CN114123669B - 用于电机的磁性感应组件、电机及电动工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电机的磁感应组件。所述磁感应组件包括：电绝缘安装支架，其安装在电机的转子轴上，并随着所述转子轴而转动；以及磁感应部，其保持于所述电绝缘安装支架内，并且指示所述电机的转子磁场的位置。本发明还涉及一种电机和电动工具。根据本发明的磁感应组件能够有效解决或者至少缓解电机内可能出现的一些绝缘问题，提高磁感应部的许用转速，在磁感应部开裂的情况下也能在一定程度上继续工作。

Description

用于电机的磁性感应组件、电机及电动工具

技术领域

本发明涉及电机领域，更具体地，涉及一种用于电机的磁性感应组件、电机以及电动工具。

背景技术

在无刷电机（尤其是电动工具中的无刷电机）的使用中，有时需要确定电机转子磁场的当前位置。这可以通过在电机转子上布置磁性感应组件来实现。

举例而言，美国专利US7791232B公开了一种能够确定转子磁场位置的电动工具。如图1所示，砂光机100的转子轴200上安装有磁感应部700（即，磁性感应组件），印刷电路板702的朝向位置磁感应部700的那一侧上安装有位置传感器308。磁感应部700与转子主磁场具有相应的磁性。当位置磁感应部700随着转子轴200转动时，位置传感器308能够通过感应位置磁感应部700的位置来感应转子主磁场的位置。

随着电机及其应用领域的不断发展，如何为电机转子配置适当的磁性感应组件以指示转子磁场位置是值得关注的技术方向。

发明内容

为了解决或者至少缓解上述问题以及其他问题中的至少一个，本发明提供了以下用于电机的磁性感应组件布置的技术方案。

根据本发明的一方面，提供了一种用于电机的磁感应组件。所述磁感应组件包括电绝缘安装支架。所述电绝缘安装支架安装在电机的转子轴上，并随着所述转子轴而转动。所述磁感应组件还包括磁感应部。所述磁感应部保持于所述电绝缘安装支架内，并且指示所述电机的转子磁场的位置。

根据本发明的另一方面，提供一种电机。所述电机包括转子和如前所述的磁感应组件。其中，所述磁感应组件的电绝缘安装支架安装在所述转子的转子轴的端部上，并随着所述转子轴而转动。其中，所述磁感应组件的磁感应部保持于所述电绝缘安装支架内，并且指示所述电机的转子磁场的位置。

根据本发明的又一个方面，提供了一种电动工具。所述电动工具包括如前所述的电机。

根据本发明的用于电机的磁感应组件将磁感应部保持于电绝缘安装支架的内部，使得磁感应部被绝缘材料密封，这能够有效避免电机内部可能出现的诸多绝缘问题，解决或者至少缓解电机高速运行时磁感应部开裂的问题，提高磁感应部的许用转速。在电绝缘安装支架的密封保护下，即使磁感应部出现了一定程度的开裂，其也能够在一定程度上继续工作，而不显著影响位置传感器能够感测到的磁场强度。

附图说明

从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其他目的及优点更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。

图1示出了一种能够确定转子磁场位置的电动工具的剖视图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的电机2000的剖视图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的电机2000的部分零件的剖视图。

图4示出了根据本发明的一个实施例的磁感应组件4400安装于转子轴4310的剖视图。

图5示出了根据本发明的一个实施例的电机2000中的磁感应组件2400的爆炸图。

图6示出了根据本发明的一个实施例的磁感应组件6400的立体示意图。

图7示出了根据本发明的一个实施例的电机7000的部分零件的剖视图。

图8a和图8b分别示出了磁感应组件7400中设置增磁部7440前、后的磁路线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述对象在空间、时间、大小等方面的顺序。此外，术语“包括”、“包含”、“具备”以及类似表述意在表示不排他的包含，除非另外特别指明。

还需要说明的是，在本发明的上下文中，术语“转子轴的轴向”意在表示沿转子轴的轴线而指向转子轴外部的方向，术语“转子轴的径向”意在表示沿转子轴的半径而指向转子轴外部的方向。

还需要说明的是，对于在本发明中所提及的实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，本申请仍然允许在这些技术特征（或其等同物）之间继续进行任意组合或者删减而不存在任何的技术障碍，由此获得可能未在本申请中直接提及的更多其它实施例。

