[發明專利]無槽無刷直流馬達/致動器

有效

• 申請號: 201580070894.4
• 申請日: 2015-10-22
• 公開（公告）號: CN107534378B
• 公開（公告）日: 2020-03-06
• 發明（設計）人: 大衛·H·莫頓;邁克爾·H·里德;托馬斯·R·惠特;邁克爾·C·布蘭查德
• 申請（專利權）人: 磁轉換技術股份有限公司
• 主分類號: H02K37/00
• 分類號: H02K37/00;H02K1/12;H02K1/18
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王艷江;董敏

一種轉矩傳遞裝置，包括：具有多邊形橫截面的定子本體，定子本體具有在相反的軸向端面之間延伸的成偶數個的多個外側面，定子包括在相反的軸端之間延伸且以定子本體的中心軸線為中心的筒形孔；具有筒形橫截面的轉子組件，轉子組件的尺寸設定成用于在筒形孔內繞中心軸線旋轉并且轉子組件具有至少一個永磁體以及聯接至磁體以旋轉的軸；以及多個螺線管線圈，每個線圈均具有多個繞組并且布線成具有沿著所述多個外側面中的相反的外側面平行地延伸的部段；其中，所述多個線圈中的每個線圈均構造成選擇性地接收電流并且在定子中產生磁場，該磁場被施加至轉子磁體，轉子在筒形孔內經受磁轉矩以使永磁體的磁場旋轉并與所產生的磁場對準。

技術領域

本公開總體上涉及直流馬達/致動器，并且更具體地涉及具有沿著接納有轉子的定子的相反側部纏繞在定子的外側部的線圈的無槽無刷直流馬達/致動器。

背景技術

無刷直流(“BLDC”)馬達是已知的。除其他物件以外，無刷直流馬達還包括定子和轉子。定子通常由層壓的鋼沖壓件制成，所述鋼沖壓件堆疊以形成具有用于接納轉子的中央開口的筒形形狀。定子中的鋼層壓件可以是帶槽的或無槽的。無槽定子具有較低的電感，并且因此可以以非常高的速度運轉。形成槽的“齒”的不存在允許減少對齒槽轉矩的要求，由此使無槽無刷直流馬達也適用于低速用途。然而，無槽無刷直流馬達可能比帶槽無刷直流馬達昂貴，原因在于可能需要更多的繞組來補償轉子與定子之間的較大的氣隙。

更具體地，許多現有的無槽馬達設計包括外部殼或殼體、定子、轉子和繞組，轉子以某種方式組裝有永磁體并且相對于殼和定子軸向地固定成能夠在定子的中央開口或孔內旋轉，繞組設置有定子并且對定子進行激勵和磁化以向附至轉子或者包括轉子的永磁體構件施加轉矩。定子可以由中空的鋼柱狀件構成，該鋼柱狀件由實心鐵芯、被堆疊以形成柱狀件(如上所指出的)的具有圓形截面的鋼層壓件、或通過軋制或連續成層而組裝的非晶鐵合金帶構成的同心環構成。隨后，負責用于定子的驅動和磁化的繞組通常以兩種方式中的一種方式纏繞到定子上。在第一種方法中，定子構造成具有用作臂部的外突出部，線圈可以繞外突出部纏繞并且布置在圍繞定子的外部的指定系列的角位置處。在另一種方法中，定子是普通的柱狀件，而不具有超出用于使定子與其他部件互相作用所需的特征以外的外部特征或內部特征。繞組使用線筒或粘合劑而被直接附接至定子的內孔。

這種無槽馬達消除了普通帶槽電樞纏繞馬達中存在的優選磁路以及通常存在于基于永磁轉子的馬達中的齒槽轉矩和槽損耗。理論上，與典型的帶槽定子馬達設計相比，無槽馬達應該能夠在更大范圍的操作條件下實現更高的效率。此外，簡化的定子使得馬達的制造更簡單并且因此成本更低。磁場線圈纏繞過程的簡化也提高了可制造性。

盡管無槽馬達具有前述優勢，但傳統設計仍然需要改進。外突出部設計是有效的，但是通過柱狀件的直徑產生一些優選的磁化方向，這產生一些“槽損耗”和齒槽轉矩。這些設計還因將一種電樞回加到制造和組裝過程中而使制造難度增大，從而使無槽馬達的許多制造優勢失效。

然而，這種設計確實具有允許在孔內的非常緊密公差的優勢，從而使定子與轉子之間的氣隙最小化，使無槽馬達設計的效率最大化并且相對于尺寸而言給予這種馬達較大量的轉矩。

內部線圈繞組無槽馬達設計具有一組相反的問題——定子與傳統的帶槽定子或外電樞無槽定子相比極容易設計和制造，并且線圈更容易纏繞。然而，將線圈包括在定子的內部需要定子與轉子之間存在大的氣隙，從而通過增大形成在存在于轉子和定子材料中的磁性元件之間的磁路的磁阻而使該無槽設計的效率和可用電力相比于傳統的帶槽馬達大大降低。當考慮到簡單地粘附至定子的壁的線圈距離快速旋轉的轉子僅幾毫米時，也存在明顯的可靠性和加熱問題。存在替代性的附接方法；然而，由于氣隙的增大，以上效率降低并沒有消除。

因此，確實需要如易于作為內部線圈設計但保持外部線圈設計的緊密公差和較高效率的無槽無刷直流馬達/致動器設計。

發明內容