CN1260624A - 外转子型无刷电机的转子结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可增加结构刚性、通过旋转时减小振动而限制噪音产生、使用便宜的材料、通过将背轭和底板装置制成一体而降低制造成本、延长寿命,并通过促进外面空气流入有效地冷却运转时在电机内生成的热的无刷电机的转子结构。该结构包括:一个装备有底板装置的钢板构架;多个辐射状排列的孔;多个在辐射状排列的孔的侧部形成的叶片;一个背轭装置;一个径向加强装置;一个或多个环型永久磁铁;一个连接件;以及一个固定装置。

Description

外转子型无刷电机的转子结构

本发明涉及外转子型无刷电机(BLDC)的转子结构，特别涉及可增加结构刚性、通过旋转时减小振动而限制噪音产生、有效地冷却在电机内生成的热、降低制造成本和延长寿命的外转子型无刷电机(BLDC)的转子结构。

如图1所示，一种常规外转子型无刷电机(BLDC)包括：一个有环绕磁芯10绕成的线圈的定子100；一个预先用树脂模制成形的树脂构架220；一个定位在定子100外面以便交替地向右和向左旋转的转子200和一个与定子100连接的传感器装置300，该传感器装置300探测转动的转子200的永久磁铁210的位置并按顺序传送给定子100电流。

一根驱动轴400插入转子200的中心部分。

下面更详细地描述转子200的结构。

如图2A和2B所示，在常规的外转子型无刷电机中，形成转子200外部形状的树脂构架220有预定高度，永久磁铁支承装置222与垂直弯曲的并向上延伸的永久磁铁210连接，并在圆盘形的基础装置221的外圆周部分向中心部分弯曲。

一有预定高度和宽度的环形存放凹槽223在永久磁铁支承装置222的内壁形成。一有预定宽度的环形背轭(backyoke)230插入存放凹槽223内。多个永久磁铁210以预定间隔沿周向堆置和粘贴到背轭230的内侧。

背轭230通过滚压薄钢板制造，并且用于形成永久磁铁210的一条磁路。背轭230和永久磁铁210通过热塑树脂形成一体。

另一方面，有预定高度的轴毂装置224在基础装置221的中心部分形成。通孔224a在轴毂装置224的中心部分形成。有多个三角形齿的锯齿状装置225在通孔224a的内圆周表面形成。

在驱动轴400的外圆周表面形成的轴锯齿状装置401插入树脂构架220的锯齿状装置225中，从而树脂构架220和驱动轴400联接在一起。垫圈410插入轴锯齿状装置401的下部，装置401插在树脂构架220的锯齿状装置225内。螺母420拧到垫圈410的下部，即驱动轴400的端部。

另一方面，辐射状排列的扇叶226和辐射状排列的孔227设置在基础装置221的底面，以便依靠外面空气流入而冷却转子200旋转必然生成的热。

如图2B所示，多个辐射状排列的叶片226以轴毂装置224为中心径向形成在基础装置221上。辐射状排列的多个叶片226有预定的厚度和宽度，并且从轴毂装置224到永久磁铁支承装置222在垂直方向形成。

另外，多个辐射状排列的孔227以预定间隔沿圆周方向在基础装置221内形成。定位多个辐射状排列的孔227以形成一个同心圆并且与辐射状排列的叶片226交汇。

在上述的转子200中，永久磁铁210与定子100有预定的间隔。与树脂构架200连接的驱动轴400与其它结构件固定连接。

在常规的外转子型无刷电机中，当电流按顺序流到环绕定子100绕成的线圈20中时，转子200根据在线圈20中流动的电流和永久磁铁210之间的相互作用而旋转。转子200的旋转力通过驱动轴400传递到其它结构件。

例如，如果外转子型无刷电机应用于一台洗衣机的话，定子100放置在一包括内筒的外筒内，驱动轴400与洗衣机的内筒连接，因此转子的驱动力可以通过驱动轴400传递到例如洗衣机装置上。

