CN215221994U - 马达组件 - Google Patents

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Abstract

一种与动力工具一起使用的马达组件，其包括：马达壳体；无刷电动马达，其至少部分地设置在马达壳体中；以及印刷电路板组件，其耦接到马达壳体。印刷电路板组件包括散热器，电源印刷电路板，其耦接到散热器的第一侧，以及位置感测器印刷电路板，其耦接到散热器的与第一侧相对的第二侧，并且与马达成面对关系。

Description

马达组件
本申请为2018年2月12日递交的发明名称为“无刷直流马达以及马达组件”的中国实用新型专利申请201890000716.3的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年2月13日提交的共同未决的美国临时专利申请号 62/458,367的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本实用新型涉及无刷直流(DC)马达，且更具体地涉及在动力工具中所使用的无刷DC马达。
背景技术
动力工具通常包括电动马达(尤其是无刷电动马达)、电源、马达控制器和使用者输入端。马达控制器可以从使用者输入端接收控制信号。使用者输入端可包括例如触发器开关、正向/反向选择器开关、模式选择器开关等。响应于马达反馈信息及使用者控制信号，马达控制器传输控制信号使得电源的电力选择性地被施加到马达的相对线圈以引起轴的旋转。
实用新型内容
在一个方面，本实用新型提供了一种无刷电动马达，其包括定子及转子。定子包括：芯，其限定多个定子齿；第一端盖，其靠近芯的第一端部；第二端盖，其靠近芯的第二端部；以及多个线圈，其设置在相应定子齿上。定子还包括包覆模制在第一端盖或第二端盖中的一个内的多个线圈接触板，线圈接触板使定子上的对角相对的线圈短路。
在另一方面，本实用新型提供了一种制造无刷电动马达的方法。该方法包括：提供定子，其包括限定多个定子齿的芯；在定子内定位转子；将第一端盖耦接到芯的第一端部；将第二端盖耦接到芯的第二端部；在相应定子齿上缠绕多个线圈；以及在第一端盖或第二端盖中的一个内包覆模制多个线圈接触板。线圈接触板使该定子上的对角相对的线圈短路。
在另一方面，本实用新型提供了一种与动力工具一起使用的马达组件。马达组件包括：马达壳体；无刷电动马达，其至少部分地设置在马达壳体中；以及印刷电路板组件，其耦接到马达壳体。印刷电路板组件包括：散热器；电源印刷电路板，其耦接到散热器的第一侧；以及位置感测器印刷电路板，其耦接到散热器的与第一侧相对的第二侧，并且与马达成面对关系。
通过考虑详细描述及附图，本实用新型的其他方面将变得显而易见。
附图说明
图1为根据本实用新型的一个实施例的包括无刷DC马达的动力工具的框图。
图2A为根据本实用新型的另一实施例的包括无刷DC马达的马达组件的透视图。
图2B为图2A的马达组件的后透视图，示出了从马达组件的剩余部分分解的PCB组件。
图3为图2A及图2B的马达组件的分解图。
图4为图3的马达组件中的无刷DC马达的透视图。
图5为图4的马达的前透视图。
图6为图4的马达的另一前透视图，其中多个部分被移除。
图7为图4的马达的另一前透视图，其中多个部分被移除。
图8为图4的马达的定子叠片的平面图。
图9为图4的马达的前端盖的前透视图。
图10为图9的前端盖的后透视图。
图11为图4的马达的后端盖的前视图。
图12为图11的后端盖的后视图。
图13为包覆模制有线圈接触板的图11的后端盖的透视图。
图14为图13的后端盖及线圈接触板的前视图，示出了处于透明状态的后端盖。
图15A为图13的线圈接触板的透视图。
图15B为图13的后端盖的替代实施例的透视图。
图15C为图15B的后端盖的一部分的后分解图。
