CN116961272B - 一种具有一体化轴套磁钢的空心杯电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有一体化轴套磁钢的空心杯电机。该具有一体化轴套磁钢的空心杯，包括定子组件、转子组件和机壳；所述定子组件设置于所述机壳中，并设有沿轴向贯穿的空腔，所述转子组件可旋转地穿设于所述空腔内，所述转子组件包括轴套和磁钢，所述轴套为具有腔体的筒状结构，所述磁钢设置于所述轴套的所述腔体中与所述轴套连接为一体，所述机壳的两端均设置有封闭所述机壳的端盖，所述端盖中设置有轴承，所述轴套的端部与所述轴承可旋转地连接。本发明通过优化转子结构的方式，增大永磁体的体积，提高电机效率及性能。

Description

一种具有一体化轴套磁钢的空心杯电机

技术领域

本发明涉及空心杯电机技术领域，特别涉及一种具有一体化轴套磁钢的空心杯电机。

背景技术

空心杯电机可以作为医用领域的微电机，具备高转速、低扭矩的特性，可以在小空间，复杂空间工作。

空心杯电机的永磁体通常固定在转轴上，在特定的狭小空间下，电机要保证一定要求的输出转矩及稳定性，需要保证转轴的尺寸，永磁体通常采用圆筒式磁钢，由于转轴通孔占据体积较大，圆筒式磁钢单边厚度较小，抗电枢反应能力差，无法完全利用电磁性能；当对电机性能要求较高时，不得不降低气隙间隙及定子铁芯的尺寸，导致气隙间隙较小，铁芯单边厚度较薄，磁路磁通容易饱和，转矩波动较大，铁损上升；增加了电机的开发难度，降低了设计区间的范围；而圆筒式磁钢也常常因暴露在空气中，在搬运，工作等情况出现镀层破坏、磨损、表面氧化等缺陷，严重影响电机正常工作。

因此，有必要设计一种具有一体化轴套磁钢的空心杯电机来解决上述问题。

发明内容

本发明实施例解决的技术问题主要在于，通过优化转子结构的方式，增大永磁体的体积，提高电机效率及性能。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种具有一体化轴套磁钢的空心杯电机。该具有一体化轴套磁钢的空心杯电机包括定子组件、转子组件和机壳；所述定子组件设置于所述机壳中，并设有沿轴向贯穿的空腔，所述转子组件可旋转地穿设于所述空腔内，所述转子组件包括轴套和磁钢，所述轴套为具有腔体的筒状结构，所述磁钢设置于所述轴套的所述腔体中与所述轴套连接为一体，所述机壳的两端均设置有封闭所述机壳的端盖，所述端盖中设置有轴承，所述轴套的端部与所述轴承可旋转地连接。

可选地，所述轴套包括轴向依次连接的轴芯、限位盘和套筒，所述轴芯、所述限位盘和所述套筒同轴设置且一体加工成型；所述腔体位于所述套筒的中心，所述套筒具有第一端和第二端，所述第一端与所述限位盘连接呈封闭状态，所述第二端敞开，所述磁钢从所述第二端设置到所述腔体中与并与所述限位盘连接。

可选地，所述磁钢与所述腔体均呈圆柱状，所述磁钢的直径与所述腔体的内径相等，所述套筒的壁厚为0.05mm-2mm。

可选地，所述轴芯、所述限位盘和所述套筒均呈圆柱状，所述轴芯的直径小于所述套筒的外径，所述限位盘的直径与所述套筒的外径相等；所述限位盘的轴向厚度为0.5mm-1mm。

可选地，所述端盖包括第一端盖和第二端盖，所述第一端盖中设置有第一轴承，所述第一轴承连接所述轴芯，所述第二端盖中设置有第二轴承，所述第二轴承连接所述套筒。

可选地，所述第二端盖的中心同轴依次设置有第一柱体和第二柱体，所述第一柱体的外径大于所述第二柱体的外径，所述第二柱体的外径与所述第二轴承的内径匹配，所述第二轴承套设在所述第二柱体处，所述第一柱体的外径小于所述第二轴承的外径且大于所述第二轴承的内径；所述第二柱体的轴向长度大于所述第二轴承的轴向厚度。

可选地，所述套筒的第二端套设在所述第二轴承外，所述第二轴承进入所述第二端的长度大于所述第二轴承的轴向厚度且小于所述第二轴承的轴向厚度与所述第一柱体的轴向长度之和。

可选地，所述套筒的所述第二端的内壁形成有连接段，所述连接段的内径与所述第二轴承的外径相等且大于所述套筒的内径，使得所述连接段与所述套筒内壁之间形成第一台阶，所述第二轴承与所述连接段连接，所述第一台阶限制所述套筒的轴向移动。