我们发现现有技术（诸如图1中所示的电动工具）在为电机转子配置磁性感应组件来指示转子磁场位置时存在诸多问题。例如，磁感应组件的主体通常为导体，因此可能与电机中的金属部件（例如，转子轴）导通，从而造成触电风险。这对于工作在金属粉尘环境中的电机而言尤其严重。因为，磁感应部容易吸附金属粉尘，从而导致与金属部件的导通。

此外，电机中的各个零件之间需要考虑绝缘距离的要求。作为示例，标准IEC62841-1：2014对手持式电动操作的便携式园艺电动工具中的各种零件之间的绝缘距离进行了详细的规定。根据标准IEC 62841-1：2014，当电动工具工作在130V至280V之间时，其中位置传感器与转子轴之间的距离至少为4mm。然而，我们发现，对于工作在金属粉尘环境中的电机而言，如果金属粉尘吸附至转子轴上，则会减少转子轴与位置传感器之间的气隙距离，使得二者之间的绝缘性能下降，甚至引起触电事故。

此外，我们还发现，构成磁感应部的磁性材料往往韧性不高，在电机高速运行时容易开裂。因而，受到磁性材料韧性的限制，磁感应部的许用转速往往不能太高。

有鉴于上述发现，本发明提出了一种用于电机的磁感应组件以解决或者至少缓解上述问题或者其他未能尽述之问题中的至少一个问题。在下文中，将参考附图详细地描述根据本发明的各示例性实施例。

参见图2和图3，其示出了根据本发明的一个实施例的电机2000。其中，图2整体上示出了电机2000的剖视图。图3示出了电机2000中部分零件的剖视图。

如图2所示，电机2000包括壳体2100、定子2200、转子2300、磁感应组件2400和位置传感器2500。进一步，转子2300包括转子轴2310。结合图2和图3可以看到，磁感应组件2400进一步包括电绝缘支架2410（例如，由绝缘塑料制成）、磁感应部2420（例如，由磁性材料制成）。其中，电绝缘安装支架2410安装在电机2000的转子轴2310的端部2311上，并且，转子轴2310的端部2311沿转子轴2310的轴向未突出于电绝缘安装支架2410。电绝缘安装支架2410随着转子轴2310而转动。磁感应部2420保持于电绝缘安装支架2410内。磁感应部2420沿转子轴2310的径向与转子轴2310的轴线相距一定的距离，并且磁感应部2420与转子2300的主磁场具有相应的极性（例如，二者极性相同）。当转子2300转动时，布置在电绝缘安装支架2410内的磁感应部2420会随之转动，磁感应部2420的位置能够反映转子2300的主磁场位置。位置传感器2500（例如，霍尔传感器）通过感测磁感应部2420的位置就能够确定转子2300的主磁场位置。

在图2和图3所示的实施例中，指示转子2300主磁场位置的磁感应部2420保持于电绝缘安装支架2410内部。具体而言，磁感应部2420密封于电绝缘安装支架2410内，即，密封于电绝缘材料内。这有效解决了磁感应部2420未被绝缘材料密封时可能出现的绝缘问题。一方面。磁感应部2420与电机2000中的金属零件（例如，转子轴2310）之间不再存在爬电距离、空气间隙。即便在高压条件下，电机2000也能够正常工作，而不受磁感应部2420引起的绝缘问题的限制，增加了电机2000适用的电压范围。另一方面，对于存在金属粉尘的应用环境，磁感应部2420不会由于吸附金属粉尘而与金属零件导通，避免了触电风险。

进一步，电绝缘安装支架2410的绝缘材料例如是绝缘塑料，其韧性往往高于磁体。因而，在电机高速运行时，密封包裹磁感应部2420的电绝缘安装支架2410能够有效保护磁感应部2420，解决或者至少缓解其高速运行时开裂的问题，进而提高磁感应部2420的许用转速。经过测试我们发现，在工作温度为130°的工况下，利用电绝缘安装支架密封包裹磁感应部的上述技术方案，磁感应组件的许用转速能够从25000RPM提高到35000RPM。

