CN103095076A - 无刷电机和电动工具 - Google Patents

Abstract

一种无刷电机，包括盘状的定子和盘状的转子以及与转子配合的电机轴，定子和转子半径相当、交替排列、相对耦合、同轴装配在一起，定子具有N个，转子具有M个，N≥1，M＝N+1，该种无刷电机磁损少、耦合系数高、发热少、省电。

Description

无刷电机和电动工具

技术领域

本发明涉及一种电机，具体涉及一种无刷电机。本发明还涉及一种安装该无刷电机的电动工具。

背景技术

传统的无刷电机，采用冲压、清洗、铆压成型等多道工序将多片冲压好的无取向硅钢片压制成铁心，再在其上绕制漆包线制作成电机定子。这种方案使用的硅钢材料多，重量重，冲压和绕线设备昂贵，加工环节多，成本居高不下。由于使用铁心，铁损不可避免，电机总效率难以提得更高。由于所有线包中磁路相通，故难以实现针对独立线包的高效率低成本分布式数字化控制。又由于硅钢片冲压成型工艺，使得制造较大尺寸的电机定、转子以达到在相同线包驱动电流下获得更大力矩的技术方案的成本急剧上升。还由于铁心与永久磁铁之间巨大的吸引力，导致启动阻力大。这种结构的电机一般只用作为普通发电机，难以做成最高效率而又最低成本的发电机。如果要作为高性能的半导体功率器件以及嵌入式智能化控制系统，成本高，推广阻力大。

因此，针对现有技术中存在的问题，需要设计一种解决上述不足之处的无刷电机。

此外，电动工具的功率与电机的转速和扭矩的乘积成正比。传动的电动工具的电机因其扭矩较小，因此需要通过减速机构增大转矩。传统的电动工具因设置减速机构体积较大。

因此，针对现有技术中存在的问题，需要设计一种解决上述不足之处的电动工具。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种无刷电机，该无刷电机包括盘状的定子和盘状的转子以及与转子配合的电机轴，其特征在于：所述定子和转子半径相当、交替排列、相对耦合、同轴装配在一起，定子具有N个，转子具有M个，N≥1，M＝N+1。

优选的，所述转子具有供电机轴穿过的安装孔，所述无刷电机还包括将转子装配于电机轴上或从电机轴上拆下的装配件。

优选的，所述转子的安装孔孔径自转子的一侧向另一侧沿轴向梯度变化，所述安装孔内壁上设有阶梯，所述装配件包括轴向限位转子的锁轴件和可收容于安装孔的紧固件、设于安装孔上防止紧固件散开的盖子，该紧固件包括与电机轴连接的环套和自环套向外呈辐射状设置的弹性片。

优选的，所述装配件包括一个环形柱状的轮毂、连接轮毂一端的法兰以及轴向限位法兰的锁轴件，该轮毂内部填充有胶状或液状的流体，该轮毂位于安装孔和电机轴之间的间隙内并可在法兰受到挤压的情形下向安装孔和电机轴方向变形。

