也可称为凹部或凹槽。通道228还包括定位器230，以确保位置传感器板组件208在通道228内的正确定位。在所示实施例中，定位器230是突起，该突起接合位置传感器板组件208上的相应凹口并由位置传感器板组件208上的相应凹口容纳。前转子端盖222与腿226一体成型。后转子端盖224包括沿着外圆周的多个突起232，每一个突起232对应一个腿226。每个突起232包括通孔234，以用于容纳前转子端盖222的相应腿226的一端。腿226然后可以冷铆接、超声波焊接或以其它方式与它们相应的突起232接合，以形成转子壳体220。每个转子端盖222、224还包括轴承开口236，其中一个轴承204、206容纳在轴承开口236中。转子轴216以及因此转子202由包含在转子端盖222、224内的轴承204、206支撑。转子202可另外包括位于转子芯203的前端上的第一面部223和转子芯203的后端上的第二面部225。第一面部223和第二面部225(统称为面部223、225)完全位于转子壳体220内。面部223、225将转子磁体250(参见图7A)保持在转子芯203的磁体容纳孔中。在一些实施例中，面部223、225完全位于定子空间210内。面部223、225也可以被称为面板。
马达200包括具有永磁体218的内转子202和具有线圈绕组212的外定子238，线圈绕组212被选择性地通电以驱动转子202。如图8所示，外定子238包括定子框架239，定子框架239具有在定子238的前侧上的第一定子端盖242和在定子238的后侧上的第二定子端盖244。第一定子端盖242和第二定子端盖244可以一体成型为单件(即，定子框架239)，或者，可替选地，可以是两件独立的，它们一起形成定子框架239。定子框架239可以通过注射成型工艺形成。例如，通过将树脂材料注入包括定子叠片堆叠的模具中。因此，定子框架239可以是由硬化树脂形成的整体结构。定子238包括定子叠片(参见例如图55的定子叠片710)。定子叠片和定子框架239包括齿246，线圈212围绕齿246缠绕。在每个定子齿246之间位于定子238的内部径向端的是间隙248，如图8所示。如图7A-图7C所示，转子壳体220的每个腿226适配在并定位在每个定子齿246之间的间隙248内。因此，定子齿246之间的间隙248被密封。密封的间隙248防止污染物和碎屑进入转子区域，这防止污染物和碎屑可能造成损坏或缩短马达200的寿命。转子壳体220的腿226和转子端盖222、224和定子齿246一起提供密封的转子空间，其保护转子202免受污染物和碎屑的影响。另外，在一些实施例中，密封的转子空间为转子旋转提供了较小的湍流空间，从而减少了马达振动。在一些实施例中，转子202可以密封地密封在转子壳体220和马达200的定子齿246内。在其他实施例中，该密封不是完全密闭的，但仍然可阻止碎屑和污染物进入转子壳体220的转子空间内。
定子框架239和相关的定子组件还包括由定子框架239的径向最内端形成的内径252(参见图7B)。通道228具有由通道228的径向最外端形成的直径254(参见图13)。在一些实施例中，通道228的直径254小于定子框架239的内径252。
图9A-图9B示出了包括端子块240的马达200的改进的电线布线和支撑特征。在图10A-图10G中示出了马达200的组装过程。在图10A中，定子叠片位于定子端盖242,244之间。在图10B中，线圈绕组212缠绕在定子齿246上。另外，端子插入接线板240中。在图10C和图10D中，转子壳体220的前端盖222和腿226插入定子238中。如图10E所示，在组装之后，转子芯203(包括转子叠片和永磁体218)和转子轴216插入定子238中。在图10F中，后端盖224固定到腿226上(例如，通过超声波焊接)。在图10G中，风扇附接到转子轴216。图11示出了移除定子框架239的马达200。图12示出了移除定子238的马达200。图13-图14示出了转子壳体220，其中转子202被移除，而图15示出了从转子壳体220移除的转子202。图16-
图24示出了马达200的附加视图。
图25是根据另一实施例的无刷直流马达300的透视图。与马达200类似，马达300可以集成到图1的工具100中，并且是图2的框图中的马达126的示例。另外，如上所述，与马达200类似，马达300也可以集成到其他类型的电动工具中。
马达300包括定子310，驱动轴330的独立转子320和风扇340。定子310由堆叠在一起的若干定子叠片构成，以形成圆柱形芯。定子310还包括从外圆周环347向内突出的定子齿345(例如，六个齿)(参见图33)。定子310还包括定子框架350，定子框架350包括位于定子310前侧的第一定子端盖352和位于定子310后侧的第二定子端盖354。第一定子端盖352和第二定子端盖354可以一体成型为单件(即，定子框架350)，或者可以是两件独立的，它们一起形成定子框架350。定子框架350可以通过注射成型工艺形成，例如，通过将树脂材料注入到包括定子叠片的模具中。因此，定子框架350可以是由硬化树脂形成的整体结构。定子框架350还包括在定子齿345上延伸的定子端盖齿360。定子绕组370围绕定子齿345和定子端盖齿360缠绕。
定子绕组370围绕定子齿345缠绕，并且电连接到导线端子380。导线端子380连接到FET 124，以从电动工具100的电源122接收电力(参见图1-图2)。导线端子380提供电能以激励定子绕组370，从而在马达300内产生电磁场，以使转子320旋转。在一些实施例中，定子绕组370以并联-三角形(parallel-delta)配置连接，如图26所示。在图26中，C1至C6表示定子绕组370，并且T1至T3表示导线端子380。标签C1至C6可以顺序地(顺时针或逆时针方式)施加(即，C1、C2、C3、C4、C5、C6)到定子绕组370中，使得例如标记为C1的定子绕组370与标记为C2和C6的定子绕组370相邻，标记为C3的定子绕组370与标记为C2和C4的定子绕组370相邻。在其他实施例中，定子绕组370以串联-三角形(series-delta)配置、星形配置或其他配置连接。
图27是独立转子320的透视图。独立转子320包括位于转子壳体415内的转子芯410，转子壳体415包括前端盖420、后端盖430、腿440和刚性连接器450。在下面更详细地描述转子壳体415。转子芯410由堆叠在一起的若干转子叠片构成，以形成圆柱形芯。转子芯410包括磁体容纳孔，以容纳转子磁体510(参见图28)。转子磁体510(例如，四个永磁体)插入转子芯410中(参见例如图32)。转子芯410可旋转地固定到轴330，以使得转子芯410和轴330一起旋转。
