CN1228906C - 骨架式无刷电动机 - Google Patents

Abstract

一种骨架式无刷电动机，它包括：一个转子，其中心固定有一个转轴；一个定子，它包括第一定子铁心和第二定子铁心，定子上面设置有用来容纳转子的容纳部件，一个与定子铁心相连的线圈缠绕装置，一个线圈，缠绕在线圈缠绕装置上；第一和第二定子铁心彼此隔离，并以转子上的转轴为中心彼此相对配置，并且还包括用来驱动和控制转子的驱动、控制装置，沿转轴的方向与线圈缠绕装置相连接，其中，驱动、控制装置是一块印刷线路板，在其上印制有驱动、控制电路。因此，降低了漏磁通量和提高了启动灵敏度和效率。

Description

骨架式无刷电动机

技术领域

本发明涉及一种骨架式无刷电动机，尤其是涉及一种漏磁通量小、起动灵敏度和效率得到提高的骨架式无刷电动机。

背景技术

图1所示为一个传统的骨架式无刷电动机的局部纵向剖视图，图2和图3分别示出了传统的骨架式无刷电动机的侧视图和局部放大的视图。

图4为图1所示传统的骨架式无刷电动机内的一个定子铁心的侧视图，而图5和图6分别为图1所示传统的骨架式无刷电动机内的一块PCB(印刷线路板)的盖的侧视图和平面图。

如图1、2和3中所示，传统的骨架式无刷电动机包括：转子111，容纳转子111的定子121，在定子和转子之间的一气隙，一块印刷线路板151，其上有用来驱动和控制转子111旋转的驱动、控制电路；以及一块印刷线路板的盖153，它和定子121的一侧连接在一起，用来安装和支撑印刷线路板151。

转子111由一个圆柱状的永久磁体构成，一个转轴112固定在转子111的中心，并与转子111成为一个整体进行旋转。

如图4所示，定子121包括：一个定子铁心123，在它上面，第一转子容纳部件125a和第二转子容纳部件125b形成一个整体，一个线圈架127，它被安装在定子铁心123上，一个线圈129缠绕在线圈架127上，电源电压被交替地施加于线圈上。

定子铁心123包括一个第一定子铁心124a，其上装有形成一个整体的第一转子容纳部件125a和第二转子容纳部件125b，它们被彼此相对放置，将转子111置于其间，并根据转子111上的磁极的位置彼此交替地产生磁极，定子铁心123还包括一个第二定子铁心124b，它被固定在第一定子铁心124a上，并穿过线圈架127以形成一个闭合磁路。

第一定子铁心124a和第二定子铁心124b由多层薄钢片做成，用铆钉131将其彼此连接成一个整体。此外，在第一定子铁心124a上还开有两个贯穿其平面的通孔133。

在第一转子容纳部件125a和第二转子容纳部件125b上分别设置有一个起动部分135，它们以转子111的转轴112为中心彼此对称，这样，转子111被安装成其起动时不在零转矩的位置上。

转子111上的转轴112由两个轴承137旋转支撑，在轴承137的周围装有一个轴承室139，以容纳和支撑轴承137。

如图1和3所示，在轴承室139的中央设有一个轴承容纳部件141，以容纳和支撑轴承137，在轴承容纳部件141的一侧设有一个扩展的容纳部件143，用以覆盖沿转轴方向暴露在定子铁心123外面的转子111的裸露部分。

在扩展的容纳部件143的边缘部分上，设置有螺钉凸耳145，与第一定子铁心124a上的通孔133耦合，这样，螺钉147便可连接到转轴中心进行匹配。

同时，如图5所示，沿图5的纵向方向，在转子111的中心线上设置有一块检测器安装板155，用以安装和支撑一个位置检测器(图中未示出)，这个检测器用来检测转子111的转动位置与第一转子容纳部件125a和第二转子容纳部件125b的水平中心线的相差为90°。

然而，在传统的骨架式无刷电动机中，第一转子容纳部件125a和第二个转容纳部件125b彼此形成一个整体，因此通过连接部位就会产生漏磁通量，这样，有效磁通量就会降低，从而降低电动机的效率。

