CN1767331A - 无刷马达 - Google Patents

Abstract

公开了一种紧凑型、高精度且廉价的无刷马达。一轴承固定到壳体柱形部分的内周上，且一轴可转动地插入通过该轴承以覆盖壳体。设在壳体柱形部分前端处的磁轭固定在该轴上。在该结构中，该轴承设在磁轭内侧上的位置处，因此可将马达的尺寸降低到在磁轭和壳体之间重叠的程度。该轴承固定到壳体的一个元件上，因此实现了高精度。

Description

无刷马达

技术领域

本发明涉及一种具有滑动轴承的内转子型无刷马达。

背景技术

许多电子设备都需要来自马达的动力。近年来，随着电子设备尺寸和价格的降低以及精度的增加，日益需要在电子设备中使用小型、廉价且更精确的马达。

图7显示了传统内转子型无刷马达的结构的轴向剖视图。

图7中所示的无刷马达包括：其上插有转轴元件A1的转子A，用于可转动地支撑转子A的轴承B1、B2，定子C，电路板D和用于容纳这些组成部件的盖子E1、E2。

转子A具有这样的结构，即其中转轴元件A1装配在柱形转子芯A2的内通孔中，且磁体F装配在转子芯A2的外周表面上。

定子C以与磁体F呈略微径向分开的关系布置。通过将绕组C2围绕定子芯C1缠绕而形成定子C，该定子芯C1由堆在一起的多个叠片层构成。

当沿着轴向看时，电路板D设在定子C的下方。电路板D包括控制IC(集成电路)D1和用于检测磁性的位置传感器D2。位置传感器D2以与磁体F沿着径向间隔开且相对的关系布置。位置传感器D2检测磁体F的磁性，并将位置检测信号发送到控制IC D1。基于该位置检测信号，控制IC D1控制供应到绕组C2的电流并因此控制马达转动。

当沿轴向方向看时在转子芯A2的上方和下方的位置处，轴承B1、B2分别插在转轴元件A1上。轴承B1、B2可转动地支撑转子A。

为了容纳这些组成部件，设置盖子E1、E2。盖子E1具有大致为有底圆筒的形状，并与具有基本有底圆筒形状的盖子E2在盖子E1的筒形端面处相固定。盖子E1、E2均具有中心凹槽。这些凹槽分别容纳装配在其内部的轴承B1、B2。定子C通过粘合剂等也固定地容纳在盖子E1中。

然而，在图7所示的内转子型无刷马达的结构中，转子芯A2不是中空的，因此，需要将轴承B1、B2设置于在沿轴向看时转子芯A2的上方和下方的位置。因此为了容纳轴承B1、B2，需要相应较大的盖子E1、E2。这也使得难以降低马达的尺寸。

另外，需要将马达的两个盖子E1、E2制造为盖住马达。这增加了部件的数量和马达的制造成本，从而妨碍了主要成本的降低。在轴承B1、B2由盖子E1、E2(它们是不同的部件)保持的情况下，构成不同部件的盖子E1、E2的装配误差与各单元部件的尺寸误差结合，从而使得转轴元件A1的同轴度变差。具体地，轴承B1、B2的中心分别偏离转轴，从而转轴元件A1被不希望地倾斜支撑。结果，转轴元件A1偏离转动中心轴线并摇摆，力从转轴元件A1传输到配合件上，从而经常对配合件产生不利的影响。

例如在其中齿轮装配在转轴元件A1的前端上以通过啮合的配合齿轮来传输力的情况下，转轴元件A1的较低同轴度会导致与配合齿轮的不完全啮合，从而在马达和配合件的齿轮上施加一偏心负载。一旦马达和配合件的齿轮中的至少一个损坏，则该齿轮就可能会被切口或形成凹陷。进而，该切口或凹陷可能导致咬合失效，从而产生振动和噪音。在最坏的情况下，齿轮可能会断裂，从而导致承载马达的电子设备的重大故障。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种紧凑型无刷马达，其中一方面将轴承安装在壳体上以提高转轴的精度，而另一方面排放马达的内部热量。

