軸向氣隙式馬達的製作方法
2023-06-01 05:52:16 2
專利名稱：軸向氣隙式馬達的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種軸向氣隙式馬達，尤其涉及一種具有薄的外形的軸向氣隙式馬達。
背景技術：
圖1示出了傳統的馬達，其包括轉動轉軸23的轉子21，以及轉動轉子21的定子31。該轉子21設置於該定子31的內部，並且該轉子21和該定子31以一氣隙G分開。
該定子31包括定子鐵芯33，該定子鐵芯33通過將多個盤狀鋼片35層疊在一起而構成。定子33的中央形成一容置孔36，轉子21設置在該容置孔36中。當轉子21設置於該容置孔36中時，該轉子21與該定子鐵芯33的內周邊以氣隙G分開。沿著該容置孔36的周邊交替地形成齒和槽37。一定子線圈38圍繞該齒37纏繞，並且當給定子線圈38通電流時，定子線圈38產生轉動轉子21的磁力。
轉子21包括轉軸23以及永磁體25，該永磁體25連接至該轉軸23並轉動該轉子21。永磁體25為盤狀，並具有沿著轉軸23的徑向方向的磁場。一軸承26與該轉軸23連接並可轉動地支撐該轉軸23。
定子31設在一機殼11中，該機殼11可以由諸如塊狀模塑料之類的合成樹脂製成。在該機殼11中還包含印刷電路板(PCB)15。該PCB15上設置有諸如驅動集成電路(IC)16之類的驅動電路。
圖1所示的傳統馬達的一個缺點在於，機殼11中存有PCB15和驅動IC16需要機殼11沿馬達軸向的寬度增加。
另外，因為定子線圈38在定子鐵芯33的上方伸出一高度H，這也增加了機殼11沿馬達軸向的寬度的需求。
而且，由於定子鐵芯33通過將多個鋼片35沿軸向層疊而製成，因此軸向磁通會引起渦流損失，這降低了馬達的效率。
發明內容
本發明涉及一種軸向氣隙式馬達。本發明的馬達的特徵之一在於該馬達薄且緊湊。另一特徵在於該馬達由軸向磁通引起的損失低。又一特徵在於不需要用於檢測其轉子位置的獨立的磁體。還有一特徵在於其具有低的轉矩脈動。
為了達到至少這些特徵，在此提供了一種軸向氣隙式馬達，該馬達包括轉子，其具有磁體；定子，其內具有容置空間，該定子沿該馬達的軸向以一氣隙該磁體分開；以及印刷電路板(PCB)，其設置在該定子的容置空間內。
該定子可以包括沿該定子的徑向層疊的定子鐵芯。該定子鐵芯可以包括具有多個不同直徑的多個鋼環，所述鋼環層疊在一起。該定子鐵芯可以包括具有不同長度的多個鋼片，所述鋼片捲成環狀並層疊在一起。該定子鐵芯可以包括一長鋼片，該鋼片螺旋地纏繞並層疊在一起。
該馬達可以包括設置在該定子鐵芯的表面上的多個定子線圈。該馬達還可以包括設置在該PCB上的驅動電路，該驅動電路輸出三相交流電至該定子線圈。該馬達還可以包括設置在該PCB的表面上的多個磁體檢測器。所述磁體檢測器可以檢測該磁體的轉動位置，並與該三相交流電的相位相對應。
該磁體可以包括不同的磁極，所述磁極圍繞該磁體的周邊交替地設置。所述磁極可以具有的中央近似平坦而邊緣為錐形的底面。所述磁極的截面可以形成為圓弧形。所述磁極可以是獨立的構件。
該磁體可以是環狀。該轉子可以包括盤狀的轉子軛，該轉子軛支撐該磁體。該馬達可以包括一機殼，該機殼內容置該定子和該轉子。該馬達可以包括形成在該機殼和該定子的其中之一上的凸起，以及形成在該機殼和該定子的其中之另一個上以容置所述凸起的凸起容置部。
還提供了一種軸向氣隙式馬達，其包括轉子，其具有磁體；定子，該定子沿著該馬達的軸向以一氣隙與該磁體分開，並且包括定子鐵芯，該定子鐵芯沿該定子的徑向層疊並其內具有容置空間；和定子線圈，所述定子線圈設置在該定子鐵芯的表面上，並產生與該磁體相互作用的磁力；PCB，其包括給該定子線圈輸出三相交流電的驅動電路，且該PCB設置在該定子的容置空間內；以及多個磁體檢測器，其檢測該磁體的轉動位置。
該定子鐵芯可以包括連接至所述定子線圈的凸起，所述定子線圈設置成環形。該馬達可以包括設置在該定子鐵芯和該定子線圈之間的絕緣件。
