專(zhuān)利名稱:一種非全圓周驅(qū)動(dòng)的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種電機(jī)。更具體而言,本實(shí)用新型涉及一種非全圓周驅(qū)動(dòng)的電 機(jī),特別是一種非全圓周驅(qū)動(dòng)的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù):
無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)因其效率高、調(diào)速范圍廣、體積小、壽命長(zhǎng)、易控制等優(yōu)點(diǎn)而在電 子設(shè)備(特別是小型電子設(shè)備)中廣泛用作驅(qū)動(dòng)裝置。由于小型電子設(shè)備種類(lèi)繁多,不同 電子設(shè)備所要求的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩大小不同,所以要求作為驅(qū)動(dòng)裝置的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn) 矩能與電子設(shè)備的負(fù)載相匹配?,F(xiàn)有技術(shù)中,通常通過(guò)以下方式來(lái)調(diào)節(jié)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩,以達(dá)到與所 驅(qū)動(dòng)的負(fù)載相匹配一、按照比例同時(shí)增加或減少定子線圈個(gè)數(shù)和轉(zhuǎn)子磁體個(gè)數(shù),且增加/ 減少后線圈個(gè)數(shù)與磁體個(gè)數(shù)的比例要保持3 2或3 4; 二、改變電動(dòng)機(jī)磁芯硅鋼片的厚 度。這樣做,給生產(chǎn)過(guò)程中的裝配帶來(lái)不便,同時(shí)必然會(huì)增加生產(chǎn)成本。
實(shí)用新型內(nèi)容鑒于以上原因,需要提供一種無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),該種無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)可以不按照 比例同時(shí)增加或減少定子線圈個(gè)數(shù)和轉(zhuǎn)子磁體個(gè)數(shù),也不必改變磁芯硅鋼片的厚度,且裝 配容易,生產(chǎn)成本低。因此,本實(shí)用新型提出一種無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),包括轉(zhuǎn)子,該轉(zhuǎn)子上設(shè)置有沿圓周方向均勻排列的磁極;和定子,該定子上設(shè)置有多個(gè)線圈;其特征在于所述多個(gè)線圈沿所述定子的圓周非均勻地分布。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中,其中所述多個(gè)線圈的個(gè)數(shù)是3n,所述磁極的個(gè)數(shù) 是2m,其中n是大于或等于1的自然數(shù),且m是大于或等于1的自然數(shù)。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中,n= l,m大于2,且其中3n個(gè)線圈在所述定子的圓 周上所占的圓周角對(duì)應(yīng)于連續(xù)的4個(gè)磁極在所述轉(zhuǎn)子的圓周上所占的圓周角。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中,n= l,m大于1,且其中3個(gè)線圈在所述定子的圓 周上所占的圓周角對(duì)應(yīng)于連續(xù)的2個(gè)磁極在所述轉(zhuǎn)子的圓周上所占的圓周角。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中,n大于1,111大于411,且其中3n個(gè)線圈中在所述定 子的圓周上所占的圓周角對(duì)應(yīng)于連續(xù)的4n個(gè)磁極在所述轉(zhuǎn)子的圓周上所占的圓周角。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中,n大于1,111大于211,且其中3n個(gè)線圈中在所述定 子的圓周上所占的圓周角對(duì)應(yīng)于連續(xù)的2n個(gè)磁極在所述轉(zhuǎn)子的圓周上所占的圓周角。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中,n大于1,m大于4n,且其中3n個(gè)線圈中第一組3 個(gè)線圈在所述定子的圓周上所占的圓周角對(duì)應(yīng)于連續(xù)的第一組4個(gè)磁極在所述轉(zhuǎn)子的圓 周上所占的圓周角,第二組3個(gè)線圈在所述定子的圓周上所占的圓周角對(duì)應(yīng)于連續(xù)的第二 組4個(gè)磁極在所述轉(zhuǎn)子的圓周上所占的圓周角,且所述第一組4個(gè)磁極與第二組4個(gè)磁極
