一種內置霍爾傳感器的無刷電的製造方法
2023-05-05 05:57:01
一種內置霍爾傳感器的無刷電的製造方法
【專利摘要】一種內置霍爾傳感器的無刷電機，其特徵在於：由定子和轉子組成，定子和轉子之間為氣隙，定子由定子殼體、定子鐵芯、定子線圈、定子骨架及霍爾傳感器組成，其中霍爾傳感器固定在定子骨架上，定子線圈繞制在定子骨架上；轉子由轉子鐵芯、轉子襯套和永磁體組成。本發明將霍爾傳感器內置於定子內部，通過灌膠固化工藝使定子線圈與霍爾傳感器相對位置固定，避免了由於傳感器位置偏移導致的無刷電機換相偏差問題，同時由於省去了外置霍爾傳感器安裝調節的步驟，顯著提高了無刷電機的可靠性和使用便捷性。
【專利說明】一種內置霍爾傳感器的無刷電機
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種內置霍爾傳感器的無刷電機，可用於高、低速無刷電機，適用於各 種電機驅動領域。
【背景技術】
[0002] 無刷電機由於省去了傳統直流電機的電刷輸電裝置，用電子換相取代了機械換 相，使定轉子無機械接觸，在可靠性和長壽命方面有著顯著的優勢。
[0003] 電子換相可採用無位置傳感器方案，採用反電動勢方法獲取轉子位置，但此種方 法在低速場合效果很難實現。
[0004] 目前應用較多的無刷電機採用霍爾傳感器換相，具有電路簡易、算法簡單的優點。 但現有技術的電機位置傳感器一般與電機本體分離，米用外置傳感器方案，需要在電機安 裝完成後對傳感器進行單獨安裝。由於傳感器與電機定子繞組存在角度位置關係，因此這 種安裝方式需要對霍爾傳感器進行單獨的調節，且安裝完成後可能會存在角度的偏移，容 易造成換相偏移，導致電機的力矩係數出現較大波動。
【發明內容】
[0005] 本發明的技術解決問題是：克服現有技術不足，提供了一種內置霍爾傳感器的無 刷電機，使定子繞組與傳感器固化在一起，免去了調節的過程，提高了可靠性；由於傳感器 的位置精度較高，有效降低了電機的力矩波動。
[0006] 本發明的技術解決方案是：一種內置霍爾傳感器的無刷電機，包括：定子和轉子；
[0007] 其中定子包括定子殼體、定子鐵芯、霍爾傳感器、定子線圈和定子骨架，轉子包括 永磁體、轉子鐵芯和轉子襯套；
[0008] 定子殼體和定子鐵芯均為圓環結構，定子鐵芯過盈安裝在定子殼體內；
[0009] 定子骨架為周向外側帶齒槽的圓環結構，定子骨架的端面沿軸線開有凹槽，霍爾 傳感器安裝在定子骨架端面的凹槽內，所述定子骨架端面沿軸線的凹槽與霍爾傳感器的數 量均為個，霍爾傳感器按照120度電氣角度排布；
[0010] 定子線圈繞制在定子骨架周向外側的齒槽內，霍爾傳感器、定子線圈和定子骨架 構成繞組傳感器組件；
[0011] 繞組傳感器組件安裝在定子鐵芯內部，定子殼體、定子鐵芯和繞組傳感器組件同 軸；
[0012] 轉子鐵芯和轉子襯套均為圓環結構，轉子襯套安裝在定子鐵芯內，永磁體均勻安 裝在轉子鐵芯的周向側壁內，永磁體的端面與轉子鐵芯的周向外側平齊；所述永磁體的材 料為稀土永磁體，永磁體採用N、S極交替分布方式，沿徑向充磁，且充磁後進行高溫穩磁處 理，保證磁性能的穩定性；
[0013] 永磁體和轉子鐵芯構成永磁體組件，永磁體組件過盈安裝在轉子襯套內；
[0014] 定子和轉子同軸安裝，定子和轉子之間為氣隙，無機械接觸。
[0015] 所述定子鐵芯選用矽鋼片、電工純鐵或1J50。
[0016] 所述定子骨架的材料為酚醒玻璃布板。
[0017] 所述定子線圈分為三組，三組線圈按120°電氣角度排布。