通過以下結合附圖對本發明的詳細說明，本發明的上述以及其它目的、特徵、方案和優點將會更加清楚。
所包含的附圖提供了對本發明的進一步理解，其被併入到本說明書中並構成本說明書的一部分，所述附圖示出了本發明的實施例，並與文字描述一起用於解釋本發明的原理。
在附圖中圖1是示出根據現有技術的馬達的一個實例的剖視圖；圖2是根據本發明第一實施例的軸向氣隙式馬達的剖視圖；圖3是圖2中的軸向氣隙式馬達的分解立體圖；圖4是圖3的連接狀態的俯視圖；圖5是示出圖2中的定子鐵芯的製造方法的圖；圖6是示出圖2中的定子鐵芯的另一種製造方法的圖；圖7是示出圖2中的定子鐵芯的又一種製造方法的圖；圖8是示出圖2中的定子線圈的線連接的圖；圖9是示出圖2中的磁體檢測器的改型的圖；圖10是圖2中的轉子的仰視圖；圖11是圖2中的磁體的立體圖；圖12是圖11的一部分的剖面圖；圖13到圖18是示出圖2中的磁體的各種改型的圖；圖19是根據本發明第二實施例的軸向氣隙式馬達的剖視圖；圖20是圖19中的軸向氣隙式馬達的定子鐵芯和定子線圈的分解立體圖；圖21是用於形成圖20中的凸起的電子鋼板的側視圖；圖22是圖19中的定子鐵芯和定子線圈之間的連接圖。
具體實施例方式
圖2示出了根據本發明的軸向氣隙式馬達的實施例的剖視圖。圖2所示的馬達包括轉子150和定子170。該轉子150包括轉軸151和磁體155，該磁體155具有沿馬達的軸向流動的磁場。定子170與磁體155以一氣隙G分開。該馬達還包括PCB181，該PCB181設置在定子170的容置空間內。
轉子150和定子170都設在一機殼110中。在馬達的一個實施例中，機殼110可以包括沿著馬達的軸向可拆卸地連接在一起的第一本體111和一第二本體121。
圖3示出了圖2所示的馬達的實施例的分解立體圖。如圖3所示，可以在第一本體111和第二本體121中分別形成軸承接合部113和軸承接合部123。軸承接合部113和軸承接合部123容置軸承152，該軸承152可轉動地支撐轉軸151。為了將第一本體111和第二本體121連接在一起，可以在第一本體111和第二本體121上分別形成螺釘安裝部115和螺釘安裝部125。螺釘安裝部115和螺釘安裝部125可以分別從第一本體111和第二本體121的外周伸出，如圖3所示。在螺釘安裝部115和螺釘安裝部125中擰入螺釘120，以將第一本體111和第二本體121連接在一起。
可以沿著第二本體121的外周形成凸起126，凸起126如圖3所示朝第二本體121的中央突出。凸起126將定子170的定子鐵芯171保持在適當位置上。還可以在第二本體121的內部形成多個凸臺部127，以將PCB181保持在適當位置上。
定子170包括多個定子線圈175以及具有薄平形狀的定子鐵芯171。圖5到圖7示出了定子鐵芯171的多個實施例。在圖5所示的實施例中，定子鐵芯171由螺旋地纏繞並層疊在一起的單個長鋼片172a或其它合適的材料製成。在圖6所示的實施例中，定子鐵芯171由具有不同長度的多個鋼片172b或其它合適的材料製成。上述鋼片172b捲成環狀並放入鋼環172c或其它合適的材料中。鋼片172b和鋼環172c層疊在一起。在圖7所示的實施例中，定子鐵芯171由具有不同直徑的多個環172c製成，上述環172c由鋼或其它合適的材料製成。多個環172c層疊在一起。如圖3所示，可以在定子鐵芯171的外周形成凸起容置部173。在定子鐵芯171安裝在第二本體121上時，形成於第二本體121上的凸起126安裝在凸起容置部173內，以便將定子鐵芯171保持在適當位置上。可選地，凸起容置部可以形成在第二本體121上，且凸起可以形成在定子鐵芯171的外周上，以安裝在凸起容置部內將定子鐵芯171保持在適當位置上。
圖8示出了定子線圈175的連接。如圖8所示，定子線圈175包括線圈176a、線圈176b和線圈176c，線圈176a、線圈176b和線圈176c分別連接u相交流電、v相交流電和w相交流電。線圈176a、176b和176c中的每一個線圈均纏繞多次以形成環形。由於線圈176a、176b和176c不是圍繞鐵芯纏繞，所以沒有產生渦流損失，且可以減小馬達的重量。
