CN217445095U - 无刷电机及电动工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无刷电机及电动工具，包括：转子组件；定子组件，设置在转子组件内且定子组件的中心轴与转子组件的中心轴重合；转子组件包括：转子机壳，永磁体，均匀分布的设置在转子机壳的内侧面；定子组件包括：定子铁芯，具有环形轭部和多个基于环形轭部周向辐射的齿部，线圈绕组，环绕设置在齿部上，线槽，形成于两个相邻的齿部之间，用于容纳线圈绕组；环形轭部具有内环面，内环面的直径为定子内径，齿部远离所述中心轴一端为圆弧面，圆弧面的直径为定子外径，定子外径和定子内径的比值范围为2.6～2.8。本实用新型公开的无刷电机定子铁芯和永磁体构成的气隙磁场设计更合理，有效提升无刷电机的性能。

Description

无刷电机及电动工具

技术领域

本实用新型涉及一种无刷电机技术，特别是涉及一种外转子无刷电机及电动工具。

背景技术

由于无刷电机具有噪音低、寿命长、效率高等优势，基本上已取代传统的有刷电机应用于航天航空、汽车、电动工具及家用电器等多领域；随着应用的普及，各技术领域对无刷电机的性能要求也越来越高，如何进一步提升无刷电机的效率和转速以及降低无刷电机的噪音，一直是无刷电机领域需要解决的问题。

其中，外转子无刷电机因为体积小、运行效率高、功率高、低速输出扭矩大等优点广泛应用于各行各业，而现有技术中的外转子无刷直流电机在运行过程中有较大的振动和电磁噪音。外转子无刷电机中，由于永磁体装在定子铁芯的外侧面，合理的设计定子铁芯与永磁体构成的气隙磁场，将影响电机的性能。

发明内容

为了提高外转子无刷电机的性能，本实用新型提出了如下解决方案：

一种无刷电机，包括：转子组件；定子组件，设置在转子组件内，且定子组件的中心轴与转子组件的中心轴重合；转子组件包括：转子机壳，永磁体，均匀分布的设置在转子机壳的内侧面；定子组件包括：定子铁芯，具有环形轭部和多个基于环形轭部周向辐射的齿部，线圈绕组，环绕设置在齿部上，线槽，形成于两个相邻的齿部之间，用于容纳线圈绕组；环形轭部具有内环面，内环面的直径为定子内径，齿部远离中心轴一端为圆弧面，圆弧面的直径为定子外径，定子外径和定子内径的比值范围为 2.6～2.8。

优选地，定子内径为11mm，定子外径为30mm，转子机壳的外径为36mm～38mm。

优选地，转子机壳的外径为37mm。

优选地，定子齿宽为2.5mm。

优选地，转子机壳的厚度为1mm，永磁体的厚度为1.85mm～2mm。

优选地，定子内径为16mm，定子外径为42mm，转子机壳的外径为49mm～51mm。

优选地，转子机壳的外径为50mm。

优选地，定子齿宽为3.3mm。

优选地，转子机壳的厚度为2.8mm，永磁体的厚度为1.85mm～2mm。

优选地，无刷电机还包括：电机轴，沿着定子组件的中心轴设置；端盖，垂直于定子组件的中心轴且设置在转子组件的一端；风扇，垂直于定子组件的中心轴且设置在转子组件的另一端；端盖上设置有第一电机轴承，定子铁芯上设置有第二电机轴承，电机轴穿设于第一电机轴承和第二电机轴承。

优选地，定子铁芯具有12个齿部，齿部沿着环形轭部对称设置，转子机壳的内侧面设置有14个永磁体。

一种电动工具，包括上述方案中的任意一种无刷电机。

本实用新型中外转子无刷电机在在不同外壳尺寸下，定子冲片的设计更合理，有效的的优化了无刷电机的工作反电动势曲线，从而提升了电机的整体性能，进一步地，无刷电机定子铁芯和永磁体构成的气隙磁场设计更合理，有效提升无刷电机的性能。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步描写和阐述。