另外，在电绝缘安装支架2410的密封保护下，即使磁感应部2420出现了一定程度的开裂，其也能够在一定程度上继续工作，而不显著影响位置传感器能够感测到的磁场强度。

在本发明的上下文中，术语“转子轴的端部”意在表示转子轴上相对于中部而更靠近位置传感器一端的部分，其并不限于这一部分上的一个点或者一个平面，而是意在表示转子轴上的一个区段。

在图2和图3所示的实施例中，磁感应部2420可以是感应磁环，相应地，电绝缘安装支架2410包括环绕区段，诸如第一环绕区段2411和第二环绕区段2412。但本发明不限于这样的示例，例如，磁感应部也可以是一个或多个感应磁体，相应地，电绝缘安装支架可以是能够将这一个或多个感应磁体完全包裹并将这一个或多个感应磁体安装到转子端部上的其他任何形状的支架。

如上面提到的，电绝缘安装支架2410可包括第一环绕区段2411和第二环绕区段2412。其中，第一环绕区段2411与转子轴2310的端部2311接合，第二环绕区段2412内布置有磁感应部2420。可选地，第一环绕区段2411环绕转子轴2310的端部2311而布置，并且可以通过过盈压配来与端部2311接合。

作为一种示例，电绝缘安装支架2410中的第一环绕区段2411和第二环绕区段2412可以是通过注塑工艺一体成型的。但本发明并不限于此，电绝缘安装支架2410中的各个部分也可以是先分别制造再相互组合的。

在图2和图3所示的实施例中，第二环绕区段2412可以沿转子轴2310的轴向突出于转子轴2310的端部2311。也就是说，第二环绕区段2412内的磁感应部2420与转子轴2310在转子轴的轴向上不重叠。因此，在电绝缘安装支架2410过盈压配到转子轴2310的端部2311时，不会对磁感应部2420产生过大的径向力而导致磁感应部2420开裂。

需要注意的是，本发明对第二环绕区段的布置不限于上述示例，而可以将第二环绕区段以落入本发明构思内的任何方式来布置。举例而言，图4示出了第二环绕区段在电机转子轴上的另一种布置方式。

在图4所示的实施例中，磁感应组件4400包括电绝缘安装支架4410和磁感应部4420。进一步，电绝缘安装支架4410包括第一环绕区段4411和第二环绕区段4412。第一环绕区段4411可以环绕转子轴4310的端部4311而布置，第二环绕区段4412也可以环绕转子轴4310的端部4311而布置。此时，为了避免过盈压配导致磁感应部4420开裂，可以将第二环绕区段4412布置得与端部4311之间存在间隙4700。由于二者之间存在间隙4700，因此即便在过盈压配的过程中，磁感应部4420收到的径向力也相对较小，大大降低了引起磁感应部4420开裂的可能-。

回到图2，磁感应组件2400还可包括电绝缘盖2430。电绝缘盖2430与电绝缘安装支架2410的第二环绕区段2412接合，并且，电绝缘盖2430封闭第二环绕区段2412的中孔2413。图3中可以看到未安装电绝缘盖2430时中孔2413的结构。当电机2000工作在存在金属粉尘的场景中时，利用电绝缘盖2430的设置，避免了金属粉尘经由中孔2413落至转子轴2310的端部2311而可能出现的绝缘性能下降或触电事故。

在图2和图3的所示的实施例中，电绝缘盖2430与电绝缘安装支架2410（具体而言，第二环绕区段2412）是可拆卸的。这便于在装配过程中经由第二环绕区段2412的中孔2143来实现转子轴2310的定位。拆卸后的电绝缘盖2430与电绝缘安装支架2410可参见图5。

需要注意的是，本发明不限于上述示例，电绝缘盖与第二环绕区段也可以是一体成型的，如图6所示。在图6所示的实施例中，磁感应组件6400包括电绝缘安装支架6410、磁感应部6420和电绝缘盖6430，并且，绝缘安装支架6410进一步包括第一环绕区段6411和第二环绕区段6412。第二环绕区段6412和电绝缘盖6430是一体成型的（诸如通过注塑工艺而实现）。当磁感应组件6400安装至电机的转子轴端部（诸如图2和图3中的端部2311），可以有效避免金属粉尘落至端部2311。这种一体成型的磁感应组件6400尤其适合在电机装配过程中不需要通过第二环绕区段的中孔对转子轴定位的情况。