定子170包括相同數量的線圈176a、176b和176c(在如圖8所示的實例中為3個)。如圖8所示，線圈176a、176b和176c設置成環形，並且為交替模式。每一個線圈176a均電連接在一起，並與u相交流電連接；每一個線圈176b均電連接在一起，並與v相交流電連接；且每一個線圈176c均電連接在一起，並與w相交流電連接。
PCB181安裝在定子鐵芯171的內周邊內。PCB181可以是盤狀，如圖3所示，或者是允許其安裝在定子鐵芯171的內周邊內的任何其它形狀。在圖3所示的PCB181的實施例中，在PCB181的中央形成一軸孔183，轉軸151穿過該軸孔183。可以在PCB181上形成多個螺釘孔184，以將PCB181擰在第二本體121上。在PCB181上設置一驅動電路187。該驅動電路187可以實施為例如IC。驅動電路187輸出三相交流電(即u相、v相和w相交流電)至定子線圈175。
圖4示出了定子170和PCB181的實施例的俯視圖。在圖4所示的實施例中，在PCB181上沿著PCB181的外圍的三個位置設置磁體檢測器185。磁體檢測器185檢測磁體155的轉動位置，且可以由例如霍爾傳感器實施。磁體檢測器185與定子線圈175的u相、v相和w相相對應。
圖9示出了定子170和PCB181的另一個實施例的俯視圖。在該實施例中，在PCB181上沿著軸孔183的外圍，而不是象圖4的實施例那樣沿著PCB181的外圍，設置磁體檢測器188。
圖10示出了轉子150的仰視圖。該轉子150包括轉子軛153，該轉子軛153與轉軸151連接，並支撐磁體155。轉子軛153可以形成為盤狀磁性件。磁體155為環形，並且可以通過例如注射成型一體成形，以簡化形成過程。磁體155包括多個磁極156。磁極156的N極和S極在磁體155中交替地設置。
圖11和圖12示出了磁體155的實施例。在圖11和圖12所示的實施例中，磁極156的截面形成為圓弧形。
圖13和圖14示出了磁體155的另一個實施例。在該實施例中，磁體155由具有基本一致厚度的磁極157構成。圖15和圖16示出了磁體155的又一個實施例。在該實施例中，磁體155由底面的中央基本平坦而底面的邊緣為錐形的磁極158構成。
圖17和圖18示出了磁體155的又一個實施例。在該實施例中，磁體155由磁極159構成，上述磁極159是獨立元件，而不是如上所述的一體成形。圖17和圖18中所示的磁極159的截面形成為圓弧形。然而，在其它實施例中，磁極159可以具有基本一致的厚度，如圖13和圖14所示，或者可以具有中央基本平坦而邊緣為錐形的底面，如圖15和圖16所示。
上述的馬達通過以下步驟裝配將定子鐵芯171和定子線圈175設置在第二本體121上；將PCB181設置在定子鐵芯171的內周邊內；設置轉子150以使轉軸151穿過定子鐵芯171的內周邊和PCB181的軸孔183，並使下軸承152安裝在軸承接合部123中；將第一本體111設置在轉子150的上方，以使上軸承152安裝在軸承接合部113中；以及例如通過螺釘120將第一本體111和第二本體121擰在一起，從而將第一本體111和第二本體121固定在一起，如圖2和圖3所示。
圖19至圖22示出了根據本發明的軸向氣隙式馬達的另一實施例。該實施例與上述馬達的不同之處在於，在定子鐵芯171的、與定子線圈175連接的頂面上形成有多個凸起174。為了形成如圖19和圖20所示的定子鐵芯171，一個或多個鋼片172d可以形成有凸起174，如圖21所示。鋼片172d可以通過上述與圖5至圖7相關的方法中的一個方法形成定子鐵芯171。
如圖22所示，在定子鐵芯171和定子線圈175之間設置一絕緣件177以用於絕緣。在該絕緣件177上形成支撐各定子線圈175的支撐部178。在定子鐵芯171、絕緣件177及定子線圈175的外部形成一模製部(moldingportion)179，以覆蓋定子鐵芯171、絕緣件177及定子線圈175。