图1是本实用新型首选实施方式的无刷电机的整体示意图。

图2是本实用新型首选实施方式的无刷电机的剖面示意图。

图3是本实用新型首选实施方式的无刷电机定子铁芯示意图。

图4是现有技术一的无刷电机反电动势波形图。

图5是本实用新型实施方式一的无刷电机反电动势波形图。

图6是本实用新型实施方式一和现有技术一的无刷电机效率对比示意图。

图7是本实用新型实施方式一和现有技术一的无刷电机转速对比示意图。

图8是本实用新型实施方式二的无刷电机反电动势波形图。

图9是本实用新型实施方式二和现有技术一的无刷电机效率对比示意图。

图10是本实用新型实施方式二和现有技术一的无刷电机转速对比示意图。

图11是本实用新型实施方式三的无刷电机反电动势波形图。

图12是本实用新型实施方式三和现有技术一的无刷电机效率对比示意图。

图13是本实用新型实施方式三和现有技术一的无刷电机转速对比示意图。

图14是现有技术二的无刷电机反电动势波形图。

图15是本实用新型实施方式四的无刷电机反电动势波形图。

图16是本实用新型实施方式四和现有技术二的无刷电机效率对比示意图。

图17是本实用新型实施方式四和现有技术二的无刷电机转速对比示意图。

图18是本实用新型实施方式五的无刷电机反电动势波形图。

图19是本实用新型实施方式五和现有技术二的无刷电机效率对比示意图。

图20是本实用新型实施方式五和现有技术二的无刷电机转速对比示意图。

图21是本实用新型实施方式六的无刷电机反电动势波形图。

图22是本实用新型实施方式六和现有技术二的无刷电机效率对比示意图。

图23是本实用新型实施方式六和现有技术二的无刷电机转速对比示意图。

附图标记：

1、无刷电机；10、转子组件；11、转子机壳；12、永磁体；B2、永磁体厚度；20、定

子组件；21、定子铁芯；211，齿部；212，轭部；D1、定子内径；D2、定子外径；B1、定子齿宽；22、线圈绕组；23、线槽；30、端盖；40、风扇；50、轴承；61、第一轴承；62、第二轴承。

具体实施方式

下面将结合附图、通过对本实用新型的优选实施方式的描述，更加清楚、完整地阐述本实用新型的技术方案。

如图1～图3所示，本实用新型首选实施方式的一种无刷电机1，包括：转子组件10和定子组件20；定子组件20，设置在转子组件10内，且定子组件20的中心轴 (图中未示出)与转子组件10的中心轴重合；转子组件10包括：转子机壳11，永磁体12，永磁体12均匀分布的设置在转子机壳11的内侧面；定子组件20包括：定子铁芯21，定子铁芯21具有环形轭部212和多个基于环形轭部212周向辐射的齿部211；线圈绕组22(图中未示出)，环绕设置在齿部211上，两个相邻的齿部211之间形成线槽23，用于容纳线圈绕组22；环形轭部212具有内环面，内环面的直径为定子内径 D1，齿部211远离中心轴一端为圆弧面，圆弧面的直径为定子外径D2，定子外径D1 和定子内径D2的比值范围为2.6～2.8。本实施方式中定子冲片的设计更合理，有效的的优化了无刷电机的工作反电动势曲线，从而提升了电机的整体性能。其中定子铁芯21是由多个相同的冲片叠设而成，由于是现有技术，在此不在赘述。

在一个优选的实施方式中，定子内径D2为11mm，定子外径D1为30mm，转子机壳外径为36mm～38mm。当定子内径D2设计为11mm，定子外径D1设计为30mm，转子机壳11的外径尺寸范围确定在36mm～38mm，也就是定子外径D1和定子内径D2的比值为2.73(此处比值四舍五入保留了两位小数)，相比于现有技术中同样转子机壳外径的无刷电机输出性能显著增强。

如图4～7所示，图4为现有技术一的无刷电机反电动势波形图，现有技术一中定子内径D2为11mm，定子外径D1为28.5mm，转子机壳外径为35mm，图5为本实用新型实施方式一的无刷电机反电动势波形图，在实施方式一中定子内径D2为11mm，定子外径D1为30mm，转子机壳外径为36mm。图4和图5中的波形图对比可以明显看出，现有技术一中的无刷电机反电动势波形在波峰和波谷处有明显的波动，左右波形不对称，且整个波形的上升和下降趋势都是不平滑的，也就是变化趋势是不平稳的，而本实用新型的实施方式一中的反电动势波形是平滑的正弦波，明显实施方式一中的无刷电机工作时会更平稳，抖动也更小，因此无刷电机的效率会更高，转速更大，噪音会更低。如图6所示，是本实用新型实施方式一和现有技术一的无刷电机效率对比示意图，其中实线为本实用新型实施方式一在不同扭矩下的效率，虚线为现有技术一在不同扭矩下的效率，从对比示意图中可以清楚的看出，实施方式一的无刷电机在任何扭矩下，其效率都是高于现有技术一的无刷电机。图7是本实用新型实施方式一和现有技术一的无刷电机转速对比示意图，其中实线为本实用新型实施方式一在不同扭矩下的转速，虚线为现有技术一在不同扭矩下的转速，实施方式一的无刷电机在任何扭矩下，其转速也都是高于现有技术一的无刷电机。其中无刷电机的效率是指无刷电机的输出功率比无刷电机的输入功率，也就是无刷电机的能量利用率，这是本领域技术人员公知常识，在此不再赘述。