当转子200旋转时，空气通过辐射状排列的扇叶226和辐射状排列的孔227流入电机，从而冷却在电机内生成的热。

然而，如图3A和3B所示，由于施加到定子卷绕线圈中的电流产生的互作用力旋转时，常规的外转子型无刷电机的转子在轴向和径向产生振动。

因为与永久磁铁连接的树脂构架由树脂构成，所以产生振动，树脂材料的刚性很弱(大致为钢板的15％)。尤其是，树脂构架在径向的振动还增加噪音。

此外，由于构架由树脂构成，在高温、高扭矩和冲击负载的工况下，与驱动轴连接以传递转子产生的驱动力的构架的锯齿状装置很容易磨损，因此其寿命缩短。

另外，用外面的空气冷却电机内部的辐射状排列的扇叶在垂直的方向形成。因此，当转子在一个方向旋转时，流入电机和从那里流出的空气的量增加。由于树脂的导热性低，辐射状排列并不很有效。

此外，构架由树脂构成，则无力抵抗由洗衣机交替产生的重复应力而造成的疲劳破坏。因此，辐射状排列的孔必须小。然而，小的辐射状排列的孔不能进行充分地冷却。结果，当冷却不能充分进行时，线圈的阻抗增加，电机效率降低，线圈的温度升得更高，线圈很容易损坏。因此，必须使用高质量的昂贵线圈。

构架由树脂构成，价格比较高。而且，必须另外制造和连接背轭以便形成磁路，这导致生产和装配成本增加。

因此，本发明的主要目的是提供一种可增加结构刚性、通过限制产生的振动而降低噪音、使用便宜的材料、通过背轭和底板装置形成一体而降低制造成本及延长寿命的无刷电机(BLDC)的转子结构。

本发明的另一个目的是，提供一种能通过促进外面空气流入、有效地冷却运转时电机内生成的热的无刷电机(BLDC)的转子结构。

为了达到本发明的上述目的，提供一种外转子型无刷电机(BLDC)的转子结构，包括：一个装备有圆盘形的、并在其中心部分有多个插入孔的底板装置的钢板构架；多个在插入孔的周围部分形成的辐射状排列的孔；多个通过切割在辐射状排列的孔的侧部形成的叶片；一个弯曲并向上延伸的、在底板装置的圆周部分有预定高度的背轭装置；一个在背轭装置上端部形成的径向加强装置；一个或多个与背轭装置内侧固定连接的环型永久磁铁；一个插入位于中心的插入孔并与钢板构架连接的连接件；一个固定插入连接件内并与其它结构件连接的驱动轴的固定装置。

参考仅用作例图而不限制本发明的附图，将会更好地理解本发明。

图1是表示一个常规的外转子型无刷电机(BLDC)的断面前视图；

图2A是表示一个常规的外转子型无刷电机(BLDC)转子结构的断面前视图；

图2B是表示一个常规的外转子型无刷电机(BLDC)转子结构的平面图；

图3A是表示常规的外转子型无刷电机在转动时转子在径向的振动状态的断面前视图；

图3B是表示常规的外转子型无刷电机在转动时转子在轴向的振动状态的断面前视图；

图4A是表示一个按照本发明的外转子型无刷电机转子结构的断面前视图；

图4B是表示一个按照本发明的外转子型无刷电机转子结构的平面图；

图4C是表示一个按照本发明最佳实施例的外转子型无刷电机转子结构的底视图；

图5A是表示一个在按照本发明的外转子型无刷电机转子上形成的加强肋的断面图；

图5B是表示图5A另一实施例的断面图；

图6是表示图4C另一实施例的底视图；

图7A是表示一个在按照本发明的外转子型无刷电机转子上形成的辐射状排列的孔和叶片的断面图；

图7B是表示图7A另一实施例的断面图；

图8是示意地表示一个支承构架第一实例的断面前视图，该支承构架与按照本发明的外转子型无刷电机转子的背轭装置的外圆周部分连接；

图9是示意地表示图8中支承构架的第二实例的断面前视图；

图10是示意地表示图8中支承构架的第三实例的断面前视图；

图11是示意地表示图8中支承构架的第四实例的断面前视图；

下面将参照附图描述按照本发明最佳实施例的外转子型无刷电机(BLDC)的转子结构。

这里，与传统技术相同的结构件采用相同的标号。

如图4A至4C所示，按照本发明的外转子型无刷电机的转子包括一个圆柱形的其中心部分有多个插入孔511的钢板构架510，其上部是敞开的。背轭装置513被弯曲并向上延伸，在底板装置512的外圆周部分有预定高度，多个永久磁铁520与背轭装置513的内侧部分固定连接。

底板装置512为圆盘形，其中心部分向上凸出，构成与周围部分不整齐的形状。

多个插入孔511形成在中心部，并且包括一个驱动轴400插入其中的轴插入孔511a和多个在轴插入孔511a外周部分形成的固定件插入孔511b，固定件520插入孔511b中。

