申请/专利权人：重庆灵龙实业发展有限公司

申请日：2019-07-31

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN110311514B

主分类号：H02K11/215

分类号：H02K11/215

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2019.11.01#实质审查的生效;2019.10.08#公开

摘要：本发明公开了具有绝对原点信号的外转子无刷电机，包括定子连接轴和转子外壳；定子连接轴外壁上连接有动态磁场组和电路板；转子外壳内壁上设置有转子隔离管，转子隔离管内壁上安装有静态磁场组和霍尔感应组件；霍尔感应组件包括由上至下依次设置的第一转子隔磁环、霍尔换向感应磁环、第二转子隔磁环及霍尔绝对原点感应磁环，霍尔感应组件还包括霍尔换向传感器和霍尔绝对原点传感器。本发明增设了霍尔绝对原点感应磁环，霍尔绝对原点传感器通过感应霍尔绝对原点感应磁环可输出一个机械角度360°的标准电压方波周期信号，当电路板接收该信号后即可得知外转子相对内定子的周向位置，如此，能有效提高控制的精准度。

主权项：1.具有绝对原点信号的外转子无刷电机，其特征在于：包括定子连接轴1和转子外壳2，转子外壳2通过轴承3连接在定子连接轴1外围，且定子连接轴1与转子外壳2同轴设置；定子连接轴1外壁上连接有动态磁场组和电路板15；转子外壳2内壁上设置有转子隔离管18，转子隔离管18内壁上安装有与动态磁场组耦合的静态磁场组和位于静态磁场组下方的霍尔感应组件；霍尔感应组件包括由上至下依次设置的第一转子隔磁环33、霍尔换向感应磁环34、第二转子隔磁环35及霍尔绝对原点感应磁环36，霍尔感应组件还包括感应霍尔换向感应磁环34的霍尔换向传感器40和感应霍尔绝对原点感应磁环36的霍尔绝对原点传感器41；所述定子连接轴1呈中空设置，定子连接轴1上设置有贯穿其内外壁的连接轴过线孔4；定子连接轴1的外壁面上设置有连接凸台5；定子连接轴1外壁上还设置有位于连接凸台5上方的过线支架6，过线支架6上设置有支架过线孔7；连接凸台5上连接有位于过线支架6下方的霍尔安装板8，霍尔安装板8上设置有霍尔过线孔9，所述霍尔换向传感器40和所述霍尔绝对原点传感器41安装在霍尔安装板8上。

