CN113364190A - 一种具有小气隙的电机及其加工装配方法和电动工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有小气隙的电机，包括定子和塑料绝缘层，所述塑料绝缘层设于定子外，还包括外壳，所述外壳包括后端盖和环形壳，所述外壳形成用于容纳定子的容纳腔，所述塑料绝缘层一体注塑形成于容纳腔内，并且所述塑料绝缘层与外壳注塑为一体。还公开了基于上述电机的电动工具。还公开了一种具有小气隙的电机的加工装配方法。应用本发明能够在装配过程中使定子相对后端盖具有良好的同心度，进而可以使定子与转子之间获得所需的小气隙，有效提高电机效率。
Description
技术领域
本发明属于电机设备领域，尤其涉及一种具有小气隙的电机及其加工装配方法和电动工具。
背景技术
无刷开关磁阻电机是一种新型调速电机，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代调速系统，它的结构简单坚固，调速范围宽，系统可靠性高，相比于现在常用的高压无刷电机，由于其转子无需绕组且不用永磁体，可大幅降低成本，将其应用至电动工具之中可使电动工具具有整机寿命长和可靠性高的优势。但由于电动工具一般因体积较小对电机的效率(输出功率与输入功率之比，通常用百分比表示)要求较高，而开关磁阻电机如果想要获得一个较高的电机效率，就需要定子与转子之间间隙非常小(间隙小形成的气隙小，气隙过大将使磁阻增大，使励磁损耗增大，励磁电流随之增大电动机的功率因数也会下降)，经测算，如果想将开关磁阻电机应用至常见的电动工具之中，那么其电机效率至少需要60％以上，对应的定子与转子之间气隙要小于0.3mm。而降低定子与转子之间间隙就需要保证在加工装配时定子和转子具有非常好的同心度，现有技术中在加工装配时，转子通过电机轴转动连接在前后端盖上，而定子固定安装在前后端盖上，并且安全规定要求需要在定子外部设置绝缘层 (一般为塑料材质)，因此在装配时是将绝缘层与前后端盖固定安装，而定子预先和绝缘层连接。其中定子和绝缘层可以是分体设计，在装配时将定子与绝缘层先固定安装在一起；也可以是直接在定子外表面涂覆绝缘材料形成绝缘层。
现有技术中绝缘层与端盖装配时很难获得良好的同心度，首先绝缘层在加工时的尺寸无法保证足够装配精度，其次由于绝缘层一般采用塑料材质，其强度较弱，在装配时难以避免因变形造成的装配误差(如采用多颗螺栓连接的方式，在螺栓旋拧时会带动绝缘层相对后端盖产生径向偏移，影响同心度)。另外，对于定子和绝缘层分体设计的结构来说，由于需要定子与绝缘层固定安装、绝缘层再与后端盖固定安装，经过两次安装会积累较大的装配误差，更加难以获得良好的同心度。进而导致定子与转子很难获得良好的同心度，不能获得想达到的小气隙。这也是磁阻电机在电动工具方面应用很少的一个原因。
现有的磁阻电机还存在另一个问题：在尽可能的获得小气隙的情况下，由于定子与转子之间的间隙很小，就要求定子不能相对转子发生径向偏移，否则会造成定子和转子擦碰，使电机失效。然而现有技术中由于定子外的塑料绝缘层强度较小，塑料绝缘层可能在外力作用下相对定子发生变形，造成定子径向偏移，可能引起定子与转子擦碰。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有小气隙的电机及加工装配方法和电动工具，能够有效解决现有技术中定子与转子在装配过程中同心度不佳导致难以获得满足需求的小气隙的问题，有效提升电机效率。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种具有小气隙的电机，包括定子和塑料绝缘层，所述塑料绝缘层设于定子外，还包括外壳，所述外壳包括后端盖和环形壳，所述外壳形成用于容纳定子的容纳腔，所述塑料绝缘层一体注塑形成于容纳腔内，并且所述塑料绝缘层与外壳注塑为一体。
