拼裝式微型無刷直流電動機的制作方法

本發明是一種拼裝式微型無刷直流電動機，其涉及一種電動機，特別是涉及一種定子鐵芯采用拼裝式閉口線槽結構的外轉子式無刷直流電動機。

背景技術：

用于電腦、電子設備機箱通風冷卻的普通微型單相無刷直流風機應用十分廣泛，其控制器芯片技術的發展較為完善，控制器芯片的價格也較為低廉，例如US79KUA控制器芯片的市場單價低至二元以下。普通微型單相無刷直流風機輸出功率僅有1W，效率約為30%，采用外轉子式結構。普通微型單相無刷直流風機的轉子磁軛是用整片的導磁材料加工制成圓筒形，定子磁場的脈動仍然會在轉子磁軛中產生渦流損耗。單相無刷直流電動機存在轉矩為零的“死點”，只能采用不對稱氣隙結構。不對稱氣隙結構會使電動機氣隙中的磁場產生畸變，使定子磁動勢諧波損耗增加，導致普通微型單相無刷直流風機的輸出轉矩小、電機效率無法提升。不對稱氣隙結構也不適用于需要正、反兩個轉向的風機。若微型風機采用兩相繞組或三相繞組驅動，則可以取消不對稱氣隙結構，卻仍然無法采用閉口線槽結構。定子鐵芯的閉口線槽結構能消除齒槽轉矩，定子鐵芯的開口線槽結構有利于定子繞組的纏繞加工。定子鐵芯的開口線槽結構產生的齒槽轉矩，會引起電機振動、噪音和低轉速時控制困難等諸多問題，在電機設計中應該采取技術措施降低或消除齒槽轉矩。普通微型單相無刷直流風機的不對稱氣隙結構所產生的齒槽轉矩是該電機順利啟動的必備條件，不能消除普通微型單相無刷直流風機的齒槽轉矩。若微型風機采用兩相繞組或三相繞組驅動，并且采用有利于定子繞組纏繞加工，又能消除齒槽轉矩的拼裝式閉口線槽結構，則可以提升微型風機輸出轉矩和電機效率，降低電機振動和噪音，以及提高電機低轉速時的控制性能。

技術實現要素：

本發明的目的是克服普通微型單相無刷直流風機輸出轉矩小、電機效率無法提升的缺點，以及克服普通無刷直流電動機齒槽轉矩引起電機振動、噪音和低轉速時控制困難的缺點，提供一種采用拼裝式閉口線槽結構的外轉子式無刷直流電動機。本發明的實施方案如下：

拼裝式微型無刷直流電動機包括定子部件、轉子部件、控制器。所述電動機是外轉子式結構，采用兩相繞組驅動，定子鐵芯部件采用拼裝式閉口線槽結構，轉子磁軛采用螺旋形疊片結構。定子部件中有兩相繞組，每相繞組包括兩個繞組線圈，同相序兩個繞組線圈在空間上相差一百八十度，相鄰兩個繞組線圈屬于不同相序，相鄰兩個繞組線圈在空間上相差九十度。控制器采用兩個普通微型單相無刷直流風機的控制器芯片，每個控制器芯片內包含有一個霍爾傳感器。或者，每個控制器芯片與一個霍爾傳感器分立元件配合使用。每個霍爾傳感器放置在相鄰兩個繞組線圈之間。兩個霍爾傳感器放置位置在空間上相差九十度。控制器使兩相繞組的電流相位相差九十度電角度。

定子部件包括軸套、定子機座、繞組骨架一、定子鐵芯部件、繞組骨架二、繞組線圈。軸套呈圓筒形，軸套中間是軸孔。定子機座中間是機座筒體，機座筒體徑向內側是軸套腔，軸套安裝在軸套腔內。定子機座的一端有機座法蘭，機座法蘭用于固定定子部件。

定子鐵芯部件包括四個定子鐵芯，分別是定子鐵芯一、定子鐵芯二、定子鐵芯三、定子鐵芯四，每個定子鐵芯沿著軸向分成四個鐵芯沖片段，鐵芯沖片段有定子鐵芯沖片段一、定子鐵芯沖片段二兩種結構。

