CN111727546A

CN111727546A - 外转子马达

Info

Publication number: CN111727546A
Application number: CN201880089358.2A
Authority: CN
Inventors: 李希文; 王楠
Original assignee: Techtronic Cordless GP
Current assignee: Techtronic Cordless GP
Priority date: 2018-02-14
Filing date: 2018-02-14
Publication date: 2020-09-29
Also published as: WO2019157701A1; US20210050766A1; EP3753092A1; EP3753092A4; AU2018408707A1; CA3090596A1; MX2020008266A

Abstract

一种具有定子和转子的外转子马达。所述转子包括围绕所述定子布置的粘结磁体，其中在所述粘结磁体和所述定子之间布置有气隙。

Description

外转子马达

技术领域

本发明涉及外转子马达。

背景技术

电动马达通常包括运动部分(转子)和静止部分(定子)。转子可以包括多个永磁体片，并且定子可以包括多个绕组。永磁体片与绕组的电磁相互作用使马达轴转动以传递机械功率。

尽管具有悠久的发展历史，但仍需要改进马达的设计，以提供能够紧凑、高效运行并能够被成本有效地组装、制造和运行的马达。

发明内容

在本发明的第一方面中，提供了一种外转子马达，该外转子马达包括：定子；和转子，该转子包括围绕所述定子布置的粘结磁铁，其中在粘结磁铁和定子之间布置有气隙。粘结磁体可以由硬磁性粉末和非磁性聚合物或橡胶粘合剂制成。硬磁性粉末可以是硬铁氧体、NdFeB、SmCo、AlNiCo或它们中的两种或更多种的组合。

粘结磁体可以呈空心圆柱体的形式，例如为一件式。优选地，粘结磁体具有在周向上交替的北极和南极。磁极的数量优选为偶数。

优选地，磁极基本上具有相同的周向延伸范围(即，在横截面中为弧长)。或者，磁极可以具有不同的周向延伸范围。由磁极产生的磁化可以是直线磁化、偏斜的磁化等。

优选地，转子还包括转子轭。粘结磁体可以围绕转子轭安装(安装在转子轭的外表面上)，在这种情况下，气隙布置在转子轭和定子之间。或者，可以将粘结磁体安装在转子轭中(在转子轭的内表面上)，在这种情况下，气隙直接布置在粘结磁体和定子之间。在这种情况下，气隙优选地小于1.00mm，更优选地大约为0.50mm。可选地，可以省略转子轭。

优选地，外转子马达还包括集成PCB组件，该集成PCB组件布置在粘结磁体的一侧上。集成PCB组件可以包括用于将外转子马达安装至支撑结构的安装部分。可以在粘结磁体和集成PCB组件之间限定轴向间隙。

优选地，转子还包括具有轮叶的端盖，端盖布置在粘结磁体的与集成PCB组件相对的另一侧上。轮叶可以在运行期间帮助散热。端盖可以与粘结磁体固定地连接。端盖可以直接与粘结磁体连接，或者其可以通过转子轭间接地连接至粘结磁体。

优选地，轮叶径向地延伸并且在圆周方向均匀地间隔开。在各相邻轮叶之间可以布置有空气流动开口。

优选地，气隙、轴向间隙和空气流动开口流体连通以限定冷却空气流动路径。

优选地，转子还包括与粘结磁体可操作地耦合以旋转的轴。优选地，轴延伸穿过端盖、粘结磁体、定子和PCB组件。

优选地，外转子马达是无刷马达。更优选地，外转子马达是DC无刷马达。

在本发明的第二方面，提供了一种用于外转子马达的转子，该转子包括：粘结磁体，该粘结磁体配置成围绕定子布置并且与定子间隔开，其中在粘结磁体和定子之间布置有气隙。粘结磁体可以由硬磁性粉末和非磁性聚合物或橡胶粘合剂制成。硬磁性粉末可以是硬铁氧体、NdFeB、SmCo、AlNiCo或它们中的两种或更多种的组合。

优选地，粘结磁体呈中空圆柱体的形式，例如为一件式。优选地，粘结磁体具有在周向上交替的北极和南极。磁极的数量优选为偶数。

优选地，磁极基本上具有相同的周向延伸范围(即，在横截面中为弧长)。或者，磁极可以具有不同的周向延伸范围。由磁极产生的磁化可以是直线磁化、偏斜磁化等。

优选地，转子还包括转子轭。粘结磁体可以围绕转子轭安装(安装在转子轭的外表面上)，在这种情况下，气隙布置在转子轭和定子之间。或者，可以将粘结磁体安装在转子轭中(在转子轭的内表面上)，在这种情况下，气隙直接布置在粘结磁体和定子之间。在这种情况下，气隙优选地小于1.00mm，更优选约为0.50mm。可选地，可以省略转子轭。