优选的，所述外壳的强度大于塑料绝缘层的强度。相较于现有技术中定子外只有一层塑料绝缘层的结构，本发明中外壳与塑料绝缘层一体成型的结构具有更好的强度，这样本发明的电机在获得小气隙的同时，由于塑料绝缘层的强度得到加强，有效避免了由于塑料绝缘层的变形引起的定子偏移，能够防止定子和转子发生擦碰。
优选的，所述定子外表面沿轴向设有凸块，所述凸块上沿轴向开设有锁紧槽，所述塑料绝缘层上设有用于容纳凸块的凹槽，所述凹槽内表面和锁紧槽配合形成通槽，所述通槽内穿设有螺钉，所述塑料绝缘层底面设有供螺钉拧入的螺纹孔。首先，凸块和用于容纳凸块的凹槽相配合起到导向的作用，在将定子装配到外壳内的过程中可通过凸块与凹槽的配合保证之后的螺钉对准螺纹孔。其次，通过设置锁紧槽和凹槽配合形成供螺钉穿过的通槽，这样的设计结构相对于直接在定子上设置供螺钉穿过的通孔具有两个好处：其一是在定子外表面开设锁紧槽远比开设通孔便于加工；另外，不论如何精加工，定子与外壳之间还是需要存在装配间隙的，如果直接在定子上设置供螺钉穿过的通孔，在旋拧螺钉的过程中，旋拧动作难免会使螺钉发生径向位移，这样在螺钉与通孔内壁的作用下会影响定子相对外壳的同心度，而本方案中的该结构下螺钉与通槽内壁只是多条线接触作用，对于定子相对外壳的同心度影响非常小。
优选的，所述锁紧槽设有三个，三个所述锁紧槽相对定子中心轴线均匀设置。这样作用力均匀，进一步保证定子相对外壳具有良好的同心度，以及定子与外壳连接稳定。
优选的，所述塑料绝缘层内表面设有多个用于与定子抵接的限位凸起，多个所述限位凸起沿外壳中心轴线对称分布。设置限位凸起与定子抵接，提高定子与外壳连接的稳定性，能够有效减少定子相对外壳的轴向移动，更好的防止定子与转子之间擦碰。
优选的，所述后端盖中央设有轴承室，所述轴承室外表面沿周向设有加强筋。通过设置加强筋加强轴承室的强度，这样就可以防止由于轴承室形变引起电机轴的偏移，进而能够防止转子相对定子偏移，更好的防止定子与转子之间擦碰。
优选的，所述环形壳沿周向设有用于与前端盖连接的连接孔。
优选的，所述塑料绝缘层底面沿径向向外设有翻边，所述翻边用于增加绝缘距离。
为解决上述技术问题，本发明还采用了如下技术方案：一种具有小气隙的电机的加工装配方法，包括以下步骤，
S10：采用压铸工艺制成电机的外壳，所述外壳包括后端盖和环形壳，所述外壳的后端盖包括用于安装电机轴的轴承室，所述外壳的环形壳包括用于与前端盖紧密贴合的第一配合端面；
S20：将外壳作为嵌件放入注塑模具的注塑型腔中；
S30：向注塑型腔中填充熔融状塑胶，在外壳内表面注塑形成塑料绝缘层；
S40：制成电机的前端盖，所述前端盖包括用于与第一配合端面紧密贴合的第二配合端面；
S50：采用切削工艺，利用切刀分别对轴承室内圆面、第一配合端面、第二配合端面和用于与定子抵接的塑料绝缘层内表面进行一次装夹；
S60：将定子固定安装至外壳内，再将固定安装有转子的电机轴转动连接在外壳上，最后将前端盖固定安装在外壳上。
采用该加工转配方法，由于塑料绝缘层一体注塑形成于外壳的内表面，塑料绝缘层与外壳一体，塑料绝缘层无需与外壳进行装配，避免由于塑料绝缘层与外壳装配过程引起的同心度偏差，保证塑料绝缘层与外壳的同心度；其次采用切削工艺分别对轴承室内圆面、第一配合端面、第二配合端面和用于与定子抵接的塑料绝缘层内表面进行一次装夹，能够非常好的保证各个连接面的同心度，进而保证装配过程中定子和转子良好的同心度，能够获得所需的小气隙，提升电机效率。
为解决上述技术问题，本发明还采用了如下技术方案：一种电动工具，包括机壳，所述机壳内安装有如上述技术方案中任一项所述的一种具有小气隙的电机。由于该电动工具安装了上述具有小气隙的电机，该电动工具具有整机寿命长和可靠性高的优势，同时降低了成本。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、由于塑料绝缘层一体注塑形成于外壳形成的容纳腔内，塑料绝缘层与外壳一体，塑料绝缘层无需与外壳进行装配，避免由于塑料绝缘层与外壳装配过程引起的同心度偏差，保证塑料绝缘层与外壳的同心度；