4的位置不相鄰。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中,n大于1,m大于2n,且其中3n個(gè)線圈中第一組3 個(gè)線圈在所述定子的圓周上所占的圓周角對(duì)應(yīng)于連續(xù)的第一組2個(gè)磁極在所述轉(zhuǎn)子的圓 周上所占的圓周角,第二組3個(gè)線圈在所述定子的圓周上所占的圓周角對(duì)應(yīng)于連續(xù)的第二 組2個(gè)磁極在所述轉(zhuǎn)子的圓周上所占的圓周角,且所述第一組2個(gè)磁極與第二組2個(gè)磁極 的位置不相鄰。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中,3n個(gè)線圈中每3個(gè)線圈為一組,各組的位置關(guān)于 所述無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的軸心旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。所述電動(dòng)機(jī)可以采用外驅(qū)動(dòng)式結(jié)構(gòu),也可采用內(nèi)驅(qū)動(dòng)式結(jié)構(gòu)。其中所述磁極優(yōu)選是永磁體。通過(guò)采用本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案,通過(guò)簡(jiǎn)單改變永磁體個(gè)數(shù),同時(shí)改變轉(zhuǎn)子 半徑大小,即可輕松調(diào)節(jié)無(wú)刷直流電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速,以匹配負(fù)載需求。當(dāng)然,通過(guò)同 時(shí)改變定子線圈個(gè)數(shù)和轉(zhuǎn)子磁體個(gè)數(shù),配合轉(zhuǎn)子半徑調(diào)節(jié),可以實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的負(fù)載匹配。
從下面詳細(xì)描述的示于附圖中的典型實(shí)施例,將更好地理解本實(shí)用新型的上述和 其它特征及目的,附圖中圖1為兩種典型的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2示意性地示出現(xiàn)有技術(shù)中要改變無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)所采取的措 施;圖3是本實(shí)用新型第一實(shí)施例的示意圖;圖4是本實(shí)用新型第二實(shí)施例的示意圖;圖5是本實(shí)用新型第三實(shí)施例的示意圖;圖6是本實(shí)用新型第四實(shí)施例的示意圖;圖7是本實(shí)用新型第五實(shí)施例的示意圖;圖8是本實(shí)用新型第六實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1示出兩種典型的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。其中電動(dòng)機(jī)a的轉(zhuǎn)子包括由 2個(gè)永磁體構(gòu)成的磁極,定子包括沿圓周方向上均勻分布的3個(gè)線圈。電動(dòng)機(jī)b的轉(zhuǎn)子包括 由4個(gè)永磁體構(gòu)成的磁極,定子包括沿圓周方向上均勻分布的3個(gè)線圈。通過(guò)設(shè)定電動(dòng)機(jī)a和b的機(jī)械和電氣參數(shù)(例如,設(shè)定轉(zhuǎn)子半徑為7mm),可以將其 參數(shù)設(shè)置為額定轉(zhuǎn)矩0. 05N.m(牛頓.米),額定轉(zhuǎn)速5000rpm(轉(zhuǎn)每分鐘)。如上所述,由于采用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電子設(shè)備的種類(lèi)繁多,其負(fù)載大小千 變?nèi)f化,所以要求作為驅(qū)動(dòng)裝置的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等也要與之匹配?,F(xiàn)有 技術(shù)中,要改變無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩,通常是在圖1所示的兩種基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上 同時(shí)改變轉(zhuǎn)子磁極個(gè)數(shù)和定子線圈個(gè)數(shù),并且保持改變后的轉(zhuǎn)子磁極個(gè)數(shù)與定子線圈個(gè)數(shù) 的比例為3 2或3 4。圖2示出一種改變無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的方式,其中將轉(zhuǎn)子磁極數(shù)由4個(gè)變?yōu)?個(gè),而定子線圈個(gè)數(shù)由3個(gè)變?yōu)?個(gè),而轉(zhuǎn)子半徑不變,保持為7mm。在其它參數(shù)不變的 情況下,該電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為0. 05* (6/3) = 0. lN.m,而轉(zhuǎn)速變?yōu)?500rpm。在上述結(jié)構(gòu)中,同時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)子磁極和定子線圈的個(gè)數(shù),生產(chǎn)裝配成本很高。