同样，为了增大输出功率，可增大转子111的外径，然而定子121的宽度和长度都要随着转子外径的增大而增大，这样一来，电动机就不可能做得很紧凑。

此外，扩展的容纳部件143与导电的轴承室139形成一个整体，以容纳暴露在定子铁心123外面的转子111的裸露部分，因此扩展的容纳部件143可能会产生涡流损失。

同样，如果为了方便初始驱动而扩大起动部分135，则气隙也相应增大，这样一来，电动机的效率将会降低，而且也不易改进起始灵敏度。

此外，位置检测器被放置在与第一和第二转子容纳部件125a和125b的水平中心线成90°相差处，以检测转子的旋转位置，因此，由于感抗元件的关系，所施加电流达到峰值会产生延迟，此时，如果转子111的磁极和所施加的电流作用到另一个线圈，电动机的效率就会降低。

传统的骨架式无刷电动机还应该使用直流电源，因此，必需附加一个直流电源设备，这将导致体积增大和成本升高。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种骨架式无刷电动机，它可以降低漏磁通量，提高启动灵敏度和效率。

为了达到本发明的上述目的，下面将对本发明的一个具体的骨架式无刷电动机作概括描述，本发明的骨架式无刷电动机包括：一个转子，其内部安装并固定有一个转轴；一个定子，包括第一定子铁心和第二定子铁心，在它们当中，分别设置有用来容纳转子的转子容纳部件，一个与两个定子铁心组装在一起的线圈缠绕装置，以及一个缠绕在这个线圈缠绕装置上的线圈；其中，第一和第二定子铁心之间彼此在电气上分离，他们以转子的转轴为中心相对放置，并且还包括用来驱动和控制转子的驱动、控制装置，沿转轴的方向与线圈缠绕装置相连接，其中，驱动、控制装置是一块印刷线路板，在其上印制有驱动、控制电路。

还有，转子容纳部件包括半圆形的第一转子容纳部件和第二转子容纳部件。此外，在第一转子容纳部件两端和第二转子容纳部件的两端分别设置有第一隔离区和第二隔离区。

另外，在第一部分和第二定子铁心中第一转子容纳部件和第二转子容纳部件的端部的外表面，沿转子径向向外突出。

还有，沿转子的转轴转动相反的方向上，从距隔离区大约10°～20°的地方，放置一个用来检测转子转动位置的转动位置检测器，该隔离区靠近线圈缠绕装置。

另外，按照本发明的骨架式无刷电动机，它包括一个驱动、控制装置，沿转轴方向与线圈缠绕装置相连接，用来驱动和控制转子，该驱动、控制装置包括一个检测器安装板，用来将转动位置检测器安装在其内。

另外，骨架式无刷电动机还包括两个转轴支撑装置，以支撑转子的转轴旋转，它还包括在定子之间的两个隔离件，用来将定子和转轴支撑装置隔离开。这两个隔离件各自均有一个屏蔽件，用来将隔离区屏蔽起来。

此外，骨架式无刷电动机还包括：一个驱动、控制装置，沿转子的转轴方向与线圈缠绕装置的一侧连接，用来驱动和控制电动机，这个驱动、控制装置是一块印刷线路板，其上面含有驱动、控制电路。该印刷线路板上还含有一个与电源相连的交流电容器，用来降低电源电压，一个整流电路，用来调整被交流电容器降低的电压。

从下面结合附图对本发明的详细描述中，可以更清楚地了解本发明的上述目的、特点和内容以及优点。

附图说明

提供的附图有助于进一步理解本发明，所附的附图是说明书的一部分，它们用图解来说明本发明的实施例，配合详细描述来阐明本发明的原理。

附图中：

图1为传统骨架式无刷电动机的局部纵向剖视图；

图2为传统骨架式无刷电动机的侧视图；

图3为传统骨架式无刷电动机主要部件的放大视图；

图4为传统骨架式无刷电动机的定子铁心的侧视图；

图5和6分别是传统骨架式无刷电动机中的印刷线路板的盖的侧视图和平面图；

图7为按照本发明的骨架式无刷电动机的部件分解透视图；

图8为按照本发明的骨架式无刷电动机的局部纵向剖视图；

图9为按照本发明的骨架式无刷电动机的组装后的后视图；

图10为按照本发明的骨架式无刷电动机的定子铁心的侧视图；

图11为图8所示骨架式无刷电动机的主要部件的放大视图；

图12和13分别为按照本发明的骨架式无刷电动机的印刷线路板的盖的侧视图和平面图；

图14为按照本发明的骨架式无刷电动机中印刷线路板上电路结构的方框图。

具体实施方式

下面将对本发明的最佳实施例进行详细描述，并结合附图举例说明。

图7和图8分别为按照本发明的骨架式无刷电动机的部件分解透视图和局部纵向剖视图，图9为按照本发明的骨架式无刷电动机组装后的后视图，而图10为按照本发明的骨架式无刷电动机的定子铁心的侧视图。此外，图11为图8所示的骨架式无刷电动机的主要部件的放大视图。