为了实现该目的，根据本发明，提供了一种具有转动轴线的无刷马达，包括：用于覆盖马达外部的盖子，该盖子具有带有向下底面和向上开口端的盖子柱形部分；具有壳体柱形部分的壳体，该壳体与盖子底面的中心部分固定连接，且该壳体柱形部分位于围绕转动轴线的转动对称位置处；固定到该壳体柱形部分的内周表面上的轴承；由该轴承关于转动轴线可转动支撑的转轴；位于该壳体上部处的转子磁轭，该转子磁轭具有与该转轴的外表面固定连接的转轴连接部分、与该转轴连接部分的上端一体连接并径向向外延伸的顶面部分、和与该顶面部分的径向外端一体连接并轴向向下延伸以覆盖壳体的磁轭柱形部分；固定在该磁轭柱形部分的外周表面上的主磁体；定子，其固定在该盖子柱形部分的内周表面上，且该定子的内表面以一间隙面对该主磁体的外周表面；位于盖子上部处的电路板，其中该电路板的外端固定到该盖子的上端部分上；以及位置传感器，其安装在该电路板上，用于检测转子的转动位置；其中，该转轴、轴承、壳体柱形部分、磁轭柱形部分、主磁体、定子和盖子柱形部分从转轴到盖子径向向外依次设置。

在上述无刷马达中，壳体在转子磁轭的内侧竖立，且轴承沿轴向高度布置在转子磁轭中。因此，能够降低马达的轴向高度。另外，轴承设在单个壳体上。因此与其中轴承设在不同部件上的情况相比，消除了由于不同部件的装配而产生的误差从而提高了轴承的同轴度。结果，提高了插入到轴承中的转轴的精度。

附图说明

图1是根据本发明实施例的马达沿着马达轴向剖取的剖视图。

图2是轴承与壳体成一体的沿轴向剖取的马达的剖视图。

图3是表示相互装配的转子磁轭和磁体的视图。

图4是表示在FG磁体和电路板之间关系的视图。

图5是表示在电路板和盖子之间装配关系的视图。

图6是沿着马达的轴向剖取的剖视图，其中风扇安装在转子磁轭中。

图7是根据现有技术的一个示例沿马达的轴向剖取的剖视图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施例。为了便于理解，图1中的垂直方向被称为“轴向垂直方向”，马达在其上的实际安装位置不受限制。

首先，参照图1说明整个马达结构。

用于覆盖具有有底圆筒形状的马达外部的盖子20包括向下的底面部分21并具有向上的开口端和盖子柱形部分24。在盖子20的底面部分21的中心部分中形成有通孔。

壳体10具有中空柱形形状。当沿轴向看时壳体10在其下部中具有：钩部11，该钩部11与盖子底面的中心部分固定连接；和壳体柱形部分12，其位于围绕转轴的转动对称位置处。两个轴承30、31在内部固定到壳体柱形部分12的内周表面上。在这两个轴承30、31之间，构成浸有油的浸油元件的柱形毡垫32设置成将轴承相互连接。

壳体10通过盖子20的底面部分21的中心通孔插入，该底面部分与壳体10的钩部11接触。这样，例如对接触部分进行焊接以进行接合。

由盖子20和壳体10形成的外框架容纳有转子和定子70。转子由轴40、转子磁轭50、磁体60和FG磁体61形成。

在转子中，具有有底中空圆筒形状的转子磁轭50的转轴连接部分53与构成转轴元件的轴40接合，且磁体60例如通过粘合剂固定在转子磁轭50的磁轭柱形部分51的外周上。另外，FG磁体61例如通过粘合剂固定在转子磁轭50的顶面部分52上。

在该转子中，将轴40插入到这两个轴承30、31中，且转子磁轭50设置成覆盖壳体10的柱形部分11。这两个轴承30、31是由烧结含油金属元件形成的滑动轴承。轴承30、31的内周表面构成支承表面，轴40通过其滑动，从而油(润滑油)从轴承表面渗出。该油在轴40和构成轴承30、31内周表面的支承表面之间构成了媒介物。因此，该轴40被可转动地支撑而不与支承表面直接接触。

以一间隙与磁体60成径向相对关系的定子70，例如通过粘合剂固定在盖子20的盖子柱形部分24上。定子70由具有多个芯部元件的定子芯71和缠绕在该定子芯71上的绕组72形成。