图28是独立转子320的横截面图。独立转子320包括永磁体510。在一些实施例中，独立转子320可包括四个永磁体510。永磁体510由于定子310产生的电磁场而产生旋转机械能。旋转机械能使转子芯410旋转，转子芯410的旋转又使轴330旋转。轴330驱动齿轮箱，齿轮箱最终驱动电动工具100的工具头。在马达300(和电动工具100)的后端上，轴330还驱动风扇340。转子202可另外包括在转子芯410的前端上的第一面部512和在转子芯410的后端上的第二面部514。第一面部512和第二面部514(统称为面部512、514)完全位于转子壳体415内。面部512、514将转子磁体514保持在转子芯410的磁体容纳孔中。面部512、514也可称为面板。
独立转子320的前端盖420和后端盖430分别包括用于前轴承520和后轴承530的开口。更具体地，前端盖420包括具有L形通道(L形通道)534的前开口532，以容纳前轴承520。更具体地，L形通道534容纳前轴承520的凹陷部分535。前轴承520的延伸部分536从前端盖420轴向向外延伸远离转子芯410。后端盖430包括具有U形通道(U通道)538的后开口537，以容纳后轴承530。轴330和轴承520和530配合，以使转子芯410能够独立于固定的转子端盖420和430以及腿440而绕其轴线旋转。前端盖420还包括安装凸台860，安装凸台860用于将齿轮箱固定到马达300，这将在下面参照图34A和图34B进一步详细描述。
后端盖430还包括具有大致环形形状的位置传感器板组件540。回到图27，刚性连接器450连接到后端盖430，并提供绝缘通道以将位置传感器板组件540连接到马达控制器130或电动工具100的电路板。参考图31B所示，刚性连接器450和后端盖430可以统称为后组件451。位置传感器板组件540在下面参考图31A和图35更详细地描述。
图29是马达300的横截面图。如图所示，独立转子320(包括位置传感器板组件540和轴承520和530)位于马达300的定子空间610内。定子空间610是定子310内的容积。换句话说，定子空间610是定子绕组370径向向内的体积，并且在定子端盖齿360的外轴向端之间轴向延伸。在一些实施例中，定子空间610在定子绕组370的轴向外端之间轴向延伸。如图所示，转子芯410和位置传感器板组件540完全在定子空间610内，并且轴承520和530部分地位于定子空间610内。在一些实施例中，轴承520和530中的一个或两个可以完全位于定子空间610外部(未凹入其内)或完全位于定子空间610内。将独立转子320定位在定子空间610内提供了更紧凑的马达设计。在一些实施例中，例如图29中所示，面部512、514完全在定子空间210内。
另外，前端盖420和后端盖430径向地定位在定子310内。换句话说，转子端盖420和430不径向延伸超过定子端盖齿360或定子绕组370。而是，前端盖420和后端盖430分别容纳在定子端盖齿360的径向内侧的定子310的前后开口内(也参见图31B)。
图30是定子310的透视图。如上所述，定子310包括定子叠片710、定子齿345、定子框架350和定子端盖齿360。在定子310的内径向端处，定子310还包括间隙730，以提供相邻齿之间的间隔。定子框架350包括柱740，定子端盖齿360定位在柱740上。
图31A是包括转子端盖420和430的转子壳体415的分解图。前端盖420包括从前端盖420延伸的腿440。后端盖430包括在其圆周上的突起810。腿440附接(例如，粘附)到突起810以形成转子壳体415。另外，突起810配合在相邻定子端盖齿360之间的间隙730中。后端盖430还包括以环形通道820(类似于通道228)形式的凹部，以容纳位置传感器板组件540。如上面关于马达200所述，环形通道的直径小于定子框架350的内径。霍尔传感器128附接到面向转子芯410和前端盖420的位置传感器板组件540的面向马达的一侧。这样，霍尔传感器128位于定子绕组370的长度内(在定子空间610内)，这允许设计具有不突出(即，延伸超出定子空间610)的转子芯410，但仍然在霍尔传感器128和永磁体510之间提供短的距离。
图31B是定子框架350和转子端盖420和430的分解图。定子框架350包括后面部835、前面部840和连接后面部835和前面部840的中间部分845。定子框架350还包括接线板保持架850，其中定位具有接线端子380的接线板模制件855(参见图25)。
图32是马达300的轴向剖视图。如图所示，前端盖420的腿440封闭相邻定子齿345之间的间隙730。这样，转子端盖420和430提供用于转子芯410的密封气隙870。该密封气隙是定子310和转子壳体415内的空腔，转子芯410在该空腔中旋转。密封气隙870是定子310内的密封腔，其由前端盖420、后端盖430、腿440、定子齿345和定子端盖齿360形成。该密封气隙870防止污染物进入转子芯410在其中旋转的空腔，并且位置传感器板组件540位于该空腔中。
图33示出了马达300的横截面，其中定子绕组370和定子框架350被隐藏并且提供了密封气隙870的另一视图。如图所示，腿440闭合定子齿345之间的间隙730。后轴承530和轴330(参见例如图28)填充后开口537，以进一步将密封气隙870密封以免受外部环境影响。在马达的另一侧，不是如图33所示的一侧(在图33中不可见)，前开口532类似地被前轴承520占据，以进一步将密封气隙870密封。位置传感器板组件540也位于密封气隙870内。霍尔传感器128定位在面向在位置传感器板组件540上的转子芯410的密封气隙870内。这样，可以保护位置传感器板组件540(例如，防止污染)而无需添加涂层或封装。
图34A是包括与齿轮箱900的连接的马达300的剖视图。如图所示，齿轮箱900容纳轴330，并与马达300共用前轴承520。前轴承520包括内圈522和外圈524(参见图34B)。前端盖420上的安装凸台860允许马达300直接连接到齿轮箱900。齿轮箱900通过螺钉910固定到马达300。可通过马达300产生的振动被迫通过齿轮箱900，而不是更直接地传到电动工具的壳体。该振动被齿轮箱900抑制。结果，齿轮箱900安装到马达300允许振动与使用者握住的电动工具的壳体隔离。
图34B更详细地示出了马达300和齿轮箱900之间的连接。前端盖420上的安装凸台860具有螺纹插入件905，以容纳螺纹螺钉910。齿轮箱900包括齿轮箱壳体920，其包括孔930。螺钉910的头部锚固在齿轮箱壳体920的内，并且螺钉910的螺纹部分穿过孔930到达安装凸台860。齿轮箱壳体920还包括第二L形通道940。前端盖420的L形通道534和齿轮箱900的第二L形通道940一起形成U形通道，以将前轴承520轴向地保持在齿轮箱900和转子芯410之间。
