CN110915102A - 利用基于纳米材料高分子化合物的bldc电动机 - Google Patents

利用基于纳米材料高分子化合物的bldc电动机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种BLDC电动机，包括具有定子铁芯与定子绕组线圈的定子；以及，具有本体部及结合于所述本体部的多个磁铁，相对于所述定子旋转的转子，其中，所述定子铁芯具有轭部、从所述轭部凸出且被卷绕所述定子绕组线圈的多个定子线圈卷绕部，所述定子铁芯由基于导电纳米材料的高分子化合物的复合材料构成。

Description

利用基于纳米材料高分子化合物的BLDC电动机
技术领域
本发明涉及利用纳米材料高分子化合物的BLDC电动机，更具体来讲涉及能够减轻重量形成为轻量纤薄型且能够提高电动机的性能及效率的利用纳米材料高分子化合物的BLDC电动机。
背景技术
通常，电动机是将电能转换成机械能得到旋转力的装置，不仅用于家庭用电子产品，还广泛用于工业设备等。
另外，这样的多种电动机中BLDC电动机(Brushless DC Motor，无刷直流电动机)是不使用刷与整流子等机械要素而是改为使用由切换元件构成的整流电路的直流电动机，其特征在于无需更换磨损的刷、驱动噪音小。这种BLDC电动机是在转子设置场磁铁，在定子设置电子绕组，利用霍尔传感器(hall sensor)、光电二极管(photo diode)确定绕组的电流方向使得具有刷型电动机之类的特性的电动机，不同于一般感应电动机或AC电动机为了转换电流的方向而利用三相或四相逆变器，其能够在内部驱动器轻易地转换方向，在低速及高速扭矩较高，能够高速旋转，并且能够用无接点的半导体元件驱动线圈的电流，因此其具有寿命非常长且几乎不发生噪音与电气杂音，能够在电动机驱动电路本身直接调节速度的优点。尤其，BLDC电动机随着近来霍尔传感器的可信度上升而被开发成非常多种的形态。
然而，现有的BLDC电动机中包括定子部与外壳等在内的构成大部分由金属材料构成，因此重量重，具有难以制造成超轻量纤薄型电动机的问题，由于大重量引起的惯性效果等而具有电动机的性能及效率下降的问题。
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种能够减轻重量构成超轻量纤薄型电动机，通过减轻重量能够减小惯性效果且提高电动机的性能及效率的利用纳米材料高分子化合物的BLDC电动机。
技术方案
为了达成如上所述的本发明的目的，根据本发明的一个方面，提供一种BLDC电动机，包括具有定子铁芯与定子绕组线圈的定子；以及，具有本体部及结合于所述本体部的多个磁铁，相对于所述定子旋转的转子，其中，所述定子铁芯具有轭部、从所述轭部凸出且被卷绕所述定子绕组线圈的多个定子线圈卷绕部，所述定子铁芯由基于导电纳米材料的高分子化合物的复合材料构成。
技术效果
本发明的利用基于纳米材料高分子化合物的BLDC电动机提供如下效果。
第一，能够减轻重量制造成超轻量纤薄型电动机，通过如上减轻重量减小惯性效果且能够通过填缝(caulking)减小效果提高电动机的性能及效率。
第二，通过增大表面积的铝材料上形成有放热膜层的外壳能够有效放热从定子与转子发生的热，而不需要使用放热针之类的另外的放热构件，因此不仅能够防止发热引起的电动机性能下降还能够减轻重量。
第三，作为超轻量纤薄型且效率高的电动机能够适用于机器人或电动汽车等形成为提高电气效率及电动机效率的轻量纤薄型。
附图说明
图1为示出本发明的实施例的基于利用纳米材料高分子化合物的BLDC电动机的分解立体；
图2为示出图1的BLDC电动机中的定子与转子的平面图，省略示出了定子绕组线圈及补偿绕组线圈。
具体实施方式
以下参见附图对本发明的优选实施例进行具体说明。
图1示出了本发明的一个实施例的利用基于纳米材料高分子化合物的BL DC电动机(以下称为“BLDC电动机”)的分解立体图。参见图1，BLDC电动机100a包括外壳100、固定收容于外壳100内部的定子200、收容于外壳100的内部且相对于定子200以旋转轴线X为中心旋转的转子300、感测转子300的位置的传感器模块400。图1所示的BLDC电动机100a是转子300位于定子200的内部的内转型。
外壳100为以旋转轴线X为中心的圆筒形状，内部提供收容定子200与转子300的收容空间101。外壳100具有沿着旋转轴线X方向配置的第一壳体110与第二壳体120。两个壳体110、120结合形成收容空间101。第一壳体110形成有位于中心轴线X上的第一贯通孔102，第二壳体120形成有位于中心轴线X上的第二贯通孔103。第二壳体120设置有传感器模块400。
优选地，外壳100由增大表面积的铝材料形成。但这是用于减轻重量且提高放热效果的实施例之一，除了铝之外其他金属或非金属也可用作外壳100的材料，这也属于本发明的范围。
为了最大化放热效果，优选的是在外壳100的表面形成放热膜层。为了通过放热膜层提高放热效果且提高耐久性，放热膜层可以由石墨(Graphite)与铝(Al)的混合物蒸镀形成，或者由石墨与铜(Cu)的混合物蒸镀形成。优选地，放热膜层形成为200μm以下的厚度。因此，外壳100即使没有放热针之类的另外的放热机构也能够有效地放热从定子200与转子300发生的热。