定子鐵芯沖片段一由若干個定子鐵芯沖片一疊壓而成，定子鐵芯沖片一材質是導磁材料。定子鐵芯沖片段一呈扇形，定子鐵芯沖片段一徑向外側有一個定子磁極，定子磁極徑向外側是定子極靴，定子極靴沿著圓周方向兩端各有一個磁橋，磁橋的截面向兩端方向逐漸減小，磁橋端面形成一個截面非常小的隔磁端面。定子磁極徑向內側沿著圓周方向兩端各有一個三角形的定子磁軛塊一，定子磁軛塊一徑向內側與一個定子磁軛環相連接，定子磁軛環中間是鐵芯安裝孔。定子鐵芯沖片段一的定子磁極、定子極靴、定子磁軛塊一之間形成半封閉的鐵芯繞組空腔。

定子鐵芯沖片段二由若干個定子鐵芯沖片二疊壓而成，定子鐵芯沖片二材質是導磁材料。定子鐵芯沖片段二呈扇形，定子鐵芯沖片段二徑向外側有一個定子磁極，定子磁極徑向外側是定子極靴，定子極靴沿著圓周方向兩端各有一個磁橋，磁橋的截面向兩端方向逐漸減小，磁橋端面形成一個截面非常小的隔磁端面。定子磁極徑向內側沿著圓周方向兩端各有一個三角形的定子磁軛塊二，定子磁軛塊二徑向內表面是磁軛聯接面。定子鐵芯沖片段二的定子磁極、定子極靴、定子磁軛塊二之間形成半封閉的鐵芯繞組空腔。

每個定子鐵芯沿著軸向由一個定子鐵芯沖片段一和三個定子鐵芯沖片段二排列組成。定子鐵芯一沿著軸向從前向后依次排列有一個定子鐵芯沖片段一和三個定子鐵芯沖片段二。定子鐵芯二沿著軸向從前向后依次排列有一個定子鐵芯沖片段二、一個定子鐵芯沖片段一和二個定子鐵芯沖片段二。定子鐵芯三沿著軸向從前向后依次排列有二個定子鐵芯沖片段二、一個定子鐵芯沖片段一和一個定子鐵芯沖片段二。定子鐵芯四沿著軸向從前向后依次排列有三個定子鐵芯沖片段二和一個定子鐵芯沖片段一。

繞組骨架一呈扇形，繞組骨架一徑向外側有一個絕緣板，絕緣板徑向外側是外絕緣塊，外絕緣塊軸向外側一端有兩個焊接柱，絕緣板徑向內側是內絕緣塊。繞組骨架一的絕緣板、外絕緣塊、內絕緣塊之間形成半封閉的骨架繞組空腔。四個繞組骨架一組成繞組骨架一部件。繞組骨架一部件中間形成骨架安裝孔。

繞組骨架二呈扇形，繞組骨架二徑向外側有一個絕緣板，絕緣板徑向外側是外絕緣塊，絕緣板徑向內側是內絕緣塊。繞組骨架二的絕緣板、外絕緣塊、內絕緣塊之間形成半封閉的骨架繞組空腔。四個繞組骨架二組成繞組骨架二部件。繞組骨架二部件中間形成骨架安裝孔。

定子部件在裝配時，先把繞組骨架一和繞組骨架二分別安裝在每個定子鐵芯的軸向兩端，然后在每個定子鐵芯的鐵芯繞組空腔以及繞組骨架一和繞組骨架二的骨架繞組空腔中纏繞加工繞組線圈，然后把定子鐵芯一、定子鐵芯二、定子鐵芯三、定子鐵芯四依次安裝在一起，使每個定子鐵芯的定子鐵芯沖片段一的定子磁軛環徑向外表面與其余定子鐵芯的定子鐵芯沖片段二的磁軛聯接面相互接觸安裝在一起。此時，相鄰定子鐵芯的隔磁端面相互接觸安裝在一起，使相鄰兩個半封閉的鐵芯繞組空腔形成封閉的拼裝式閉口線槽。然后把每個定子鐵芯的鐵芯安裝孔安裝在機座筒體徑向外表面。通過焊接柱把控制器安裝在定子部件上。并且把繞組線圈與控制器用導線連接。