图34C更详细地示出了马达300和齿轮箱900之间的连接的另一个方面。齿轮箱900包括小齿轮945。小齿轮945被压到前轴承520的内圈522上。这样，小齿轮945提供了将转子320的位置锁定到前轴承520的机构。
图35A、图35B和图35C更详细地示出了马达300和齿轮箱900之间的连接。图35A示出了齿轮箱900相对于马达300的轴向定位。如图35B所示并且先前关于如图34A和图34B所示，两个螺钉910用于轴向和旋转地将马达300固定到齿轮箱900。齿轮箱900包括螺纹螺孔955，以将齿轮箱900连接到齿轮箱组件的前部(如图36所示)。螺纹螺孔955容纳紧固构件(未示出)，例如螺钉，以将齿轮箱900连接到齿轮箱组件的前部(如图36所示)。图35B和图35C更详细地示出了小齿轮945的定位。如图所示，小齿轮945定位在由齿轮箱900中的第二L形通道940形成的孔处。如图35C所示，小齿轮延伸穿过齿轮箱900的孔，以压靠前轴承520。
图36示出了齿轮箱900与齿轮箱组件960的其余部分之间的连接。如图所示，齿轮箱组件960包括齿轮箱900和前部950。前部950包括类似于孔930的孔，以允许例如通过螺钉用于将前部950固定到齿轮箱900。来自前部950的螺钉由齿轮箱900的螺纹螺孔955容纳。前部950还包括螺孔956，其与电动工具壳体上的螺纹孔对齐并且容纳紧固构件(未示出)，以将齿轮箱固定到电动工具壳体。图37示出了齿轮箱组件960与电动工具100的马达壳体106之间的连接。应当理解，图37中未示出的电动工具的另一侧也可包括类似的螺纹螺孔956，以将齿轮箱900固定到马达壳体106。螺纹螺孔956容纳紧固构件，例如螺钉，以将齿轮箱组件960固定到马达壳体106。
图38是马达300的后透视图，其中后端盖430和刚性连接器壳体被移除。在移除了后端盖430的情况下，位置传感器板组件540和刚性连接器450的内部电路被暴露和可见。如前所述，霍尔传感器128位于位置传感器板组件540的面向转子芯410的面向马达的一侧上。因此，霍尔传感器128未在图38中示出。霍尔传感器128和位置传感器板组件540使用连接器臂970连接到电动工具100的马达控制器130。连接器臂970的第一端安装在位置传感器板组件540的、背离转子芯410(即，在霍尔传感器128的相对侧)的一侧965上。连接器臂970终止于销980，销980通过例如附接到刚性连接器450的带状电缆连接到电动工具100的马达控制器130。连接器臂970封闭在刚性连接器450中。从图38中可以看出，连接器臂970沿着定子绕组370的绕组370a的侧面行进。每个连接器臂970在绕组370a和定子绕组370的相应的相邻绕组370b和370c之间延伸。连接器臂970不会延伸超过定子310的轴向长度。换言之，连接器臂970位于定子空间610内。刚性连接器450和连接器臂970径向延伸超过定子310的外圆周。
图39和图40示出了位置传感器板组件540与马达控制器的连接。连接器线990可以设置在连接器臂970内，连接器臂970从位置传感器板组件540延伸到销980。连接器线990可以例如在位置传感器板540的开口中、焊接到位置传感器板组件540。销设置在传感器接线板995(图41中示出)处，该传感器接线块995又连接到电动工具100的马达控制器130(例如，通过带状电缆)。
图41示出了根据一些实施例的马达300的透视图。如图所示，前轴承520可以完全或部分地凹入前端盖420的L形通道534内，而不是分配在前端盖420和齿轮箱900之间。在这些实施例中，前轴承520不连接到齿轮箱900。如图34A和图34B所示，齿轮箱900可以类似地安装在前端盖420上。
图42是根据另一实施例的无刷直流马达1000的透视图。与马达200和300类似，马达1000可以集成到图1的工具100中，并且是图2的框图中的马达126的示例。另外，与马达200和300类似，马达1000也可以集成到其他类型的电动工具中，如上所述。马达1000包括定子1100、驱动轴1300的转子1200、风扇1400和位置传感器板组件1500。定子绕组未在图42中示出，但是，马达1000包括类似于25中所示的定子绕组370的绕组。定子1100还包括定子框架1535，定子框架1535包括前定子端盖1542和后定子端盖1544。前定子端盖1542和后定子端盖1544可一体成型为单件(即，定子框架1535)或者可替选地，可以是两件独立的，它们一起形成定子框架1535。定子框架1535可以通过注塑工艺形成，例如，通过将树脂材料注入包括定子叠片堆叠的模具中(参见图47)。因此，定子框架1535可以是由硬化树脂形成的整体结构。
位置传感器板组件1500设置在马达1000的前侧，而风扇1400设置在马达1000的后侧。定子1100可以以与定子310类似的方式构造。然而，在一些实施例中，可以在定子1100的后侧布置马达1000的定子绕组，而不是在定子1100的前侧上布置定子绕组(如图25所示)。例如，定子绕组可以借助于定位在定子1100的后定子端盖1544上的突片1110来布置。
图43是转子1200和风扇1400的透视图。转子1200包括转子芯1210和转子框架1220。转子芯1210由转子叠片制成，转子叠片形成转子堆叠，并且限定中心孔(参见图47)以容纳轴1300，和磁体容纳孔以容纳转子磁体(参见图47)，这类似于图27和图32中所示的转子芯410。图44是转子框架1220和风扇1400的透视图。转子框架1220包括设置在转子1200的前侧的第一面部1222(也称为面板)、磁体壳体部分1224、设置在转子1200的、与前侧相对的后侧上的端部1226。端部1226包括第二面部1225和风扇1400。第一面部1222和第二面部1225容纳具有转子叠片的转子芯1210。也就是说，第一面部1222和第二面部1225将转子叠片堆叠(即，转子芯1210)包围在它们之间。第一面部1222和第二面部1226还将转子磁体保持在转子芯1210的磁体容纳孔中。与上面的转子202和320相比，转子1200不包括具有附加端盖的单独的转子壳体。因此，第一面部1222和第二面部1225可以被称为转子1200的转子端盖。与转子202和320中的转子端盖的固定(非旋转)配置相反，第一面部1220和第二面部1225与转子芯1210一起旋转。磁体容纳部分1224容纳插入转子芯1210的永磁体。磁体容纳部分1224也延伸通过转子芯1210的磁体孔，如图47所示。