优选地，转子还包括具有轮叶的端盖，所述端盖布置在粘结磁体的一侧上。轮叶可以在运行期间帮助散热。端盖可以与粘结磁体固定地连接，可选地通过转子轭与粘结磁体固定地连接。

优选地，轮叶径向地延伸并且沿周向均匀地间隔开。在各相邻轮叶之间可以布置有空气流动开口。

在本发明的第三方面，提供了一种具有第二方面的转子的外转子马达。

在本发明的第四方面，提供了一种电气设备或工具，该电气设备或工具包括第一方面的外转子马达。

在本发明的第五方面，提供了一种包括第三方面的外转子马达的电气设备或工具。

附图说明

现在将参照附图通过示例来描述本发明的实施例，在附图中：

图1是本发明的一个实施例中的外转子马达的立体图。

图2是图1的外转子马达的分解图。

图3是沿着线A-A剖取的图1中的外转子马达A的剖视图。

图4是图3的外转子马达截面的分解图。

图5A是沿着线B-B剖取的图1中的外转子马达的剖视图。

图5B是图5A中的部分C的放大视图。

图5C是标有尺寸的图5A的外转子马达的剖视图。

图6是用于本发明的一个实施例中的图1的外转子马达中的粘结磁体的示意图。以及

图7是能够用于本发明的另一个实施例中的图1的外转子马达中的粘结磁体的示意图。

具体实施方式

参照图1至图4，示出了本发明的一个实施例中的外转子马达100。马达100的主要部件包括：外转子100A；定子100B，该定子100B布置在由外转子100A限定的空间中；以及集成PCB组件100C，该集成PCB组件100C布置在转子100A和定子100B的一侧上(沿着轴向方向)。

转子100A包括呈空心圆柱体形式的转子轭102，该转子轭102围绕也呈空心圆柱体形式的粘结磁体104布置。粘结磁体104由NdFeB制成。转子轭102是电磁传导的。粘结磁体104固定地附接到转子轭102的内表面。粘结磁体104的轴向尺寸小于转子轭102的轴向尺寸。粘结磁体104的面对PCB组件100C的轴向端面和转子轭102的面向PCB组件100C的轴向端面对准。端盖106布置在粘结磁体104的一侧上并与转子轭102固定连接。端盖106的面向粘结磁体104的轴向端部包括用于接收粘结磁体104的切口，使得端盖106和粘结磁体104一起限定了平滑的周向外表面。端盖106包括：具有中央通孔106O的圆柱形轮毂106H，马达轴108穿过该中央通孔106O；以及轮叶106V，轮叶106V从圆柱形轮毂106H径向向外延伸。轮叶106V的径向外端部终止于与粘结磁体104的外周向表面相对应的程度。轮叶106V围绕轮毂106H在周向均匀地分布。在相邻轮叶106V之间是允许空气穿过的相应开口106VO。粘结磁体104、轭102和端盖106一起限定了能够将定子100B布置在其中的空间。

转子100A还包括细长的阶梯马达轴108，该马达轴108安装在由端盖106的毂106H限定的中央通孔106O中。轴108的轴向端部与端盖106的背对定子100B的轴向端面轴向对准。轴108大体上是圆柱形的，具有三个直径减小的阶梯部分，远离端盖106延伸，穿过定子100B和PCB组件100C，然后远离PCB组件100C延伸。具有轴108的最大直径的阶梯部分具有用于接收C形夹110的外环形凹槽108G，其中C形夹110用于组装马达100。具有轴108的最小直径的阶梯部分具有外螺纹表面108T。具有中央通孔112O的安装套筒112布置在轴108的靠近端盖106的端部处。安装套筒112包括较大外径的环形基座112B和与环形基座112B一体的较小外径的另一个环形支撑件112S。由环形基座112B限定的通孔112O的部分限定了用于接收轴承114和波形弹簧垫圈116的内部空间，其中轴承114和波形弹簧垫圈116用于支撑轴108的旋转。波形弹簧垫圈116抵接环形支撑件112S的内部轴向壁的轴向端面。环形支撑件112S布置成被接收在由定子100B限定的开口124中。粘结磁体104、转子轭102、端盖106和轴108相对于的旋转轴线R同轴地布置，转子100A绕改轴线R旋转。

现在参照图2至图5B，定子100B包括环形定子轭120，该环形定子轭120限定了中央通孔124，轴108、安装套筒112和PCB组件100C的支撑部分130S能够穿过该中央通孔124。径向向外延伸的齿122围绕定子轭120布置。在该实施例中，定子100B包括十二个齿122，这十二个齿122在周向均匀地间隔开。在相邻的齿122之间限定了狭槽。每个齿122限定具有周向延伸的齿末端122T。齿122的外周向表面通过环形气隙G1与转子轭102间隔开。绕组126围绕齿122卷绕。由齿122的末端122T限定的外周向表面与转子轭102的内表面互补。为简单起见，省略了绕组126的详细控制和励磁方案。

