CN211630055U - 一种新型空心杯电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种新型空心杯电机，包括：定子组件和转子组件，所述定子组件包括至少一个磁性件；转子组件包括设置在所述定子组件两端的印刷电路板，和焊接于所述印制电路板上的电枢绕组，所述电枢绕组包括至少三个绕线，每个所述绕线的两端分别固定在印刷电路板上；其中，每个所述绕线呈直线状，且与所述转子组件的转动中心线平行。本实用新型的新型空心杯电机由于设置在转轴两端的PCB板，使空心杯电机的电枢绕组内的自粘漆包线呈直线型，与现有技术的菱形结构相比，可以有效降低电枢绕组的分布系数，提高导线的利用率，进而能够提成电机的输出性能。

Description

一种新型空心杯电机

技术领域

本实用新型涉及空心杯电机技术领域，特别涉及一种新型空心杯电机。

背景技术

空心杯电机采用的是无铁芯转子，这种转子结构彻底消除了铁芯形成涡流而造成的电能损耗，同时其重量和转动惯量大幅降低，从而减少了转子自身的机械能损耗。由于转子的结构变化而使电动机的运转特性得到了极大改善，不但具有突出的节能特点，更为重要的是具备了铁芯电动机所无法达到的控制和拖动特性。因此，空心杯电机在工业机器人、飞行器等领域得到广泛的应用。

当前的空心杯电机多采用如图1所示的菱形绕组绕线，拼块式或卷线式的整形成圆工艺结构，在加工过程中需要把一根铜线绕制成几百根斜线或者菱形折线，其加工难度大、加工工艺复杂、从而导致成型的空心杯电机存在转子电枢绕组排列不均匀、整形难度大、分布系数大等缺点。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新型空心杯电机，空心杯电机转子内部排布整齐、惯量低、分布系数低，可以提升产品输出性能、降低转动惯量、降低响应速度。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种新型空心杯电机，包括：

定子组件，所述定子组件包括至少一个磁性件；

转子组件，可转动地套设于所述定子组件外，所述转子组件包括：

印刷电路板，所述印刷电路板设置在所述定子组件两端；

电枢绕组，所述电枢绕组焊接于所述印刷电路板上，所述电枢绕组包括至少三个绕线，每个所述绕线的两端分别固定在印刷电路板上；

其中，每个所述绕线呈直线状，且与所述转子组件的转动中心线平行。

进一步的，所述定子组件还包括衬套，所述衬套呈中空管状，所述衬套内嵌于所述磁性件。

进一步的，所述转子组件还包括转轴，所述转轴可转动地设于衬套内。

进一步的，所述转子组件还包括换向器，所述换向器设置于所述定子组件的一端，所述换向器固定在所述印刷电路板与所述转轴之间，用于改变电枢绕组的电流方向。

进一步的，所述印刷电路板上开设线槽和定位孔，所述线槽沿印刷电路板的外圆周均匀布设，所述定位孔开设在印刷电路板的内圆周边缘，用于固定PCB板。

进一步的，所述印刷电路板包括N层，N层所述的印刷电路板并联连接，且N≥2。

进一步的，所述绕线采用自粘漆包线，所述自粘漆包线穿设于印刷电路板的线槽中。

进一步的，所述磁性件为磁钢，所述磁钢与所述衬套之间采用胶水进行粘结。

进一步的，所述衬套通过两侧的轴承与转轴滚动连接。

进一步的，所述定子组件、所述转子组件与所述转轴在同一水平面同心。

与现有技术相比，本实用新型能够实现的有益效果是：

本实用新型的空心杯电机由于设置在转轴两端的PCB板，使空心杯电机的电枢绕组内的自粘漆包线呈直线型，与现有技术的菱形结构相比，可以有效降低电枢绕组的分布系数，提高导线的利用率，进而能够提成电机的输出性能。

本实用新型的电枢绕组采用了热熔性(或酒精)的自粘漆包线，当绕线完成后，通过加热使得自粘漆包线自带的热熔漆熔化，在旋转离心力的作用下，使得热熔漆均匀的分布在绕组之间，待常温热熔漆固化后，电机转子杯的强度会大幅度的增加，相对于普通漆包线而言，使用热熔性(或酒精)自粘漆包线的电枢绕组能够有效的增强空心杯电机转子杯中部强度。而且，空心杯绕组绕线完成后，无需进行后续的整形，可以保证电枢绕组内部自粘漆包线的排布整齐度，这样使得转子杯的厚度在一定程度上能减小，以至于能够进一步提升转子杯内部自粘漆包线的绕线数量。

本实用新型采用了PCB板焊接的形式，将空心杯转子两侧的绕组接线焊接在PCB板的焊盘上，通过PCB板内部实现电气连接，这样能够大大减小端部电阻、端部自粘漆包线的尺寸，而且PCB板材料密度远远小于铜线，也能降低整个空心杯电机的重量、减小空心杯电机的转动惯量，从而能够提高空心杯电机的响应速度。