根據(jù)本實(shí)用新型,無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的定子線圈不是在整個(gè)圓周上均勻布置,而是 非對(duì)稱地布置。這樣,在匹配負(fù)載所要求的輸出轉(zhuǎn)矩時(shí),在其它參數(shù)不變的情況下,只要增 加或減少轉(zhuǎn)子磁極的個(gè)數(shù),同時(shí)增加或減小轉(zhuǎn)子半徑,即可調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)矩的大小和轉(zhuǎn)速。圖3示出本實(shí)用新型的第一實(shí)施例。在這一實(shí)施例中,定子線圈個(gè)數(shù)不變,而轉(zhuǎn)子 磁極個(gè)數(shù)由4變?yōu)?6,轉(zhuǎn)子半徑由7mm變?yōu)?8mm,其它參數(shù)與圖1所示電機(jī)相同。如圖3所示,在設(shè)置電機(jī)的定子線圈的位置時(shí),不是把3個(gè)線圈沿定子圓周均勻地 設(shè)置,而是將3個(gè)線圈在定子圓周上的位置設(shè)置成使得該3個(gè)線圈一起所占據(jù)的圓周角度 與轉(zhuǎn)子上連續(xù)的4個(gè)磁極所占據(jù)的圓周角度相對(duì)應(yīng)。根據(jù)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式r = 120f/p,其中f 表示定子電流的頻率,p表示轉(zhuǎn)子磁極數(shù),r表示轉(zhuǎn)速。則在其它參數(shù)不變, 僅僅改變磁極個(gè)數(shù)的情況下,本實(shí)施例中電機(jī)的轉(zhuǎn)速將為5000*4/16 = 1250rpm。同時(shí),根 據(jù)轉(zhuǎn)矩公式可知,在其它參數(shù)都相同,從而定子與轉(zhuǎn)子之間的電磁感應(yīng)特性相同的情況下, 電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子半徑成正比。因此,本實(shí)施例中,其它參數(shù)不變,只是轉(zhuǎn)子半徑由7mm 變成了 28mm,因此,輸出轉(zhuǎn)矩為0. 05*28/7 = 0. 2N. m。圖4示出本實(shí)用新型的第二實(shí)施例。在這一實(shí)施例中,定子線圈個(gè)數(shù)為6,而轉(zhuǎn)子 磁極個(gè)數(shù)為16,轉(zhuǎn)子半徑為28mm,其它參數(shù)與圖1所示電機(jī)相同。根據(jù)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)速公式r = 120f/p,本實(shí)施例中電機(jī)的轉(zhuǎn)速將為5000*4/16 = 1250rpm。同時(shí),根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式可知,輸 出轉(zhuǎn)矩為 0. 05* (28/7)* (6/3) = 0. 4N. m。如圖4所示,6個(gè)線圈沿定子圓周不是均勻地設(shè)置,而是將該6個(gè)線圈在定子圓周 上的位置設(shè)置成使得該6個(gè)線圈一起所占據(jù)的圓周角度與轉(zhuǎn)子上連續(xù)的8個(gè)磁極所占據(jù)的 圓周角度相對(duì)應(yīng)。圖5示出本實(shí)用新型的第三實(shí)施例。在這一實(shí)施例中,定子線圈個(gè)數(shù)為3,而轉(zhuǎn)子 磁極個(gè)數(shù)為18,轉(zhuǎn)子半徑為32mm,其它參數(shù)與圖1所示電機(jī)相同。根據(jù)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)速公式r = 120f/p,本實(shí)施例中電機(jī)的轉(zhuǎn)速將為5000*4/18 = llllrpm。同時(shí),根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式可知,輸 出轉(zhuǎn)矩為 0. 05* (32/7) = 0. 23N. m。圖6示出本實(shí)用新型的第四實(shí)施例。在這一實(shí)施例中,定子線圈個(gè)數(shù)為6,而轉(zhuǎn)子 磁極個(gè)數(shù)為32,轉(zhuǎn)子半徑為56mm,其它參數(shù)與圖1所示電機(jī)相同。根據(jù)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)速公式r = 120f/p,本實(shí)施例中電機(jī)的轉(zhuǎn)速將為5000*4/32 = 625rpm。同時(shí),根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式可知,輸出 轉(zhuǎn)矩為 0. 05* (56/7) * (6/3) = 0. 8N. m。[0050]圖7示出本實(shí)用新型的第五實(shí)施例。該實(shí)施例的電機(jī)結(jié)構(gòu)與圖4所示第二實(shí)施例 類(lèi)似,其輸出轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩也與第二實(shí)施例類(lèi)似分別為1250rpm和0.4N.m。