图16为根据另一实施例的后端盖及线圈接触板的透视图，示出了处于透明状态的后端盖。
图17为图16中所示的线圈接触板的平面图，其中后端盖被移除。
图18为图17的线圈接触板的透视图。
图19为图2的马达组件的马达壳体的后透视图。
图20为根据一些实施例的马达壳体的前透视图。
图21为图19的马达壳体的后视图。
图22为图19的马达壳体的前视图。
图23为根据一些实施例的PCB组件的透视图。
图24为图23的PCB组件的侧视图。
图25为图23的PCB组件的透视图，其中多个部分被移除。
图26为图23的PCB组件的散热器的透视图。
图27为图23的PCB组件的电源PCB的前视图。
图28为图27的电源PCB的后透视图。
图29为根据另一实施例的马达组件的后透视图，示出了从马达组件的剩余部分分解的PCB组件。
图30为图29的PCB组件的透视图。
图31为图30的PCB组件的侧视图。
图32为图21的PCB组件的多件式散热器的透视图。
在详细解释本实用新型的任何实施例之前，应理解，本实用新型的应用不限于以下描述中所阐述或以下附图中所示出的构造细节及部件布置。本实用新型能够具有其他实施例且能够以各种方式实践或实施。
具体实施方式
图1示出了动力工具100的简化框图。动力工具100包括电源105、场效电晶体(FET)110、无刷电动马达115、霍尔效应感测器120、马达控制器125、使用者输入端130及其他部件135(诸如电流/电压感测器、工作灯 (LED)等)。电源105将直流(DC)电力提供到动力工具100的各种部件，且可为可再充电的动力工具电池组(例如，锂离子电池组)。在一些实例中，电源105可从耦接到标准壁式插座的工具插头接收交流(AC)电力(例如， 120V/60HZ)。AC电力可接着转换为DC电力且提供到动力工具100的部件。电源105经由FET 110(例如，逆变桥)将操作电力提供到马达115。
当霍尔效应感测器检测到附接到马达115的旋转轴150的磁体的极时，霍尔效应感测器120输出马达反馈信息，诸如指示(例如，脉冲)。基于来自霍尔效应感测器120的马达反馈信息，马达控制器125可确定轴150的旋转位置、速度及/或加速度。马达控制器125还从使用者输入端130接收控制信号。使用者输入端130可包括例如触发器开关、正向/反向选择器开关、模式选择器开关等。响应于马达反馈信息及使用者控制信号，马达控制器125 将控制信号传输到FET 110以驱动马达115。通过选择性地启动FET 110，来自电源105的电力选择性地被施加到马达115的相对线圈以引起轴150的旋转。尽管未示出，但动力工具100的马达控制器125及其他部件135还可电连接到电源105以从电源105接收操作电力。
参考图2A至图3，马达组件140包括马达壳体145，定位在马达壳体 145内的马达115，以及耦接到马达壳体145的端部的印刷电路板(PCB) 组件155，该端部与轴150从其突出的端部相对。PCB组件155通过围绕马达壳体145的周边相等地间隔开的紧固件170(图3)紧固到马达壳体145。 PCB组件155包括散热器160、设置在散热器160的后侧上的电源PCB165，以及设置在散热器160的相对侧上的位置感测器PCB 355。电源PCB 165包括FET 110及连接到电源105及霍尔效应感测器120的连接端子。在所示实施例中，电源PCB 165通过紧固件167耦接到散热器160。在一些实施例中，电源PCB 165并非附接到马达壳体145，而是可位于动力工具100内其他地方的铸件上。例如，电源PCB 165可位于动力工具壳体的手柄部分中或邻近动力工具的马达壳体部分中的马达组件145。
