CN1685591A - 平板型无刷直流马达 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种平板型马达。定子芯具有环型层叠平面芯的结构，其在定子圈的内或外周缘上等间距地开槽以安装齿芯和绕组激励线圈。齿芯具有相同的厚度，其由多个齿芯所构成。与上述定子相对照，转子包括转子轴杆、固定在转子轴上的圆平面转子毂，且在圆平面转子上组装有具有等量南北磁极数的永久磁铁，以用于平板型无刷和同步马达中。
Description
技术领域
本发明是关于一种具有一个以上平板定子及转子结构的平板型无刷直流马达。具体地，定子结构包括有沟槽的层迭定子芯与层迭定子齿芯。转子结构包括布置有永久磁铁的磁铁板芯或者模铸铝或铜的短路结构的层迭转子芯。定子与转子正面相对。
平面马达必须基本上安装在外壳架和旋转架上，外壳架具有定子及轴杆，旋转架具有转子和轴承。多平面型马达具有一个以上的定子结构和转子结构。此发明中的平面型马达在其直径大于轴长时，单位体积的马达可输出的功率增加；若欲生产出更高的马达功率，则可把多个定子和转子组合在一起。
背景技术
常规马达是由圆柱型的定子和转子构成。第一个附图是一种常规的具有沟槽的芯的定子结构，其轴向层迭以绕组线圈。而且，常规转子具有位于定子芯内部的圆柱型结构，如第二图所示。
如第二(a)图所示，永久磁铁转子被设置为一列永久磁铁，以在转子表面上形成磁极。第二(b)图是由铝铸压或铜制成的常规感应马达的转子。第三(a)图及第三(b)图显示的是常规的马达，这种马达包括上述定子(第二(a)图)及转子(第二(b)图)。马达的有效面积(Seff)为定子的内径Deff与层迭定子芯的轴长Leff乘积，Seff＝πDeffLeff。
为了增加马达的产出功率的能力，必须改变和延长定子与转子的层迭芯轴长Leff。否则必须延长马达的直径(Deff)。但这两种方式是造成马达重量与体积增大的原因，且由于材料费用的原因，使得马达的产品成本更高。
发明内容
本发明的目的是提供一种平面型马达，其直径长度大于轴的长度，以在每单位体积内产生高转矩，且具有平面型结构的平面型马达可容易地安装及增加定子和转子的数量，以满足输出功率的需求。因为本发明的马达具有多定子及转子，我们将其称为多平面型马达。此平面型马达包括平面定子、平面转子、轴杆及外壳。
定子的结构(第六图)包括用于绕组线圈的层迭磁铁齿芯(第四(b)图)，其具有多个齿芯；还包括具有多个沟槽的层迭磁铁定子(第四(a)图)，以安装如第五图所示的层迭齿芯及背铁平板壳。
平面型马达安装在轴杆上，以使其相对于平面型定子旋转。
平面转子的结构包括一永久磁铁及背铁平板，用于如无刷直流马达与同步永久磁铁马达等的永久磁铁马达中。另一方面，对于平面型感应马达，其平面转子的结构与第五图所示的平面定子的结构相同。但平面转子具有如第九(a)图及第九图(b)中所示的铝铸压或短铜电路，以取代定子的绕组线圈。
附图说明
第一图为常规圆柱定子芯的示意图；
第二(a)图及第二(b)图为常规圆柱转子芯的示意图；
第三(a)图及第三(b)图为由第一及第二图中的磁性定子芯及转子芯所组成的常规圆柱马达结构的示意图；
第四(a)图为磁性定子芯的发明示意图，其具有可用于插入和配合层迭齿芯的内外开槽的芯结构；第四(b)图为平面型马达齿芯的发明示意图；
第五图为平面型马达定子芯的发明示意图；
第六图为组装有定子芯与齿芯的定子的发明示意图；