與第二實(shí)施例不 同的是,6個(gè)定子線圈中的第一組3個(gè)線圈與第二組另外3個(gè)線圈大體對(duì)稱布置,這樣可以 使轉(zhuǎn)子受力對(duì)稱,改善電機(jī)工作狀態(tài)。圖8示出本實(shí)用新型的第六實(shí)施例。在該實(shí)施例中,定子線圈個(gè)數(shù)為9,而轉(zhuǎn)子磁 極個(gè)數(shù)為16,轉(zhuǎn)子半徑為28mm,其它參數(shù)與圖1所示電機(jī)相同。根據(jù)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn) 速公式r = 120f/p,本實(shí)施例中電機(jī)的轉(zhuǎn)速將為5000*4/16 = 1250rpm。同時(shí),根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式可知,輸 出轉(zhuǎn)矩為 0. 05* (28/7)* (9/3) = 0. 6N. m。在該實(shí)施例中,9個(gè)定子線圈中的每3個(gè)一組大體對(duì)稱布置在圓周上,從而可以使 轉(zhuǎn)子受力對(duì)稱,改善電機(jī)工作狀態(tài)。當(dāng)然,在圖7和圖8所示的實(shí)施例中,一組線圈與其它組線圈的位置可以不對(duì)稱, 同樣也可以實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的。在以上所有的實(shí)施例中,磁極優(yōu)選采用永磁體。采用以上技術(shù)方案后,可以很容易地調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。具體而言,調(diào)節(jié)上述 電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的方法可以包括單獨(dú)改變電動(dòng)機(jī)的直徑,或單獨(dú)改變電動(dòng)機(jī)的磁極數(shù),或 單獨(dú)改變電動(dòng)機(jī)的線圈個(gè)數(shù),或者任意結(jié)合該三個(gè)步驟。以上通過(guò)具體實(shí)施例描述了本實(shí)用新型的基本原理。在以上的實(shí)施例中,以典型 外驅(qū)動(dòng)型無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)為例進(jìn)行了描述,其中的線圈設(shè)置在內(nèi)部,靜止不動(dòng),永磁體設(shè)置 在外部,在電機(jī)工作時(shí)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)然,本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解,本實(shí)用新型的原理同樣適 用于內(nèi)驅(qū)動(dòng)型無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。此外,在以上各個(gè)實(shí)施例中,定子的每組3個(gè)線圈在定子圓周上的位置設(shè)置成使 得該3個(gè)線圈一起所占據(jù)的圓周角度與轉(zhuǎn)子上連續(xù)的4個(gè)磁極所占據(jù)的圓周角度相對(duì)應(yīng)。 本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解,也可以設(shè)置轉(zhuǎn)子磁極與定子線圈的關(guān)系,使得定子的每組3 個(gè)線圈一起所占據(jù)的圓周角度與轉(zhuǎn)子上連續(xù)的2個(gè)磁極所占據(jù)的圓周角度相對(duì)應(yīng)。因此,本實(shí)用新型的范圍不是通過(guò)這里所描述的實(shí)施例來(lái)確定,而是由所附權(quán)利 要求來(lái)確定。
權(quán)利要求一種無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),包括轉(zhuǎn)子,該轉(zhuǎn)子上設(shè)置有沿圓周方向均勻排列的磁極;和定子,該定子上設(shè)置有多個(gè)線圈;其特征在于所述多個(gè)線圈沿所述定子的圓周非均勻地分布。
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),其特征在于所述多個(gè)線圈的個(gè)數(shù)是3n,所述 磁極的個(gè)數(shù)是2m,其中n是大于或等于1的自然數(shù),且m是大于或等于1的自然數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),其特征在于n= 1,m大于2,且其中3n個(gè)線 圈在所述定子的圓周上所占的圓周角對(duì)應(yīng)于連續(xù)的4個(gè)磁極在所述轉(zhuǎn)子的圓周上所占的 圓周角。
4.如權(quán)利要求2所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),其特征在于n=l,m大于1,且其中3個(gè)線圈 在所述定子的圓周上所占的圓周角對(duì)應(yīng)于連續(xù)的2個(gè)磁極在所述轉(zhuǎn)子的圓周上所占的圓周角o
5.如權(quán)利要求2所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),其特征在于n大于l,m大于4n,且其中3n個(gè) 線圈中在所述定子的圓周上所占的圓周角對(duì)應(yīng)于連續(xù)的4n個(gè)磁極在所述轉(zhuǎn)子的圓周上所 占的圓周角。