可选地，所述第一轴承设置于所述第一端盖的中心，所述轴芯穿过所述第二轴承并穿出所述第二端盖。

可选地，所述轴芯连接所述限位盘的一端形成有限位段，所述限位段的直径大于所述第一轴承的内径，使得所述限位段与所述轴芯外壁之间形成第二台阶，所述第二台阶限制所述套筒的轴向移动。

可选地，所述轴套呈中空的筒状结构，所述腔体贯穿设置于所述轴套的中心。

可选地，所述磁钢与所述腔体均呈圆柱状，所述磁钢的直径与所述腔体的内径相等，所述轴套的壁厚为0.05mm-2mm。

可选地，所述端盖包括第三端盖和第四端盖，所述第三端盖的中心设置有第三轴承，所述第四端盖的中心设置有第四轴承，所述轴套的两端分别穿过所述第三轴承和所述第四轴承，所述轴套至少一端穿出所述第三端盖或所述第四端盖。

可选地，所述轴套的材质为不导磁的惰性材料。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有有益效果。

例如，本发明具有一体化轴套磁钢的空心杯电机，将转子设计为具有空腔的轴套和磁钢的结构，将磁钢设置于轴套的空腔中，轴套在外部起到支撑的作用，保证输出转矩及旋转的稳定性，磁钢在内相对于圆筒式磁钢增大体积，减少气隙间隙，降低电机的转矩波动，降低磁路磁阻，提高电机效率及性能；同时将磁钢保护在轴套内部，通过轴套对磁钢形成密封，有效隔绝空气水汽等腐蚀物接触磁钢，避免磁钢受到腐蚀，从而避免磁钢被腐蚀后产生折损，提高电机性能及使用寿命，同时避免磁钢被腐蚀后污染工作环境，提高使用安全性能。

又例如，轴套设计为一体成型且同轴连接的轴芯、限位盘和套筒，轴芯伸出机壳，磁钢设置于套筒的腔体中，一体成型的轴套有利于同轴度的把控，提高电机的稳定性。

又例如，在轴芯设置限位段，在套筒内壁设置连接段，在轴芯和套筒连接端盖中的轴承时，限制轴套的轴向移动，提高电机的稳定性和安全性。

附图说明

图1是本发明实施例中具有一体化轴套磁钢的空心杯电机的剖视图；

图2是本发明实施例中轴套与磁钢结构示意图；

图3是本发明实施例中轴套与磁钢剖视图；

图4是本发明实施例中磁钢（b）与现有技术中圆筒式磁钢（a）截面对比图；

图5是本发明实施例中磁钢与圆筒式磁钢体积对比图抛物线图；

图6是本发明实施例中轴套与第二端盖连接示意图；

图7是本发明实施例中第二端盖结构示意图；

图8是本发明实施例中第二端盖剖视图示意图；

图9是本发明实施例中另一具有一体化轴套磁钢的空心杯电机的剖视图；

图10是本发明实施例中又一具有一体化轴套磁钢的空心杯电机的剖视图。

图中：

1、定子组件；

2、转子组件，21、轴套，22、磁钢，211、腔体，212、轴芯；213、限位盘，214、套筒，2121、限位段，2141、第一端，2142、第二端，2143、连接段；

3、机壳；

4、端盖，41、第一端盖，42、第二端盖，43、第三端盖，44、第四端盖；

5、轴承，51、第一轴承，52、第二轴承，53、第三轴承，54、第四轴承；

6、圆筒式磁钢。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。可以理解的是，以下所描述的具体实施方式仅仅用于解释本发明，而非是对本发明的限定。并且，图中可能使用相同、类似的标号指代不同实施例中相同、类似的元件，也可能省略不同实施例中相同、类似的元件的描述以及现有技术元件、特征、效果等的描述。

参照图1-图10，本发明实施例提供一种具有一体化轴套磁钢的空心杯电机。

图1是本发明实施例中具有一体化轴套磁钢的空心杯电机的剖视图；图2是本发明实施例中轴套与磁钢结构示意图。

具体而言，该具有一体化轴套磁钢的空心杯电机，包括定子组件1、转子组件2和机壳3；定子组件1设置于机壳3中，并设有沿轴向贯穿的空腔，转子组件2可旋转地穿设于空腔内，转子组件2包括轴套21和磁钢22，轴套21为具有腔体211的筒状结构，磁钢22设置于轴套21的腔体211中与轴套21连接为一体，机壳3的两端均设置有封闭机壳3的端盖4，端盖4中设置有轴承5，轴套21的端部与轴承5可旋转地连接，可旋转地连接表示轴套21与轴承5连接后，两者之间可以相对旋转。