[0018] 所述定子骨架端面沿軸線的凹槽的形位公差精度為：±5'。
[0019] 本發明與現有技術相比的有益效果是：
[0020] (1)內置霍爾傳感器的無刷電機，使傳感器與電機成為一個整體，簡化了結構，提 高了可靠性；
[0021] (2)傳感器固化在定子內部，一旦成型後與定子繞組位置保持穩定的角度關係，避 免了外置傳感器長時間運行可能導致的位置偏離問題；
[0022] (3)定子線圈繞制在定子骨架後再將定子線圈與定子骨架組成的繞組組件安裝在 定子鐵芯內，與傳統矽鋼片定子骨架先安裝後繞線的方式相比，下線操作方便。
[0023] (4)通過骨架開槽的方法使傳感器位置穩定可靠，結構簡單，且免去了反覆的調試 過程。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發明的內置霍爾傳感器無刷電機結構示意圖；
[0025] 圖2為本發明的定子骨架剖面圖；
[0026] 圖3為本發明的轉子剖面圖；
[0027] 圖4為本發明的無刷電機轉子磁路示意圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行進一步的詳細描述。
[0029] 如圖1所示，本發明的一種內置霍爾傳感器的無刷電機，由定子和轉子組成，
[0030] 其中定子包括定子殼體1、定子鐵芯2、霍爾傳感器3、定子線圈4和定子骨架5,轉 子包括永磁體6、轉子鐵芯7和轉子襯套8 ;
[0031] 定子殼體1和定子鐵芯2均為圓環結構，定子鐵芯2過盈安裝在定子殼體1內；
[0032] 定子骨架5為周向外側帶齒槽的圓環結構，定子骨架5的端面沿軸線開有凹槽，霍 爾傳感器3安裝在定子骨架5端面的凹槽內，定子線圈4繞制在定子骨架5周向外側的槽 內，霍爾傳感器3、定子線圈4和定子骨架5構成繞組傳感器組件；
[0033] 繞組傳感器組件安裝在定子鐵芯2內部，之後對定子進行灌膠或刷漆以達到保護 繞組的目的，定子殼體1、定子鐵芯2和繞組傳感器組件同軸；
[0034] 轉子鐵芯7和轉子襯套8均為圓環結構，轉子襯套8安裝在定子鐵芯2內，永磁體 6均勻安裝在轉子鐵芯7的周向側壁內，並按照N、S極交替排列，永磁體6的端面與轉子鐵 芯7的周向外側平齊；
[0035] 永磁體6和轉子鐵芯7構成永磁體組件，永磁體組件過盈安裝在轉子襯套8內；
[0036] 定子和轉子同軸安裝，定子和轉子之間無機械接觸。
[0037] 本發明所用的定子鐵芯2用導磁性能良好的材料製成，如矽鋼片、電工純鐵、1J50 等磁性材料，定子骨架5的材料為酚醛玻璃布板，轉子鐵芯7用導磁性能好的電工純鐵製 成,永磁體6的材料為磁性能良好的稀土永磁體，永磁體根據電機極對數要求，採用N、S極 交替分布方式，沿徑向充磁，且充磁後需要高溫穩磁處理，保證磁性能的穩定性。
[0038] 如圖2所示為本發明的定子骨架5剖面圖，定子骨架5的端面沿軸線開有凹槽，形 成骨架齒和霍爾槽，骨架齒用於繞制線圈，霍爾槽用於放置和固定霍爾傳感器。定子線圈根 據節距按照三相相序繞制在骨架齒之間的槽內，三組線圈按120°電氣角度排布，霍爾傳感 器放置在霍爾槽內，並加以固定，三個霍爾槽按120度電氣角度排布，霍爾槽的形位公差精 度為：±5'。
[0039] 如圖3所示為本發明的轉子剖面圖，8對轉子永磁體6以N、S交替排布在轉子鐵 芯7的周向側壁內，永磁體與轉子鐵芯組成鐵芯組件，永磁體圓周以轉子襯套加以保護，使 永磁體不易受到痛碰。