如图43和图44所示，转子框架1220与风扇1400一体形成。转子框架1220和风扇1400可在注射成型工艺中一体形成。在注射成型工艺中，转子芯1210和转子磁体可以放置在模具中，同时，将塑料或树脂材料注入模具中，以形成转子框架1220和风扇1400。因此，转子框架1220可以是由硬化树脂形成的整体结构。在一些实施例中，例如，在关于图25-图42描述的实施例中，风扇1400可以压配合到转子框架1220上，而不是注塑成型以将风扇1400与转子框架1220一体成型。
在一些实施例中，第一面部1222可以包括孔1228。可以提供孔以平衡马达1000。可以在注射成型工艺中，基于转子1200的重量和尺寸失衡来确定孔1228的数量和位置。在一些实施例中，也可以使用其他马达平衡技术。在一个示例中，可以修改或校准模具，使得可以移除风扇1400或转子框架1220的某些部分，以平衡马达1000。对于特定的模具，可以使用如上所述的注射成型，来形成样品转子1200。可以测试样品转子1200，以检测不平衡。基于该不平衡，可以在模具中放置凸起或柱，以占据模具中的空间，并防止注入的树脂材料在该位置成型，从而形成孔1228。在另一个示例中，在注射成型工艺之后，可以通过刮掉或者以其他方式从转子1200的树脂形成部分移除材料来形成孔1228。在一些实施例中，塑料或树脂材料可以注入磁体容纳孔中，使得塑料或树脂材料在磁体容纳孔内向前和向外推动转子磁体，以均匀分布、减少不平衡。
返回图42，马达1000还包括前轴承1600，前轴承1600将轴1300可旋转地连接到齿轮箱900。这样，前轴承1600将马达1000固定到齿轮箱900。如图45所示，马达1000还包括设置在风扇1400的后开口中的后轴承1700。后轴承1700的外圈可定位在位于电动工具壳体102后部的凹槽内，以将马达1000固定在电动工具100内。
图46示出了位置传感器板组件1500。位置传感器板组件1500包括环形部分1510(也称为环形板部分)，其中腿1520从环形部分1510径向向外延伸。位置传感器板组件1500包括霍尔传感器128(或其他位置传感器)(参见图2)，以检测马达1000的旋转位置、速度和加速度中的一个或多个。返回图42，紧固件1530延伸穿过腿1520中的孔1525，进入定子1100的定子框架1535的紧固件安装件1532(见图42)，以将位置传感器板组件1500固定到定子1100。腿1520周向地定位在环形部分1510上，以与相邻的定子端盖齿1540之间的间隙对齐，使得腿1520延伸穿过相邻的定子端盖齿1540之间的间隙。该对准以及具有直径小于定子框架1535的内径的环形部分1510，使得位置传感器板组件1500能够定位成更靠近转子1200并且定位在定子空间1565内(参见图47)。这种定位使得霍尔传感器128可更靠近转子磁铁，并减小了马达1000的轴向长度。
图47是马达1000的横截面图。在所示实施例中，定子1100包括具有预定数量的定子叠片710的定子叠片堆叠1550。图55示出了定子叠片710的一个实施例，其可以分别包括在马达200、300和400的定子238、310、1100中。返回到图47，定子叠片710一起限定了在定子叠片堆叠1550的轴向端部之间延伸的、轴向方向上的堆叠长度1560。图47还示出了马达1000的定子空间1565，其在定子框架1535的轴向端部之间(即，在前定子端盖1542和后定子端盖1544的轴向端面之间)延伸。在一些实施例中，位置传感器板组件1500、第一面部1222和第二面部1225在定子空间1565内，而端部1226部分地在定子空间1565内并且部分地在定子空间1565外。前轴承1600和后轴承1700可位于定子空间1565的外侧。
另外，前轴承1600和后轴承1700在前轴承1600和后轴承1700的轴向端部之间、沿轴向限定轴承到轴承长度1570。此外，位置传感器板组件1500和后轴承1700在位置传感器板组件1500和后轴承1700之间、沿轴向限定轴承到板长度1575。轴承到板长度(例如轴承到板长度1575)描述了位于马达的轴向相对侧的轴承和位置传感器板组件之间的距离。在一些实施例中，定子1100(包括定子框架1535)、转子1200、转子框架1220、风扇1400、位置传感器板组件1500、前轴承1600和后轴承1700可以完全位于轴承到轴承的长度1570内。在一些实施例中，定子1100(包括定子框架1535)、转子1200、转子框架1220、风扇1400、位置传感器板组件1500和后轴承1700可以完全在轴承到板长度1575内，而前轴承1600可以(部分地或完全地)在轴承到板长度1575之外。
在一些实施例中，轴承到轴承长度1570为51.5毫米，轴承到板长度1575为44.5毫米。然而，这些长度基于堆叠长度1560而变化。堆叠长度1560可以基于期望的马达特性、针对每个马达1000而变化。例如，基于马达1000的输出要求，堆叠长度1560可以在大约10毫米和45毫米之间变化。在一些实施例中，轴承到轴承长度1570和堆叠长度1560之间的差值是27.5毫米或者小于27.5毫米。在一些实施例中，轴承到轴承长度1570与堆叠长度1560之间的差值小于26.5毫米、小于28.5毫米、小于29.5毫米、小于30.5毫米、在25.5毫米和30.5毫米之间、在25.5毫米和27.5毫米之间、在27.5毫米和30.5毫米之间、在26.5毫米和28.5毫米之间、或在25.5毫米和30.5毫米之间的另一个范围。例如，通过减小轴承1600、1700或端部1226中的一个或两个的轴向厚度可以在该范围内调节该差值。在本文的测量范围的情况下，例如，“在25.5毫米和28.5毫米之间”，术语“之间”旨在包括大于或等于下端点并且小于或等于上端点的值。因此，作为示例，25.5毫米被认为在25.5毫米和28.5毫米之间。在一些实施例中，轴承到板长度1575与堆叠长度1560之间的差值是20.5毫米或小于20.5毫米。在一些实施例中，轴承到板长度1575与堆叠长度1560之间的差值小于19.5毫米、小于21.5毫米、小于22.5毫米、小于23.5毫米、在18.5毫米和23.5毫米之间、在20.5毫米和23.5毫米之间、在19.5毫米和21.5毫米之间、或在18.5毫米和23.5毫米之间的另一个范围。例如，通过减小轴承1700或端部1226的轴向厚度可以在该范围内调节该差值。
在一些实施例中，轴承到轴承长度1570可以在30毫米至60毫米的范围内，这取决于堆叠长度1560、风扇1400的轴向扇形长度和位置传感器板组件1500的板厚度(在轴向方向上)。在这里，轴承到轴承长度1570与堆叠长度1560、风扇1400的轴向风扇长度和位置传感器板组件1500的板厚度的总和之间的差值是15毫米或小于15毫米。在一些实施例中，该差值小于14毫米、小于16毫米、小于17毫米、小于18毫米、小于19毫米、小于20毫米、在13毫米和15毫米之间、在15毫米和20毫米之间、在14毫米和16毫米之间、在13毫米和18毫米之间、或在13毫米和20毫米之间的另一范围。例如，通过减小轴承1600、1700中的一个或两个的轴向厚度可以在该范围内调节该差值。因此，实施例的配置提供了轴向紧凑的马达设计。