全文数据：具有绝对原点信号的外转子无刷电机技术领域本发明涉及无刷电机技术领域，尤其是涉及具有绝对原点信号的外转子无刷电机。背景技术现有的外转子无刷电机通常具有外转子和内定子，外转子包括有转子外壳、静态磁场组、霍尔换向感应磁环和霍尔换向传感器，内定子包括有连接轴和动态磁场组，通过静态磁场组与动态磁场组之间的相互耦合可使得外转子相对内定子发生转动，但是这样的结构会有如下问题：1、霍尔换向传感器无法获知外转子与内定子之间的相对位置，进而我发提供外转子与内定子之间相对位置的精准控制。2、由于无法通过连接轴直接实现定位，因而还需在与连接轴相连的轴承外表面设计有套筒法兰结构，这无疑会增加电机结构复杂度和生产成本。3、由于套筒法兰结构的存在，电机的霍尔导线和三相导线仅能从套筒法兰结构的安全空间引出，如此，减少了单位体积产生的力矩，进而会降低电机的高功率密度。4、由于连接轴及套筒法兰结构的存在，在外转子上安装负载时则会具有一定的方向性，这样会影响产品应用的通用性。5、连接轴通常外凸于外转子且套筒法兰结构亦周向外凸于外转子，如此则会占用较大的轴向和径向空间，从而影响电机的小型化设计。发明内容本发明的目的是克服现有技术的上述问题，提供具有绝对原点信号的外转子无刷电机。本发明的目的主要通过以下技术方案实现：具有绝对原点信号的外转子无刷电机，包括定子连接轴和转子外壳，转子外壳通过轴承连接在定子连接轴外围，且定子连接轴与转子外壳同轴设置；定子连接轴外壁上连接有动态磁场组和电路板；转子外壳内壁上设置有转子隔离管，转子隔离管内壁上安装有与动态磁场组耦合的静态磁场组和位于静态磁场组下方的霍尔感应组件；霍尔感应组件包括由上至下依次设置的第一转子隔磁环、霍尔换向感应磁环、第二转子隔磁环及霍尔绝对原点感应磁环，霍尔感应组件还包括感应霍尔换向感应磁环的霍尔换向传感器和感应霍尔绝对原点感应磁环的霍尔绝对原点传感器。本发明中，动态磁场组包括套设连接在定子连接轴上的硅钢片，硅钢片上开设有若干个定子槽，若干个定子槽使得硅钢片形成有若干个沿硅钢片环向均匀分布的硅钢片支架段，硅钢片支架段上缠绕有电磁线，静态磁场组包括若干个连接在转子外壳内壁面的磁铁。通过动态磁场组产生的磁场和静态磁场组产生的磁场之间的相互耦合，则可使得转子外壳相对定子连接轴发生转动。转子隔离管可防止磁场泄露，提高磁场产生组件的效果。动态磁场组和静态磁场组可共同视作磁场产生组件。由于磁场产生组件可采用现有技术，在此不再赘述。电路板通过霍尔导线与外部控制器电性连接。霍尔感应组件中，第一转子隔磁环、第二转子隔磁环可隔离磁铁、霍尔换向感应磁环及霍尔绝对原点感应磁环，避免它们之间相互影响，霍尔换向传感器通过感应换向感应磁环可向外部控制器输出对应信号以控制电机的换向和转速。霍尔绝对原点感应磁环可采用辐射充磁的方式让磁环形成一对径向分布的南北极磁场，霍尔绝对原点传感器通过感应霍尔绝对原点感应磁环可输出一个机械角度360°的标准电压方波周期信号，当外部控制器接收该信号后即可得知外转子相对内定子的周向位置，如此，能有效提高控制的精准度。进一步地，所述定子连接轴呈中空设置，定子连接轴上设置有贯穿其内外壁连接轴过线孔，定子连接轴的外壁面上还设置有连接凸台；定子连接轴外壁上还设置有位于连接凸台上方的过线支架，过线支架上设置有支架过线孔；连接凸台上连接有位于过线支架下方的霍尔安装板，霍尔安装板上设置有霍尔过线孔，所述霍尔换向传感器和所述霍尔绝对原点传感器均安装在霍尔安装板上。本发明中，过线支架可用于支撑磁场产生组件。定子连接轴呈中空结构，用于连接定位结构，通过支架过线孔、霍尔过线孔的设置，可将霍尔导线霍尔安装板、三相导线电路板穿过连接轴过线孔从定子连接轴中引出。本发明用中空的定子连接轴取代传统的连接轴来实现电机的定位，它可大大缩短电机的轴向和径向空间，同时，中空的定子连接轴不仅便于霍尔导线和三相导线的引出，也便于对它们进行维护。定子连接轴内壁面可设置有连接轴肩来实现与定位结构的连接，这样，可省去额外的连接辅助结构。另外，定子连接轴的两端均可与定位结构进行连接，不具有方向限制，可大大提高电机应用的通用性。进一步地，所述过线支架具有与所述连接凸台接触的支架连接段，支架连接段的内侧端延伸设置有套设在定子连接轴上的支架套设段，支架连接段的外侧端向上延伸有若干个环形排列的支架分割段。本发明中，支架分割段的数量应与硅钢片上定子槽的数量相等，且支架分割段与定子槽槽口的底端部相适应。为保证过线支架与定子连接轴的同步转动，进一步地，所述定子连接轴的外表面上开设有沿其轴向设置的支架限位凹槽；所述支架套设段的内表面上向内侧延伸设置有与支架限位凹槽置入配合的支架限位凸起。进一步地，所述支架连接段上设置有支架镂空槽。