轉子部件包括轉軸、永磁體、轉子磁軛、轉子外殼、開口擋圈。轉子外殼呈一端封閉的圓筒形，轉子外殼內側中間有一個聯接凹槽。轉軸呈圓柱形，轉軸一端表面有環形凹槽，環形凹槽處安裝有開口擋圈，轉軸另一端固定在轉子外殼的聯接凹槽內。轉子外殼徑向內表面有一個磁軛凹槽。轉子磁軛沿著軸向展開時呈螺旋形，轉子磁軛沿著軸向疊壓后呈圓筒形。轉子外殼注塑加工時，把疊壓后的轉子磁軛安裝在轉子外殼的磁軛凹槽內。轉子磁軛徑向內側有二個瓦片形的永磁體，相鄰永磁體徑向內表面互為異性磁極。在二個瓦片形的永磁體徑向內側形成轉子氣隙內腔。轉軸安裝在定子部件軸套的軸孔中，通過轉軸把轉子部件安裝在定子部件徑向外側。拼裝式微型無刷直流電動機作為風機電動機時，風扇葉片可以直接嵌在轉子外殼徑向外表面。

拼裝式微型無刷直流電動機在運行過程中，定子部件兩相繞組在電機氣隙中產生旋轉磁場，定子旋轉磁場與轉子永磁體磁場相互作用產生電磁轉矩，使拼裝式微型無刷直流電動機啟動并運行。所述電動機兩相繞組電流相位相差九十度電角度，不存在轉矩為零的“死點”，不需要采用不對稱氣隙結構。轉子磁軛采用螺旋形疊片結構，降低了渦流損耗。與普通微型單相無刷直流風機相比，所述電動機氣隙中磁場畸變小，定子磁動勢諧波損耗小，輸出轉矩大，電機效率高。所述電動機定子鐵芯部件徑向外表面無開口齒槽，拼裝式閉口線槽結構有利于定子繞組纏繞加工的同時，又能消除齒槽轉矩，降低電機振動和噪音，提高電機低轉速時的控制性能。所述電動機控制器采用兩個普通微型單相無刷直流風機的控制器芯片，具有成本低的優點。

附圖說明

說明書附圖是拼裝式微型無刷直流電動機的結構圖和示意圖。其中圖1是拼裝式微型無刷直流電動機的軸測剖視圖。圖2是定子鐵芯部件的裝配位置示意圖。圖3是定子鐵芯沖片段一的軸測圖。圖4是定子鐵芯沖片段二的軸測圖。圖5是定子鐵芯一的軸測圖。圖6是定子鐵芯二的軸測圖。圖7是定子鐵芯三的軸測圖。圖8是定子鐵芯四的軸測圖。圖9是繞組骨架一部件的裝配位置示意圖。圖10是繞組骨架二部件的裝配位置示意圖。圖11是繞組骨架一的軸測圖。圖12是繞組骨架二的軸測圖。圖13是繞組骨架一、繞組骨架二、繞組線圈、定子鐵芯二裝配在一起的軸測圖。圖14是定子鐵芯部件、繞組骨架一、繞組骨架二、繞組線圈裝配在一起的軸測圖。圖15是定子機座、軸套裝配在一起的軸測圖。圖16是控制器的軸測圖。圖17是轉子部件的軸測剖視圖。圖18是轉子外殼、轉軸、轉子磁軛裝配在一起的軸測剖視圖。圖19是轉子磁軛沿著軸向展開的軸測圖。

說明書附圖中大寫字母N和S代表轉子磁極極性。

圖中標注有軸套1、控制器芯片2、控制器3、定子機座4、繞組骨架一5、定子鐵芯部件6、繞組骨架二7、繞組線圈8、轉軸9、永磁體10、轉子磁軛11、轉子外殼12、定子鐵芯四13、定子鐵芯三14、定子磁軛環15、定子鐵芯一16、定子鐵芯二17、拼裝式閉口線槽18、磁橋19、隔磁端面20、鐵芯安裝孔21、定子磁軛塊一22、定子磁極23、鐵芯繞組空腔24、定子極靴25、磁軛聯接面26、定子磁軛塊二27、定子鐵芯沖片段一28、定子鐵芯沖片段二29、外絕緣塊30、絕緣板31、內絕緣塊32、骨架安裝孔33、骨架繞組空腔34、焊接柱35、環形凹槽36、聯接凹槽37、開口擋圈38、轉子氣隙內腔39。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步敘述。