图48和图49是根据另一实施例的无刷直流马达2000的前透视图和后透视图。与马达200、300、1000类似，马达2000可以集成到图1的工具100中，并且是图2的框图中的马达126的示例。另外，与马达200、300、1000一样，马达2000也可以集成到其他类型的电动工具中，如上所述。马达2000包括定子2100、驱动轴2300的转子2200、风扇2400和位置传感器板组件2500。马达2000可以与马达200类似地构造，然而，位置传感器板组件2500设置在马达2000的后侧，而风扇2400设置在马达2000的前侧。定子2100可以以与定子1100类似的方式构造。定子2100还包括定子框架2125，定子框架2125包括前定子端盖2130和后定子端盖2135。前定子端盖2130和后定子端盖2130可一体成型为单件(即，定子框架2125)，或者可替选地，可以是两件独立的，其一起形成定子框架2125。定子框架2125可以通过注射成型工艺形成，例如，通过将树脂材料注入到包括定子叠片堆叠2105的模具中(参见图53)。因此，定子框架2125可以是由硬化树脂形成的整体结构。
图50和图51是转子2200和风扇2400的前透视图和后透视图。转子2200包括转子芯2210、转子框架2220和转子端盖2230。转子芯2210类似于转子芯1210，并且包括形成转子堆叠的转子叠片，该转子叠片将转子磁体保持在磁体孔中，并且将马达轴2300保持在中心孔中。转子框架2220的构造类似于转子框架1220(如图44所示)，其包括第一面部2222、磁体容纳部分2224，和在注射成型工艺中一体成型的端部2226，其中端部2226包括风扇2400。因此，转子框架2220可以是由硬化树脂形成的整体结构。然而，第一面部2222(也称为面板)设置在转子2200的后侧，而端部2226设置在转子2200的前侧。端部2226还包括第二面部2225。第一面部2222和第二面部2225邻接转子堆叠的相对的轴向端部，并将磁体保持在转子堆叠的磁体孔内。类似于第二面部1225，第二面部2225可以被称为转子端盖(例如，前转子端盖)，其与转子芯2210一起旋转。类似于本文公开的其他风扇，当转子被驱动以产生用于冷却例如马达2000和其他工具部件的气流时，风扇2400被转动。图52是后转子端盖2230的透视图。转子端盖2230包括环形部分2232和从环形部分2232轴向延伸的端盖腿2234。类似于腿440，端盖腿2234封闭了在定子2100的内径向端处、相邻的定子齿之间的间隙，并为转子芯2210提供密封气隙(参见图32和图33中的间隙730、定子齿345和密封气隙870)。端盖腿2234沿转子芯2210的长度延伸，并终止于后定子端盖2135。
转子端盖2230还包括在环形部分2232内的环形通道2240形式的凹槽，以容纳位置传感器板组件2500。霍尔传感器128附接到位置传感器板组件2500的、面向转子芯2210的面向马达的一侧。如上关于马达200所述，环形通道2240的直径小于定子框架2125的内径。位置传感器板组件2500可以构造成类似于位置传感器板组件540。此外，转子2200的转子端盖2230包括用于后轴承的开口2236。更具体地，转子端盖2230包括具有L形通道(L通道)2238的开口2236，以容纳后轴承2600(参见图53)。L形通道2238从环形通道2240的后轴向端部向外部分地延伸。这样，后轴承2600部分地位于定子空间2120(见图53)内并且部分地位于马达的定子空间2120外。后轴承2600可旋转地将转子端盖2230连接到轴2300。后轴承2600的外圈可定位在位于电动工具壳体102后部的凹槽内，以将马达1000固定在动力工具100内。
图53是马达2000的剖视图。马达2000还可包括位于风扇2400的前开口2705中的前轴承2700，其可旋转地将轴2300连接到齿轮箱900。图53还示出了马达2000的定子空间2120，其在定子框架2125的轴向端部之间(即，在前定子端盖2130的轴向端面和后定子端盖2135之间)延伸。在一些实施例中，第一面部2222和第二面部2225可以完全在定子空间2120内，而端部1226可以部分地在定子空间2120内，而端部1226可以部分地在定子空间2120内而部分地在定子空间2120外。在一些实施例中，后轴承2600、L形通道2238、转子端盖2230和位置传感器板组件2500(包括霍尔传感器128)可以部分地位于定子空间2120内并且部分地位于定子空间2120外。在一些实施例中，包括霍尔传感器128的位置传感器板组件2500可以完全在定子空间2120内。在一些实施例中，霍尔传感器128可以完全在定子空间2120内，而位置传感器板组件2500可以部分地在定子空间2120内并且部分地在定子空间2120外。在一些实施例中，霍尔传感器128可以部分地位于定子空间2120内并且部分地位于定子空间2120外，而位置传感器板组件2500可以完全位于定子空间2120外。在一些实施例中，霍尔传感器128可以完全在定子空间2120内，而位置传感器板组件2500可以完全在定子空间2120外。前轴承2700可以完全在定子空间2120外。
在所示实施例中，定子2100包括具有预定数量的定子叠片710的定子叠片堆叠2105。图55示出了可以包括在马达2000的定子2100中的定子叠片710的一个实施例。定子叠片堆叠2105在轴向方向上限定了在定子叠片堆叠2105的轴向端之间延伸的堆叠长度2110。此外，前轴承2700和后轴承2600在前轴承2700和后轴承2600的轴向端之间、沿轴向限定轴承到轴承长度2115。在一些实施例中，轴承到轴承长度2115是47.95毫米。然而，该长度可基于堆叠长度2110而变化。堆叠长度2110可以基于期望的马达特性针对每个马达2000而变化。例如，基于马达2000的输出要求，堆叠长度2110可以在大约10毫米和45毫米之间变化。在一些实施例中，定子2100(包括定子框架2125)、转子2200、转子框架2220、转子端盖2230、风扇2400、位置传感器板组件2500、前轴承2700和后轴承2600可以完全位于轴承到轴承长度2115内。在一些实施例中，轴承到轴承长度2115与堆叠长度2110之间的差值是24毫米或小于24毫米。在一些实施例中，轴承到轴承长度2115和堆叠长度2110之间的差值小于23毫米、小于25毫米、小于26毫米、小于27毫米、在22毫米和24毫米之间、在22毫米至27毫米之间、在24毫米至27毫米之间、在23毫米至25毫米之间、或在22毫米至27毫米之间的另一范围。例如，通过减小轴承2600、2700或端部2226中的一个或两个的轴向厚度，该差值可以在该范围内调节。