2、现有技术中前后端盖与定子外涂覆的绝缘层进行装配，而本发明中由于需要在外壳上注塑形成塑料绝缘层，因此为了形成容纳腔，本发明的外壳在结构上还设计有环形壳，这样增大了与定子的接触面积，在使用螺钉将定子装配到外壳内的过程中，由于定子与外壳接触面积大而定位可靠，可以有效避免某颗螺钉拧入过多造成定子相对外壳发生径向偏移；
因此本发明提供的该电机中的定子与转子之间能够获得小气隙，提升电机效率。
3、由于塑料绝缘层与外壳一体，在电机的使用过程中塑料绝缘层与外壳之间不会像现有技术中那种发生相互轻微位移，这样能够更好的保证定子相对外壳的同心度，进而保证定子不会与转子之间发生擦碰。
附图说明
图1实施例一提供的一种具有小气隙的电机的剖视图；
图2实施例一中一体成型的外壳与塑料绝缘层的结构示意图；
图3实施例一中外壳的结构示意图；
图4实施例一中塑料绝缘层的结构示意图；
图5实施例一中外壳、塑料绝缘层和定子的爆炸图；
图6实施例一中塑料绝缘层与外壳的俯视图；
图7实施例三提供的一种电动工具的剖视图。
其中：1.电机，2.前端盖，20.轴承，3.外壳，30.后端盖，300.轴承室，301. 加强筋，31.环形壳，310.连接孔，32.散热孔，4.塑料绝缘层，40.凹槽，41.螺纹孔，42.限位凸起，43.翻边，5.定子，50.凸块，500.锁紧槽，51.螺钉，6.转子， 7.电机轴，8.机壳，80.握持部，81.控制器，82.工作头。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一：如图1、图2、图3和图4所示，一种具有小气隙的电机，包括前端盖2、外壳3、定子5、转子6、电机轴7和塑料绝缘层4，其中外壳3包括后端盖30和环形壳31，转子6固定连接在电机轴7上，前端盖2的中心和后端盖30的中心上均设有轴承室300，电机轴7的两端分别转动连接在轴承室300 内设置的轴承20上，前端盖2和后端盖30均与定子5固定连接，塑料绝缘层4 设于定子5外起到绝缘作用，定子5与转子6之间形成气隙。本实施例中的外壳3形成用于容纳定子5的容纳腔，也即通过后端盖30和环形壳31形成该容纳腔，而塑料绝缘层4一体注塑形成于容纳腔内，并且塑料绝缘层4与外壳3 注塑为一体。具体的，先制成外壳3，可利用压铸工艺一体制成后端盖30和环形壳31，再将外壳3作为嵌件放入到注塑模具中，然后将熔融状的塑胶填充到注塑模具形成的注塑型腔中，通过注塑工艺将塑料绝缘层4一体注塑到外壳3 上。
由于塑料绝缘层4一体注塑形成于外壳3形成的容纳腔内，塑料绝缘层4 与外壳3一体，塑料绝缘层4无需与外壳3进行装配，避免由于塑料绝缘层4 与外壳3装配过程引起的同心度偏差，保证塑料绝缘层4与外壳3的同心度。另外，现有技术中前后端盖与定子外涂覆的绝缘层进行装配，而本实施例中由于需要在外壳3上注塑形成塑料绝缘层4，因此为了形成容纳腔，外壳3在结构上设计有环形壳31，这样增大了外壳3与定子5的接触面积，在使用螺钉51将定子5装配到外壳3内的过程中，由于定子5与外壳3接触面积大而定位可靠，可以有效避免某颗螺钉51拧入过多造成定子5相对外壳3发生径向偏移。由上可以，该电机1中的定子5和转子6可以获得小气隙，从而有效提升电机效率。根据实验测试，该电机可以获得最小0.2mm的气隙，使电机效率达到70％。
将塑料绝缘层4一体注塑到外壳3上还具有下述优点：在电机的使用过程中塑料绝缘层4与外壳3之间不会像现有技术中那样发生相互轻微震动，这样能够更好的保证定子5相对外壳3的同心度，进而保证定子5不会与转子6之间发生擦碰，提高电机运行的可靠性。