图7示出了根据本发明的一个实施例的电机7000的剖视图。出于简明的目的，图7仅示出了电机7000的部分零件，而没有示出壳体、定子、位置传感器等零件。

参考图7，电机7000包括转子7300和磁感应组件7400。磁感应组件7400进一步包括电绝缘安装支架7410、磁感应部7420。电绝缘安装支架7410能够安装在电机7000的转子轴7310的端部7311上，并且电绝缘安装支架7410随着转子轴而转动。磁感应部7420保持于电绝缘安装支架7410内，并且能够指示电机转子7300的主磁场位置。磁感应部7420保持于电绝缘安装支架7410内部，被电绝缘材料（例如，绝缘塑料）密封包裹，这有效解决或者至少缓解了电机7000中可能出现的绝缘问题，并且提高了电机7000的许用转速，使得电机能够应用于更加高速的工况。

如图7所示，磁感应组件7400还包括增磁部7440。具体而言，增磁部7440可布置于电绝缘安装支架7410内并与磁感应部7420相互接触。增磁部7440由磁导率高于空气的材料制成，这能够降低磁感应部7420的磁路磁阻。举例而言，增磁部7440可以由低碳钢等具有优良导磁能力的材料制成，从而显著降低磁感应部7420的磁路磁阻。

图8a和图8b分别示出了磁感应组件7400中设置增磁部7440前、后的磁路线。对比图8a和8b可以看到，设置增磁部7440后，磁感应部7420发出的磁场线密度显著增加，磁场强度显著提高，位置传感器处能够感测到的磁场强度也会相应提高，这能够有效解决由于位置传感器感应到的磁场太弱而导致的换向延迟问题。这是因为，在图8a中，磁感应部7420的磁场线经由气隙形成闭合回路；而在图8b中，磁感应部7420的位于增磁部7440一侧的磁场线经由磁导率更高的增磁部7440形成闭合回路，这大大缩短了磁路长度，降低了磁路的磁阻，从而提高了磁场强度。

作为一种示例，可以通过位置传感器处期望的磁场强度，磁感应部7420、增磁部7440等零件的磁导率以及磁感应部7420的厚度等实际参数计算得到增磁部7440的期望厚度。

在图7所示的实施例中，增磁部7440在磁感应组件7400中相对于磁感应部7420更靠近转子轴7310的中部，这使得磁感应组件7400重心向转子轴7310的中部移动，从而能够减少由于靠近端部7311布置磁感应部7420而引起的不平衡以及高速转动带来的摇晃问题。需要注意的是，本发明不限于这样的布置，而可以将增磁部7440布置在磁感应组件7400内能够降低磁感应部7420的磁路磁阻的任何适当的位置。

在图7所示的实施例中，增磁部7440的至少部分布置于电绝缘安装支架7410的第一环绕区段7411内。也就是说，增磁部7440与转子轴7310的端部7311在轴向上有重合，因而增磁部7440能够增强磁感应组件7400在压配时与转子轴7310之间的过盈力，使得磁感应组件7400的安装更稳定，受高温影响程度更低。

容易理解，上述实施例中的磁感应组件能够结合到各种电动工具中，诸如，电钻、电锤、电动扳手、电动砂光机等等任何通过为电机转子配置磁感应组件来指示转子磁场位置的电动工具。

综上所述，根据本发明的用于电机的磁感应组件将磁感应部保持于电绝缘安装支架的内部，使得磁感应部被绝缘材料密封，这能够有效避免电机内部可能出现的诸多绝缘问题。一方面，磁感应部被绝缘材料密封，与其他金属部件不再存在爬电距离的问题。另一方面，磁感应部表现不会吸附金属粉尘等导电颗粒，避免了相应的绝缘性能下降、甚至触电危险。

进一步，由于电绝缘安装支架的韧性往往高于磁感应部，因而密封包裹磁感应部的电绝缘安装支架能够有效保护磁感应部，解决或者至少缓解高速运行时磁感应部开裂的问题，进而提高磁感应部的许用转速。更进一步，在电绝缘安装支架的密封保护下，即使磁感应部出现了一定程度的开裂，其也能够在一定程度上继续工作，而不显著影响位置传感器能够感测到的磁场强度。