在一些实施例中，轴套21包括轴向依次连接的轴芯212、限位盘213和套筒214，轴芯212、限位盘213和套筒214同轴设置且一体加工成型；腔体211位于套筒214的中心，套筒214具有第一端2141和第二端2142，第一端2141与限位盘213连接呈封闭状态，第二端2142敞开，磁钢22从第二端2142设置到腔体211中与并与限位盘213连接。采用小直径的轴芯212便于其伸出机壳3外以连接负载，有利于电机机壳3处的密封，套筒214采用大直径以保证腔体211的内径，以放置大体积的磁钢22。

在一些实施例中，轴芯212、限位盘213和套筒214均呈圆柱状，轴芯212的直径小于套筒214的外径，限位盘213的直径与套筒214的外径相等；限位盘213的轴向厚度B为0.5mm-1mm。

在具体实施中，磁钢22与套筒214的连接方式可以为过盈配合连接，可以在套筒214的外侧设置插片固定，还可以粘接固定，实现磁钢22在腔体211中的定位固定即可。

在一些实施例中，磁钢22与腔体211均呈圆柱状，磁钢22的直径与腔体211的内径相等。

图3是本发明实施例中轴套与磁钢剖视图；图4是本发明实施例中磁钢（b）与现有技术中圆筒式磁钢（a）截面对比图。

参见图3和图4，在本发明具体实施中，套筒214的外径为D3，内径为D2，采用间隙配合与磁钢22用胶水粘接固定。套筒214的壁厚X=(D3-D2)/2，通常为0.05mm-2mm，优选为X=0.1mm。磁钢22的外径与套筒214的内径相等，均为D2，磁钢22的轴向长度为H，磁钢22的体积为π*(D2/2)²*H。

现有技术中，转子通常包括转轴和套设在转轴外的圆筒式磁钢6。在转子外部尺寸相同的情况下（即本发明具体实施例中套筒214的外径与现有技术中圆筒式磁钢6的外径相同，均为D3；本发明具体实施例中磁钢22的轴向长度与现有技术中圆筒式磁钢6的轴向长度也相同，均为H），圆筒式磁钢6的外径为D3、内径为d，则圆筒式磁钢6的体积为π*((D3/2)²-(d/2)²)*H；

在磁钢22的体积大于圆筒式磁钢6的体积时，电机性能提升，即需要满足：π*(D2/2)²*H＞π*((D3/2)²-(d/2)²) *H；

当X=0.1mm时，D2=D3-0.2mm，满足0.4*D3-0.04＜d²的关系时，磁钢22体积大于圆筒式磁钢6体积。

图5是本发明实施例中磁钢与圆筒式磁钢体积对比图抛物线图。参见图5所示抛物线函数，其横坐标为外径D3，纵坐标为内径d，其中抛物线表示0.4*D3-0.04=d²，此时磁钢22的体积等于圆筒式磁钢6的体积；其中灰色区间为磁钢22的体积大于圆筒式磁钢6的体积的区域，在此区间内电磁性能提升，主磁路磁通增加，抗电枢能力提升；其中白色区间为磁钢22的体积小于圆筒式磁钢6的体积的区域，在此区间内电磁性能降低。

现有技术中，电机要保证一定的输出转矩及稳定性，需要保证转轴具有一定的尺寸，转轴的直径与圆筒式磁钢6的内径相等均为d，即圆筒式磁钢6的内径不能太小；而要保证空心杯电机整体的体积小，则需要转子的外径D3也要尽量小，即满足0.4*D3-0.04＜d²；因此，在相同的转子外部尺寸的情况下，本发明实施例中的磁钢22的体积大于圆筒式磁钢6的体积，电机的电磁性能提升。

由于套筒214采用不导磁的惰性材料，套筒214的壁厚X为0.1mm时，套筒214的存在相当于单边气隙增加0.1mm间隙，增大气隙间隙，使气隙磁通更正弦，降低转矩脉动。

在一些实施例中，磁钢22与限位盘213抵接，实现对磁钢22的轴向限位。

在一些实施例中，在磁钢22与限位盘213连接的端部设置凸出的定位结构，定位结构可以为圆柱体，长方体、椎体等，并在限位盘中心设置与定位结构匹配的凹槽，实现磁钢22的定位和限位。

在一些实施例中，轴套21的材质为不导磁的惰性材料，轴套21将磁钢22保护在内部，避免磁钢22损坏导致电机性能降低，同时避免磁钢被腐蚀后污染工作环境，提高使用安全性能。