定子200收容在形成于外壳100内部的收容空间101，固定成不相对于外壳100旋转。图2通过平面图示出了定子200与转子300。参见图1及图2，定子200具有定子铁芯210、卷绕到定子铁芯210的定子绕组线圈220及卷绕到定子铁芯210的补偿绕组线圈510。转子300在定子200的内部配置成相对于定子200以旋转轴线X为中心旋转。
定子铁芯210具有环形态的轭部211、从轭部211凸出形成的多个定子齿部215、从轭部211凸出形成的多个补偿线圈卷绕部218。定子铁芯210的材料为基于导电纳米材料的高分子化合物，是含导电纳米材料与树脂的复合材料。在本实施例中说明用于定子铁芯210的导电纳米材料包括选自炭黑、碳纳米管、石墨烯及石墨中的一个或多个的情况，但本发明不限于此，而是包括公知的导电纳米管、导电纳米粒子及导电纳米纤维，这也属于本发明的范围。在本实施例中说明用于定子铁芯210的树脂为苯酚系的树脂的情况，但本发明不限于此。
轭部211为以旋转轴线X为中心的环形态，轭部211的内周面配置有多个定子齿部215与多个补偿线圈卷绕部218。
多个定子齿部215在轭部211的内周面沿着圆周方向等间隔配置。在本实施例中说明定子齿部215为四个的情况，但本发明不限于此。多个定子齿部215分别具有从轭部211的内周面凸出，朝着旋转轴线X向半径方向内侧延伸的定子线圈卷绕部216及形成于定子线圈卷绕部216的末端的内侧轭217。
定子线圈卷绕部216从轭部211的内周面朝着旋转轴线X凸出向半径方向内侧延伸。定子绕组线圈220卷绕在定子线圈卷绕部216。
内侧轭217位于定子线圈卷绕部216的内侧末端，从定子线圈卷绕部216向圆周方向两侧延伸形成。
多个补偿线圈卷绕部218等间隔地位于轭部211的内周面，多个补偿线圈卷绕部218分别配置在相邻的两个定子齿部215之间。在本实施例中说明补偿线圈卷绕部218为四个的情况，但本发明不限于此，可根据定子齿部215的个数相应地变更。补偿线圈卷绕部218从轭部211的内周面凸出朝向旋转轴线X向半径方向内侧延伸。多个补偿线圈卷绕部218分别被卷绕补偿绕组线圈510。
定子绕组线圈220卷绕在多个定子齿部215中每一个的线圈卷绕部216。定子绕组线圈220由基于导电纳米材料的高分子化合物的复合材料构成。更具体来讲定子绕组线圈220是导电纳米材料在由柔软的电绝缘性的树脂材料构成的基材(基体)的内部形成电气网络。用于定子绕组线圈220的导电纳米材料可以是石墨、碳纤维、石墨烯纤维或碳纳米管(CNT)纤维等导电纳米纤维。
补偿绕组线圈510分别卷绕在多个补偿线圈卷绕部218。补偿绕组线圈510由基于导电纳米材料的高分子化合物的复合材料构成。更具体来讲补偿绕组线圈510是导电纳米材料在由柔软的电绝缘性的树脂材料构成的基材(基体)的内部形成电气网络。用于补偿绕组线圈510的导电纳米材料可以是石墨、碳纤维、石墨烯纤维或碳纳米纤维等导电纳米纤维。补偿绕组线圈510可根据补偿形态以设定的特定角度卷绕。
转子300位于定子200的内侧且相对于定子200以旋转轴线X为中心旋转。转子300具有以旋转轴线X为中心的盘形状的本体部310、经过本体部310的中心且沿着旋转轴线X延伸，以旋转轴线X为中心轴旋转的旋转轴320、结合在本体部310的外周面且沿着圆周方向等间隔配置的多个磁铁330。
本体部310与旋转轴320由玻璃纤维增强塑料(Glass fiber reinforcedplastics，GFRP)或碳纤维增强塑料(Carbon fiber reinforced plastics，CFRP)与金属(Metal)的混合物形成，不仅能够减轻重量，还能够增大刚性。本体部310与旋转轴320可通过一般工艺用所述混合物制成或通过薄板轧制工艺或纤维缠绕工艺制造成中空形态。在本实施例中说明本体部310与旋转轴320由GFRP或CFRP与金属的混合物构成的情况，但是或者也可以由GFRP或CF RP之类的纤维增强塑料复合材料构成，这也属于本发明的范围。
磁铁330可以由钕铁硼(Nd-Fe-B Neodymium)或钐钴(Samarium cobalt)或铁氧体(Ferrite)或铝镍钴(Al-Ni-Co)磁铁或橡胶磁铁或粘结磁铁中任意一个形成。
传感器模块400起到感测通过磁铁330的磁力感测转子300的位置，将这种信号发送到整流电路的作用。
传感器模块400具有设在第二壳体120的内侧感测转子300的位置的霍尔传感器410、结合于霍尔传感器410保护霍尔传感器410且连接于外壳100的霍尔传感器盖420。
优选地，霍尔传感器盖420为了减轻重量而可以由轻且由绝缘体构成的玻璃纤维与PA6系的树脂的混合物的材料形成，但不限于此。
传感器模块400除了霍尔传感器410外包括旋转变压器(Resolver)或编码器(Encoder)，可以相应于超轻量纤薄型精密地感测转子300的位置。在此，虽然示出了传感器模块400适用霍尔传感器410、旋转变压器与编码器的情况，但只要能够达到上述目的则还可以适用其他多种构成。
在所述实施例中说明了本发明的BLDC电动机为转子位于定子内侧的内转型的情况，但本发明或者可以相同地适用于定子位于转子的内侧的外转型的BLDC电动机，这也属于本发明的范围。
以上参考附图所示的实施例对本发明进行了说明，但这不过是例示而已，应理解：本领域一般技术人员可由此实施其他多种变形及等同的其他实施例。因此，本发明的技术保护范围以权利要求的范围的技术思想为准。