基于上述分析的各种效果，可知本实用新型能够适用于绕组密度低、绕线线径大的空心杯电机批量化生产，提高生产效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。其中：

图1为现有空心杯电机转子的菱形绕线结构示意图；

图2为本实用新型空心杯电机的结构剖视图；

图3为本实用新空心杯电机的直线绕线结构示意图；

图4为本实用新型空心杯电机中PCB板侧面结构示意图；

图5为本实用新型空心杯电机中PCB板的三维结构示意图；

图6为本实用新型电枢绕组工装及安装示意图。

图中：1、转轴；2、磁钢；3、电枢绕组；4、衬套；5换向器；6、PCB板；7、第一绕线工装；8、第二绕线工装；9、顶针孔；10、焊点；11、定位孔；12、线路连接结构；13、自粘漆包线。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。各个示例通过本实用新型的解释的方式提供而非限制本实用新型。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本实用新型的范围或精神的情况下，可在本实用新型中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本实用新型包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实用新型的空心杯电机的结构如图2所示，包括外壳体、定子组件和转子组件；定子组件和转子组件均安装在外壳体内。

定子组件包括磁钢2和衬套4，磁钢2和衬套4装配而成，具体是磁钢2套设在衬套4的外圆周面，磁钢2沿轴向靠近衬套4的一端设置，磁钢2与衬套4之间采用厌氧胶粘结，粘结时旋转一下磁钢2，会使得厌氧胶均匀的分布在磁钢2和衬套4之间，粘贴更加牢固。在本实施例中，磁钢与衬套之间采用厌氧胶进行粘贴，作为其他实施方式，也可以选择结构胶和环氧等胶水；衬套4采用高强度导磁材料制作，例如2Cr13/10#刚等金属材料；磁钢2为中空圆柱状的钕铁硼磁性材质构件。磁钢2可以为一体成型的磁性件，也可以为包括多段磁钢2的组合磁性件。

通过衬套4两侧凹槽内装配的轴承将定子组件套设在转子组件的转轴1的上，通过磁钢2内嵌于转子的中空部位，并通过衬套4两侧的轴承实现转子组件与定子组件的滚动连接。转子组件和定子组件保持相同的同心度。

转子组件可转动地套设在定子组件上，转子组件包括电枢绕组3、换向器5和一组对印刷电路板，即PCB板6；一组PCB板6分别设置在转子组件的两端，也即沿转轴1的两端，用于固定实现电枢绕组3的绕线工装，同时还可以连接电枢绕组3和换向器5，起到对电枢绕组3的支撑作用。

换向器5设置在PCB板6的内圆周与转轴1的外圆周之间，换向器5的内圆与转轴1紧配连接，换向器5外圆与电枢绕组3焊接和粘胶连接，使电枢绕组3、PCB板6、换向器5、转轴1连接为机械整体，形成转子。在空心杯电机工作过程中，由于换向器5的换向工作，使得电枢绕组3的电流方向改变，控制空心杯电机在连续电流下正常工作。

空心杯型电枢绕组两侧的PCB板6侧面结构如图4所示，PCB板6包括定位孔11、线路连接结构12和线槽，线槽沿PCB板的外圆周均与布设，用于穿设自粘漆包线13，线路连接结构12用于实现PCB板内的电气连接，定位孔开设在PCB板的内圆周周边缘，通过定位孔11的固定能够将PCB板6与转轴1保持同心度。

电枢绕组3的绕线通过激光焊接到PCB板6指定的焊盘上，焊接在两端的PCB板的焊点10上如图3所示，使得电枢绕组3与转轴1的轴线平行，即电枢绕组成直线型结构，且电枢绕组3与磁钢2的外表面间隔设置，与转子组件的转动中心线平行。电枢绕组3中若干自粘漆包线按顺序焊接于PCB板6的对应位置，电枢内部电气分组与换向器5内部片数相同，电枢绕组3通过PCB内线路连接结构12实现不同的连接方式。

基于上述记载的转子组件的结构特点，本实用新型的转子组件为内部为中空的圆柱形结构。

考虑到实际激光焊接的尺寸限制，因此，在匝数较多的情况下，采用N层PCB板并联的方式，为保证N层PCB板D的同心度，通过定位孔11分别对每层的PCB板均进行固定，从而实现N层PCB板均与转轴1同心。在本实施中，采用三层的PCB板，其立体的三维结构如图5所示，三层PCB板也是采用并联的方式，具体是用胶水将三个PCB板进行粘连，实现PCB板的并联连接固定。

本实用新型空心杯电机的安装是要将衬套4、转轴1、磁钢2、PCB板6、第一绕线工装7、第二绕线工装8先安装于机床；然后执行如下具体步骤：

(1)定子组件安装：定子组件是由磁钢2和衬套4装配而成的组件，由于本空心杯电机结构的电枢绕组两侧的通孔较小，只能在进行电枢绕组进行绕线前，先行将内部的定子组件安装到位；具体是先将衬套4通过其两侧的轴承与转轴1进行固定，然后将磁钢2用胶水粘贴在衬套4上，从而实现先进行定子组件的内安装。