[0040] 如圖4為本發明的無刷電機轉子磁路示意圖，轉子磁場從永磁體6的N極出發， 沿定轉子之間的氣隙、定子線圈5、定子鐵芯2,回到定子線圈2、氣隙、永磁體6的S極、轉 子鐵芯7、永磁體6的N極，構成閉合磁路。其中霍爾傳感器3埋在定子線圈內部，因此可 以感應磁場的的方向，用於檢測轉子的N、S極位置，三個霍爾傳感器分別輸出高、低電平信 號，共組成8種不同狀態，每種狀態確定一種定子通電相序，使產生的定子磁場儘量與轉子 磁場正交，形成連續最大轉矩。
[0041] 本發明的工作原理為：
[0042] 工作時，本發明中提出的一種內置霍爾傳感器的無刷電機的定子部分被固定，夕卜 部設備的驅動軸穿過轉子鐵芯7,與轉子鐵芯7固定連接；
[0043] 上電工作後，外部電源給定子中的霍爾傳感器3供電，霍爾傳感器3檢測轉子的磁 場方向，確定定子中定子線圈4的通電相序，定子線圈4通電，產生與轉子磁場方向正交的 定子磁場；
[〇〇44] 定子和轉子之間的磁場相互作用，產生驅動轉子轉動的力矩，使轉子旋轉，通過固 定連接的驅動軸驅動外部設備工作。
【權利要求】
1. 一種內置霍爾傳感器的無刷電機，其特徵在於包括：定子和轉子； 其中定子包括定子殼體（1)、定子鐵芯（2)、霍爾傳感器（3)、定子線圈（4)和定子骨架 (5)，轉子包括永磁體￠)、轉子鐵芯（7)和轉子襯套（8); 定子殼體（1)和定子鐵芯（2)均為圓環結構，定子鐵芯（2)過盈安裝在定子殼體（1) 內； 定子骨架（5)為周向外側帶齒槽的圓環結構，定子骨架（5)的端面沿軸線開有凹槽，霍 爾傳感器（3)安裝在定子骨架（5)端面的凹槽內，所述定子骨架（5)端面沿軸線的凹槽與 霍爾傳感器（3)的數量均為3個，霍爾傳感器（3)按照120度電氣角度排布； 定子線圈（4)繞制在定子骨架（5)周向外側的齒槽內，霍爾傳感器（3)、定子線圈（4) 和定子骨架（5)構成繞組傳感器組件； 繞組傳感器組件安裝在定子鐵芯（2)內部，定子殼體（1)、定子鐵芯2和繞組傳感器組 件同軸； 轉子鐵芯（7)和轉子襯套（8)均為圓環結構，轉子襯套8安裝在定子鐵芯（2)內，永磁 體（6)均勻安裝在轉子鐵芯（7)的周向側壁內，永磁體（6)的端面與轉子鐵芯（7)的周向 外側平齊；所述永磁體（6)的材料為稀土永磁體，永磁體（6)採用N、S極交替分布方式，沿 徑向充磁，且充磁後進行高溫穩磁處理，保證磁性能的穩定性； 永磁體（6)和轉子鐵芯（7)構成永磁體組件，永磁體組件過盈安裝在轉子襯套（8)內； 定子和轉子同軸安裝，定子和轉子之間為氣隙（9)，無機械接觸。
2. 根據權利要求1所述的一種內置霍爾傳感器的無刷電機，其特徵在於：所述定子鐵 芯（2)選用矽鋼片、電工純鐵或1J50。
3. 根據權利要求1所述的一種內置霍爾傳感器的無刷電機，其特徵在於：所述定子骨 架（5)的材料為酚醛玻璃布板。
4. 根據權利要求1所述的一種內置霍爾傳感器的無刷電機，其特徵在於：所述定子線 圈（4)分為三組，三組線圈按120°電氣角度排布。
5. 根據權利要求1所述的一種內置霍爾傳感器的無刷電機，其特徵在於：所述定子骨 架（5)端面沿軸線的凹槽的形位公差精度為：±5'。
【文檔編號】H02K29/08GK104092344SQ201410286032
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月24日 優先權日:2014年6月24日
【發明者】李建春, 常亞輝, 王曉瑜, 王莎莎 申請人:北京航天控制儀器研究所