6.如權(quán)利要求2所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),其特征在于n大于l,m大于2n,且其中3n個(gè) 線圈中在所述定子的圓周上所占的圓周角對(duì)應(yīng)于連續(xù)的2n個(gè)磁極在所述轉(zhuǎn)子的圓周上所 占的圓周角。
7.如權(quán)利要求2所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),其特征在于n大于l,m大于4n,且其中3n個(gè) 線圈中第一組3個(gè)線圈在所述定子的圓周上所占的圓周角對(duì)應(yīng)于連續(xù)的第一組4個(gè)磁極在 所述轉(zhuǎn)子的圓周上所占的圓周角,第二組3個(gè)線圈在所述定子的圓周上所占的圓周角對(duì)應(yīng) 于連續(xù)的第二組4個(gè)磁極在所述轉(zhuǎn)子的圓周上所占的圓周角,且所述第一組4個(gè)磁極與第 二組4個(gè)磁極的位置不相鄰。
8.如權(quán)利要求2所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),其特征在于n大于l,m大于2n,且其中3n個(gè) 線圈中第一組3個(gè)線圈在所述定子的圓周上所占的圓周角對(duì)應(yīng)于連續(xù)的第一組2個(gè)磁極在 所述轉(zhuǎn)子的圓周上所占的圓周角,第二組3個(gè)線圈在所述定子的圓周上所占的圓周角對(duì)應(yīng) 于連續(xù)的第二組2個(gè)磁極在所述轉(zhuǎn)子的圓周上所占的圓周角,且所述第一組2個(gè)磁極與第 二組2個(gè)磁極的位置不相鄰。
9.如權(quán)利要求7或8所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),其特征在于3n個(gè)線圈中每3個(gè)線圈為一 組,各組的位置關(guān)于所述無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的軸心旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。
10.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),其特征在于所述電動(dòng) 機(jī)采用外驅(qū)動(dòng)式結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求9所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),其特征在于所述電動(dòng)機(jī)采用外驅(qū)動(dòng)式結(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),其特征在于所述電動(dòng)機(jī)采用內(nèi) 驅(qū)動(dòng)式結(jié)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求9所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),其特征在于所述電動(dòng)機(jī)采用內(nèi)驅(qū)動(dòng)式結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),其特征在于所述磁極 是永磁體。
15.如權(quán)利要求9所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),其特征在于所述磁極是永磁體。
16.如權(quán)利要求10所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),其特征在于所述磁極是永磁體。
17.如權(quán)利要求11所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),其特征在于所述磁極是永磁體。
18.如權(quán)利要求12所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),其特征在于所述磁極是永磁體。
19.如權(quán)利要求13所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),其特征在于所述磁極是永磁體。
專(zhuān)利摘要一種無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),包括轉(zhuǎn)子,該轉(zhuǎn)子上設(shè)置有沿圓周方向均勻排列的磁極;和定子,該定子上設(shè)置有多個(gè)線圈;其特征在于所述多個(gè)線圈沿所述定子的圓周非均勻地分布。
文檔編號(hào)H02K29/00GK201608614SQ20092016953
公開(kāi)日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2009年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月24日
發(fā)明者胡永建 申請(qǐng)人:豪柏國(guó)際(馬達(dá))集團(tuán)有限公司