参照图5C，在该示例中，粘结磁体104具有约3.00mm的厚度和约30mm的轴向长度(图2)。转子轭102的厚度约为4.50mm。定子轭120的厚度约为3.54mm。齿122的厚度约为20.46mm，该厚度包括齿末端122T的约为1.50mm的厚度。

马达100的集成PCB组件100C在图2至图4中最佳示出。PCB组件100C包括能够保持电路和安装在其上的电子组件(为清楚起见，未示出)的薄的大体上平坦的主体130B。主体130B包括大体上圆形的轮廓，具有四个径向向外延伸的安装部分130M和中央通孔132。主体130B的面向定子10B和转子100A的轴向端面与定子100B间隔开以限定轴向间隙G2。每个安装部分130M均限定有开口130MO，该开口130MO可以带有螺纹，用于接收紧固件(未示出)以将马达100安装至诸如另一壳体的支撑结构。一体的环形支撑套筒130S从主体130B的朝向转子100A和定子100B的轴向端面突出。环形支撑套筒130S接收在定子100B的中央通孔124中。主体100B中的通孔132布置成接收用于支撑轴108的旋转的轴承140。C形夹110当安装在轴108的凹槽108B中时抵邻接轴承140的轴向端面。参照图3，气隙G1、轴向间隙G2和空气流动开口106VO流体连通以限定冷却空气流动路径。

图6示出了在图1的外转子马达100中使用的粘结磁体104。粘结磁体104具有在周向上交替的北极和南极104P。在该示例中，具有10个大体上具有相同周向延伸的磁极(例如，每个磁极跨度大约为36度)，并且这些磁极平行于磁体104的轴向尺寸延伸。在该示例中由磁极产生的磁化是直线磁化。

图7示出了能够在图1的外转子马达100中使用的另一种粘结磁体104’。在该示例中，粘结磁体104’具有在周向上交替的北极和南极104P’，但是北极和南极相对于磁体104’的轴向尺寸倾斜地延伸。在该示例中，由磁极产生的磁化是偏磁化。

在操作中，定子100B的绕组126接收来自PCB组件100C的控制信号，并且与转子100A的粘结磁体104电磁相互作用。通过磁体104上的磁极与定子绕组126之间的电磁相互作用，粘结磁体104被驱动旋转。通过端盖106与粘结磁体104连接并由轴承114、140支撑的轴108因此被驱动旋转，以驱动可操作地连接至轴108的负载。

本实施例中的马达相对轻便且紧凑。其能够提供高扭矩并能够以高功率密度和高扭矩密度高效地运行。所述马达能够容易地且以低成本制造。粘结磁铁的使用使转子的磁特性可以针对特定应用进行定制。将粘结磁体围绕转子轭安装便于制造和组装，并且能够提供较高的磁通量和改善的惯性效果。另选地，能够将转子轭围绕粘结磁体安装以改善磁链。作为马达的一部分的马达端盖能够提供有效的冷却，从而有效地防止运行期间的过热。

为了简单和清楚起见，未示出详细的绕组方案和定子绕组的控制。而且，附图示意性地但不一定按比例地示出了马达。本领域技术人员将认识到，可以对所描述的实施例进行多种变型和修改，并且所描述的实施例在所有方面都应被认为是说明性的而非限制性的。

例如，定子可以具有不同的形式。定子可以具有十个以上的齿或少于十个的齿(但至少为两个)。齿无需具有相同的形状和尺寸，但能够具有不同的宽度和高度。例如，相邻齿能够具有不同的宽度。相邻齿之间的间距能够发生变化，使得齿不是沿圆周向均匀地分布。齿的末端能够具有不同的厚度。它们的径向外表面优选地限定了平滑成形的轮廓(例如，环形轮廓)。卷绕在齿上的绕组能够布置成一组或多组，每组受到相应的控制信号控制。可以针对特定应用选择用于绕组的导线的数量。

转子可以具有不同的形式。转子轭和粘结磁体的位置能够被互换。粘结磁体能够具有其他形状，并且可以具有十个以上的磁极或少于十个的磁极(至少为两个，偶数)。磁极的弧段可以具有不同的尺寸。磁极可以歪斜。粘结磁体可以围绕转子轭布置(布置在转子轭的外表面上)，反之亦然。端盖可以采用其他形式。附接到粘结磁体或转子轭上的端盖可以不具有散热装置或者另选或附加的散热装置。例如，径向轮叶能够用风扇叶片代替。端盖可以具有任意数量的轮叶、叶片等。端盖可以包含风扇。马达轴能够采用不同的形式，具有附加的阶梯的部分或不具有阶梯部分。马达轴能够采用任何截面形状。轴的轴向端部无需带有螺纹。马达轴能够在任何类型的轴承上旋转，诸如滚珠轴承、滚子轴承等。马达轴能够被视为转子的一部分，或者被视为单独部分。集成PCB组件能够被视为定子的一部分，或者被视为单独部分。