在定子70沿着转轴的上部处，将电路板80设置为覆盖转子和定子70。电路板80在转轴的向上前端处固定在盖子20的盖子柱形部分24的上端部。在电路板80沿转轴的下部处，霍尔元件81设置为通过沿着转轴形成的间隙与磁体60成相对关系。在沿着轴向看时电路板80的上方，设置有控制IC82。

下面参照图1到图6对本发明的主要部件进行说明。

首先，参照图1来说明转子磁轭50与固定到壳体10的壳体柱形部分12上的轴承30、31之间的关系。

参见图1，壳体10看起来在转子磁轭50内竖立。与图7的现有技术相比，在图7中，转子芯A2设有转子磁轭50且并不是中空的，在其中什么都不能设置。因此，沿着轴向看时轴承B1、B2设在转子芯A2的上方和下方。该马达结构具有这样的问题，即，需要将马达尺寸增加与由轴承B1、B2所占据的空间相对应的量。与图7相比，图1显示出转子磁轭50是中空的且轴承30、31设在转子磁轭50中。因此，在沿轴向看时不需要将轴承设在转子磁轭50上方和下方的空间，从而可以减少马达的尺寸。

下面参照图1来说明其中将两个轴承固定到壳体10的壳体柱形部分12的内周表面上的情况。

参见图1，如上所述，毡垫32以将两个轴承30、31相互接合的方式设在这两个轴承之间。该毡垫32根据轴承的油消耗率而在任何需要的时候将油(润滑油)供应到轴承。当轴承的含油量减少到极限含油量时，一般认为该轴承的寿命到期了。可通过保持油的增加量并降低油消耗率，来延长在含油量降低到极限含油量之前的时间。在使用该毡垫32期间，轴承30、31中的油消耗通过毡垫32来补充。因此只要在毡垫32中含有油，就能节约由轴承30、31消耗的油。这防止了含油量降低，从而可通过保持在毡垫32中的油量而延长轴承寿命。

下面，参照图2来说明其中将一个轴承固定到壳体10的壳体柱形部分12的内周表面上的情况。

参照图2，壳体10的壳体柱形部分12的内周表面固定有一个轴承32。该轴承32包括适于与轴40一起沿着其转轴分别向上和向下滑动的部分33、34。该轴40通过插入到滑动部分33、34中而被可转动支撑。不适于与轴40一起滑动的部分35稍微凹陷以防止与轴40接触。这样成一体的轴承32除了滑动部分33、34之外还包括非滑动部分35，因此具有相应较大的轴承容积。该滑动轴承能够容纳与其容积等量的油，因此含油量增加与轴承的增大容积相等的量，从而增加了保持的油量。结果，可以延长在油耗尽之前的时间并延长轴承的寿命。

下面，参照图3来说明转子磁轭50和磁体60之间的装配关系。

在图3中，磁体60固定到转子磁轭50的磁轭柱形部分51的外周表面上。锥形表面62沿着转轴形成在磁体60的下部处。锥形表面62的内径沿着轴向向下逐渐变宽。当形成转子磁轭50时，转子磁轭50的磁轭柱形部分51沿着转轴的前端54的外周可以构成凸起或毛刺，如图3的附图标记54所示。该锥形表面62构成了转子磁轭50的前端54的离隙面(relief surface)。因此，无论是凸起还是毛刺都形成在转子磁轭50的前端54处，磁体60能够准确地固定到转子磁轭50的外侧。结果，磁体60能够以与定子70成预定间隔的关系布置。

下面参照图4来说明转子磁轭50、FG磁体61和电路板80之间的关系。

沿轴向看时，环形FG磁体61固定在转子磁轭50的顶面部分52的上方。电路板80通过沿着转轴的方向的间隙以与FG磁体61成相对的关系布置。电路板80在其与FG磁体61成相对关系的部分内形成有FG图案。在现有技术中，霍尔元件81只能达到控制磁体60的磁极数量的程度。另一方面，FG磁体61和FG图案的布置使得可以达到额外控制动力产生元件的程度。因此，可以进行更精细的位置控制操作。结果，增加了马达转动控制操作的精度。霍尔元件81的性能在高温环境中可能变差。然而与此同时，使用FG磁体和动力产生元件即使在高温环境中也能保持稳定的性能，因此能够增大操作温度范围。