另一方面，连接引导装置514在底板装置512中固定件插入孔511b外圆周部分向上突出形成，所以通过固定件520固定到钢板构架510上的连接件530可以容易地连接到底板装置512上。

连接件530由钢材构成，并且固定连接到钢板构架510上。

如图4B和4C所示，为了增加转子500的固有频率，多个纵向凸出的加强肋515在底板装置512的预定部分径向形成。

加强肋515用于防止当转子500转动时与其它结构件产生共振。

如图5A和5B所示，加强肋515的端部为等腰三角形形状是有利的。凸出方向是向着底板装置512的上部或下部突出。

另外，多个辐射状排列的孔516在底板装置512中心部分的多个插入孔511的外周部分形成。通过转子500的旋转引导空气流入的叶片517分别在各自的辐射状排列的孔516侧部形成。

辐射状排列的孔516和叶片517可以通过冲压方法同时形成，或者叶片517在形成辐射状排列的孔516之后粘附上。一个或多个辐射状排列的孔516和叶片517以预定间隔在加强肋515之间形成。

按照图4C展示的最佳实施例，一个辐射状排列的孔516和一个叶片517在加强肋515之间形成。按照图6展示的另一实施例，两个辐射状排列的孔516和两个叶片517在加强肋515之间形成。

通常，只要底板装置512保持足够结构刚性，辐射状排列的孔516的数量最大是较好的，从而流入电机的空气的量达到最大值。

下面将详细描述辐射状排列的孔516的形状。辐射状排列的孔516纵向地在底板装置512上径向形成。在辐射状排列的孔516的切割部分的边旋转预定角度之后叶片517被固定。

更详细地，如图7A和7B所示，为了形成辐射状排列的孔516，沿径向切割底板装置512的预定部分。切割部分围绕与辐射状排列的孔516周向长度(L)相应的部位，旋转预定长度(h)并固定，从而形成叶片517。

在每个实施例中，形成同方向倾斜的多个叶片517，并使辐射状排列的孔516的宽度等于或大于叶片517的高度(h/L≤1)是有利的。另外，叶片517斜对着定子线圈20的内侧或外侧。这里，相对底板装置512表面的倾斜角最好在60°至90°之间。

图7A展示了叶片517固定地斜对着定子线圈20的外侧的状态，图7B展示了叶片517固定地斜对着定子线圈20的内侧的状态。前者，流入电机的空气的量较大，但是可能在组装零件时发生事故。后者，流入电机的空气的量或许较小，但是可避免事故发生。

为了以预定间隔在周向容纳一个或多个环形永久磁铁540，在水平方向有预定宽度的颚(jaw)513a，和在垂直于颚513a的方向延伸的接触表面513b在背轭装置513的内表面形成。

永久磁铁540定位在颚513a上，与接触表面513b接触，用粘合剂或通过在其上部放置粘合树脂550与背轭装置513固定连接。

为了加强钢板构架510的径向刚性，垂直弯曲并向外延伸的径向加强装置518在背轭装置513的上端部形成。

如图8所示，按照本发明的第二实施例，为了进一步加强径向刚性，径向加强装置618在支承磁铁540区域的上部向内弯曲，从而用底板装置512的弹力支承磁铁540。另外，为了加强钢材制成的底板装置512的径向刚性，在底板装置512的外部设置一个支承构架660，并且其上端部水平地弯曲并向外延伸。

这就是说，支承构架660被弯曲几次，从而部分地环绕背轭装置613下部和侧部的外面。它的上端部向外面弯曲并延伸。

另一方面，如图9所示，按照本发明的第三实施例，径向加强装置718在背轭装置713的上端部垂直地弯曲并向外延伸，支承构架760是弯曲的，从而环绕背轭装置713的下部和侧部的整个外面。

如图10所示，按照本发明的第四实施例，径向加强装置818以倒U形在背轭装置813的上端部向外延伸。

如图11所示，按照本发明的第五实施例，径向加强装置918在背轭装置913的上端部垂直地弯曲并向外延伸，支承构架960呈圆盘形，并且其中心部分是空的，好像面对钢板构架512的内部覆盖钢板构架上圆周部分。