参考图7，马达115包括轴150从其延伸的转子175及围绕转子175的定子180(图4)。定子180包括堆叠在一起以形成定子芯235的单独的定子叠片185。定子180包括在定子芯235的外表面上的延伸定子芯235的整个长度的径向向外延伸的肋状物190。相邻的肋状物190限定紧固件170延伸通过的凹入通道295。另外，定子180还包括与肋状物190平行地延伸且从肋状物190旋转偏移的凹部195，其目的在下文中描述。参考图8，每个定子叠片185包括轮缘210，其具有在叠片185堆叠时共同限定肋状物190的多个径向向外延伸的突起，以及限定在轮缘210的外表面上的凹部195。定子180还包括向内延伸的定子齿215及限定在每一对相邻的定子齿215之间的槽220。绝缘构件225(图7)提供在槽220中以使定子齿215与线圈绕组 (未示出)绝缘。
参考图4，马达115还包括安装在转子轴150的后部上的永久环形磁体 305。环形磁体305附着到转子轴150且与转子轴150共同旋转，从而发出可由霍尔效应感测器120检测的旋转磁场。环形磁体305与转子175的磁体旋转地对准。
定子180包括邻近定子芯235的前端的前端盖200及邻近定子芯235的后端的后端盖205。参考图9至图14，前端盖200及后端盖205各自包括轮缘部分240及从轮缘部分240径向向内延伸的端盖齿245。端盖齿245包括突出部250，突出部250防止相应的线圈绕组滑出定子齿215及端盖齿245。前端盖200及后端盖205中的每一个另外包括从轮缘部分240横向地延伸的凸片255，其中每个凸片255包括径向向内延伸的突出部260(图12)，突出部260接收在定子芯235的相应凹部195中以相对于定子芯235与前端盖200 及后端盖205旋转地对准。前端盖200包括凹入的凹部265(图9及图10)，凹部265与紧固件170延伸通过的在定子芯235中的通道295对准。后端盖 205包括凹入部分270(图11及图12)，凹入部分270接收马达壳体145的相应极330(图17)以相对于定子芯235与后端盖205旋转地对准。
在定子180的装配期间，定子绕组缠绕在定子齿215及端盖齿245周围。定子绕组通过后端盖205(图13)上的导线导引凸片230被导引在相邻的定子齿215之间。定子180还包括线圈接触板275a、275b及275c(在本文中也可互换地称为线圈接触板275)，线圈接触板275a、275b及275c使对角相对的线圈绕组(图14至图15A)短路。参考图14及图15A，线圈接触板275 在形状上大体为半圆形的，且交错以避免相邻的线圈接触板275之间的接触。具体地，第一线圈接触板275a定位在第二线圈接触板275b的径向向内处，且第一线圈接触板275a定位在第三线圈接触板275c的径向向外处。线圈接触板275中的每一个包括第一端子280及与第一端子280对角相对的第二端子285。定子绕组连接到相应端子280、285上的钩290。参考图2A，第一端子280延伸通过散热器160且电连接到电源PCB 165，而第二端子285不通过散热器160突出。具体地，线圈接触板275a、275b、275c的端子280 分别连接到逆变桥(即，FET 110)的U、V、W相。第一端子280及第二端子285以及钩290从导引凸片230突出。在电源PCB 165位于如上文所述的动力工具100内别处的一些实施例中，线圈接触板275可通过引线连接到电源PCB 165。引线可连接到第一端子280(例如，连接到第一端子280中的孔)，且被引导到动力工具壳体内的电源PCB 165。
继续参考图14及图15A，多个间隔件293耦接到线圈接触板275。间隔件293中的至少一些定位在相邻的线圈接触板275之间，以便在相邻的线圈接触板275之间产生且保持绝缘间隙(例如，空间)。在一些实施例中，多个间隔件293围绕线圈接触板275周向地等距间隔开。在包覆模制线圈接触板275之前，间隔件293预模制到线圈接触板275上，如下文进一步详细描述的。具体地，间隔件293中的每一个模制在线圈接触板275中的一个上。在所示实施例中，间隔件293包括定位在相邻的第一线圈接触板275a与第二线圈接触板275b之间的第一间隔件，及定位在相邻的第一线圈接触板 275a与第三线圈接触板275c之间的第二间隔件293。因此，绝缘间隙产生在相邻的线圈接触板275之间。