优选的，所述定子包括定子架和缠绕于定子架上的线包，线包的轴线方向平行于电机轴。

优选的，所述定子包括定子架和缠绕于定子架上的线包，线包的轴线方向与电机轴的夹角大于0度并且小于30度。

优选的，所述线包具有多个，多个线包呈环状均匀分布于定子架上。

优选的，所述定子的数量N＞1时，多个定子架上对应位置的线包对齐成一直线。

优选的，所述定子架由非铁磁性材料制成。

优选的，所述转子为一个整体的盘状磁体。

优选的，所述转子包括转子架和安装于转子架上的多个磁体单元。

优选的，所述磁体单元呈环状均匀分布于转子架上。

优选的，多个所述转子架上对应位置的磁体单元对齐成一直线。

优选的，所述转子的磁极方向与电机轴的夹角小于30°。

优选的，所述转子设有风口，该风口沿转子径向的边沿向外倾斜凸出迎风檐。

该无刷电机至少具有如下有益效果：定子和转子半径相当、交替排列、相对耦合、同轴装配在一起使得磁损少、耦合系数高、发热少、省电。

针对现有技术的不足，本发明提供一种电动工具，该电动工具包括工作头，所述电动工具包括用于驱动工作头的上述的无刷电机，无刷电机和工作轴之间的不具有减速结构

该电动工具不再设置减速结构，重量轻、结构简便、体积小。

附图说明

下面结合附图及本发明的优选实施例作进一步详细说明。

图1是本发明具体实施例的无刷电机的立体图。

图2是本发明具体实施例的定子和转子配合的示意图。

图3是本发明具体实施例的定子的示意图。

图4是本发明具体实施例的转子的示意图。

图5是本发明具体实施例的转子的另一个角度的示意图。

图6是本发明具体实施例第一实施方式的装配件配合时一个角度的示意图。

图7是本发明具体实施例第一实施方式的装配件配合时另一个角度的示意图。

图8是本发明具体实施例第二实施方式的装配件配合时一个角度的示意图。

图9是本发明具体实施例第二实施方式的装配件配合时另一个角度的示意图。

其中，相关元件对应编号如下：

100    无刷电机    23    风口      521   环套

1      定子        231   迎风檐    522   弹性片

11     定子架      24    安装孔    53    盖子

111    绕线轴      241   阶梯      54    轮毂

12     线包        3     电机轴    55    法兰

2      转子        4     安装座

21     转子架      5     装配件

211    安装槽      51    锁轴件

22     磁体单元    52    紧固件

具体实施方式

如图1所示，一种无刷电机100包括盘状的定子1、盘状的转子2、与转子2配合的电机轴3以及定子1的安装座4。

本领域技术人员公知定子1与转子2是一个相对的概念。定子1和转子2其中之一绕制供电流通过的漆包线，另一则由磁体构成。为表述简要，本发明技术方案以绕制漆包线形成的定子1为例来说明本发明的实施方式，但是不应理解为定子1限定于绕制漆包线的部件。

如图1至图3所示，定子1与安装座4的位置相对固定。定子1与安装座4可以一体制造，也可以分体制造通过装配结合在一起。

为表述清楚以承载安装座4的水平面为基准面，定子1的轴向定义为X向即定子1的厚度方向，由基准面指向定子1的轴线且具有最小距离的方向定义为Z向，基准面内与X向和Z向相垂直定义为Y向。

定子1的数量为N，N≥1。当N＞1时，定子1在X向同轴排列。

定子1包括定子架11和由漆包线缠绕于定子架11上形成的线包12。定子架11由非铁磁性材料制成以减少损耗。漆包线是一种优选的绕制材料，但不应理解为对线包12的限定。

定子架11可以为空心的套筒，漆包线直接缠绕其上。定子架11也可以设置若干平行于X向延伸的绕制漆包线的绕线轴111。该绕线轴111也可以根据实际的需要设置成与X向形成大于0度并且小于30度夹角的位置，例如根据散热的需要。绕线轴111延伸的方向为线包12的轴线方向。

该绕线轴111以定子1的轴线为中心线中心对称地分布于定子架11上。对应的，定子架11上的多个线包12呈环状均匀分布于定子架11上。当N＞1时，多个定子架11上具有同一相位的绕线轴111，该同一相位的绕线轴111上的线包12对齐成一直线。对线包12内通过的电流进行控制可以实现无刷电机100的精确控制。

线包12电性连接一个集成电路板。集成电路板上每过一个或者几个脉冲信号，使得电流流向发生转换。

如图2和图4、图5所示，转子2与电机轴3装配在一起进行动力输出。

转子2可以为一个整体的盘状磁体，也可以包括转子架21和安装于转子架21上的多个磁体单元22。转子2为整体的磁体时具有较大的扭矩输出，而当转子2由磁体单元22组合而成时则具有良好的定位精度。整体的磁体相对组合形成的多个磁体单元22在相同条件下参与相互作用的面积较大，能够实现大的扭矩输出。磁体单元22组合形成转子2时，集成电路板控制定子1上的线包12内电流每过一个相位转子2对应地转过一个磁体单元22，因此便于精确实现无刷电机100的转动。

转子2由磁体单元22组合而成时，以转子2的轴线为中心线中心对称地分布于若干收容磁体单元22的安装槽211。多个转子架21上具有同一相位的安装槽211，该同一相位的安装槽211内的磁体单元22对齐成一直线。

无论是由整体磁体构成的转子2还是由多个磁体单元22组合而成的转子2，其中磁极的方向与X向平行。当然，磁极的方向还可以根据实际需要设置成与X向形成小于30度夹角的位置，例如根据散热的需要线包12的轴线方向倾斜设置时，为了磁体单元22与线包12正对，磁极也对应的需要倾斜设置。

转子2上设有风口23，该风口23以转子2的轴线为中心线中心对称的分布于转子2上。该风口23在X向上贯通转子2的两侧以驱使气流经过定子1时带走定子1产生的热量。该风口23至少有一段沿转子2径向延伸的边沿，迎风檐231自该边沿向外侧倾斜凸出。当转子2转动时，迎风檐231压迫气流向风口23内流动。优选的，该迎风檐231与转子2垂直于X向的平面成30度至60度之间的夹角，最好为45度夹角。

为进一步提高无刷电机100传递的扭矩，可以设置多个定子1和转子2，定子1具有N个，转子2具有M个，N≥1，M＝N+1。

定子1和转子2半径相当、交替排列、相对耦合、同轴装配在一起时可以获得在一定体积下最优的效果，磁损少、耦合系数高、发热少、省电。

请参见图6至图9，为增减转子2方便、快速，无刷电机100还包括将转子2装配于电机轴3上或从电机轴3上拆下的装配件5。

请参见图6和图7，第一种装配件5的结构及装配原理如下详述。

转子2具有供电机轴3穿过安装孔24。该安装孔24的孔径自转子2的一侧向另一侧沿轴向梯度变化。安装孔24内壁上设有阶梯241。装配件5包括轴向限位转子2的锁轴件51和可收容于安装孔24的紧固件52、设于安装孔24上防止紧固件52散开的盖子53。紧固件52包括与电机轴3连接的环套521和自环套521向外呈辐射状设置的弹性片522。盖子53由两个半壳扣合而成。