如图8～10所示，图8为本实用新型实施方式二的无刷电机反电动势波形图，在实施方式二中定子内径D2为11mm，定子外径D1为30mm，转子机壳外径为38mm。图4 和图8中的波形图对比可以明显看出，现有技术一中的无刷电机反电动势波形在波峰和波谷处有明显的波动，左右波形不对称，且整个波形的上升和下降趋势都是不平滑的，也就是变化趋势是不平稳的，而本实用新型的实施方式二中的反电动势波形是平滑的正弦波，明显实施方式二中的无刷电机工作时会更平稳，抖动也更小，因此无刷电机的效率会更高，转速更大，噪音会更低。如图9所示，是本实用新型实施方式二和现有技术一的无刷电机效率对比示意图，其中实线为本实用新型实施方式二在不同扭矩下的效率，虚线为现有技术一在不同扭矩下的效率，从对比示意图中可以清楚的看出，实施方式二的无刷电机在任何扭矩下，其效率都是高于现有技术一的无刷电机。图10是本实用新型实施方式三和现有技术一的无刷电机转速对比示意图，其中实线为本实用新型实施方式三在不同扭矩下的转速，虚线为现有技术一在不同扭矩下的转速，实施方式三的无刷电机在任何扭矩下，其转速也都是高于现有技术一的无刷电机。其中无刷电机的效率是指无刷电机的输出功率比无刷电机的输入功率，也就是无刷电机的能量利用率，这是本领域技术人员公知常识，在此不再赘述。

在一个优选的实施方式中，转子机壳11的外径为37mm。当定子内径设计为11mm，转子机壳11的外径为37mm为最优尺寸，保证电机的输出性能足够好的同时无刷电机的整体体积也较小。如图11～13所示，图11为本实用新型实施方式三的无刷电机反电动势波形图，在实施方式三中定子内径D2为11mm，定子外径D1为30mm，转子机壳外径为37mm。图4和图11中的波形图对比可以明显看出，现有技术一中的无刷电机反电动势波形在波峰和波谷处有明显的波动，左右波形不对称，且整个波形的上升和下降趋势都是不平滑的，也就是变化趋势是不平稳的，而本实用新型的实施方式三中的反电动势波形是平滑的正弦波，明显实施方式三中的无刷电机工作时会更平稳，抖动也更小，因此无刷电机的效率会更高，转速更大，噪音会更低。如图12所示，是本实用新型实施方式三和现有技术一的无刷电机效率对比示意图，其中实线为本实用新型实施方式三在不同扭矩下的效率，虚线为现有技术一在不同扭矩下的效率，从对比示意图中可以清楚的看出，实施方式三的无刷电机在任何扭矩下，其效率都是高于现有技术一的无刷电机。图13是本实用新型实施方式三和现有技术一的无刷电机转速对比示意图，其中实线为本实用新型实施方式三在不同扭矩下的转速，虚线为现有技术一在不同扭矩下的转速，实施方式三的无刷电机在任何扭矩下，其转速也都是高于现有技术一的无刷电机。其中无刷电机的效率是指无刷电机的输出功率比无刷电机的输入功率，也就是无刷电机的能量利用率，这是本领域技术人员公知常识，在此不再赘述。

进一步地，定子齿宽B1为2.5mm，转子机壳厚度为1mm，永磁体厚度B2为1.85mm～2mm。

在另一个优选的实施方式中，定子内径D2为16mm，定子外径D1为42mm，转子机壳11的外径为49mm～51mm。当定子内径D2设计为16mm，定子外径D1设计为42mm，转子机壳11的外径的尺寸范围确定在49mm～51mm，也就是定子外径D1和定子内径D2 的比值为2.625，相比于现有技术中同样转子机壳外径的无刷电机输出性能显著增强。