如此，可便于引导霍尔导线或者三相导线。进一步地，所述支架过线孔处设置有弹性过线套。弹性过线套既可以用自身的弹性力定位霍尔导线和三相导线，又可保护霍尔导线和三相导线不被磨损。为实现转子外壳与负载的稳定连接，进一步地，所述转子外壳的外表面设置有外壳连接凸台。进一步地，所述定子连接轴外表面由上至下依次具有第一轴承连接段、电路板连接段、磁场产生组件连接段、霍尔感应连接段及第二轴承连接段，定子连接轴的外表面于第一轴承连接段与电路板连接段之间还设置有沿定子连接轴环向设置的轴承限位凹槽，霍尔感应连接段外径大于第二轴承连接段和磁场产生组件连接段；所述轴承设置有两个，且两个轴承分别连接在第一轴承连接段和第二轴承连接段，轴承限位凹槽处设置有可防止轴承轴向移动的轴承限位卡簧。本发明中，第一轴承连接段和第二轴承连接段均用于连接轴承。磁场产生组件连接段用于安装硅钢片。霍尔感应连接段可设置所述连接凸台和连接轴过线孔，过线支架和霍尔安装板均位于霍尔感应连接段处。霍尔感应连接段的外径大于磁场产生组件连接段，可进一步固定硅钢片的位置。霍尔感应连接段的外径大于第二轴承连接段，可防止轴承发生轴向移动；同理，轴承限位卡簧也可防止轴承发生轴向移动。进一步地，所述定子连接轴与所述转子外壳的轴向长度相等。如此，便于改善电机的轴向空间。进一步地，所述转子外壳的内壁面设置有环形限位凸起，环形限位凸起的顶端与位于第一轴承连接段的所述轴承的外圈相连；所述转子隔离管位于环形限位凸起和连接在第二轴承连接段的轴承之间的区域所述转子外壳的内壁面设置有环形限位凸起，环形限位凸起的顶端与位于第一轴承连接段的所述轴承的外圈相连；所述转子隔离管位于环形限位凸起和连接在第二轴承连接段的轴承之间的区域。本实施例中，环形限位凸起可定位转子隔离管的轴向位置。进一步地，所述转子外壳与所述转子隔离管的连接处设置有螺纹槽。螺纹槽的设置，可增加胶水接触面积，提高转子外壳与转子隔离管之间连接的稳定性。本发明具有以下有益效果：1、本发明增设了霍尔绝对原点感应磁环，霍尔绝对原点传感器通过感应霍尔绝对原点感应磁环可输出一个机械角度360°的标准电压方波周期信号，当电路板接收该信号后即可得知外转子相对内定子的周向位置，如此，能有效提高控制的精准度。2、本发明用中空的定子连接轴取代传统的连接轴来实现电机的定位，它可大大缩短电机的轴向和径向空间，同时，中空的定子连接轴不仅便于霍尔导线和三相导线的引出，也便于对它们进行维护。3、定子连接轴内壁面可设置有连接轴肩来实现与定位结构的连接，这样，可省去额外的连接辅助结构。另外，定子连接轴的两端均可与定位结构进行连接，不具有方向限制，可大大提高电机应用的通用性。附图说明为了更清楚地说明本发明的实施例，下面将对描述本发明实施例中所需要用到的附图作简单的说明。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据下面的附图，得到其它附图。图1为本发明所述的具有绝对原点信号的外转子无刷电机一个具体实施例的结构示意图；图2为本发明所述的具有绝对原点信号的外转子无刷电机一个具体实施例的剖视图；图3为本发明所述的具有绝对原点信号的外转子无刷电机中磁场产生组件和霍尔感应组件一个具体实施例的结构示意图；图4为本发明所述的具有绝对原点信号的外转子无刷电机中磁场产生组件一个具体实施例的结构示意图；图5为本发明所述的具有绝对原点信号的外转子无刷电机中过线支架一个具体实施例的结构示意图；图6为本发明所述的具有绝对原点信号的外转子无刷电机中定子连接轴一个具体实施例的结构示意图；图7为本发明所述的具有绝对原点信号的外转子无刷电机中定子连接轴一个具体实施例的结构示意图；图8为本发明所述的具有绝对原点信号的外转子无刷电机中转子外壳一个具体实施例的结构示意图；图9为本发明所述的具有绝对原点信号的外转子无刷电机中霍尔绝对原点传感器输出的信号图。其中，附图标记对应的零部件名称如下：1、定子连接轴，2、转子外壳，3、轴承，4、连接轴过线孔，5、连接凸台，6、过线支架，7、支架过线孔，8、霍尔安装板，9、霍尔过线孔，10、支架套设段，11、支架分割段，12、支架限位凹槽，13、支架限位凸起，14、支架镂空槽，15、电路板，16、弹性过线套，17、环形限位凸起，18、转子隔离管，19、外壳连接凸台，20、第一轴承连接段，21、电路板连接段，22、磁场产生组件连接段，23、霍尔感应连接段，24、第二轴承连接段，25、轴承限位凹槽，26、轴承限位卡簧，27、螺纹槽，28、磁铁，29、硅钢片，30、硅钢片支架段，31、定子槽，32、电磁线，33、第一转子隔磁环，34、霍尔换向感应磁环，35、第二转子隔磁环，36、霍尔绝对原点感应磁环，37、霍尔导线，38、三相导线，39、硅钢片限位凸起，40、霍尔换向传感器，41、霍尔绝对原点传感器。