CN204928407U - 无刷直流电机 - Google Patents

Abstract

一种无刷直流电机，包括定子铁芯、缠绕在定子铁芯上的励磁线圈、电机轴和固定在电机轴上的转子，所述转子包括转子铁芯以及与转子铁芯固定的磁体，其中该转子可以相对于所述定子铁芯跟随所述电机轴旋转。所述励磁线圈在至少一个方向上与所述定子铁芯相隔一空气间隙。本实用新型使得无刷电机中突出于定子铁芯的励磁线圈与转子上延长的永磁体形成新的径向磁场，从而增加永磁体的利用率,达到提高电机效能的目的。

Description

无刷直流电机

技术领域

本发明涉及无刷直流电机，特别是无刷直流电机内部的结构。

背景技术

随着无碳刷电机技术的日益发展与普及，越来越大多的家用手提式电器开始使用无碳刷直流电机替代传统的有刷电机。由于无刷电机舍弃了电刷和换向器等结构，因此其体积更小。同时由于无刷电机通过外部控制器取代电刷来精确控制电机的旋转和电流的换向，因此其寿命更长，并且性能更强。

然而，在传统的无刷直流电机的基础上，仍然有需要进一步提高无刷直流电机的性能，例如需要探索在有限的空间内如何能够增加磁场密度以提高电机的性能。

发明内容

为了克服上述的技术问题，本发明的实施例因此提供了一种改进的无碳刷电机结构，其在有限的电机结构里能够产生额外的磁路，增加永磁材料的利用率，从而提高电机效能。

在本发明的一方面，提供了一种无刷直流电机，包括定子铁芯、缠绕在定子铁芯上的励磁线圈、电机轴和固定在电机轴上的转子，所述转子包括转子铁芯以及与转子铁芯固定的磁体，其中该转子可以相对于所述定子铁芯跟随所述电机轴旋转。所述励磁线圈在至少一个方向上与所述定子铁芯相隔一空气间隙。

优选的，所述励磁线圈在所述电机轴的轴向上与所述定子铁芯相隔所述空气间隙。

更优选的，所述励磁线圈在所述电机轴的轴向上的长度与所述定子铁芯在所述电机轴的轴向上的长度的比例为1.4至1.7。

在一个具体实施方案中，所述励磁线圈在所述电机轴的轴向上的长度为33mm，所述定子铁芯在所述电机轴的轴向上的长度为20mm。

在一个变化的实施方式中，所述励磁线圈在围绕所述电机轴的周向方向上与所述定子铁芯相隔所述空气间隙。

优选地，所述转子铁芯在所述电机轴的轴向上的长度与所述定子铁芯在所述电机轴的轴向上的长度的比例为1.05至1.2。

更优选地，所述转子铁芯在所述电机轴的轴向上的长度为22mm，所述定子铁芯在所述电机轴的轴向上的长度为20mm。

本发明中的直流无碳刷电机设计因而提供了相比传统无刷电机而言的许多优点。本发明中的无刷电机采用了独特的定子设计,改进了在体积小的马达结构下的磁路结构,使得在没有增加无刷电机整体尺寸（即电机壳体没有增大）的情况下，使得突出于定子铁芯的励磁线圈与转子上延长的永磁体形成新的径向磁场，从而增加永磁体的利用率,使得在没有对电机其余部分进行变化（例如尺寸、电流）的情况下达到提高电机效能的目的。

附图说明

参照本说明书的余下部分和附图可以对本发明的性能和优点作进一步的理解；这些附图中同一个组件的标号相同。在某些情况下，子标记被放在某个标号与连字符后面以表示许多相似组件的其中一个。当提到某个标号但没有特别写明某一个已有的子标记时，就是指所有这些类似的组件。

图1展示了根据本发明的第一个实施例的无刷直流电机的定子和转子结构的径向横截面示意图。

图2是图1中的无刷直流电机的轴向横截面示意图。

图3是根据本发明的实施例的无刷直流电机与现有技术中无刷直流电机的性能比较示意图。

具体实施方式

本发明的实施例通过在轴向上增加励磁线圈的长度以产生额外的径向磁场，从而能够提高电机的性能。从以下的叙述可以轻易得知本发明的各个实施例所提供的其它不同的好处和优点。

现在来看图1，根据本发明的一个实施例的无刷直流电机包括大体为圆柱形的电机壳体24（其只有一部分被示出）。在电机壳体24的内部，包括多个定子铁芯28、缠绕在定子铁芯28上的励磁线圈20、电机轴22和固定在电机轴上的转子。如本领域技术人员所熟知的，定子铁芯28是用矽钢片叠压形成的铁芯。转子包括转子铁芯26以及与转子铁芯固定的磁体（未示出）。如本领域技术人员所熟知的，转子磁体是永久磁铁，其可以容纳在转子铁芯26内部形成的凹槽内部，或者固定在转子铁芯26的外围。转子铁芯26和磁体可以跟随电机轴22一起旋转，这样的旋转是相对于定子铁芯28和励磁线圈20的。