预模制的间隔件293防止线圈接触板275之间的内部短路以及线圈接触板275的多个部分被暴露。换言之，可能难以在注塑工艺期间充分地控制相邻的线圈接触板275之间的相对间距，且线圈接触板275可在注塑过程中因注射压力而变形。线圈接触板275的此变形可引起内部短路或暴露。通过添加预模制的间隔件293，可以防止线圈接触板275在经包覆模制时的变形。
参考图13及图14，线圈接触板275及间隔件283包覆模制在后端盖205 中。在一些实施例中，前端盖200及后端盖205可与定子芯235分开地制造，使用凸片255及凹部195相对于定子芯235定位，且接着通过线圈绕组保持到定子芯。在此实施例中，线圈接触板275可通过后端盖205使用例如嵌件成型工艺而包覆模制。在其他实施例中，定子芯235及线圈接触板275可例如使用注塑工艺来嵌件成型(insert molded)在一起。在这样的实施例中，限定端盖200、205中的每一个的模制材料还可覆盖定子芯235的前部及后部中的叠片185中的一个或多个。在此两个实施例中，因为线圈接触板275模制在后端盖205内，所以将线圈接触板275附接到端盖205的单独装置是不必要的。而且，线圈接触板275的整个圆周长度隔绝(绝缘)在包括后端盖 205的非导电模制材料内，因此降低线圈接触板275在马达115暴露在湿润或潮湿环境的情况下而腐蚀的可能性。
参考图16至图18，根据另一实施例的后端盖205’包括类似于后端盖 205的特征，类似的特征用附加有(’)的相同参考数字识别。具体地，后端盖205’包括三个线圈接触板275a’、275b’及275c’。在此实施例中，不包括间隔件(类似于间隔件293)。
参考图15B，示出了可替代图13的端盖205使用的后端盖205”的另一实施例，其中具有两个附加的撇号(”)的相似参考数字与端盖205中的相似部件相关联。在图15B的后端盖205”中，在定位在用于将外树脂层 296施加到预先装配的载体294及线圈接触板275”的模具中之前，线圈接触板275”首先定位在预模制的环形载体294中。
载体294包括限定在端盖205”的面对定子芯235的侧中的单个圆周凹槽297，其中定位有线圈接触板275”(图15C)。多个肋状物298位于凹槽 297中以用于维持相邻的线圈接触板275”之间的气隙，从而防止在施加树脂层296的注塑工艺期间，板275”之间的相对移动，否则这可能使两个相邻板275”接触且短路。
参考图19至图22，马达壳体145包括容纳马达115的圆柱形部分310。安装凸台320沿着圆柱形部分310设置，紧固件170延伸通过安装凸台320 以将PCB组件155互连到马达壳体145。马达壳体145还包括：轮毂部分 340，其与圆柱形部分310同轴且与圆柱形部分310轴向地间隔开；柱330，其从圆柱形部分310的后端轴向地延伸；及径向延伸的轮辐335，其将轮毂部分340互连到柱330。参考图20，马达壳体145的圆柱形部分310亦包括延伸圆柱形部分310的整个长度的径向向内延伸的肋状物315，其中每一对相邻的肋状物315在其间限定通道325。当马达115插入到马达壳体145时，马达115上的相邻的肋状物190可滑动地接收在圆柱形部分310中所限定的相应通道325内，从而使马达115相对于马达壳体145旋转地定向。