此外，根据本发明的用于电机的磁感应组件利用电绝缘盖来封闭电绝缘安装支架中第二环绕区段的中孔，以避免了金属粉尘经由中孔落至转子轴端部而可能出现的绝缘性能下降或触电事故。

此外，根据本发明的用于电机的磁感应组件通过将磁感应部布置在沿轴向突出于端部的第二环绕区段，使得磁感应部与转子轴在轴向上不重叠，从而避免电绝缘安装支架过盈压配到转子轴端部时对磁感应部产生过大的径向力，进而避免磁感应部的开裂。

此外，根据本发明的用于电机的磁感应组件通过将磁感应部布置在环绕端部且与端部之间存在间隙的第二环绕区段，从而避免电绝缘安装支架过盈压配到转子轴端部时对磁感应部产生过大的径向力，进而避免磁感应部的开裂。

此外，根据本发明的用于电机的磁感应组件通过为磁感应部配置增磁部，提高了磁感应组件的磁场强度，避免了由于位置传感器感测到的磁场太弱而导致电机换向延迟。

尽管以上说明书只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (12)

1.一种用于电机的磁感应组件，其特征在于，包括：

电绝缘安装支架（2410，4410，7410），其安装在电机的转子轴（2310，4310，7310）上，并随着所述转子轴（2310，4310，7310）而转动；以及

磁感应部（2420，4420，7420），其保持于所述电绝缘安装支架（2410，4410，7410）内，并且指示所述电机的转子磁场的位置，

所述磁感应部（2420，4420，7420）密封地保持于所述电绝缘安装支架（2410，4410，7410）内。

2.根据权利要求1所述的磁感应组件，其中，

所述电绝缘安装支架（2410，4410，7410）安装在所述转子轴（2310，4310，7310）的端部（2311，4311，7311）上，并且，所述端部（2311，4311，7311）沿所述转子轴（2310，4310，7310）的轴向未突出于所述电绝缘安装支架（2410，4410，7410）。

3.根据权利要求2所述的磁感应组件，其中，

所述电绝缘安装支架（2410，4410，7410）包括第一环绕区段（2411，4411，7411）和第二环绕区段（2412，4412，7412），

其中，所述第一环绕区段（2411，4411，7411）环绕所述端部（2311，4311，7311）而布置，并且与所述端部（2311，4311，7311）接合

其中，所述磁感应部（2420，4420，7420）保持于所述第二环绕区段（2412，4412，7412）内。

4.根据权利要求3所述的磁感应组件，其中，还包括电绝缘盖（2430），

其中，所述电绝缘盖（2430）与所述第二环绕区段（2412）接合，所述电绝缘盖（2430）封闭所述第二环绕区段（2412）的中孔。

5.根据权利要求3所述的磁感应组件，其中，

所述电绝缘盖（2430）与所述第二环绕区段（2412）是一体成型的或者可拆卸的。

6.根据权利要求3所述的磁感应组件，其中，

所述第二环绕区段（2412,7412）沿所述转子轴（2310，7310）的轴向突出于所述端部（2311，7311）；或者

所述第二环绕区段（4412）环绕所述端部（4311）而布置，并且，所述第二环绕区段（4412）与所述端部（4311）之间存在间隙。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的磁感应组件，其中，还包括：

增磁部（7440），其布置于所述电绝缘安装支架（7410）内，并且具有高于空气的磁导率。

8.根据权利要求7所述的磁感应组件，其中，

所述增磁部（7440）与所述磁感应部（7420）相互接触。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的磁感应组件，其中，还包括：

位置传感器（2500），其通过感测所述磁感应部（2420）的位置来确定所述电机的所述转子磁场的位置。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的磁感应组件，其中，

所述磁感应部（2420，4420，7420）包括：感应磁环或者一个或多个感应磁体。

11.一种电机，其特征在于，包括转子和根据权利要求1至10中任一项所述的磁感应组件，

其中，所述磁感应组件的电绝缘安装支架（2410，4410，7410）安装在所述转子的转子轴（2310，4310，7310）上，并随着所述转子轴（2310，4310，7310）而转动；

其中，所述磁感应组件的磁感应部（2420，4410，7410）保持于所述电绝缘安装支架（2410，4410，7410）内，并且指示所述电机的转子磁场的位置。

12.一种电动工具，其特征在于，包括根据权利要求11所述的电机。

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