第七(a)图为发明示意图，其显示了平面型马达永久磁铁转子的前视图，及第七(b)图为组装有永久磁铁及背铁平面壳(back iron flat)的转子的发明示意图；
第八(a)图、第八(b)图、第八(c)图为用于永久磁铁无刷和同步马达的单模组、双模组、多模组平面型马达的发明示意图；
第九(a)图为与常规感应马达转子相对照的平面型马达转子的发明示意图；以及第九(b)图为与感应马达相对照的、组装于平面型马达的旋转轴杆上的转子结构的发明示意图；第九(c)图为在轴杆上一起组装有平面定子及平面转子的平面型感应马达的发明示意图；
第十(a)图为具有二个定子及二个转子的双平面型感应马达的发明示意图；及第十(b)图为多平面型感应马达的发明示意图。
具体实施方式
如图所示，本发明可由下列方式来实施。本发明中的平面型马达具有组装有平面定子1、平面转子2及外壳6的结构，如第四图至第八图所示。制造上述外壳6以支撑转子的轴，其安装目的是为了相对于定子1而旋转转子2，定子1组装有多层迭定子芯(第四(a)图)以及齿芯(第四(b)图)。上述定子1安装在外壳6的侧面内，且由层迭定子芯3和层迭齿芯4组成。
定子芯3具有一环型的层迭平面芯结构，其隔一固定距离就开一个槽，以安装齿芯4且将激励线圈10绕组在定子芯圈的周缘。
上述定子芯3的定子槽3b具有多槽结构，这些槽在定子芯圈的内或外周缘上间隔相同的距离以安装齿芯4。
上述齿芯4具有不变的厚度，其包括多个的齿芯。同样地，上述定子芯3具有固定的厚度，且包括多个定子芯。
与上述的定子1相对照，转子2包括转子轴杆8及固定于马达轴杆上的圆形平面转子毂5，且在圆形平面转子上组装有具有北极与南极的永久磁铁7，以用作常规的磁极。上述转子轴杆8与固定在马达外壳架6上的轴承相连接。依据马达的磁极数，永久磁铁7具等量的北磁极列与南磁极列。
如第八(a)图、第八(b)图、第八(c)图所示，为了增加马达的转矩，对于永久磁铁无刷马达和同步马达或者短路平面型的平面型感应马达而言，必须增加由定子芯3及齿芯4组成的定子毂5的数量，以及必须增加由永久磁铁组成的转子毂5的数量。
如第九(a)图及第九(b)图所示，此发明中的转子包括转子芯和齿芯，如与常规感应马达相对照的平面型感应马达的定子芯3及齿芯4。为了使感应电流流动于平面型转子上，转子14具有由铝铸压导体或铜构成的短路导体11。
如上所述，本发明的平面型马达具有这样的结构，其马达直径大于马达轴长。而且平面型马达具有如第四(a)图及第四(b)图所示的层迭磁铁定子芯以及如第五图所示的层迭齿芯，从而使激励绕组电流与平面型永久磁铁转子形成磁电流路径。
而且，如第五图所示，上述齿芯的绕组线圈固定地位于齿芯与齿芯的间隙中。与齿芯4接合的定子芯3固定在外壳架上，如第六图所示。
在本发明中，马达转矩输出的有效面积(Aeff)可通过计算圆平面定子的外直径面积(πDout 2/4)与内直径面积(πDin 2//4)之间的差异而得到。若马达直径恒定，则通过在同一个旋转轴杆上添加单元平面型马达，如第八(a)图所示，可以增加平面型马达的生产能力。可以在同一个旋转轴上设计与制造平面型马达，以获得双模组和多模组平面型马达，其由单元平面型马达构成。因此，可以容易地制造平面型马达，而且，此平面型马达的结构使得可以在单位体积中产生很大的转矩。设计永久磁铁及齿芯的形状，使得将齿槽效应转矩(cogging torque)及转矩的波动降到最小。
平面型马达的电压及磁极数目的规格是根据单元平面型马达设计制造的。平面型马达的槽的数目(Z1)由以下的方程所确定，槽的数量是相数(m)、磁极数(P)及每相和每磁极所对应的槽数目(q)的函数；