在一些实施例中，轴承到轴承长度2115可以在27毫米至60毫米的范围内，这取决于堆叠长度2110、风扇2400的轴向扇形长度和位置传感器板组件2500的板厚度(在轴向方向上)。在这里，轴承到轴承长度2115与堆叠长度2110、风扇2400的轴向风扇长度、和位置传感器板组件2500的板厚度之和之间的差值是12毫米或小于12毫米。在一些实施例中，该差值小于11毫米、小于13毫米、小于14毫米、小于15毫米、小于16毫米、小于20毫米、在10毫米和12毫米之间、在12毫米和20毫米之间、在11毫米和13毫米之间、在11毫米和18毫米之间、或在11毫米和20毫米之间的另一范围。例如，通过减小轴承2600、2700中的一个或两个的轴向厚度，可以在该范围内调节该差值。因此，实施例的配置提供了轴向紧凑的马达设计。
图54是马达300的另一截面图。在所示实施例中，定子310包括具有预定数量的定子叠片710的定子叠片堆叠3000。定子叠片堆叠3000在轴向方向上限定了在定子叠片堆叠3000的轴向端部之间延伸的堆叠长度3005。另外，前轴承520和风扇340在前轴承520和风扇340的轴向端之间、沿轴向限定轴承到风扇长度3010。此外，风扇340和前端盖420的前表面3015在风扇340的轴向端部和前端盖420的前面3015之间、沿轴向限定了风扇到端盖长度3020。如图所示，前表面3015轴向向内，比轴承520前方的轴向端更靠近转子叠片。
在一些实施例中，轴承到风扇长度3010是47.5毫米，而风扇到端盖长度3020是44.5毫米。然而，这些长度可基于堆叠长度3005而变化。堆叠长度3005可以基于期望的马达特性针对每个马达300而变化。例如，堆叠长度3005可以基于马达300的输出要求而变化。在一些实施例中，定子310(包括定子框架350)、转子320、转子壳体415、风扇340、位置传感器板组件540、前轴承520和后轴承530可以完全位于轴承到风扇长度3010内。在一些实施例中，定子310(包括定子框架350)、转子芯410、第一面部512、第二面部514、风扇340、位置传感器板组件540、和后轴承530可以完全位于风扇到端盖长度3020内，而L形通道534和前轴承520可以部分地位于风扇到端盖长度3020内并且部分地位于风扇到端盖长度3020外。在一些实施例中，轴承到风扇长度3010和堆叠长度3005之间的差值是23.5毫米或小于23.5毫米。在一些实施例中，轴承到风扇长度3010与堆叠长度3005之间的差值小于22.5毫米、小于24.5毫米、小于25.5毫米、小于26.5毫米、在21.5毫米和23.5毫米之间、在23.5毫米和25.5毫米之间、在22.5毫米和24.5毫米之间、或在22.5毫米和26.5毫米之间的另一范围。例如，通过减小轴承520、530，风扇340或转子端盖420、430中的一个或两个的轴向厚度，该差值可以在该范围内调节。在一些实施例中，风扇到端盖长度3020与堆叠长度3005之间的差值是20.5毫米或小于20毫米。在一些实施例中，风扇到端盖长度3020与堆叠长度3005之间的差值小于19.5毫米、小于21.5毫米、小于22.5毫米、小于23.5毫米、在18.5毫米和23.5毫米之间、在20.5毫米和23.5毫米之间、在19.5毫米和21.5毫米之间、或在18.5毫米和23.5毫米之间另一个范围。例如，通过减小轴承520、风扇340或转子端盖420、430的轴向厚度，该差值可以在该范围内调节。
在一些实施例中，轴承到风扇长度3010可以在27毫米至60毫米的范围内，这取决于堆叠长度3005、风扇340的轴向扇形长度和位置传感器板组件540的板厚度(在轴向方向上)。在这里，轴承到风扇长度3010与堆叠长度3005、风扇340的轴向风扇长度、和位置传感器板组件540的板厚度之和之间的差值是12毫米或小于12毫米。在一些实施例中，该差值小于11毫米、小于13毫米、小于14毫米、小于15毫米、小于16毫米、小于20毫米、在10毫米和12毫米之间、在12毫米和20毫米之间、在11毫米和13毫米之间、在11毫米和18毫米之间、或在11毫米和20毫米之间的另一范围。例如，通过减小轴承520、530中的一个或两个的轴向厚度，可以在该范围内调节该差值。因此，实施例的配置提供了轴向紧凑的马达设计。
因此，本发明特别提供了一种无刷马达，其具有一个或多个减小的长度、密封的气隙和改进的布线。在以下权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。

Claims (53)

1.一种电动工具，包括：
壳体；
控制器，位于所述壳体内；以及
无刷马达，位于所述壳体内并且由所述控制器控制，所述无刷马达包括：
定子组件，其包括具有定子叠片的定子芯，所述定子叠片具有环形部分以及向内延伸的定子齿，其中所述定子组件限定定子空间，所述定子空间在所述定子组件的定子端盖的轴向端之间在轴向上延伸；
转子组件，其包括：
转子芯，具有转子叠片并限定了中心孔，所述中心孔在所述轴向上延伸并且容纳输出轴；
前转子端盖，设置在所述转子芯的第一侧上，其中所述前转子端盖具有前轴承保持架；以及
后转子端盖，设置在所述转子芯的第二侧上，其中所述后转子端盖具有后轴承保持架并且限定通道，所述通道在所述后转子端盖的面向所述转子芯的一侧敞开；以及
位置传感器板组件，包括位置传感器并且被配置成向所述控制器提供所述转子芯的位置信息，其中所述位置传感器板组件设置在所述通道中；
其中，所述转子组件和所述位置传感器板组件至少部分地设置在所述定子空间内。
2.根据权利要求1所述的电动工具，还包括：
前轴承，其将所述输出轴连接到所述前转子端盖；以及
后轴承，其将所述输出轴连接到所述后转子端盖；
其中，所述前轴承和所述后轴承至少部分地设置在所述定子空间内。
3.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述后转子端盖还包括
连接器部分，其提供路径，所述路径路由所述位置传感器板组件和传感器端子块之间的连接，其中，所述路径从所述定子组件的相邻线圈之间的所述通道延伸到所述传感器端子块。
4.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述位置传感器板组件包括环形板部分和从所述环形板部分径向向外延伸的多个腿，并且其中，所述位置传感器板组件的多个腿中的至少一个腿延伸穿过在所述定子端盖的第一定子端盖的相邻定子端盖齿之间的间隙。
5.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述后转子端盖的外径小于所述定子组件的内径。