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本发明实施例中的一部分，而不是全部。基于本发明记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本发明保护的范围内。实施例1如图1～图9所示，具有绝对原点信号的外转子无刷电机，包括定子连接轴1和转子外壳2，转子外壳2通过轴承3连接在定子连接轴1外围，且定子连接轴1与转子外壳2同轴设置；定子连接轴1外壁上连接有动态磁场组和电路板15；转子外壳2内壁上设置有转子隔离管18，转子隔离管18内壁上安装有与动态磁场组耦合的静态磁场组和位于静态磁场组下方的霍尔感应组件；霍尔感应组件包括由上至下依次设置的第一转子隔磁环33、霍尔换向感应磁环34、第二转子隔磁环35及霍尔绝对原点感应磁环36，霍尔感应组件还包括能感应霍尔换向感应磁环34的霍尔换向传感器40和能感应霍尔绝对原点感应磁环36的霍尔绝对原点传感器41。本实施例中，可采用12槽式动态磁场组和14极式静态磁场组。霍尔换向传感器40和霍尔绝对原点传感器41均可选用US1881。实施例2本实施例在实施例1的基础上作出了如下进一步限定：所述定子连接轴1呈中空设置，定子连接轴1上设置有贯穿其内外壁连接轴过线孔4，定子连接轴1的外壁面上还设置有连接凸台5；定子连接轴1外壁上还设置有位于连接凸台5上方的过线支架6，过线支架6上设置有支架过线孔7；连接凸台5上连接有位于过线支架6下方的霍尔安装板8，霍尔安装板8上设置有霍尔过线孔9，所述霍尔换向传感器40和所述霍尔绝对原点传感器41均安装在霍尔安装板8上。本实施例中，由于霍尔换向感应磁环34位于霍尔绝对原点感应磁环36的上方，因而霍尔换向传感器40可安装在霍尔安装板8的顶端，霍尔绝对原点传感器41可安装在霍尔安装板8的底端。为实现定子连接轴1与定位结构的连接，可在定子连接轴1的内表面设置有连接轴肩，并且还可在定子连接轴1的内表面设置有连接螺纹以便于进行电机的定位连接。电路板15可连接在12槽式动态磁场组的上方。过线支架6套设在定子连接轴1的外壁面，可将过线支架6连接在连接凸台5的上端，亦可通过连接凸台5直接支撑过线支架6。优选地，所述支架过线孔7处设置有弹性过线套16。弹性过线套16可选用硅胶、橡胶等材质。所述转子外壳2的外表面设置有外壳连接凸台19。优选地，所述定子连接轴1与所述转子外壳2的轴向长度相等。本实施例中，轴承3可选用滚珠轴承。实施例3本实施例在实施例2的基础上作出了如下进一步限定：所述过线支架6具有与所述连接凸台5接触的支架连接段9，支架连接段9的内侧端延伸设置有套设在定子连接轴1上的支架套设段10，支架连接段8的外侧端向上延伸有若干个环形排列的支架分割段11。本实施例中，支架连接段9可连接在连接凸台5的顶端。优选地，所述定子连接轴1的外表面上开设有沿其轴向设置的支架限位凹槽12；所述支架套设段10的内表面上向内侧延伸设置有与支架限位凹槽12置入配合的支架限位凸起13。为提高磁场产生组件中硅钢片与定子连接轴1连接的稳定性，可在硅钢片的内表面设置有可与支架限位凹槽12置入配合的硅钢片限位凸起39。优选地，所述支架连接段9上设置有支架镂空槽14。实施例4本实施例在实施例2～3中任意一项实施例的基础上作出了如下进一步限定：所述定子连接轴1外表面由上至下依次具有第一轴承连接段20、电路板连接段21、磁场产生组件连接段22、霍尔感应连接段23及第二轴承连接段24，定子连接轴1的外表面于第一轴承连接段20与电路板连接段21之间还设置有沿定子连接轴1环向设置的轴承限位凹槽25，霍尔感应连接段23外径大于第二轴承连接段24和磁场产生组件连接段22；所述轴承3设置有两个，且两个轴承3分别连接在第一轴承连接段20和第二轴承连接段24，轴承限位凹槽25处设置有可防止轴承3轴向移动的轴承限位卡簧26。本实施例中，第一轴承连接段20和第二轴承连接段24可等大。优选地，所述转子外壳2的内壁面设置有环形限位凸起17，环形限位凸起17的顶端与位于第一轴承连接段20的所述轴承3的外圈相连；所述转子隔离管18位于环形限位凸起17和连接在第二轴承连接段24的轴承3之间的区域。优选地，所述转子外壳2与所述转子隔离管18的连接处设置有螺纹槽27。本实施例中，螺纹槽可设置在转子外壳2的内表面，也可以设置在转子隔离管18的外表面。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