Claims (14)

1.一种BLDC电动机，其中，包括：
定子，其具有定子铁芯与定子绕组线圈；以及
转子，其具有本体部及结合于所述本体部的多个磁铁，相对于所述定子旋转，
其中，所述定子铁芯具有轭部、从所述轭部凸出且被卷绕所述定子绕组线圈的多个定子线圈卷绕部，所述定子线圈卷绕部由基于导电纳米材料的高分子化合物的复合材料构成。
2.根据权利要求1所述的BLDC电动机，其中：
所述导电纳米材料包括选自炭黑、碳纳米管、石墨烯及石墨的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的BLDC电动机，其中：
所述定子绕组线圈由基于导电纳米材料的高分子化合物的复合材料构成。
4.根据权利要求3所述的BLDC电动机，其中：
所述导电纳米材料为导电纳米纤维。
5.根据权利要求4所述的BLDC电动机，其中：
所述导电纳米纤维为石墨、碳纤维、石墨烯纤维或碳纳米管纤维。
6.根据权利要求1所述的BLDC电动机，其中：
所述本体部由玻璃纤维增强塑料(Glass fiber reinforced plastics，GFRP)或者碳纤维增强塑料(Carbon fiber reinforced plastics，CFRP)与金属(Metal)的混合物形成。
7.根据权利要求1所述的BLDC电动机，其中，还包括：
外壳，其提供收容所述定子与所述转子的收容空间，
所述外壳通过在铝材料的表面形成放热膜层制得。
8.根据权利要求7所述的BLDC电动机，其中：
所述放热膜层由石墨(Graphite)与铝的混合物蒸镀形成。
9.根据权利要求7所述的BLDC电动机，其中：
所述放热膜层由石墨与铜的混合物蒸镀形成。
10.根据权利要求1所述的BLDC电动机，其中，还包括：
旋转变压器(Resolver)或编码器(Encoder)，其感测所述转子的位置。
11.根据权利要求1所述的BLDC电动机，其中，还包括：
霍尔传感器，其通过感测所述磁铁的磁力感测所述转子的位置；
霍尔传感器盖，其结合于所述霍尔传感器。
12.根据权利要求11所述的BLDC电动机，其中：
所述霍尔传感器盖由玻璃纤维与树脂的混合物形成。
13.一种BLDC电动机，其中，包括：
外壳，其具有圆筒形且内部具有收容空间；
定子，其具有定子铁芯与定子绕组线圈，收容于所述收容空间且位置被固定；以及
转子，其可旋转地设于所述定子的内侧，
所述定子铁芯具有轭部、从所述轭部凸出且被卷绕所述定子绕组线圈的多个定子线圈卷绕部，
所述多个定子线圈卷绕部分别由基于导电纳米材料的化合物或高分子化合物构成，
所述转子具有配置在所述收容空间的中心轴上进行轴旋转的本体部及结合于所述本体部的外周面且沿着圆周方向等间隔配置的多个磁铁，
所述导电纳米材料包括选自炭黑、石墨烯、碳纳米管、碳、碳纤维、石墨的一种或多种，所述本体部由玻璃纤维增强塑料(Glass fiber reinforced plastics，GFRP)或碳纤维增强塑料(Carbon fiber reinforced plastics，CFRP)与金属(Metal)的混合物形成。
14.根据权利要求13所述的BLDC电动机，其中：
所述定子绕组线圈由基于导电纳米材料的高分子化合物的复合材料构成，
所述定子铁芯具有轭部、从所述轭部凸出且被卷绕所述定子绕组线圈的多个定子线圈卷绕部，
所述轭部与所述定子线圈卷绕部由基于导电纳米材料的高分子化合物的复合材料构成。
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