(2)转子组件安装：如图6所示的方式，先通过第一绕线工装7和第二绕线工装8将定子组件两侧的PCB板6支撑起来，并确保各零部件的形位公差；第二绕线工装8的两侧有定位孔11，使用顶针通过顶针孔9将两端的PCB板6固定于机床，然后通过定位孔11对PCB板6进行固定安装，实现了两端的PCB板6与转轴1的同心度。

(3)绕线安装：对上述转子组件在机床的固定安装后，然后按照如图6中所示的工装转向方向控制机床匀速旋转，可以确保一周绕组内部的自粘漆包线的均匀整齐排布。当工装运行到位时，绕线绷直固定到两端的PCB板的线槽内，并进行焊接；完成后，运行到下一个位置，重复上述步骤；完成一层PCB板后，切除多余自粘漆包线，并整形焊点，开始安装下一层PCB板，继续绕线；

(4)转子组件固化定型：绕线完成后，组件至于旋转平台上，并加热自粘漆包线，利用离心力使融化的自粘漆不进入电机内气隙，固化后在杯型电枢绕组外圆增加玻璃丝环氧加固层，提升整体机械强度；

(5)装配：先拆去第二绕线工装，并在第二绕线工装8的位置处安装上转轴1和换向器5，作为其他实施方式，第二绕线工装8可以直接用转轴1代替，相对应的，在绕线、整形、焊接后可直接在对应的位置处仅安装换向器5即可。再在各零部件之间涂胶紧固定型，然后固定成型之后取下第一绕线工装7，直至整体尺寸加工到位并检测合格，完成所有安装。

本实用新型将各零部件按照上述步骤进行安装，安装时注意始终会注意安装位置保证各部件与转轴1的同心度。若绕组较多，可采用更多层PCB板，后续层的安装方式与第一层相同，其相对位置的绕组安装根据实际设计要求确定。

基于上述的记载描述，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

空心杯电枢内部自粘漆包线为直线型，而非普通的菱形结构，可以有效降低绕组分布系数，提高导线利用率，从而提升电机的输出性能。同时，该结构能够增强转子杯中部强度；

空心杯绕组绕线完成后，无后续整形步骤，可以提高电枢内部绕组排布整齐度，一定程度的减小转子杯厚度，提升转子杯内部自粘漆包线数量；

空心杯转子两侧的绕组接线采用PCB板焊接的形式，电枢内部对边两个导线通过PCB板内部走线连接，大大减小了端部电阻、端部自粘漆包线的尺寸，PCB板材料密度远远小于铜线，该结构也可以降低整个转子杯重力、降低转动惯量，有利于提高空心杯电机的响应速度。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型空心杯电机，其特征在于，包括：

定子组件，所述定子组件包括至少一个磁性件；

转子组件，可转动地套设于所述定子组件外，所述转子组件包括：

印刷电路板，所述印刷电路板设置在所述定子组件两端；

电枢绕组，所述电枢绕组焊接于所述印刷电路板上，所述电枢绕组包括至少三个绕线，每个所述绕线的两端分别固定在印刷电路板上；

其中，每个所述绕线呈直线状，且与所述转子组件的转动中心线平行。

2.根据权利要求1所述的新型空心杯电机，其特征在于，所述定子组件还包括衬套，所述衬套呈中空管状，所述衬套内嵌于所述磁性件。

3.根据权利要求2所述的新型空心杯电机，其特征在于，所述转子组件还包括转轴，所述转轴可转动地设于衬套内。

4.根据权利要求3所述的新型空心杯电机，其特征在于，所述转子组件还包括换向器，所述换向器设置于所述定子组件的一端，所述换向器固定在所述印刷电路板与所述转轴之间，用于改变电枢绕组的电流方向。

5.根据权利要求1所述的新型空心杯电机，其特征在于，所述印刷电路板上开设线槽和定位孔，所述线槽沿印刷电路板的外圆周均匀布设，所述定位孔开设在印刷电路板的内圆周边缘，用于固定PCB板。

6.根据权利要求1所述的新型空心杯电机，其特征在于，所述印刷电路板包括N层，N层所述的印刷电路板并联连接，且N≥2。

7.根据权利要求1所述的新型空心杯电机，其特征在于，所述绕线采用自粘漆包线，所述自粘漆包线穿设于印刷电路板的线槽中。

8.根据权利要求2所述的新型空心杯电机，其特征在于，所述磁性件为磁钢，所述磁钢与所述衬套之间采用胶水进行粘结。

9.根据权利要求4所述的新型空心杯电机，其特征在于，所述衬套通过两侧的轴承与转轴滚动连接。

10.根据权利要求3所述的新型空心杯电机，其特征在于，所述定子组件、所述转子组件与所述转轴在同一水平面同心。

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