在本发明中，缠绕在定子铁芯的励磁线圈在至少一个方向上与定子铁芯之间相隔了一空气间隙。在图1中，可以看到励磁线圈20并不是紧紧地围绕或者说包裹着定子铁芯28。相反，在电机轴22的长度方向上，励磁线圈20突出于定子铁芯28。也就是说，励磁线圈20至少有一部分与其相对应的定子铁芯28的侧面是隔开的，在这两者之间是空气。这样的结构使得励磁线圈20突出于定子铁芯28的一部分产生少量的径向磁场。这样的额外的径向磁场能够与定子磁体作用，从而增加额外的磁路，以在同等条件下（例如电机尺寸、电流等情况）产生更好的性能。励磁线圈20在电机轴22的轴向上的长度，与定子铁芯28在轴向上的长度的比例优选为1.4至1.7。其中，在图1中励磁线圈20在轴向上的长度表示为长度21。定子铁芯28在电机轴的轴向上的长度表示为长度23。在一个具体实施例中，励磁线圈20在轴向上的长度21为33mm，而定子铁芯28在轴向上的长度为20mm。

为了更好的发挥突出的励磁线圈20所产生的额外径向磁场的效能，如同1所示，转子铁芯26和磁体（未示出）的轴向长度也被设计为与定子铁芯28的轴向长度不同。转子铁芯26和磁体的轴向长度如图1所示要略大于定子铁芯28的轴向长度。在图1中转子铁芯26和磁体在轴向上的长度表示为长度25。转子铁芯26和磁体在电机轴22的轴向上的长度与定子铁芯28在轴向上的长度的比例为1.05至1.2。在一个具体实施例中，转子铁芯26和磁体在电机轴22的轴向上的长度与定子铁芯28在轴向上的长度的比例为1.1。在另一个具体实施例中，转子铁芯26和磁体在电机轴22的轴向上的长度为22mm，而定子铁芯28在轴向上的长度为20mm。由于励磁线圈高出定子铁芯的一部分仍会产生少量的径向磁场，此情况下，使转子铁芯的轴向长度较大于定子铁芯，可与线圈高出部分的径向磁场形成磁路，从而进一步提高电机效能。

图2示出了本发明的另一个实施例中的无刷电机结构。图2中示出的是沿着电机轴122的方向观察的电机横截面的情况。可以看到，励磁线圈120在围绕电机轴122的周向方向，也就是电机壳体（未示出）内部的周向方向上，同样没有紧紧围绕定子铁芯128包裹。相反，励磁线圈120在周向方向上也突出于定子铁芯128，在这两者之间存在空气间隙。这样的设计能够进一步的增加励磁线圈产生的径向磁场，其能够和转子铁芯126上的磁体配合以增加永磁材料的利用率，并提高电机效能。

图3中展示的是根据本发明的无刷电机，其转子铁芯和磁体在电机轴的轴向上的长度与定子铁芯在轴向上的长度的比例为1.1时，在同样转速（表示为rpm）下与传统的无刷电机的能耗比较图。可以看到，曲线30所代表的本发明的无刷电机，在转数的各个区间，所消耗的能量都比曲线32所代表的现有技术中的无刷电机要少。也就是说，在同样的能耗条件下，本发明中的无刷直流电机能够产生的转数要比传统的无刷直流电机要高，因此性能更加优越。

因此，在介绍了几个实施例之后，本领域的技术人员可以认识到，不同的改动、另外的结构、等同物，都可以被使用而不会背离本发明的本质。相应的，以上的描述不应该被视为对如以下的权利要求所确定的本发明范围的限制。

Claims (7)

1.一种无刷直流电机，包括定子铁芯、缠绕在定子铁芯上的励磁线圈、电机轴和固定在电机轴上的转子，所述转子包括转子铁芯以及与转子铁芯固定的磁体，其中该转子可以相对于所述定子铁芯跟随所述电机轴旋转，其特征在于：

所述励磁线圈在至少一个方向上与所述定子铁芯相隔一空气间隙。

2.如权利要求1所述的无刷直流电机，其中所述励磁线圈在所述电机轴的轴向上与所述定子铁芯相隔所述空气间隙。

3.如权利要求2所述的无刷直流电机，其中所述励磁线圈在所述电机轴的轴向上的长度与所述定子铁芯在所述电机轴的轴向上的长度的比例为1.4至1.7。

4.如权利要求3所述的无刷直流电机，其中所述励磁线圈在所述电机轴的轴向上的长度为33mm，所述定子铁芯在所述电机轴的轴向上的长度为20mm。

5.如权利要求1所述的无刷直流电机，其中所述励磁线圈在围绕所述电机轴的周向方向上与所述定子铁芯相隔所述空气间隙。

6.如上述任何一条权利要求所述的无刷直流电机，其中所述转子铁芯在所述电机轴的轴向上的长度与所述定子铁芯在所述电机轴的轴向上的长度的比例为1.05至1.2。

7.如权利要求6所述的无刷直流电机，其中所述转子铁芯在所述电机轴的轴向上的长度为22mm，所述定子铁芯在所述电机轴的轴向上的长度为20mm。