6.一种电动工具，包括：
壳体；
控制器，位于所述壳体内；以及
无刷马达，位于所述壳体内并且由所述控制器控制，所述无刷马达包括：
定子组件，其包括具有定子叠片的定子芯，所述定子叠片具有环形部分以及向内延伸的定子齿；
转子组件，其包括转子芯，所述转子芯具有转子叠片并限定了中心孔，所述中心孔容纳输出轴；以及
第一端盖，设置在所述无刷马达的第一侧上，其中所述第一端盖具有轴承保持架；
轴承，设置在所述轴承保持架中并且将所述第一端盖连接到所述输出轴；
第二端盖，设置在所述无刷马达的第二侧上；
多个腿，从所述第二端盖至少部分地在所述定子齿之间延伸；以及
位置传感器板组件，由所述第一端盖支撑在所述第一端盖的面向所述转子芯的一侧上，所述位置传感器板组件被配置成向所述控制器提供所述转子芯的位置信息。
7.根据权利要求6所述的电动工具，还包括：
通道，其位于所述第一端盖中，
其中，所述通道在所述第一端盖的面向所述转子芯的一侧上敞开，
其中，所述位置传感器板组件设置在所述第一端盖的所述通道中。
8.根据权利要求7所述的电动工具，其中，所述通道是环形的，并且所述通道具有外径，所述外径小于所述定子组件的内径。
9.根据权利要求7所述的电动工具，其中，所述位置传感器板组件包括环形的印刷电路板。
10.根据权利要求7所述的电动工具，其中，所述定子组件包括第一定子端盖和第二定子端盖，并且所述定子叠片设置在所述第一定子端盖和所述第二定子端盖之间；其中所述定子组件限定定子空间，所述定子空间在所述第一定子端盖的轴向端和所述第二定子端盖的轴向端之间在轴向上延伸；并且其中所述位置传感器板组件位于所述定子空间内。
11.根据权利要求10所述的电动工具，其中，所述轴承至少部分地位于所述定子空间内。
12.根据权利要求11所述的电动工具，还包括：
齿轮箱，通过紧固件安装在所述第二端盖上；
第二轴承，其设置在所述第二端盖的第二轴承保持架中，其中所述第二轴承将所述第二端盖连接到所述输出轴，并且其中，所述第二轴承至少部分地位于所述定子空间内。
13.根据权利要求7所述的电动工具，其中，所述转子组件还包括：
连接器部分，其提供路径，所述路径路由所述位置传感器板组件和传感器端子块之间的连接，其中所述路径从所述定子组件的相邻线圈之间的所述通道延伸到所述传感器端子块。
14.一种无刷直流马达，包括：
定子组件，其包括具有定子叠片的定子芯，所述定子叠片具有环形部分以及向内延伸的定子齿；
转子组件，其包括转子芯，所述转子芯具有转子叠片并限定了中心孔，所述中心孔容纳输出轴；以及
第一端盖，设置在所述无刷马达的第一侧上，其中所述第一端盖具有轴承保持架；
轴承，设置在所述轴承保持架中并且将所述第一端盖连接到所述输出轴；
第二端盖，设置在所述无刷马达的第二侧上；
多个腿，从所述第二端盖至少部分地在所述定子齿之间延伸；以及
位置传感器板组件，由所述第一端盖支撑在所述第一端盖的面向所述转子芯的一侧上，所述位置传感器板组件被配置成向所述控制器提供所述转子芯的位置信息。
15.根据权利要求14所述的无刷直流马达，还包括：
通道，其位于所述第一端盖中，
其中，所述通道在所述第一端盖的面向所述转子芯的一侧上敞开，
其中，所述位置传感器板组件设置在所述第一端盖的所述通道中。
16.根据权利要求15所述的无刷直流马达，其中，所述通道是环形的，并且所述通道具有外径，所述外径小于所述定子组件的内径。
17.根据权利要求15所述的无刷直流马达，其中，所述位置传感器板组件包括环形的印刷电路板。
18.根据权利要求15所述的无刷直流马达，其中，所述定子组件包括第一定子端盖和第二定子端盖，并且所述定子叠片设置在所述第一定子端盖和所述第二定子端盖之间；并且其中，所述定子组件限定定子空间，所述定子空间在所述第一定子端盖的轴向端和所述第二定子端盖的轴向端之间在轴向上延伸；并且其中，所述位置传感器板组件位于所述定子空间内。
19.根据权利要求18所述的无刷直流马达，其中，所述轴承至少部分地位于所述定子空间内。
20.根据权利要求15所述的无刷直流马达，其中，所述转子组件还包括：
连接器部分，其提供路径，所述路径路由所述位置传感器板组件和传感器端子块之间的连接，其中所述路径从所述定子组件的相邻线圈之间的所述通道延伸到所述传感器端子块。
21.一种电动工具，包括：
壳体；
控制器，位于所述壳体内；以及
无刷马达，位于所述壳体内并且由所述控制器控制，所述无刷马达包括：
定子组件，其包括具有定子叠片的定子芯，所述定子叠片具有环形部分以及向内延伸的定子齿，其中，所述定子组件限定定子空间，所述定子空间在所述定子组件的定子端盖的轴向端之间在轴向上延伸；
转子组件，其包括转子芯，所述转子芯具有转子叠片并限定了中心孔，所述中心孔在所述轴向上延伸并且容纳轴；以及
位置传感器板组件，包括环形板部分，所述环形板部分具有小于所述定子端盖的第一端盖的内径的直径，并且包括位置传感器，并且被配置成向所述控制器提供所述转子芯的位置信息，
其中，所述转子组件和所述位置传感器板组件至少部分地设置在所述定子空间内。
22.根据权利要求21所述的电动工具，其中，所述位置传感器板组件还包括从所述环形板部分径向向外延伸的多个腿。
23.根据权利要求22所述的电动工具，其中，所述定子端盖包括多个端盖齿，并且其中所述多个腿中的至少一个腿延伸穿过在相邻的所述端盖齿之间形成的间隙。
24.根据权利要求22所述的电动工具，其中，所述轴延伸穿过所述环形板部分。
25.根据权利要求22所述的电动工具，其中，所述定子端盖中的一个包括多个安装件，以及其中，所述多个腿还包括与所述多个安装件对准的多个孔。
26.根据权利要求21所述的电动工具，其中，所述位置传感器是霍尔传感器。
27.一种电动工具，包括：
壳体；
控制器，位于所述壳体内；以及
无刷马达，位于所述壳体内并且由所述控制器控制，所述无刷马达包括：
定子组件，其包括具有定子叠片的定子芯，所述定子叠片具有环形部分以及向内延伸的定子齿；
第一端盖，设置在所述无刷马达的第一侧上；
第二端盖，设置在所述无刷马达的第二侧上；
转子组件，其包括转子芯和风扇，所述转子芯具有转子叠片并限定了中心孔，所述中心孔容纳轴，所述风扇由所述轴支撑在所述无刷马达的所述第二侧；以及
位置传感器板组件，由所述第一端盖支撑，所述位置传感器板组件包括环形板部分，所述环形板部分具有从所述环形板部分径向向外延伸的多个腿，并且所述位置传感器板组件被配置成向所述控制器提供所述转子芯的位置信息。
28.根据权利要求27所述的电动工具，其中，所述轴延伸穿过所述位置传感器板组件的所述环形板部分。
29.根据权利要求27所述的电动工具，其中，所述第一端盖包括向内延伸的齿，并且其中，所述多个腿中的至少一个腿延伸穿过在所述第一端盖的相邻的所述齿之间形成的间隙。
30.根据权利要求27所述的电动工具，其中，所述环形板部分具有直径，所述直径小于所述第一端盖的内径。