如图14～17所示，图14为现有技术二的无刷电机反电动势波形图，现有技术二中定子内径D2为16mm，定子外径D1为40mm，转子机壳外径为50mm，图15为本实用新型实施方式四的无刷电机反电动势波形图，在实施方式四中定子内径D2为16mm，定子外径D1为42mm，转子机壳外径为49mm。图14和图15中的波形图对比可以明显看出，现有技术二中的无刷电机反电动势波形在波峰和波谷处有明显的波动，左右波形不对称，且整个波形的上升和下降趋势都是不平滑的，也就是变化趋势是不平稳的，而本实用新型的实施方式四中的反电动势波形是平滑的正弦波，明显实施方式四中的无刷电机工作时会更平稳，抖动也更小，因此无刷电机的效率会更高，转速更大，噪音会更低。如图16所示，是本实用新型实施方式四和现有技术二的无刷电机效率对比示意图，其中实线为本实用新型实施方式四在不同扭矩下的效率，虚线为现有技术二在不同扭矩下的效率，从对比示意图中可以清楚的看出，实施方式四的无刷电机在任何扭矩下，其效率都是高于现有技术二的无刷电机。图17是本实用新型实施方式四和现有技术二的无刷电机转速对比示意图，其中实线为本实用新型实施方式四在不同扭矩下的转速，虚线为现有技术二在不同扭矩下的转速，实施方式四的无刷电机在任何扭矩下，其转速也都是高于现有技术二的无刷电机。其中无刷电机的效率是指无刷电机的输出功率比无刷电机的输入功率，也就是无刷电机的能量利用率，这是本领域技术人员公知常识，在此不再赘述。

如图18～20所示，图18为本实用新型实施方式五的无刷电机反电动势波形图，在实施方式五中定子内径D2为16mm，定子外径D1为42mm，转子机壳外径为51mm。图14和图18中的波形图对比可以明显看出，现有技术二中的无刷电机反电动势波形在波峰和波谷处有明显的波动，左右波形不对称，且整个波形的上升和下降趋势都是不平滑的，也就是变化趋势是不平稳的，而本实用新型的实施方式五中的反电动势波形是平滑的正弦波，明显实施方式五中的无刷电机工作时会更平稳，抖动也更小，因此无刷电机的效率会更高，转速更大，噪音会更低。如图19所示，是本实用新型实施方式五和现有技术二的无刷电机效率对比示意图，其中实线为本实用新型实施方式五在不同扭矩下的效率，虚线为现有技术二在不同扭矩下的效率，从对比示意图中可以清楚的看出，实施方式五的无刷电机在任何扭矩下，其效率都是高于现有技术二的无刷电机。图20是本实用新型实施方式五和现有技术二的无刷电机转速对比示意图，其中实线为本实用新型实施方式五在不同扭矩下的转速，虚线为现有技术二在不同扭矩下的转速，实施方式五的无刷电机在任何扭矩下，其转速也都是高于现有技术二的无刷电机。其中无刷电机的效率是指无刷电机的输出功率比无刷电机的输入功率，也就是无刷电机的能量利用率，这是本领域技术人员公知常识，在此不再赘述。

在一个优选的实施方式中，转子机壳11的外径为50mm。当定子内径设计为16mm，转子机壳11的外径为50mm为最优尺寸，保证电机的输出性能足够好的同时无刷电机的整体体积也较小。如图21～23所示，图21为本实用新型实施方式六的无刷电机反电动势波形图，在实施方式六中定子内径D2为16mm，定子外径D1为42mm，转子机壳外径为50mm。图14和图21中的波形图对比可以明显看出，现有技术二中的无刷电机反电动势波形在波峰和波谷处有明显的波动，左右波形不对称，且整个波形的上升和下降趋势都是不平滑的，也就是变化趋势是不平稳的，而本实用新型的实施方式六中的反电动势波形是平滑的正弦波，明显实施方式六中的无刷电机工作时会更平稳，抖动也更小，因此无刷电机的效率会更高，转速更大，噪音会更低。如图22所示，是本实用新型实施方式六和现有技术二的无刷电机效率对比示意图，其中实线为本实用新型实施方式六在不同扭矩下的效率，虚线为现有技术二在不同扭矩下的效率，从对比示意图中可以清楚的看出，实施方式六的无刷电机在任何扭矩下，其效率都是高于现有技术二的无刷电机。图23是本实用新型实施方式六和现有技术二的无刷电机转速对比示意图，其中实线为本实用新型实施方式六在不同扭矩下的转速，虚线为现有技术二在不同扭矩下的转速，实施方式六的无刷电机在任何扭矩下，其转速也都是高于现有技术二的无刷电机。其中无刷电机的效率是指无刷电机的输出功率比无刷电机的输入功率，也就是无刷电机的能量利用率，这是本领域技术人员公知常识，在此不再赘述。