在上述的軸向氣隙式馬達中，定子和轉子沿軸向以一氣隙分開，並且PCB設置在定子的內部，從而使馬達的尺寸薄且緊湊。
該馬達的另一個優點在於，當定子鐵芯沿徑向層疊時，由於軸向磁通產生的渦流損失減少。而且，如果通過注射成型來形成磁體，則可以簡化製造過程。
另一優點在於，磁體中磁極的設置減小了轉矩脈動(torque ripple)和噪音。
另一優點在於，在不增加馬達尺寸的情況下設置了磁體檢測器。
由於在不脫離本發明的構思和實質特徵的情況下，本發明可以用多種形式來實現，所以還應該理解的是，除了另外指定，上述實施例並非受限於前面所描述的任何細節，而可以在所附權利要求書限定的構思和範圍內進行廣泛的解釋，因此落入本發明的權利要求書或其等同物範圍內的所有變化和修改都應包含在所附權利要求書的範圍內。
權利要求
1.一種軸向氣隙式馬達，包括轉子，其包括磁體；定子，其內具有容置空間，該定子沿該馬達的軸向以一氣隙與該磁體分開；以及印刷電路板，其設置在該定子的容置空間內。
2.如權利要求1所述的馬達，其中，該定子包括沿該定子的徑向層疊的定子鐵芯。
3.如權利要求2所述的馬達，其中，該定子鐵芯包括具有不同直徑的多個鋼環，所述鋼環層疊在一起。
4.如權利要求2所述的馬達，其中，該定子鐵芯包括具有不同長度的多個鋼片，所述鋼片捲成環狀並層疊在一起。
5.如權利要求2所述的馬達，其中，該定子鐵芯包括一長鋼片，該鋼片螺旋地纏繞並層疊在一起。
6.如權利要求2所述的馬達，其中，該馬達還包括設置在該定子鐵芯的表面上的多個定子線圈。
7.如權利要求6所述的馬達，其中，該馬達還包括設置在該印刷電路板上的驅動電路，該驅動電路輸出三相交流電至所述定子線圈。
8.如權利要求7所述的馬達，其中，該馬達還包括設置在該印刷電路板的表面上的多個磁體檢測器。
9.如權利要求8所述的馬達，其中，所述多個磁體檢測器檢測該磁體的轉動位置，並與該三相交流電的相位相對應。
10.如權利要求1所述的馬達，其中，該磁體包括不同的磁極，所述磁極圍繞該磁體的周邊交替地設置。
11.如權利要求10所述的馬達，其中，所述不同的磁極具有中央近似平坦而邊緣為錐形的底面。
12.如權利要求10所述的馬達，其中，所述不同的磁極的截面形成為圓弧形。
13.如權利要求10所述的馬達，其中，所述不同的磁極是獨立的元件。
14.如權利要求1所述的馬達，其中，該磁體為環形。
15.如權利要求1所述的馬達，其中，該轉子包括盤狀的轉子軛，該轉子軛支撐該磁體。
16.如權利要求1所述的馬達，其中，該馬達還包括一機殼，該機殼內容置該定子和該轉子。
17.如權利要求16所述的馬達，其中，該馬達還包括凸起，其形成在該機殼和該定子的其中之一上；以及凸起容置部，其形成在該機殼和該定子的其中之另一個上，以容置所述凸起。
18.一種軸向氣隙式馬達，包括轉子，其包括磁體；定子，其沿該馬達的軸向以一氣隙與該磁體分開，並且該定子具有定子鐵芯，該定子鐵芯沿該定子的徑向層疊且其內具有容置空間；和定子線圈，所述定子線圈設置在該定子鐵芯的表面上，且產生與該磁體相互作用的磁力；印刷電路板，其包括給該定子線圈輸出三相交流電的驅動電路，且該印刷電路板設置在該定子的容置空間內；以及多個磁體檢測器，其檢測該磁體的轉動位置。
19.如權利要求18所述的馬達，其中，該定子鐵芯包括連接至所述定子線圈的凸起，所述定子線圈設置成環形。
20.如權利要求19所述的馬達，其中，該馬達還包括設置在該定子鐵芯和所述定子線圈之間的絕緣件。
全文摘要
本發明涉及一種軸向氣隙式馬達，包括轉子，其具有磁體；定子，其內具有容置空間，該定子沿該馬達的軸向以一氣隙與該磁體分開；以及印刷電路板，其設置在該定子的容置空間內。
文檔編號H02K3/34GK101093951SQ200710088500
公開日2007年12月26日 申請日期2007年3月27日 優先權日2006年6月20日
發明者韓承道, 李東一, 申鉉定 申請人:Lg電子株式會社