PCB组件可以被不同地成形。PCB组件可以具有四个以上的安装部分或少于四个的安装部分。安装部分无需相对地布置。安装部分能够是任意形状的孔，可选地带有螺纹，用于接收诸如螺钉、螺母、螺栓等的紧固件。另选地，安装部分能够是诸如突起、闩锁件等布置成与另一个结构上的孔接合的紧固件。

马达的尺寸可以改变。气隙G1优选小于约1.50mm厚，更优选小于约1.00mm厚。磁体的厚度优选在1.00mm至8.00mm之间。转子轭优选地比磁体厚，但是在某些情况下，其可以更薄。

本发明的外转子马达能够用于：电力工具，诸如钻、驱动器等；园艺工具，诸如割草机、链锯、鼓风机、修剪器等；以及各种室内/室外电气设备，诸如风扇、吊扇、食品加工机、搅拌机、榨汁机、真空吸尘器、洗碗机、洗衣机等。外转子马达能够使用不同的电力(优选是DC电力)运行。在一个示例中，DC电力由一个或多个标称电压为18V、36V、48V、56V等的电池组提供。

Claims

1.一种外转子马达，该外转子马达包括：

定子；和

转子，该转子包括围绕所述定子布置的粘结磁体，其中在所述粘结磁体和所述定子之间布置有气隙。

2.根据权利要求1所述的外转子马达，其中，所述粘结磁体呈空心圆柱体的形式。

3.根据权利要求2所述的外转子马达，其中，所述粘结磁体具有在周向上交替的磁极。

4.根据权利要求3所述的外转子马达，其中，所述磁极基本上具有相同的周向延伸范围。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的外转子马达，其中，所述转子还包括围绕所述粘结磁体布置的转子轭。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的外转子马达，还包括集成PCB组件，该集成PCB组件布置在所述粘结磁体的一侧上。

7.根据权利要求6所述的外转子马达，其中，所述集成PCB组件包括用于将所述外转子马达安装至支撑结构的安装部分。

8.根据权利要求6或7所述的外转子马达，其中，在所述粘结磁体和所述集成PCB组件之间限定轴向间隙。

9.根据权利要求6至8中的任一项所述的外转子马达，其中，所述转子还包括具有轮叶的端盖，所述端盖布置在所述粘结磁体的与所述集成PCB组件相对的另一侧上。

10.根据权利要求9所述的外转子马达，其中，所述轮叶径向地延伸并且在周向上均匀地间隔开。

11.根据权利要求9或10所述的外转子马达，其中，在各相邻轮叶之间布置有空气流动开口。

12.根据权利要求11所述的外转子马达，其中，所述气隙、所述轴向间隙和所述空气流动开口流体连通以限定冷却空气流动路径。

13.根据权利要求9至12中的任一项所述的外转子马达，其中，所述转子还包括与粘结磁体可操作地耦合以旋转的轴，其中，所述轴延伸穿过所述端盖、所述粘结磁体、所述定子和所述PCB组件。

14.根据权利要求9至13中的任一项所述的外转子马达，其中，所述外转子马达是DC无刷马达。

15.一种用于外转子马达的转子，该转子包括：

粘结磁体，所述粘结磁体配置成围绕定子布置并且与所述定子间隔开，其中，在所述粘结磁体和所述定子之间布置有气隙。

16.根据权利要求15所述的转子，其中，所述粘结磁体呈中空圆柱体的形式。

17.根据权利要求16所述的转子，其中，所述粘结磁体具有在周向上交替的磁极。

18.根据权利要求17所述的转子，其中，所述磁极基本上具有相同的周向延伸范围。

19.根据权利要求15至18中的任一项所述的转子，还包括围绕所述粘结磁体布置的转子轭。

20.根据权利要求15至19中的任一项所述的转子，还包括具有轮叶的端盖，所述端盖布置在所述粘结磁体的一侧上。

21.根据权利要求20所述的转子，其中，所述轮叶径向地延伸并且在周向上均匀地间隔开。

22.根据权利要求21所述的转子，其中，在各相邻轮叶之间布置有空气流动开口。

23.一种外转子马达，该外转子马达包括根据权利要求15至22中的任一项所述的转子。

24.一种电气设备或工具，该电气设备或工具包括根据权利要求1至14和23中任一项所述的外转子马达。