安装时，将转子2向紧固件52方向轴向移动，并收容紧固件52于安装孔24内。旋转转子2，紧固件52的弹性片522在阶梯241的导引下贴近环套521被压紧，并且阶梯241防止弹性片522散开。将盖子53扣合到一起，并盖到安装孔24上。在径向上，由内向外电机轴3、环套521、压紧的弹性片522以及转子2固定在一起。在轴向上盖子53、紧固件52、转子2、锁轴件51依次抵靠固定在一起。

拆卸时，揭下盖子53并卸下锁轴件51，将转子2向设置锁轴件51的方向推动，紧固件52相对安装孔24脱离，转子2与电机轴3的锁定被解除。

请参见图8和图9，第二种装配件5的结构及装配原理如下详述。

装配件5包括一个环形柱状的轮毂54、连接轮毂54一端的法兰55以及轴向限位法兰55的锁轴件51。该轮毂54内部填充有胶状或液状的流体，该轮毂54位于安装孔24和电机轴3之间的间隙内并可在法兰55受到挤压的情形下向安装孔24和电机轴3方向变形。

安装时，将轮毂54插入安装孔24和电机轴3之间的间隙内，并推动法兰55使轮毂54设置法兰55的相对端抵靠到另一装配件5的法兰55上。两侧法兰55的挤压使得胶状或液状的流体径向运动从而使得轮毂54径向紧配电机轴3和安装孔24。径向上电机轴3、轮毂54、转子2固定在一起。轴向上锁轴件51、法兰55、转子2依次固定在一起。

拆卸时，拆下锁轴件51，拉动法兰55，即可将装配件5拆下，电机轴3和转子2解除锁定。容易拆卸的原因是：拉动法兰55后，轮毂54内流体受到的轴向挤压力消除，流体可以轴向流动，进而径向的压紧力消除。

电动工具，包括工作头和上述无刷电机100，无刷电机100和工作头之间的不具有减速结构。电动工具不再设置减速结构，因此电动工具重量轻、结构简便、体积小。

Claims (16)

1.一种无刷电机，包括盘状的定子和盘状的转子以及与转子配合的电机轴，其特征在于：所述定子和转子半径相当、交替排列、相对耦合、同轴装配在一起，定子具有N个，转子具有M个，N≥1，M＝N+1。

2.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于：所述转子具有供电机轴穿过的安装孔，所述无刷电机还包括将转子装配于电机轴上或从电机轴上拆下的装配件。

3.根据权利要求2所述的无刷电机，其特征在于：所述转子的安装孔孔径自转子的一侧向另一侧沿轴向梯度变化，所述安装孔内壁上设有阶梯，所述装配件包括轴向限位转子的锁轴件和可收容于安装孔的紧固件、设于安装孔上防止紧固件散开的盖子，该紧固件包括与电机轴连接的环套和自环套向外呈辐射状设置的弹性片。

4.根据权利要求2所述的无刷电机，其特征在于：所述装配件包括一个环形柱状的轮毂、连接轮毂一端的法兰以及轴向限位法兰的锁轴件，该轮毂内部填充有胶状或液状的流体，该轮毂位于安装孔和电机轴之间的间隙内并可在法兰受到挤压的情形下向安装孔和电机轴方向变形。

5.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于：所述定子包括定子架和缠绕于定子架上的线包，线包的轴线方向平行于电机轴。

6.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于：所述定子包括定子架和缠绕于定子架上的线包，线包的轴线方向与电机轴的夹角大于0度并且小于30度。

7.根据权利要求5或6所述的无刷电机，其特征在于：所述线包具有多个，多个线包呈环状均匀分布于定子架上。

8.根据权利要求7所述的无刷电机，其特征在于：所述定子的数量N＞1时，多个定子架上对应位置的线包对齐成一直线。

9.根据权利要求7所述的无刷电机，其特征在于：所述定子架由非铁磁性材料制成。

10.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于：所述转子为一个整体的盘状磁体。

11.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于：所述转子包括转子架和安装于转子架上的多个磁体单元。

12.根据权利要求11所述的无刷电机，其特征在于：所述磁体单元呈环状均匀分布于转子架上。

13.根据权利要求11所述的无刷电机，其特征在于：多个所述转子架上对应位置的磁体单元对齐成一直线。

14.根据权利要求10或11所述的无刷电机，其特征在于：所述转子的磁极方向与电机轴的夹角小于30°。

15.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于：所述转子设有风口，该风口沿转子径向的边沿向外倾斜凸出迎风檐。

16.一种电动工具，包括工作头，其特征在于：所述电动工具包括用于驱动工作头的如权利要求1中所述的无刷电机，无刷电机和工作头之间的不具有减速结构。

Images