权利要求：1.具有绝对原点信号的外转子无刷电机，其特征在于：包括定子连接轴1和转子外壳2，转子外壳2通过轴承3连接在定子连接轴1外围，且定子连接轴1与转子外壳2同轴设置；定子连接轴1外壁上连接有动态磁场组和电路板15；转子外壳2内壁上设置有转子隔离管18，转子隔离管18内壁上安装有与动态磁场组耦合的静态磁场组和位于静态磁场组下方的霍尔感应组件；霍尔感应组件包括由上至下依次设置的第一转子隔磁环33、霍尔换向感应磁环34、第二转子隔磁环35及霍尔绝对原点感应磁环36，霍尔感应组件还包括感应霍尔换向感应磁环34的霍尔换向传感器40和感应霍尔绝对原点感应磁环36的霍尔绝对原点传感器41。2.根据权利要求1所述的具有绝对原点信号的外转子无刷电机，其特征在于：所述定子连接轴1呈中空设置，定子连接轴1上设置有贯穿其内外壁的连接轴过线孔4；定子连接轴1的外壁面上设置有连接凸台5；定子连接轴1外壁上还设置有位于连接凸台5上方的过线支架6，过线支架6上设置有支架过线孔7；连接凸台5上连接有位于过线支架6下方的霍尔安装板8，霍尔安装板8上设置有霍尔过线孔9，所述霍尔换向传感器40和所述霍尔绝对原点传感器41安装在霍尔安装板8上。3.根据权利要求2所述的具有绝对原点信号的外转子无刷电机，其特征在于：所述过线支架6具有与所述连接凸台5接触的支架连接段9，支架连接段9的内侧端延伸设置有套设在定子连接轴1上的支架套设段10，支架连接段8的外侧端向上延伸有若干个环形排列的支架分割段11。4.根据权利要求2所述的具有绝对原点信号的外转子无刷电机，其特征在于：所述定子连接轴1的外表面上开设有沿其轴向设置的支架限位凹槽12；所述支架套设段10的内表面上向内侧延伸设置有与支架限位凹槽12置入配合的支架限位凸起13。5.根据权利要求2所述的具有绝对原点信号的外转子无刷电机，其特征在于：所述支架连接段9上设置有支架镂空槽14。6.根据权利要求1所述的具有绝对原点信号的外转子无刷电机，其特征在于：所述支架过线孔7处设置有弹性过线套16。7.根据权利要求1所述的具有绝对原点信号的外转子无刷电机，其特征在于：所述转子外壳2的外表面设置有外壳连接凸台19。8.根据权利要求1～7中任意一项所述的具有绝对原点信号的外转子无刷电机，其特征在于：所述定子连接轴1外表面由上至下依次具有第一轴承连接段20、电路板连接段21、磁场产生组件连接段22、霍尔感应连接段23及第二轴承连接段24，定子连接轴1的外表面于第一轴承连接段20与电路板连接段21之间还设置有沿定子连接轴1环向设置的轴承限位凹槽25，霍尔感应连接段23外径大于第二轴承连接段24和磁场产生组件连接段22；所述轴承3设置有两个，且两个轴承3分别连接在第一轴承连接段20和第二轴承连接段24，轴承限位凹槽25处设置有可防止轴承3轴向移动的轴承限位卡簧26。9.根据权利要求8所述的具有绝对原点信号的外转子无刷电机，其特征在于：所述定子连接轴1与所述转子外壳2的轴向长度相等。10.根据权利要求8所述的具有绝对原点信号的外转子无刷电机，其特征在于：所述转子外壳2的内壁面设置有环形限位凸起17，环形限位凸起17的顶端与位于第一轴承连接段20的所述轴承3的外圈相连；所述转子隔离管18位于环形限位凸起17和连接在第二轴承连接段24的轴承3之间的区域。

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