进一步地，定子齿宽B1为3.3mm，转子机壳厚度为2.8mm，永磁体厚度B2为 1.85mm～2mm。

上述实施方式中的无刷电机的输出功率的范围为200W～2500W，可应用于所有手持式及自行走式电动工具，例如：电钻、电锤、电圆锯、砂光机、割草机等，但是不限于上述电动工具。

在一个可选的实施方式中，无刷电机1还包括：电机轴50，沿着定子组件20的中心轴设置；端盖30垂直于定子组件20的中心轴且设置在转子组件10的一端；风扇 40垂直于定子组件20的中心轴且设置在转子组件10的另一端；端盖30上设置有第一轴承61，定子铁芯上设置有第二轴承62，电机轴50穿设于第一轴承61和第二62 轴承。

进一步地，定子铁芯21具有12个齿部211，齿部211沿着外环面对称设置，转子机壳11的内侧面设置有14个永磁体12。

一种电动工具，包括上述方案中的无刷电机。

本实用新型中外转子无刷电机的气隙磁场设计更合理，有效提升无刷电机的性能。

上述具体实施方式仅仅对本实用新型的优选实施方式进行描述，而并非对本实用新型的保护范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思和精神范畴的前提下，本领域的普通技术人员根据本实用新型所提供的文字描述、附图对本实用新型的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本实用新型的保护范畴。本实用新型的保护范围由权利要求确定。

Claims (12)

1.一种无刷电机，其特征在于，包括：

转子组件；

定子组件，设置在所述转子组件内，且所述定子组件的中心轴与所述转子组件的中心轴重合；

所述转子组件包括：

转子机壳，

永磁体，均匀分布的设置在所述转子机壳的内侧面；

所述定子组件包括：

定子铁芯，具有环形轭部和多个基于所述环形轭部周向辐射的齿部，

线圈绕组，环绕设置在所述齿部上，

线槽，形成于两个相邻的所述齿部之间，用于容纳所述线圈绕组；

所述环形轭部具有内环面，所述内环面的直径为定子内径，所述齿部远离所述中心轴一端为圆弧面，所述圆弧面的直径为定子外径，所述定子外径和所述定子内径的比值范围为2.6～2.8。

2.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，所述定子内径为11mm，所述定子外径为30mm，所述转子机壳的外径为36mm～38mm。

3.根据权利要求2所述的无刷电机，其特征在于，所述转子机壳的外径为37mm。

4.根据权利要求2所述的无刷电机，其特征在于，所述定子齿宽为2.5mm。

5.根据权利要求2所述的无刷电机，其特征在于，所述转子机壳的厚度为1mm，所述永磁体的厚度为1.85mm～2mm。

6.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，所述定子内径为16mm，所述定子外径为42mm，所述转子机壳的外径为49mm～51mm。

7.根据权利要求6所述的无刷电机，其特征在于，所述转子机壳的外径为50mm。

8.根据权利要求6所述的无刷电机，其特征在于，所述定子齿宽为3.3mm。

9.根据权利要求6所述的无刷电机，其特征在于，所述转子机壳的厚度为2.8mm，所述永磁体厚度为1.85mm～2mm。

10.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，还包括：

电机轴，沿着所述定子组件的中心轴设置；

端盖，垂直于所述定子组件的中心轴且设置在所述转子组件的一端；

风扇，垂直于所述定子组件的中心轴且设置在所述转子组件的另一端；

所述端盖上设置有第一轴承，所述定子铁芯上设置有第二轴承，所述电机轴穿设于所述第一轴承和所述第二轴承。

11.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，所述定子铁芯具有12个所述齿部，所述齿部沿着所述环形轭部对称设置，所述转子机壳的内侧面设置有14个所述永磁体。

12.一种电动工具，其特征在于，包括如权利要求1～11所述的任意一种无刷电机。

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