如上所示，按照本发明各个实施例的支承构架是从底板装置512向内或向外突出形成的，从而充分地加强了径向刚性。

另一方面，连接件530包括：一个有预定厚度和面积的环形凸缘装置531；一个从凸缘装置531中心部分向上延伸并有预定外径和高度的轴毂装置532；一个在轴毂装置532上下方向的通孔532a的内周部分形成的、并与驱动轴400的轴锯齿状装置啮合的锯齿状孔533；以及多个在凸缘装置531上形成并被固定到固定件520上的连接件组合装置534。

在凸缘装置531上形成的多个连接件组合装置534是构成一同心圆形状的多个螺纹孔。

底板装置512上部的连接引导装置514插入其中的导孔535，在连接件组合装置534的下部有预定深度。

另一方面，虽然在附图中没有示出，但可以在连接引导装置514内设置一个特殊的导销。

固定装置520包括多个螺栓。螺栓穿过固定装置插入孔511b，然后固定到连接件组合装置534上，从而将钢板构架510的底板装置512与连接件530连接。一个特殊的螺母可以固定到固定装置520上。

轴锯齿状装置401在传递转子500旋转力的驱动轴400的外周部分形成，以便与连接件530的锯齿状孔533啮合，并且外螺纹装置402在驱动轴400的下部形成。

将驱动轴400与连接到钢板构架510的连接件530的锯齿状孔533连接。同时，垫圈410插入驱动轴400的端部，并且作为固定装置的螺母420固定到外螺纹装置402上，从而将驱动轴400与钢板构架510固定连接。

下面将说明按照本发明的外转子型无刷电机的转子的组装方法。

首先，将钢板构架510冲压成形。将永久磁铁540定位在钢板构架510的背轭装置513的内周部分。然后，用粘合剂或粘合树脂550将永久磁铁540固定地粘贴到背轭装置513上。

作为连接件组合装置的螺纹孔534与钢板装置510的底板装置512的固定装置插入孔511b一致，作为固定装置520的螺栓被固定到那里，从而将钢板构架510与连接件530连接。

驱动轴400的轴锯齿状装置401插入连接件530的锯齿状孔533中，垫圈431插入驱动轴400的下部，螺母420固定到驱动轴400的外螺纹装置402上，从而使驱动轴400、钢板构架510和连接件530固定连接。

按照本发明的外转子型无刷电机，构成转子500的永久磁铁540环绕定子100定位，并且驱动轴400与其它结构件连接。

根据本发明的外转子型无刷电机，当电流流到构成定子100的线圈20中的时候，转子500被线圈20内流动的电流与永久磁铁540之间的互作用力旋转，与转子500连接的驱动轴400将转子500产生的旋转力传递到其它结构件。

按照本发明，钢板构架510由钢材构成，因此其刚性比较大。另外，为了加强轴向刚性，在钢板构架510的底板装置上形成加强肋515，为了加强径向刚性，形成径向加强装置518。支承构架连接加强装置518的外部，因此增加结构刚性并减小振动。结果，限制了噪音的产生。

而且，在钢板构架510的底板装置512上形成的叶片517在一个方向倾斜突出，所以，旋转时外面的空气可以顺利地流入电机。因此，电机内产生的热可以有效地被冷却。

此外，与驱动轴400连接的连接件530用螺栓(固定装置520)牢固地固定到钢板构架510上。而且，材料刚性大，可以阻抗大扭矩、冲击负载和高温。结果，零件可以不被磨损或损坏，其寿命延长。

此外，由于钢板构架510和其它零件由钢材构成，因此与常规技术的树脂比较，其制造成本大约降低5倍。另外，不象在常规技术中用滚压薄钢板制造背轭230那样，按照本发明，不必特别地制造背轭，而是将背轭与钢板构架510形成一体。

如前面所讨论的，按照本发明的外转子型无刷电机的转子结构增加了结构刚性，运转时限制了振动和噪音的产生，从而改进了可靠性。另外，本发明有效地冷却了电机运转时产生的热，从而提高了电机的效率。此外，背轭装置不另外制造，而是与钢板构架一体形成，降低了制造成本。

由于在不偏离本发明精神或本质特征的情况下本发明可以有几个具体实施例，因此，除非另有说明，应该理解上述的实施例不被任何上述的细节所限制，而应该在所附权利要求书的精神和范围内被宽广地解释，因此所有落在权利要求书的范围内或与其等同的变化和改变都包含在所附权利要求书内。

Claims (27)