如图7所示，本发明的骨架式无刷电动机包括：一个转子11，其中心压进并固定有一个转轴13；两个定子31，它们以转子11为中心相对配置，用来转动转子11；一块PCB(印刷线路板)51，它是一个驱动、控制部件，其上印制有驱动和控制转子11的驱动、控制电路(图中未示出)；以及一个印刷线路板的盖57，连接在定子31的一侧，以用来安装和支撑印刷线路板51。

转子11由一个圆柱形永久磁体构成，并包括一个转轴13，安装在转子11的中心部位成为一个整体。

装有旋转支撑转轴13的轴承16和22的两个转轴支撑装置14和21，沿着转轴方向分别连接在定子31的两侧。

如图7和8所示，转轴支撑装置14和21包括转轴插入部件14a和21a，转子11上的转轴13可以插入其中，转轴插入部件内安装轴承16和22，并与转轴支撑装置14和21相连接。

在转轴支撑装置14和21的边缘部位设置有两个螺钉凸耳18和23，它们向外突出，以便插入定子31上的通孔37。螺钉凸耳18和23的中心设有通孔19，螺钉20可以通过该孔把定子31和转轴支撑装置14和21组合在一起。在螺钉凸耳18和23的界面部分，设置有成对的内螺纹25。

同时，如图8所示，转子11被做成沿转轴13的方向突出于定子31平面的两侧。

此外，如图7和8所示，在转子支撑装置14与定子31之间，以及转子支撑装置21与定子31之间分别装有第一隔离件26和第二隔离件29，以防止外部的杂质进入。

第一隔离件和第二隔离件26和29用绝缘材料合成树脂做成环形，使转子11能够在其中转动，在转轴支撑装置14和21的两端各有敞口向外的“C”字形连接件27和30，可分别与第一和第二转轴支撑装置14和21上的螺钉凸耳18和23相连接。

如图7和8所示，在第一第二隔离件26和29上各装有盖28，它沿转子11的转轴13的纵向伸出，置于定子31的外侧，用来覆盖隔离区33d和36e，下面将描述隔离区33d和36e。

同时，如图10所示，定子31包括：第一定子铁心32和第二定子铁心35，在它们上面设置有以转子11为中心相对放置的第一转子容纳部件33a和第二转子容纳部件36a，它们位于转子11的外侧，并与转子之间有一气隙，定子31还包括一个线圈架39，它是一个线圈缠绕装置，与第二定子铁心35组合在一起，以及第一线圈40a和第二线圈40b，分别缠绕在线圈架39上。

第一定子铁心32包括半圆形的第一转子容纳部件33a，它配置在转子11的边缘上，并带有两个隔离区33d和36e，还包括第一扩展部分33b，它向转子容纳部件33a的一个方向(图10中向下的方向)延伸。

第二定子铁心35包括：一个半圆形的第二转子容纳部件36a，它配置在转子11的边缘上，与第一转子容纳部件33a相对；一个第二扩展部分36b向第二转子容纳部件36a的一个方向(图10中向下的方向)延伸；一个弯曲的部分36c，弯曲形状是为了第二扩展部分36b的末端与第一扩展部分33b的内圆周部分相连接，线圈架39安装在第二定子铁心上。

第一和第二定子铁心32和35是由互相绝缘的多层薄钢片压制而成，通过铆钉38垂直于定子铁心32和35的表面，穿过钢片将它们固定和连接成一个整体。

在第一定子铁心32和第二定子铁心35上分别设置有通孔37，第一转轴支撑装置14和第二转轴支撑装置21上的螺钉凸耳18和23分别插入通孔37。

在第一扩展部分33b上设置有一个凹槽33c，而在弯曲部分36c的末端设置有一个突出部36d，它被装配在凹槽33c内。

第一定子铁心32和第二定子铁心35彼此相对放置，在它们之间还有两个隔离区33d和36e，可以抑制漏磁通量。

同时，如图10所示，第一转子容纳部件33a和第二转子容纳部件36a分别在靠近第一和第二隔离区33d和36e处，沿着径向向外突出。

如果为了增大电动机的输出功率而增大转子11的半径，则可以通过在靠近第一和第二隔离区设置突出部分来增大电动机的输出，而不需要增大整个定子31。

如图10所示，隔离区被分为两个部分，第一隔离区33d设置在第一和第二转子容纳部件33a和36a的上部，第二隔离区36a设置在第一和第二转子容纳部件33a和36a的下部