參照圖1至圖16，拼裝式微型無刷直流電動機包括定子部件、轉子部件、控制器3。所述電動機是外轉子式結構，采用兩相繞組驅動，定子鐵芯部件6采用拼裝式閉口線槽18結構，轉子磁軛11采用螺旋形疊片結構。定子部件中有兩相繞組，每相繞組包括兩個繞組線圈8，同相序兩個繞組線圈8在空間上相差一百八十度，相鄰兩個繞組線圈8屬于不同相序，相鄰兩個繞組線圈8在空間上相差九十度。控制器3采用兩個普通微型單相無刷直流風機的控制器芯片2，每個控制器芯片2內包含有一個霍爾傳感器。或者，每個控制器芯片2與一個霍爾傳感器分立元件配合使用。每個霍爾傳感器放置在相鄰兩個繞組線圈8之間。兩個霍爾傳感器放置位置在空間上相差九十度。控制器3使兩相繞組的電流相位相差九十度電角度。

定子部件包括軸套1、定子機座4、繞組骨架一5、定子鐵芯部件6、繞組骨架二7、繞組線圈8。軸套1呈圓筒形，軸套1中間是軸孔。定子機座4中間是機座筒體，機座筒體徑向內側是軸套腔，軸套1安裝在軸套腔內。定子機座4的一端有機座法蘭，機座法蘭用于固定定子部件。

定子鐵芯部件6包括四個定子鐵芯，分別是定子鐵芯一16、定子鐵芯二17、定子鐵芯三14、定子鐵芯四13，每個定子鐵芯沿著軸向分成四個鐵芯沖片段，鐵芯沖片段有定子鐵芯沖片段一28、定子鐵芯沖片段二29兩種結構。

定子鐵芯沖片段一28由若干個定子鐵芯沖片一疊壓而成，定子鐵芯沖片一材質是導磁材料。定子鐵芯沖片段一28呈扇形，定子鐵芯沖片段一28徑向外側有一個定子磁極23，定子磁極23徑向外側是定子極靴25，定子極靴25沿著圓周方向兩端各有一個磁橋19，磁橋19的截面向兩端方向逐漸減小，磁橋19端面形成一個截面非常小的隔磁端面20。定子磁極23徑向內側沿著圓周方向兩端各有一個三角形的定子磁軛塊一22，定子磁軛塊一22徑向內側與一個定子磁軛環15相連接，定子磁軛環15中間是鐵芯安裝孔21。定子鐵芯沖片段一28的定子磁極23、定子極靴25、定子磁軛塊一22之間形成半封閉的鐵芯繞組空腔24。

定子鐵芯沖片段二29由若干個定子鐵芯沖片二疊壓而成，定子鐵芯沖片二材質是導磁材料。定子鐵芯沖片段二29呈扇形，定子鐵芯沖片段二29徑向外側有一個定子磁極23，定子磁極23徑向外側是定子極靴25，定子極靴25沿著圓周方向兩端各有一個磁橋19，磁橋19的截面向兩端方向逐漸減小，磁橋19端面形成一個截面非常小的隔磁端面20。定子磁極23徑向內側沿著圓周方向兩端各有一個三角形的定子磁軛塊二27，定子磁軛塊二27徑向內表面是磁軛聯接面26。定子鐵芯沖片段二29的定子磁極23、定子極靴25、定子磁軛塊二27之間形成半封閉的鐵芯繞組空腔24。

每個定子鐵芯沿著軸向由一個定子鐵芯沖片段一28和三個定子鐵芯沖片段二29排列組成。定子鐵芯一16沿著軸向從前向后依次排列有一個定子鐵芯沖片段一28和三個定子鐵芯沖片段二29。定子鐵芯二17沿著軸向從前向后依次排列有一個定子鐵芯沖片段二29、一個定子鐵芯沖片段一28和二個定子鐵芯沖片段二29。定子鐵芯三14沿著軸向從前向后依次排列有二個定子鐵芯沖片段二29、一個定子鐵芯沖片段一28和一個定子鐵芯沖片段二29。定子鐵芯四13沿著軸向從前向后依次排列有三個定子鐵芯沖片段二29和一個定子鐵芯沖片段一28。