参考图19至图22，轮毂部分340限定中心孔345，用于支撑转子轴150 的后部的轴承300(图5)干涉配合到中心孔345中且环形磁体305(图4) 接收在中心孔345中。在一些实施例中，马达壳体145’可包括在轮毂部分 340’中且部分地沿着轮辐335’中的一个形成的凹入部分350’(图29)，位置感测器PCB 355’至少部分地接收在凹入部分350’中。凹入部分350’允许位置感测器PCB 355’位于环形磁体305’附近且与环形磁体305’成面对关系，以用于通过位置感测器PCB 355’上的多个霍尔效应感测器120’的精确读数。
参考图23至图26，散热器160在马达壳体145的后部处位于电源PCB165与位置感测器PCB 355之间。在所示实施例中，位置感测器PCB 355通过紧固件357耦接到散热器160。在所示实施例中，在位置感测器PCB 355 上存在三个霍尔效应感测器120。或者，可存在其他数目的霍尔效应感测器 120(例如，两个、四个等)。参考图27及图28，电源PCB 165包括面对散热器160的第一、大体上平坦表面360及与第一表面360相对的第二表面365。与电源PCB165相关联的FET 110及电容器370定位在第二表面365(图28) 上。第一表面360保持与散热器160接触，使得由电源PCB 165产生的热量通过传导到散热器160而传送，该热量随后在散热器160处消散。
将FET 110连接到电源105的连接端子375也定位在第二表面365上。 FET 110、电容器370，及连接端子375之间的连接可例如通过布线基板(例如，电源PCB 165上的印刷电迹线)连接在第一表面360或第二表面365上。电源PCB 165还包括线圈接触板275的端子280突出通过的孔380。端子280 经由电源PCB 165上的印刷电迹线分别连接到逆变桥(即，FET110)的U、 V及W端子。因此，不需要单独的电导线将FET 110电连接到线圈接触板 275。另外，凹部385设置在电源PCB 165的外圆周上，紧固件170延伸通过凹部385。
参考图25，位置感测器PCB 355上的霍尔效应感测器120检测通过环形磁体305发出的旋转磁场。连接端子390设置在位置感测器PCB 355的一端，以与电源PCB 165的第一表面360上的配合连接端子425连接。以此方式，电力经由配合连接端子390、425提供到位置感测器PCB 355，且从霍尔效应感测器120反馈的马达信息经由电源PCB 165传输到马达控制器125。电源PCB 165与位置感测器PCB 355之间的连接围绕散热器160的最外边缘进行。在一些实施例中，电源PCB 165及位置感测器PCB 355可组合在单个马达控制器PCB(未示出)上。马达控制器PCB可在面对环形磁体305的侧上包括霍尔效应感测器120，且在与具有霍尔效应感测器120的侧相对的侧上包括FET 110。
参考图26，散热器160包括与电源PCB中的相应孔380对准的孔405，端子280穿过孔405且连接到如上文所提及的电源PCB 165。凹部410还提供在散热器160的外圆周上，紧固件170延伸通过凹部410。参考图23及图 24，具备有散热器160的低压力模件400将位置感测器PCB 355的靠近连接端子390的端部支撑在散热器160上，并且位置感测器PCB 355还紧固到散热器160(经由紧固件357)以确保位置感测器PCB 355保持与散热器160 接触且减小返回到环形磁体305的公差叠加。换言之，模件400将连接端子390支撑在位置感测器PCB 355上且将配合连接端子425支撑在电源PCB 165上。
在所示实施例中，位置感测器PCB 355接收在散热器160中形成的凹部 402内，且低压力模件400包围位置感测器PCB 355。低压力模件400还使电源线及带状电缆连接器的焊接接头免受污染。在所示实施例中，低压力模件400延伸到散热器160中的孔405，以在端子280与散热器160之间提供电绝缘。换言之，模件400使散热器160中的孔405电绝缘。特别地，散热器160包括在凹部402与孔405之间延伸的多个轨道403以形成模件400。模件400覆盖凹部402、轨道403及孔405。散热器160还可被硬涂层阳极氧化或碳涂覆，以提供与端子280的电隔离。