(数学方程式)
Z1＝mPq
而且，平面型马达的绕组线圈10由磁极数及绕组方式确定，且选择转子的齿数，使得振动和噪音降至最低，该齿数是定子齿数与转子磁极数的结合。
工业应用
与已知的马达相比较而言，本发明所提议的马达结构的直径大于轴长。因此，可以容易地制造轴长很短且直径很大的薄平面型马达。同时，为了增加所需要功率的产出，若在轴上添加并组装单元平面定子及转子，即可制造出具有比常规马达具有更高效率及更高单位体积转矩的单平面型、双平面型及多平面型马达。
平面型马达的转矩是由外径面积与内径面积之差决定的，但常规马达的转矩取决于定子的内径Deff与层迭定子芯的轴长Leff的乘积，Seff＝πDeffLeff。因此，平面型马达相较于常规马达可产生更高的转矩，其每单位输入功率体积更小、重量更轻，且可使薄轴马达的直径大于其轴向厚度。
上面参照附图和示例描述了本发明的实施例。本发明人声明，本领域内的普通技术人员可以对其进行变化和改善而不偏离本发明的范畴。
Claims (8)
1.一种平板型无刷直流马达，包括：
一个外壳，其通过一个具有多个定子的组件支撑住转子，该转子与所述定子顶对着安装；
一个定子，该定子包括一个定子芯及多个齿芯，定子芯具有环型层迭平面结构，每个定子芯皆具有绕组线圈，其在定子圈的内或外周缘上间隔相同的距离开槽；及
一个转子，该转子具有多个磁铁，安装该转子以将圆平面转子毂固定在转子轴上，转子轴通过轴承固定于所述外壳内；并且安装该转子以使此转子毂之正面直面所述齿芯。
2.如权利要求1所述的马达，其中：所述定子还包括一齿芯(4)的层迭平面芯结构与一个定子芯；为了安装，该定子芯的结构由在定子芯圈的内或外周缘上等间距的多个槽所组成，且该齿芯具有相同的厚度，其由多个齿芯所构成。
3.如权利要求1所述的马达，其中：布置在所述转子上的磁铁与每个齿芯面对，齿芯上绕组有所述线圈，并具有与马达的磁极数相对应的等量的北磁极列与南磁极列。
4.如权利要求1所述的马达，其中：将多个所述磁极沿着马达的轴向布置，以增加转子毂；多个转子置于外壳内，与所述磁铁直面相对，以增加马达的转矩。
5.一种平板型无刷直流马达，包括：
一个外壳，其通过一个具有多个定子的组件支撑转子，该转子与所述定子顶对着安装；
一个定子，该定子包括一个定子芯及多个齿芯，定子芯具有环型层迭平面结构，每个定子芯皆具有绕组线圈，其在定子圈的内或外周缘上间隔相同的距离开槽；及
一个转子，该转子具有一个感应马达，安装该转子以将圆平面转子毂固定在转子轴上，转子轴通过轴承固定于所述外壳内；并且安装该转子使该转子毂与所述齿芯正面相对；且该转子包括多个齿芯，其通过与所述齿芯面对的短路环绝缘。
6.如权利要求5所述的马达，其中：所述定子还包括一齿芯(4)的层迭平面芯结构与一个定子芯；为了安装，该定子芯的结构由在定子芯圈的内或外周缘上等间距的多个槽所组成，且该齿芯具有相同的厚度，其由多个齿芯所构成。
7.如权利要求5所述的马达，其中：所述感应马达包括一层迭转子芯，一组布置在转子芯顶上的齿芯，及一与齿芯相绝缘、且露出部分齿芯的短路环；且为了安装，该转子芯的结构是由在定子芯圈的内或外周缘上等间距的多个槽所组成，且该齿芯具有相同的厚度，其由多个齿芯所构成。
8.如权利要求5、6、7中任一项所述的马达，其中：该感应马达沿转子的轴向布置以增加转子毂；且多个定子布置在外壳内，与所述磁铁正面相对，以增加马达的转矩。
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