其中，第一隔离区33a和第二隔离区36a以转子11上的转轴为中心相对设置，并且隔离区的理想宽度为0.3mm～1mm。

此外，在第一和第二转子容纳部件33a和36a上的转子11的旋转方向上，设置有两个起动部分33e和36f，它们的半径大于从转轴13至第一和第二转子容纳部件33a和36a的半径。

如图10所示，在第一转子容纳部件33a和第二转子容纳部件36a上，从中心线的纵向沿转子11的转动方向大约10°～20°(θ)的地方，设置有第一起动部分33e和第二起动部分36f，它们以转轴13为中心点，形成轴对称。

如图10所示，垂直中心线(L_V)和转子11的磁极中心线(L_M)构成一个45°角。尤其是，L_M和L_V的夹角可以通过第一和第二隔离区33d和36e来增大，而勿需增大起动部分33e和36f，从而可以改进起动的灵敏度。

图12和13分别为图7中所示印刷线路板的盖的侧视图和平面图，而图14为图7中所示印刷线路板上的电路结构方框图。

如图12所示，线圈架39与第二定子铁心35的弯曲部分36c连接，并且第一线圈40a和第二线圈40b都缠绕在线圈架39上，如图12和13所示，印刷线路板的盖57装配在线圈架的一侧并与其形成一个整体，用以安装和支撑印刷线路板51，印刷线路板51上印制有用来驱动和控制转子11旋转的驱动、控制电路(图中未示出)。

如图13所示，印刷线路板的盖57在转子的转轴纵向上与线圈架39的一侧相连接，而且印刷线路板51安装在印刷线路板的盖的背面，并用硅密封。

如图14所示，印刷线路板51包括一个用来驱动和控制转子11旋转的驱动、控制电路52，一个与公用电源相连接用来降低交流电源电压的交流电容器54，以及一个对交流电源电压进行整流的整流电路55。除此此外，在印刷线路板的盖57的上端，还设置有一个检测器安装板59，用来安装检测转子11转动位置的位置检测器(图中未示出)。

考虑到电流流过线圈时，由于电感的存在，使实际流过的电流达到峰值要有一个延迟，因此，检测器安装板59被安装在从中心线L_V处沿转子11转动相反的方向上大约10°～20°的地方，以使检测器能提前检测到转子11的激励。在本发明的实施例中，检测器安装板59被安装在距中心线L_V大约13.5°的地方。

如图12和13所示，交流电容器54的一侧与印刷线路板51相连接，另一侧则向转子11上的转轴13的纵向伸出，与设置在印刷线路板的盖57前下方的线圈架39的下面相连接，使电动机的结构更加紧凑。交流电容器54可以将外部提供的电源电压降低到原来的1/5～1/10的量值。

第一和第二隔离区33d和36e以及第一和第二起动部分33e和36f，使得转子11被装配成中心线L_M可从电动机的垂直中心线L_V旋转大约45°角。交流电容器54降低外部提供的交流电源电压，整流电路55对交流电容器54降压后的交流电进行整流，然后，整流后的交流电压被输送到第一线圈40a和第二线圈40b中的一个。

当位置检测器(图中未示出)检测到转子11的磁极位置时，驱动、控制电路52将根据检测到的结果把经整流后的交流电压输送到第一线圈40a和第二线圈40b中的一个。这样一来，转子11就会旋转。

与此同时，第一隔离件26和第二隔离件29可以阻止杂质从外部进入，而设置在第一隔离件26上的盖28被放置在第一隔离区33d和第二隔离区36e的外面，用来阻止杂质穿过隔离区33d和36e进入转子11。

根据本发明，定子被做成使安装在转子边缘处的第一转子容纳部件和第二转子容纳部件是彼此分开的，这样一来，就可以阻止由于磁通泄漏而引起的有效磁通量的损失，并且也可使电动机的效率得到提高。