繞組骨架一5呈扇形，繞組骨架一5徑向外側有一個絕緣板31，絕緣板31徑向外側是外絕緣塊30，外絕緣塊30軸向外側一端有兩個焊接柱35，絕緣板31徑向內側是內絕緣塊32。繞組骨架一5的絕緣板31、外絕緣塊30、內絕緣塊32之間形成半封閉的骨架繞組空腔34。四個繞組骨架一5組成繞組骨架一部件。繞組骨架一部件中間形成骨架安裝孔33。

繞組骨架二7呈扇形，繞組骨架二7徑向外側有一個絕緣板31，絕緣板31徑向外側是外絕緣塊30，絕緣板31徑向內側是內絕緣塊32。繞組骨架二7的絕緣板31、外絕緣塊30、內絕緣塊32之間形成半封閉的骨架繞組空腔34。四個繞組骨架二7組成繞組骨架二部件。繞組骨架二部件中間形成骨架安裝孔33。

定子部件在裝配時，先把繞組骨架一5和繞組骨架二7分別安裝在每個定子鐵芯的軸向兩端，然后在每個定子鐵芯的鐵芯繞組空腔24以及繞組骨架一5和繞組骨架二7的骨架繞組空腔34中纏繞加工繞組線圈8，然后把定子鐵芯一16、定子鐵芯二17、定子鐵芯三14、定子鐵芯四13依次安裝在一起，使每個定子鐵芯的定子鐵芯沖片段一28的定子磁軛環15徑向外表面與其余定子鐵芯的定子鐵芯沖片段二29的磁軛聯接面26相互接觸安裝在一起。此時，相鄰定子鐵芯的隔磁端面20相互接觸安裝在一起，使相鄰兩個半封閉的鐵芯繞組空腔24形成封閉的拼裝式閉口線槽18。然后把每個定子鐵芯的鐵芯安裝孔21安裝在機座筒體徑向外表面。通過焊接柱35把控制器3安裝在定子部件上。并且把繞組線圈8與控制器3用導線連接。

參照圖17至圖19，轉子部件包括轉軸9、永磁體10、轉子磁軛11、轉子外殼12、開口擋圈38。轉子外殼12呈一端封閉的圓筒形，轉子外殼12內側中間有一個聯接凹槽37。轉軸9呈圓柱形，轉軸9一端表面有環形凹槽36，環形凹槽36處安裝有開口擋圈38，轉軸9另一端固定在轉子外殼12的聯接凹槽37內。轉子外殼12徑向內表面有一個磁軛凹槽。轉子磁軛11沿著軸向展開時呈螺旋形，轉子磁軛11沿著軸向疊壓后呈圓筒形。轉子外殼12注塑加工時，把疊壓后的轉子磁軛11安裝在轉子外殼12的磁軛凹槽內。轉子磁軛11徑向內側有二個瓦片形的永磁體10，相鄰永磁體10徑向內表面互為異性磁極。在二個瓦片形的永磁體10徑向內側形成轉子氣隙內腔39。轉軸9安裝在定子部件軸套1的軸孔中，通過轉軸9把轉子部件安裝在定子部件徑向外側。拼裝式微型無刷直流電動機作為風機電動機時，風扇葉片可以直接嵌在轉子外殼12徑向外表面。

參照圖1、圖2、圖19，拼裝式微型無刷直流電動機在運行過程中，定子部件兩相繞組在電機氣隙中產生旋轉磁場，定子旋轉磁場與轉子永磁體磁場相互作用產生電磁轉矩，使拼裝式微型無刷直流電動機啟動并運行。所述電動機兩相繞組電流相位相差九十度電角度，不存在轉矩為零的“死點”，不需要采用不對稱氣隙結構。轉子磁軛11采用螺旋形疊片結構，降低了渦流損耗。與普通微型單相無刷直流風機相比，所述電動機氣隙中磁場畸變小，定子磁動勢諧波損耗小，輸出轉矩大，電機效率高。所述電動機定子鐵芯部件6徑向外表面無開口齒槽，拼裝式閉口線槽18結構有利于定子繞組纏繞加工的同時，又能消除齒槽轉矩，降低電機振動和噪音，提高電機低轉速時的控制性能。所述電動機控制器采用兩個普通微型單相無刷直流風機的控制器芯片，具有成本低的優點。