下面参照图5来说明盖子20和电路板80之间的接合关系。

沿着轴向看时，盖子柱形部分24的上端部分的内表面、径向凹陷台阶22和该凹陷台阶22的向上凸起23形成在上部处。电路板80设置为与盖子20的凹陷台阶22接触。盖子20的凸起23例如在压力机中的压力下向内倾斜，从而固定电路板80。通常，电路板和配合件使用例如螺钉的紧固装置而彼此固定。然而在根据本发明的方法中，去掉了用于固定电路板80的螺钉等以降低成本。而且，使用例如螺钉等的紧固装置的方法使得必须固定多个点以进行可靠固定，这又需要许多螺钉同时增加了步骤数量，从而增加了成本。相反，在根据本发明的方法中，同时按压多个点，从而实现了高可靠固定方法而没有增加步骤数量。另外，由于电路板80具有覆盖马达的结构，因此节约了用于覆盖马达的部件从而降低了成本。此外，由于电路板80没有容纳在马达中且控制IC82布置在马达的外侧，因此在控制IC82中产生的热量没有包含在马达中而是辐射到马达的外部。因此，能够一直冷却保持与外部空气接触的控制IC82。

下面参照图6来说明转子磁轭50和风扇90之间的关系。

参见图6，风扇90装配在转子磁轭50中。在转子磁轭50的顶面部分52中和定子70沿着转轴的下部在盖子20的盖子柱形部分24中均形成至少一个通孔。FG磁体61设在形成于转子磁轭50的顶面部分52中的通孔的外侧。电路板80的中心部分形成有通孔，轴40宽松地装配在该通孔中。结果，引入到马达中的外部空气再次通过电路板80的中心通孔、转子磁轭50的顶面部分52的通孔和盖子20的盖子柱形部分24的通孔排放，如图6中虚线箭头所示。例如该风扇具有类似于多叶片式风扇的叶片，从而引入到电路板80中的空气通过盖子20的盖子柱形部分24的通孔而排放。这样，外部空气能够引入该马达中，且在马达中被加热的空气能够有效地排放到外部。另外，没有被加热的外部空气被引入到马达中并通过马达中的风扇加速，从而由定子70加热的空气能够被推出马达，因此能够冷却马达。根据本发明的风扇90能够一体形成并装配在转子磁轭50中，从而导致叶轮的高的可装配操作性和高的角度精度。

上面说明了根据本发明实施例的无刷马达。然而本发明不限于该实施例，而是在不脱离本发明的范围的情况下可以进行各种修改或变化。

本发明具有以下优点。

具体地，具有转动轴线的无刷马达包括：用于覆盖马达外部的盖子，该盖子具有盖子柱形部分，该盖子柱形部分具有向下底面和向上开口端；具有壳体柱形部分的壳体，该壳体与盖子的底面的中心部分固定连接，且该壳体柱形部分位于围绕转动轴线的转动对称位置处；固定到该壳体柱形部分的内周表面上的轴承；由该轴承关于转动轴线可转动地支撑的转轴；位于该壳体上部处的转子磁轭，该转子磁轭具有与该转轴的外表面固定连接的转轴连接部分、与该转轴连接部分的上端一体连接并径向向外延伸的顶面部分、以及与该顶面部分的径向外端一体连接并轴向向下延伸以覆盖壳体的磁轭柱形部分；固定在该磁轭柱形部分的外周表面上的主磁体；定子，其固定在该盖子柱形部分的内周表面上，且该定子的内表面以一间隙面对该主磁体的外周表面；位于盖子上部处的电路板，其中该电路板的外端固定到该盖子的上端部分上；以及位置传感器，其安装在该电路板上，用于检测转子的转动位置；其中，该转轴、轴承、壳体柱形部分、磁轭柱形部分、主磁体、定子和盖子柱形部分从转轴到盖子径向向外依次布置。