进一步的，本实施例中外壳3的强度大于塑料绝缘层4的强度。这样设计是为了获得更高的强度，相较于现有技术中定子5外只有一层塑料绝缘层4的结构，这样本实施例提供的电机在获得小气隙的同时，由于强度得到加强，有效避免了由于塑料绝缘层4的变形引起的定子5偏移，能够防止定子5和转子6 发生擦碰。实际应用时，外壳3可以选用铝合金等金属件，一方面一般金属的强度都比较大，另一方面金属加工工艺成熟，便于加工、便于保证加工精度。
结合图5所示(需要说明的是，本实施例中外壳3与塑料绝缘层4为一体，图3、图4和图5中为便于说明，将二者单独示出)，本实施例中还在定子5外表面沿轴向设有凸块50，凸块50上沿轴向开设有锁紧槽500，塑料绝缘层4上设有用于容纳凸块50的凹槽40，凹槽40内表面和锁紧槽500配合形成通槽，通槽内穿设有螺钉51，塑料绝缘层4底面设有供螺钉51拧入的螺纹孔41。首先，凸块50和用于容纳凸块50的凹槽40相配合起到导向的作用，在将定子5 装配到外壳3内的过程中可通过凸块50与凹槽40的配合保证之后的螺钉51对准螺纹孔41。其次，通过设置锁紧槽500和凹槽40配合形成供螺钉51穿过的通槽，这样的设计结构相对于直接在定子5上设置供螺钉51穿过的通孔具有两个好处：其一是在定子5外表面开设锁紧槽500远比开设通孔便于加工；另外，不论如何精加工，定子5与外壳3之间还是需要存在装配间隙的，如果直接在定子5上设置供螺钉51穿过的通孔，在旋拧螺钉51的过程中，旋拧动作难免会使螺钉51发生径向位移，这样在螺钉51与通孔内壁的作用下会影响定子5 相对外壳3的同心度，而本方案中的该结构下螺钉51与通槽内壁只是多条线接触作用，对于定子5相对外壳3的同心度影响非常小。进一步的，本实施例中锁紧槽500设有三个，三个锁紧槽500相对定子5中心轴线均匀设置，这样作用力均匀，更好地保证定子5相对外壳3具有良好的同心度，以及定子5与外壳3连接稳定。
本实施例中还在塑料绝缘层4内表面设有多个用于与定子5抵接的限位凸起42，多个限位凸起42沿外壳3中心轴线对称分布，可以提高定子5与外壳3 连接的稳定性，能够有效减少定子5相对外壳3的轴向移动，更好的防止定子5 与转子6之间擦碰。
在加强定子5与外壳3连接的稳定性的同时，为提高电机轴7相对外壳3 转动的稳定性，本实施例中在后端盖30中央设有轴承室300，轴承室300外表面沿周向设有加强筋301，通过设置加强筋301加强轴承室300的强度，这样就可以防止由于轴承室300形变引起电机轴7的偏移，进而能够防止转子6相对定子5偏移，更好的防止定子5与转子6之间擦碰。本实施例中还在环形壳31 沿周向设有用于与前端盖2连接的连接孔310，前端盖2与外壳3之间也采用螺钉通过螺纹连接的方式固定，保证前端盖2与外壳3连接的稳定性，也就能够保证电机轴7在前端盖2与外壳3上转动连接的稳定性。
为便于电机1散热，本实施例中还在外壳3上设有散热孔32，相应的，塑料绝缘层4在注塑时也形成该散热孔32。
其中如图6所示，为获得良好的绝缘性，保证使用安全，本实施例中还在塑料绝缘层4底面沿径向向外设有翻边43，翻边43用于增加绝缘距离。
需要说明的是，本实施例中提供的该电机1类型可以是开关磁阻电机，也可以是其他工作原理的电机，其目的在于获得定子5与转子6之间具有小气隙，提升电机效率。
实施例二：本实施例提供了一种具有小气隙的电机的加工装配方法，包括以下步骤，其中电机的结构可参考图1至图6：
S10：采用压铸工艺制成电机的外壳3，外壳3包括后端盖30和环形壳31，外壳3的后端盖30包括用于安装电机轴7的轴承室300，外壳3的环形壳31包括用于与前端盖2紧密贴合的第一配合端面；
S20：将外壳3作为嵌件放入注塑模具的注塑型腔中；
S30：向注塑型腔中填充熔融状塑胶，在外壳3内表面注塑形成塑料绝缘层 4；
S40：制成电机的前端盖2，前端盖2包括用于与第一配合端面紧密贴合的第二配合端面；具体的，本实施例中采用压铸工艺制成前端盖2。
S50：采用切削工艺，利用切刀分别对轴承室300内圆面、第一配合端面、第二配合端面和用于与定子5抵接的塑料绝缘层4内表面进行一次装夹；