在具体实施中，端盖4包括第一端盖41和第二端盖42，第一端41盖中设置有第一轴承51，第一轴承51连接轴芯212，第二端盖42中设置有第二轴承52，第二轴承52连接套筒214。

由于轴芯212直径较小，第一轴承51虽然套设在轴芯212外，其外径与套筒214的外径相近；第二轴承52设置在套筒214的内部，其外径与套筒214的内径相同，该种安装方式，相较于第二轴承52套设在套筒214的外部，电机的机壳的外径尺寸较小，即电机体积相对小，更加适用于要求电机尺寸小的场合。

在一些实施例中，第二端盖42的中心同轴依次设置有第一柱体421和第二柱体422，第一柱体421的外径D5大于第二柱体422的外径D4，第二柱体422的外径D4与第二轴承52的内径匹配，第二轴承52套设在第二柱体422处，第一柱体421的外径D5小于第二轴承52的外径且大于第二轴承52的内径；第二柱体422的轴向长度L1大于第二轴承52的轴向厚度。

在一些实施例中，套筒214的第二端2142套设在第二轴承52外，第二轴承52进入第二端2142的长度L2大于第二轴承52的轴向厚度且小于第二轴承52的轴向厚度与第一柱体的轴向长度之和，使第二轴承52与套筒214内壁完全接触，并且使得套筒214的第二端2142的端面与第二端盖42之间形成有安全距离L3，设置安全距离L3＞0.5mm以避免轴套21轴向窜动带来的接触隐患。

在一些实施例中，第一轴承51设置于第一端盖41的中心，轴芯212穿过第二轴承52并穿出第二端盖42。

参见图9，在一些实施例中，套筒214的第二端2142的内壁形成有连接段2143，连接段2143的内径与第二轴承52的外径相等且大于套筒214的内径，使得连接段2143与套筒214内壁之间形成第一台阶，第二轴承52与连接段2143连接，第一台阶限制套筒214的轴向移动；避免轴套21的轴向窜动带来的安全隐患。

在一些实施例中，轴芯212连接限位盘213的一端形成有限位段2121，限位段2121的直径大于第一轴承51的内径，使得限位段2121与轴芯212外壁之间形成第二台阶，第二台阶限制套筒214的轴向移动；避免轴套21的轴向窜动带来的安全隐患。

参见图10，在一些实施例中，轴套21呈中空的筒状结构，腔体211贯穿设置于轴套21的中心。此种情况出现在电机定子组件1的线圈及铁芯厚度较大，磁钢22体积允许小的情况下。

在一些实施例中，磁钢22与腔体211均呈圆柱状，磁钢22的直径与腔体211的内径相等，轴套21的壁厚为0.05mm-2mm。

在具体实施例中，端盖4包括第三端盖43和第四端盖44，第三端盖43的中心设置有第三轴承53，第四端盖44的中心设置有第四轴承54，轴套21的两端分别穿过第三轴承53和第四轴承54，轴套21至少一端穿出第三端盖43或第四端盖44。轴套21外壁可设置类似连接段2121阶梯结构实现与轴承的轴向限位。

圆筒式的轴套21加工工艺简单易于制作。由于第三轴承53和第四轴承54是套设在轴套21外，即第三轴承53和第四轴承54的内径与轴套21外径相等。当轴套21的外径与套筒214的外径选取相同尺寸以确保两种实施方式的磁钢22的体积保持一致，将第三轴承53和第四轴承54套设在轴套21外的安装方式，会使得电机的机壳的外径尺寸增大，从而使得电机体积增大。也就是说，在转子尺寸相同的情况下，相比于图9所示由依次连接的轴芯212、限位盘213和套筒214组成的轴套21的电机，该种圆筒式的轴套21结构的电机体积相对较大，适用于安装工艺要求低、电机尺寸使用空间较大的场合。

综上所述，本发明将转子组件2设计为具有腔体211的轴套21和磁钢22的结构，将磁钢22设置于轴套21的腔体211中，轴套21在外部起到支撑的作用，保证输出转矩及旋转的稳定性，磁钢22在内相对于圆筒式磁钢6增大体积，减少气隙间隙，降低电机的转矩波动，降低磁路磁阻，提高电机效率及性能；同时将磁钢22保护在轴套21内部，通过轴套21对磁钢22形成密封，有效隔绝空气、水汽等腐蚀物接触磁钢22，避免磁钢22受到腐蚀，从而避免磁钢22被腐蚀后产生折损，提高电机性能及使用寿命，同时避免磁钢22被腐蚀后污染工作环境，提高使用安全性能。