在根据本发明的无刷马达中，壳体在转子磁轭的内侧竖立，且轴承在转子磁轭的内部沿着转轴的高度设置。因此，能够减少沿转轴方向的高度。另外，轴承仅设在一个壳体上。因此，与其中通过不同的部件布置轴承的情况相比，消除了不同部件的装配误差从而提高了轴承的同轴度精度。结果，提高了插入到轴承中的转轴元件的精度。

根据本发明的轴承是单个滑动轴承，其沿着轴向的长度至少为壳体柱形部分的长度的一半。

根据本发明，固定到壳体上的一体单个轴承能够增大沿着轴承轴线方向的尺寸。能够浸入更多与沿该轴承轴线增大的长度相对应的量的润滑油，因此可以延长在耗尽润滑油之前的时间，从而延长了马达的使用寿命。

根据本发明的轴承包括两个滑动轴承，这两个滑动轴承以沿着轴向彼此间隔的关系固定到壳体柱形部分的内周表面上，且浸有油的油保持元件沿轴向设在这两个轴承之间。

根据本发明，这两个轴承固定在壳体上且设置为一体部件以缩短两个轴承之间的距离。结果，例如毡垫的油补充元件能够插入在这两个轴承之间。例如毡垫的油保持元件的结构能够补充浸在滑动轴承中的润滑油，因此可延长马达寿命。

根据本发明的FG磁体固定在顶面部分的设有电路板的一侧上，并且FG图案形成在电路板的以沿轴向的间隙与该FG磁体相对的部分上。

根据本发明，提供FG磁体和动力产生元件有助于以更精细的方式检测马达的转动位置，因此能够以更高的精度捕捉转动位置。这样能够提高马达的转动精度。

根据本发明，在主磁体的内下端部分处，锥形表面的内径沿轴向向下而变宽，该锥形表面构成了从磁轭开始的离隙面。

根据本发明，在形成转子磁轭时凸起或毛刺可能出现在转子磁轭的柱形部分径向外侧的开口端处。因此，试图将磁体装配在转子磁轭柱形部分的外周侧会导致由于该凸起和毛刺而仅从磁体特定部分产生的突起，从而不可能进行高精度的装配。这还使得不可能在定子和磁体之间形成预定间隙。根据本发明的第五方面，与转子磁轭柱形部分的端面接触的磁体部分形成有构成离隙面的锥形表面，从而消除了在其它情况下可能形成在转子磁轭柱形部分上的凸起或毛刺的影响。

根据本发明的盖子在盖子柱形部分的上端部分的内表面上具有径向凹陷台阶、以及从该凹陷台阶向高度比电路板的厚度大的位置伸出的外盖子柱形部分，且在将电路板设置为与该凹陷台阶接触之后，该外盖子柱形部分向内变形，从而能够将电路板固定在盖子上。

通常，电路板使用螺钉等固定在配合件上。然而这种固定方法需要螺钉等，因此增加了零件数量，这增大了成本。而且，使用螺钉等不能保持充分的可靠性，如果仅固定一点，则需要至少两个固定点。这相应地增加了作业进程和成本。然而根据第六方面描述的发明，盖子和电路板通过盖子的塑性变形而相互固定，而不使用任何螺钉等。这样，减少了固定部件的数量从而降低了成本。另外，由于固定多个点，因此获得了较高的可靠固定的效果。此外，在进行压力加工时完成了盖子的塑性变形，因此减少了作业进程，从而降低了成本。

根据本发明，在盖子柱形部分的从固定定子的位置接近底面位置的一侧形成有至少一个盖通孔，且转子磁轭的顶面部分具有至少一个转子磁轭通孔，从而构成一风扇，其中通过转子磁轭的转动，外部空气从转子磁轭通孔被引入转子磁轭中，并排放到盖子通孔的外侧。

根据本发明，转子磁轭和盖子均形成有至少一个通孔，因此形成了一通路，其中外部空气经过马达并排入大气。而且，在转子磁轭中设置风扇能够形成气流，其中空气从外侧引入并通过盖子通孔排放。结果，由从马达中的定子产生的热所加热的马达内部的空气能够被释放到马达外部，同时冷空气能够从马达外部引入到马达中，从而可以有效地冷却马达内部。