参考图29至图32，根据另一实施例的马达组件140’包括替代的PCB 组件155’。PCB组件155’包括类似于PCB组件155的特征，其用附加有 (’)的相同参考数字识别。图30中所示的低压力模件400不包围位置感测器PCB 355，而是仅包围位置感测器PCB 355的端部。另外，位置PCB 355 安装到没有任何凹部的散热器160。
在权利要求中阐述本实用新型的各种特征。

Claims (20)

1.一种与动力工具一起使用的马达组件，其特征在于，所述马达组件包括：
马达壳体；
无刷电动马达，其至少部分地设置在所述马达壳体中；以及
印刷电路板组件，其耦接到所述马达壳体，所述印刷电路板组件包括
散热器，
电源印刷电路板，其耦接到所述散热器的第一侧，以及
位置感测器印刷电路板，其耦接到所述散热器的与所述第一侧相对的第二侧，并且与所述马达成面对关系。
2.根据权利要求1所述的马达组件，其特征在于，其中所述散热器包括多个孔，所述多个孔与形成在所述电源印刷电路板中的相应孔对准。
3.根据权利要求2所述的马达组件，其特征在于，其中所述无刷电动马达包括具有端子的线圈接触板，所述端子延伸通过所述散热器中的所述孔以电连接到所述电源印刷电路板。
4.根据权利要求3所述的马达组件，其特征在于，所述马达组件还包括定位在所述端子与所述散热器之间的模件。
5.根据权利要求2所述的马达组件，其特征在于，所述马达组件还包括耦接到所述位置感测器印刷电路板的模件。
6.根据权利要求5所述的马达组件，其特征在于，其中所述模件包围所述位置感测器印刷电路板。
7.根据权利要求5所述的马达组件，其特征在于，其中所述模件延伸到所述散热器中的所述多个孔。
8.根据权利要求7所述的马达组件，其特征在于，其中所述模件使所述散热器中的所述孔电绝缘。
9.根据权利要求1所述的马达组件，其特征在于，所述马达组件还包括提供在所述位置感测器印刷电路板上的连接端子，以与所述电源印刷电路板上的配合连接端子连接，其中所述位置感测器印刷电路板与所述电源印刷电路板之间的连接围绕所述散热器的边缘进行。
10.根据权利要求9所述的马达组件，其特征在于，所述马达组件还包括支撑所述位置感测器印刷电路板上的所述连接端子及所述电源印刷电路板上的所述配合连接端子的模件。
11.根据权利要求1所述的马达组件，其特征在于，其中所述散热器包括凹部，并且其中所述位置感测器印刷电路板被接收在所述凹部内。
12.根据权利要求11所述的马达组件，其特征在于，其中所述散热器包括与形成在所述电源印刷电路板中的相应孔对准的多个孔，并且其中所述散热器包括在所述凹部与所述孔之间延伸的多个轨道。
13.根据权利要求12所述的马达组件，其特征在于，所述马达组件还包括覆盖所述凹部、所述轨道及所述孔的模件。
14.根据权利要求1所述的马达组件，其特征在于，其中所述电源印刷电路板通过紧固件耦接到所述散热器。
15.根据权利要求1所述的马达组件，其特征在于，其中所述位置感测器印刷电路板通过紧固件耦接到所述散热器。
16.根据权利要求1所述的马达组件，其特征在于，所述马达组件还包括耦接到所述无刷马达的轴的位置感测器磁体。
17.根据权利要求16所述的马达组件，其特征在于，其中所述位置感测器磁体为环形的。
18.根据权利要求1所述的马达组件，其特征在于，其中所述位置感测器印刷电路板包括至少两个霍尔效应感测器。
19.根据权利要求18所述的马达组件，其特征在于，其中所述位置感测器印刷电路板包括至少三个霍尔效应感测器。
20.根据权利要求1所述的马达组件，其特征在于，其中所述印刷电路板组件通过紧固件耦接到所述马达壳体。
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