进一步地，本发明将轴套21设计为一体成型且同轴连接的轴芯212、限位盘213和套筒214，轴芯212伸出机壳3，磁钢22设置于套筒214的腔体211中，一体成型的轴套21有利于同轴度的把控，提高电机的稳定性。

进一步地，本发明在轴芯212设置限位段2121，在套筒214内壁设置连接段2143，在轴芯212和套筒214连接端盖4中的轴承5时，限制轴套21的轴向移动，提高电机的稳定性和安全性。

最后，需要说明的是，本发明实施例的轴向、径向和周向分别表示转子组件2的轴向、径向和周向。

尽管上文已经描述了具体实施方案，但这些实施方案并非要限制本发明公开的范围，即使仅相对于特定特征描述单个实施方案的情况下也是如此。本发明公开中提供的特征示例意在进行例示，而非限制，除非做出不同表述。在具体实施中，可根据实际需求，在技术上可行的情况下，将一项或者多项从属权利要求的技术特征与独立权利要求的技术特征进行组合，并可通过任何适当的方式而不是仅通过权利要求书中所列举的特定组合来组合来自相应独立权利要求的技术特征。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种具有一体化轴套磁钢的空心杯电机，包括定子组件、转子组件和机壳；所述定子组件设置于所述机壳中，并设有沿轴向贯穿的空腔，所述转子组件可旋转地穿设于所述空腔内，其特征在于，所述转子组件包括轴套和磁钢，所述轴套为具有腔体的筒状结构，所述磁钢设置于所述轴套的所述腔体中并与所述轴套连接为一体，所述机壳的两端均设置有封闭所述机壳的端盖，所述端盖中设置有轴承，所述轴套的端部与所述轴承可旋转地连接；

所述轴套包括轴向依次连接的轴芯、限位盘和套筒，所述轴芯、所述限位盘和所述套筒同轴设置且一体加工成型；所述腔体位于所述套筒的中心，所述套筒具有第一端和第二端，所述第一端与所述限位盘连接呈封闭状态，所述第二端敞开，所述磁钢从所述第二端设置到所述腔体中与并与所述限位盘连接；

所述端盖包括第一端盖和第二端盖，所述第一端盖中设置有第一轴承，所述第一轴承连接所述轴芯，所述第二端盖中设置有第二轴承，所述第二轴承连接所述套筒；

所述套筒的第二端套设在所述第二轴承外，所述第二轴承的外径与所述套筒的内径相等，所述第二轴承进入所述第二端的长度大于所述第二轴承的轴向厚度。

2.如权利要求1所述的具有一体化轴套磁钢的空心杯电机，其特征在于，所述磁钢与所述腔体均呈圆柱状，所述磁钢的直径与所述腔体的内径相等，所述套筒的壁厚为0.05mm-2mm。

3.如权利要求1所述的具有一体化轴套磁钢的空心杯电机，其特征在于，所述轴芯、所述限位盘和所述套筒均呈圆柱状，所述轴芯的直径小于所述套筒的外径，所述限位盘的直径与所述套筒的外径相等；所述限位盘的轴向厚度为0.5mm-1mm。

4.如权利要求1所述的具有一体化轴套磁钢的空心杯电机，其特征在于，所述第二端盖的中心同轴依次设置有第一柱体和第二柱体，所述第一柱体的外径大于所述第二柱体的外径，所述第二柱体的外径与所述第二轴承的内径匹配，所述第二轴承套设在所述第二柱体处，所述第一柱体的外径小于所述第二轴承的外径且大于所述第二轴承的内径；所述第二柱体的轴向长度大于所述第二轴承的轴向厚度。

5.如权利要求4所述的具有一体化轴套磁钢的空心杯电机，其特征在于，所述第二轴承进入所述第二端的长度小于所述第二轴承的轴向厚度与所述第一柱体的轴向长度之和。

6.如权利要求1所述的具有一体化轴套磁钢的空心杯电机，其特征在于，所述第一轴承设置于所述第一端盖的中心，所述轴芯穿过所述第二轴承并穿出所述第二端盖。

7.如权利要求1所述的具有一体化轴套磁钢的空心杯电机，其特征在于，所述轴芯连接所述限位盘的一端形成有限位段，所述限位段的直径大于所述第一轴承的内径，使得所述限位段与所述轴芯外壁之间形成第二台阶，所述第二台阶限制所述套筒的轴向移动。

8.如权利要求1所述的具有一体化轴套磁钢的空心杯电机，其特征在于，所述轴套的材质为不导磁的惰性材料。