根据本发明的风扇包括一风扇柱形部分，该风扇柱形部分通过树脂与多个沿着磁轭柱形部分内周表面的环周方向设置的叶轮一体形成。

风扇能够以多种方式形成在转子磁轭的内部，包括这样的方法，其中使转子磁轭变形，即转子磁轭的内侧伸出，以及其中将风扇一个接一个地装配在转子磁轭内部的方法。其中使转子磁轭变形的方法有一个问题，即，转子磁轭的外周侧也变形，从而不能以高精度固定磁体。另一方面，根据其中将风扇一个接一个地装配在转子磁轭内部的方法，可操作性较低，而且难以以预定的角度来设置所有的叶轮。

相反，根据本发明，风扇的叶轮由树脂一体形成，且将一体的风扇装配在转子磁轭的内部。因此，能够以较高的可操作性在一次作业中装配风扇。另外，作为第一步骤一体地形成叶轮，因此提供了具有高角度精度叶轮的风扇。另外，转子磁轭没有变形，因此转子磁轭的外周侧没有变形，从而能够以高精度固定磁体。

Claims (8)

1、一种无刷马达，其具有转动轴线，包括：

用于覆盖马达外部的盖子，该盖子具有带有向下底面和向上开口端的盖子柱形部分；

具有壳体柱形部分的壳体，该壳体与盖子的底面的中心部分固定连接，且该壳体柱形部分位于围绕转动轴线的转动对称位置处；

固定到该壳体柱形部分的内周表面上的轴承；

由该轴承关于转动轴线可转动支撑的转轴；

位于该壳体上部处的转子磁轭，该转子磁轭具有与该转轴的外表面固定连接的转轴连接部分、与该转轴连接部分的上端一体连接并径向向外延伸的顶面部分、和与该顶面部分的径向外端一体连接并轴向向下延伸以覆盖壳体的磁轭柱形部分；

固定在该磁轭柱形部分的外周表面上的主磁体；

定子，其固定在该盖子柱形部分的内周表面上，且该定子的内表面以一间隙面对该主磁体的外周表面；

位于盖子上部处的电路板，其中该电路板的外端固定到该盖子的上端部分上；以及

位置传感器，其安装在该电路板上，用于检测转子的转动位置；

其中，该转轴、轴承、壳体柱形部分、磁轭柱形部分、主磁体、定子和盖子柱形部分从转轴到盖子径向向外依次设置。

2、根据权利要求1所述的无刷马达，其特征在于：

所述轴承是单个滑动轴承，其沿轴向的长度至少是所述壳体柱形部分的长度的一半。

3、根据权利要求1所述的无刷马达，其特征在于：

所述轴承包括两个滑动轴承，它们以沿着轴向彼此间隔开的关系固定在所述壳体柱形部分的内周表面上，且浸有油的油保持元件沿轴向设在这两个轴承之间。

4、根据权利要求1所述的无刷马达，其特征在于：

一FG磁体固定在所述顶面部分的设有所述电路板的一侧上，且在该电路板的以沿轴向的间隙与该FG磁体相对的部分上形成有FG图案。

5、根据权利要求1所述的无刷马达，其特征在于：

在所述主磁体的内下端部分处，锥形表面的内径沿轴向向下而变宽，该锥形表面构成了从磁轭开始的离隙面。

6、根据权利要求1所述的无刷马达，其特征在于：

所述盖子在盖子柱形部分的上端部分的内表面上具有径向凹陷台阶，以及从该凹陷台阶向高度比所述电路板的厚度大的位置伸出的外盖子柱形部分，并且

在将所述电路板设置为与凹陷台阶接触之后，该外盖子柱形部分向内变形，从而将电路板固定在盖子上。

7、根据权利要求1所述的无刷马达，其特征在于：

在所述盖子柱形部分的从固定定子的位置接近底面的位置的一侧形成有至少一个盖通孔，且所述转子磁轭的顶面部分具有至少一个转子磁轭通孔，从而构成一风扇，其中通过转子磁轭的转动，外部空气从转子磁轭通孔被引入转子磁轭中，并排放到盖子通孔的外部。

8、根据权利要求7所述的无刷马达，其特征在于：

所述风扇包括一风扇柱形部分，该风扇柱形部分通过树脂与沿着在磁轭柱形部分的内周表面上的环周方向设置的多个叶轮一体形成。

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