1.一种外转子型无刷电机的转子结构，包括：

一个包括圆盘形的、并在其中心部分有多个插入孔的底板装置的钢板构架；多个在插入孔的圆周部分形成的辐射状排列的孔；多个通过切割在辐射状排列的孔的侧部形成的叶片；一个弯曲并向上延伸的、在底板装置的圆周部分有预定高度的背轭(back yoke)装置；以及一个在背轭装置上端部形成的径向加强装置，

一个或多个与背轭装置的内侧部分固定连接的环型永久磁铁，

一个插入位于中心的插入孔并与钢板构架连接的连接件，和

一个固定插入连接件内并与其它结构件连接的驱动轴的固定装置。

2.按照权利要求1的结构，其中一个在水平方向有预定宽度的颚(jaw)和一个在垂直于颚的方向延伸的接触表面，在背轭装置的内表面形成。

3.按照权利要求2的结构，其中永久磁铁定位在颚上，与接触表面接触，用粘合剂或通过在其上部放置粘合树脂与背轭装置固定连接。

4.按照权利要求1的结构，其中多个插入孔是在中心部分形成的，并且包含一个驱动轴插入其中的轴插入孔，和多个在轴插入孔外周部分形成的、固定件插入其中的固定件插入孔。

5.按照权利要求4的结构，其中一个连接引导装置在固定件插入孔的外周部分向上突出形成。

6.按照权利要求1的结构，其中连接件包括：

一个有预定厚度和面积的环形凸缘装置；

一个在凸缘装置中心部分向上延伸并有预定外径和高度的轴毂装置；

一个在轴毂装置上下方向的通孔的内周部分形成的、并与在驱动轴上形成的轴锯齿状装置啮合的锯齿状孔；和

多个在凸缘装置上形成并被固定到固定件上的连接件组合装置。

7.按照权利要求6的结构，其中底板装置上部的连接引导装置插入其中的导孔，在连接件组合装置的下部有预定深度。

8.按照权利要求7的结构，其中一个特殊的导销被固定到连接引导装置上。

9.按照权利要求6的结构，其中多个连接件组合装置形成一个同心圆形状。

10.按照权利要求1的结构，其中多个在径向纵向凸出的加强肋以径向形状在底板装置的预定部位形成。

11.按照权利要求10的结构，其中加强肋的断面呈径向对称。

12.按照权利要求10的结构，其中加强肋的凸出方向朝向底板装置的上部伸出。

13.按照权利要求10的结构，其中加强肋的凸出方向朝向底板装置的下部伸出。

14.按照权利要求1的结构，其中多个凸出并以径向形状纵向形成的加强肋在底板装置的预定部分径向形成，并且一个或多个辐射状排列的孔和叶片在加强肋之间形成。

15.按照权利要求1的结构，其中多个辐射状排列的孔在底板装置的径向纵向形成。

16.按照权利要求15的结构，其中辐射状排列的孔的宽度等于或大于叶片的高度。

17.按照权利要求1的结构，其中各个叶片是斜对着定子线圈的内或外侧的。

18.按照权利要求17的结构，其中每一叶片相对于底板装置表面的倾斜角度是在60°至100°之间。

19.按照权利要求17的结构，其中各个叶片在一个方向形成。

20.按照权利要求1的结构，其中叶片和辐射状排列的孔用冲压方法同时形成。

21.按照权利要求1的结构，其中径向加强装置垂直地弯曲并在背轭装置的上端部向外延伸。

22.按照权利要求1的结构，其中径向加强装置以倒U形状在背轭装置的上端部向外延伸。

23.按照权利要求1的结构，其中支承构架与背轭装置的外部连接。

24.按照权利要求23的结构，其中径向加强装置向内弯曲并在背轭装置的上部延伸，从而永久磁铁通过背轭装置本身的弹力被支承。

25.按照权利要求23的结构，其中支承构架被弯曲几次，从而部分地环绕背轭装置的下部和侧部的外面。

26.按照权利要求23的结构，其中径向加强装置垂直地弯曲并且在背轭装置的上端部向外延伸，支承构架被弯曲，从而环绕背轭装置的下部和侧部的整个外面。

27.按照权利要求23的结构，其中径向加强装置垂直地弯曲并且在背轭装置的上端部向外延伸，支承构架形成为中心部分空的圆盘形，好像面对钢板构架内部覆盖钢板构架上圆周部分。

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