S60：将定子5固定安装至外壳3内，再将固定安装有转子6的电机轴7转动连接在外壳3上，最后将前端盖2固定安装在外壳3上。
采用该加工转配方法，由于塑料绝缘层4一体注塑形成于外壳3的内表面，塑料绝缘层4与外壳3一体，塑料绝缘层4无需与外壳3进行装配，避免由于塑料绝缘层4与外壳3装配过程引起的同心度偏差，保证塑料绝缘层4与外壳3 的同心度；其次采用切削工艺分别对轴承室300内圆面、第一配合端面、第二配合端面和用于与定子5抵接的塑料绝缘层4内表面进行一次装夹，能够非常好的保证各个连接面的同心度，进而保证装配过程中定子5和转子6良好的同心度，能够获得所需的小气隙，有效提升电机效率。
实施例三：如图7所示，本实施例提供了一种电动磨切工具，包括机壳8、工作头82、控制器81和电机1，其中机壳8后端设有供操作人员抓握的握持部80，机壳8内安装有电机1，电机1的输出轴与工作头82连接，用于驱动工作头82工作，控制器81与电机1连接用于控制电机1的启停。其中，该工具内安装的电机1为实施例一中提供的一种具有小气隙的电机。由于该工具安装了上述具有小气隙的电机，该电动工具具有整机寿命长和可靠性高的优势，同时降低了成本。可以理解的是，该电机不局限应用于本实施例提供的该电动磨切工具上，还可以应用至其他电动工具上。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (10)
1.一种具有小气隙的电机，包括定子和塑料绝缘层，所述塑料绝缘层设于定子外，其特征在于：还包括外壳，所述外壳包括后端盖和环形壳，所述外壳形成用于容纳定子的容纳腔，所述塑料绝缘层一体注塑形成于容纳腔内，并且所述塑料绝缘层与外壳注塑为一体。
2.如权利要求1所述的一种具有小气隙的电机，其特征在于：所述外壳的强度大于塑料绝缘层的强度。
3.如权利要求1所述的一种具有小气隙的电机，其特征在于：所述定子外表面沿轴向设有凸块，所述凸块上沿轴向开设有锁紧槽，所述塑料绝缘层上设有用于容纳凸块的凹槽，所述凹槽内表面和锁紧槽配合形成通槽，所述通槽内穿设有螺钉，所述塑料绝缘层底面设有供螺钉拧入的螺纹孔。
4.如权利要求3所述的一种具有小气隙的电机，其特征在于：所述锁紧槽设有三个，三个所述锁紧槽相对定子中心轴线均匀设置。
5.如权利要求1所述的一种具有小气隙的电机，其特征在于：所述塑料绝缘层内表面设有多个用于与定子抵接的限位凸起，多个所述限位凸起沿外壳中心轴线对称分布。
6.如权利要求1所述的一种具有小气隙的电机，其特征在于：所述后端盖中央设有轴承室，所述轴承室外表面沿周向设有加强筋。
7.如权利要求1所述的一种具有小气隙的电机，其特征在于：电机还包括前端盖，所述环形壳沿周向设有用于与前端盖连接的连接孔。
8.如权利要求1所述的一种具有小气隙的电机，其特征在于：所述塑料绝缘层底面沿径向向外设有翻边，所述翻边用于增加绝缘距离。
9.一种具有小气隙的电机的加工装配方法，其特征在于，包括以下步骤，
S10：采用压铸工艺制成电机的外壳，所述外壳包括后端盖和环形壳，所述外壳的后端盖包括用于安装电机轴的轴承室，所述外壳的环形壳包括用于与前端盖紧密贴合的第一配合端面；
S20：将外壳作为嵌件放入注塑模具的注塑型腔中；
S30：向注塑型腔中填充熔融状塑胶，在外壳内表面注塑形成塑料绝缘层；
S40：制成电机的前端盖，所述前端盖包括用于与第一配合端面紧密贴合的第二配合端面；
S50：采用切削工艺，利用切刀分别对轴承室内圆面、第一配合端面、第二配合端面和用于与定子抵接的塑料绝缘层内表面进行一次装夹；
S60：将定子固定安装至外壳内，再将固定安装有转子的电机轴转动连接在外壳上，最后将前端盖固定安装在外壳上。
10.一种电动工具，包括机壳，其特征在于：所述机壳内安装有如权利要求1至8中任一项所述的一种具有小气隙的电机。
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