同样，如果要增大输出功率，只需要使定子上靠近隔离区的外面部分沿转子径向向外突出即可，这不同于在传统的技术中，现有技术是把第一转子容纳部件和第二转子容纳部件形成一个整体，这样便会使定子的长度和宽度都要增大，因此，本发明可以让电动机的结构变得紧凑。

还有，根据传统技术，扩展的容纳部分和导电的转轴支撑件形成一个整体，以接纳转子从定子上伸出的部分，这样就会产生涡流损失，而根据本发明，设置了两个用额外的绝缘材料如合成树脂制成的隔离件，外面的杂质接触不到转子，并可抑制涡流损失，从而提高了电动机的效率。

此外，考虑到流过线圈的电流会有一个延迟，而随着转子的转动会产生一个磁通量，为此，设置了一个位置检测器，以能预先检测到转子磁极的位置，这样便可提高电动机的效率。

根据传统技术，第一转子容纳部件和第二转子容纳部件被设计成一个整体，由于扩大起动部分而增大了有效气隙，那么效率就会降低，然而，根据本发明，设置了起动部分和隔离区，用以提高起动的灵敏度。

同时，根据本发明，在印刷线路板上安装了用来降低电源电压的交流电容器以及用来整流交流电压的整流电路，因此电动机不再需要额外的设备来提供交流电流，而可以直接使用公共电源来驱动电动机。

由于在不脱离本发明思想或基本特征的情况下，本发明可以用多种方式来实现，因此，应该认识到，上述实施例并不限制于以上叙述的任何细节，除非特别说明，而应当概括地认为是在附加的权利要求所限定的精神和范围内，因此，所有在权利要求范围或与此等效范围内的变动与改进，都应视为包括在权利要求保护范围内。

Claims (10)

1.骨架式无刷电动机包括：

一个转子，在其中心固定有一个转轴；以及

一个定子，它包括第一和第二定子铁心，在定子上含有用来容纳转子的转子容纳部件，一个线圈缠绕装置，与定子铁心相连接，以及一个线圈，缠绕在线圈缠绕装置上，

其特征在于，第一和第二定子铁心电气绝缘及以转轴为中心相对配置，并且该电动机还包括用来驱动和控制转子的驱动、控制装置，沿转轴的方向与线圈缠绕装置相连接，其中，驱动、控制装置是一块印刷线路板，在其上印制有驱动、控制电路。

2.按照权利要求1所述的电动机，其特征在于转子容纳部件包括半圆形的第一和第二转子容纳部件，第一和第二转子容纳部件对应的两端设置有第一隔离区和第二隔离区。

3.按照权利要求2中的电动机，其特征在于第一和第二隔离区有0.3～3mm的相同宽度。

4.按照权利要求2中的电动机，其特征在于绕第一转子容纳部件两端的第一定子铁心的外表面，以及绕第二转子容纳部件两端的第二定子铁心的外表面都被设置成沿转子的径向向外突出。

5.按照权利要求2中的电动机，其特征在于在第一和第二转子容纳部件的各端，沿转轴的转动方向上设置有两个起动部分，它们的半径比从转轴到第一和第二转子容纳部件的半径大，并且以转轴为中心点对称。

6.按照权利要求5中的电动机，其特征在于沿转子的转动相反方向，在距其中一个隔离区大约10～20°的地方，设置有一个用来检测转子转动位置的检测器，该隔离区靠近线圈缠绕装置。

7.按照权利要求6所述的电动机，其特征在于它还包括用来驱动和控制转子的驱动、控制装置，并在转轴的方向上与线圈缠绕装置相连接，其中，在驱动、控制装置中设有一个用来安装检测器的检测器安装板。

8.按照权利要求2中的电动机，它还包括一对在定子两侧用来旋转支撑转轴的转轴支撑装置；以及还包括两个用来隔离转轴支撑部件的隔离件，隔离件被插在定子和转轴支撑部件之间。

9.按照权利要求8中的电动机，其特征在于在每个隔离件上装有一个盖，用来覆盖每个隔离区。

10.按照权利要求1中的电动机，其中，印刷线路板上还包括一个与公用电源相连接、用来降低公用电源电压的交流电容器，以及一个用来对印刷线路板与驱动、控制电路之间的公用电源电压进行整流的整流电路。

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