31.根据权利要求27所述的电动工具，其中，定子空间在所述第一端盖的轴向端和所述第二端盖的轴向端之间在由所述轴限定的轴向上延伸，并且其中，所述位置传感器板组件在所述定子空间内。
32.根据权利要求27所述的电动工具，其中，所述第一端盖包括多个安装件，以及其中，所述多个腿还包括与所述多个安装件对准的多个孔。
33.根据权利要求27所述的电动工具，其中，所述位置传感器板组件包括霍尔传感器。
34.根据权利要求27所述的电动工具，其中，所述风扇在注射成型过程中一体地形成在所述转子组件上。
35.一种无刷直流马达，包括：
定子芯，具有定子叠片，所述定子叠片具有环形部分以及向内延伸的定子齿；
定子端盖；
转子芯，具有转子叠片并限定了中心孔，所述中心孔容纳输出轴；以及
位置传感器板组件，由所述定子端盖支撑，所述位置传感器板组件包括位置传感器和环形板部分，所述环形板部分具有从所述环形板部分径向向外延伸的多个腿，
其中，所述位置传感器板组件被配置成向所述控制器提供所述转子芯的位置信息。
36.根据权利要求35所述的无刷直流马达，其中，所述定子端盖包括多个齿，并且，其中所述位置传感器板组件的所述多个腿沿周向定位在所述环形板部分上，以与相邻齿之间的间隙对齐。
37.根据权利要求35所述的无刷直流马达，其中，所述环形板部分具有直径，所述直径小于所述定子端盖的内径。
38.根据权利要求35所述的无刷直流马达，其中，所述定子端盖是第一定子端盖，并且所述无刷直流马达还包括第二定子端盖，其限定在所述第一定子端盖的轴向端和所述第二定子端盖的轴向端之间在轴向上延伸的定子空间，并且，其中所述位置传感器板组件在所述定子空间内。
39.根据权利要求35所述的无刷直流马达，其中，其中，定子端盖包括多个安装件，所述位置传感器板组件的所述多个腿还包括与所述多个安装件对准的多个孔。
40.根据权利要求35所述的无刷直流马达，其中，所述位置传感器是霍尔传感器。
41.一种电动工具，包括：
壳体；
控制器，位于所述壳体内；以及
无刷马达，位于所述壳体内并且由所述控制器控制，所述无刷马达包括：
定子组件，其包括具有预定数量的定子叠片的定子芯，所述定子叠片限定在轴向上的堆叠长度；
前轴承；以及
后轴承；
其中，所述前轴承和所述后轴承在所述前轴承的轴向端和所述后轴承的轴向端之间在所述轴向上限定轴承到轴承长度，其中所述轴承到轴承长度和所述堆叠长度之间的差小于27.5毫米。
42.根据权利要求41所述的电动工具，其中，所述轴承到轴承长度和所述堆叠长度之间的差小于25.5毫米。
43.根据权利要求41所述的电动工具，其中，所述无刷马达还包括：
位置传感器板组件，其中所述位置传感器板组件和所述后轴承在所述后轴承的轴向端和所述位置传感器板组件的轴向端之间在所述轴向上限定了轴承到板长度，并且其中所述轴承到板长度与所述堆叠长度之间的差小于20.5毫米。
44.根据权利要求41所述的电动工具，其中，所述无刷马达还包括：
转子组件；以及
位置传感器板组件；
其中，所述转子组件和所述位置传感器板组件至少部分地在所述轴承到轴承长度内。
45.根据权利要求44所述的电动工具，其中，所述转子组件包括转子芯，所述转子芯具有转子叠片并且限定了中心孔，所述中心孔沿所述轴向延伸并容纳输出轴，所述输出轴与所述前轴承和所述后轴承配合以允许所述转子芯旋转。
46.一种电动工具，包括：
壳体；
控制器，位于所述壳体内；以及
无刷马达，位于所述壳体内并且由所述控制器控制，所述无刷马达包括：
定子组件，其包括具有预定数量的定子叠片的定子芯，所述定子叠片限定在轴向上的堆叠长度；
转子组件，所述转子组件包括转子芯，所述转子芯具有转子叠片并且限定了中心孔，所述中心孔沿所述轴向延伸并容纳输出轴；
前转子端盖，设置在所述转子芯的第一侧上；
后转子端盖，设置在所述转子芯的第二侧上并且具有后轴承保持架；
前轴承；以及
后轴承，设置在所述后轴承保持架中；
其中，所述前轴承和所述后轴承保持架在所述前轴承的轴向端和所述后轴承保持架的轴向端之间在所述轴向上限定轴承到轴承长度，其中所述轴承到轴承长度和所述堆叠长度之间的差小于24毫米。
47.根据权利要求46所述的电动工具，其中，所述无刷马达还包括：
风扇；以及
位置传感器板组件，位于所述后转子端盖的通道中；
其中，所述转子组件，所述风扇和所述位置传感器板组件至少部分在所述轴承到轴承长度内。
48.一种电动工具，包括：
壳体；
控制器，位于所述壳体内；以及
无刷马达，位于所述壳体内并且由所述控制器控制，所述无刷马达包括：
定子组件，其包括具有预定数量的定子叠片的定子芯，所述定子叠片限定在轴向上的堆叠长度；
转子组件，其包括
转子芯，所述转子芯具有转子叠片并且限定了中心孔，所述中心孔沿所述轴向延伸并容纳输出轴；
前转子端盖，设置在所述转子芯的第一侧上并且具有前轴承保持架；
后转子端盖，设置在所述转子芯的第二侧上；
风扇；
前轴承，设置在所述前轴承保持架中；以及
后轴承；
其中，所述前轴承保持架和所述风扇在所述前轴承保持架的轴向端和所述风扇的轴向端之间在所述轴向上限定轴承到风扇长度，其中所述轴承到风扇长度和所述堆叠长度之间的差小于23.5毫米。
49.根据权利要求48所述的电动工具，其中，所述风扇和所述前转子端盖的前表面在所述风扇的轴向端和所述前表面的轴向端之间在所述轴向上限定风扇到端盖长度，并且其中，所述风扇到端盖长度和所述堆叠长度之间的差小于20.5毫米。
50.根据权利要求48所述的电动工具，其中，所述无刷马达还包括：
位置传感器板组件，位于所述后转子端盖的通道中；
其中，所述转子组件，所述风扇，所述前轴承，所述后轴承和所述位置传感器板组件至少部分在所述轴承到风扇长度内。
51.一种电动工具，包括：
壳体；
控制器，位于所述壳体内；以及
无刷马达，位于所述壳体内并且由所述控制器控制，所述无刷马达包括：
定子组件，其包括具有定子叠片的定子芯，所述定子叠片具有环形部分以及向内延伸的定子齿；
转子组件，其包括
转子芯，所述转子芯具有转子叠片并且限定了中心孔，所述中心孔容纳输出轴；
转子框架，其包括
第一面部分，位于所述转子芯的第一侧上；
磁体壳体部分，延伸穿过所述转子芯；以及
端部部分，位于所述转子芯的与所述第一侧相对的第二侧上；
其中，所述端部部分包括风扇，所述风扇被配置成在所述转子芯被驱动时产生气流。
52.根据权利要求51所述的电动工具，其中，所述转子框架是整体的并且由硬化树脂形成。
53.根据权利要求51所述的电动工具，其中，所述端部部分还包括第二面部分，所述转子叠片形成具有磁体孔的转子叠片，并且其中所述第一面部分和所述第二面部分邻接所述转子叠片的相对轴向端部以及将磁体保持在所述磁体孔中。
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