无槽无刷直流马达/致动器制造技术

一种转矩传递装置，包括：具有多边形横截面的定子本体，定子本体具有在相反的轴向端面之间延伸的成偶数个的多个外侧面，定子包括在相反的轴端之间延伸且以定子本体的中心轴线为中心的筒形孔；具有筒形横截面的转子组件，转子组件的尺寸设定成用于在筒形孔内绕中心轴线旋转并且转子组件具有至少一个永磁体以及联接至磁体以旋转的轴；以及多个螺线管线圈，每个线圈均具有多个绕组并且布线成具有沿着所述多个外侧面中的相反的外侧面平行地延伸的部段；其中，所述多个线圈中的每个线圈均构造成选择性地接收电流并且在定子中产生磁场，该磁场被施加至转子磁体，转子在筒形孔内经受磁转矩以使永磁体的磁场旋转并与所产生的磁场对准。

【技术实现步骤摘要】
无槽无刷直流马达/致动器本申请是申请日为2015年10月22日、申请号为201580070894.4(PCT/IB2015/058141)、专利技术名称为“无槽无刷直流马达/致动器”的专利技术专利申请的分案申请。
本公开总体上涉及直流马达/致动器，并且更具体地涉及具有沿着接纳有转子的定子的相反侧部缠绕在定子的外侧部的线圈的无槽无刷直流马达/致动器。
技术介绍
无刷直流(“BLDC”)马达是已知的。除其他物件以外，无刷直流马达还包括定子和转子。定子通常由层压的钢冲压件制成，所述钢冲压件堆叠以形成具有用于接纳转子的中央开口的筒形形状。定子中的钢层压件可以是带槽的或无槽的。无槽定子具有较低的电感，并且因此可以以非常高的速度运转。形成槽的“齿”的不存在允许减少对齿槽转矩的要求，由此使无槽无刷直流马达也适用于低速用途。然而，无槽无刷直流马达可能比带槽无刷直流马达昂贵，原因在于可能需要更多的绕组来补偿转子与定子之间的较大的气隙。更具体地，许多现有的无槽马达设计包括外部壳或壳体、定子、转子和绕组，转子以某种方式组装有永磁体并且相对于壳和定子轴向地固定成能够在定子的中央开口或孔内旋转，绕组设置有定子并且对定子进行激励和磁化以向附至转子或者包括转子的永磁体构件施加转矩。定子可以由中空的钢柱状件构成，该钢柱状件由实心铁芯、被堆叠以形成柱状件(如上所指出的)的具有圆形截面的钢层压件、或通过轧制或连续成层而组装的非晶铁合金带构成的同心环构成。随后，负责用于定子的驱动和磁化的绕组通常以两种方式中的一种方式缠绕到定子上。在第一种方法中，定子构造成具有用作臂部的外突出部，线圈可以绕外突出部缠绕并且布置在围绕定子的外部的指定系列的角位置处。在另一种方法中，定子是普通的柱状件，而不具有超出用于使定子与其他部件互相作用所需的特征以外的外部特征或内部特征。绕组使用线筒或粘合剂而被直接附接至定子的内孔。这种无槽马达消除了普通带槽电枢缠绕马达中存在的优选磁路以及通常存在于基于永磁转子的马达中的齿槽转矩和槽损耗。理论上，与典型的带槽定子马达设计相比，无槽马达应该能够在更大范围的操作条件下实现更高的效率。此外，简化的定子使得马达的制造更简单并且因此成本更低。磁场线圈缠绕过程的简化也提高了可制造性。尽管无槽马达具有前述优势，但传统设计仍然需要改进。外突出部设计是有效的，但是通过柱状件的直径产生一些优选的磁化方向，这产生一些“槽损耗”和齿槽转矩。这些设计还因将一种电枢回加到制造和组装过程中而使制造难度增大，从而使无槽马达的许多制造优势失效。然而，这种设计确实具有允许在孔内的非常紧密公差的优势，从而使定子与转子之间的气隙最小化，使无槽马达设计的效率最大化并且相对于尺寸而言给予这种马达较大量的转矩。内部线圈绕组无槽马达设计具有一组相反的问题——定子与传统的带槽定子或外电枢无槽定子相比极容易设计和制造，并且线圈更容易缠绕。然而，将线圈包括在定子的内部需要定子与转子之间存在大的气隙，从而通过增大形成在存在于转子和定子材料中的磁性元件之间的磁路的磁阻而使该无槽设计的效率和可用电力相比于传统的带槽马达大大降低。当考虑到简单地粘附至定子的壁的线圈距离快速旋转的转子仅几毫米时，也存在明显的可靠性和加热问题。存在替代性的附接方法；然而，由于气隙的增大，以上效率降低并没有消除。因此，确实需要如易于作为内部线圈设计但保持外部线圈设计的紧密公差和较高效率的无槽无刷直流马达/致动器设计。
技术实现思路
第一方面，本专利技术提供了一种在较一般术语的转矩传递装置，且特别地提供了一种无槽无刷直流型马达或旋转致动器，其包括：定子，定子具有铁磁本体，铁磁本体具有在第一轴向端部与第二轴向端部之间形成多边形横截面的成偶数个的多个外(平坦)侧部，定子本体包括筒形孔，筒形孔在第一轴向端部与第二轴向端部之间延伸并且以定子的中心轴线为中心；具有筒形横截面的转子组件，转子组件的尺寸设定成使转子组件在筒形孔内以较小的间隙绕中心轴线旋转，并且转子组件包括轴和至少一个磁体，轴联接至磁体以与磁体一起绕中心轴线旋转；以及多个螺线管线圈，所述螺线管线圈的数目是定子的成偶数个的外侧部的数目的一半，每个线圈均包括沿着所述多个外侧部中的相反的外侧部绕定子延伸的多个绕组，所述多个线圈中的每个线圈均构造成选择性地接收电流——该电流在定子中产生磁场，磁场被施加至转子的磁体——使得转子的磁体经受磁转矩以使筒形孔内的转子旋转并且与由线圈产生的磁场对准。在以上马达/致动器的优选实施方式中，转子包括轴以及一个或更多个直径上极化的筒形永磁体，所述一个或更多个直径上极化的筒形永磁体优选地由稀土类型材料、比如NdFeB或SMCo制成。优选地，磁体包括键接合的中央开口，中央开口构造成接纳联接至穿过磁体的轴的键，以使轴随着磁体的旋转而旋转，从而将从马达/致动器输出的转矩提供至在定子外部机械联接至轴的设备。优选地，所述多个线圈构造成(由控制器或通过其他方式)按顺序被激励，以使转子在定子内进行连续的旋转运动。因此，无刷直流伺服马达可以实现为使得可以用于将调节后的连续转矩传递至连接至轴的设备。此外，控制器还可以配置成由控制器(利用向后的电流或向前的电流)选择性地激励及完全去除激励，以将转子嵌合(cog)到有限数目的位置中并且因此提供步进马达。此外，可以采用更精细化的驱动器(控制器)来成比例地控制至线圈的电力，从而允许转子定位在齿槽点之间并且由此非常平顺地旋转。本领域技术人员将领会的是，本专利技术的马达/旋转致动器实施方式可以用于从小尺寸步进马达应用到具有单相或多相线圈绕组和用于电动车辆应用的精确速度控制的较大电子换向直流马达的广泛应用领域中。有利地，马达/致动器还包括第一端罩和第二端罩，第一端罩联接至定子的第一端部，第二端罩联接至定子的第二端部，第一端罩和第二端罩中的每一者均具有与定子本体的横截面相等或类似的多边形覆盖区并且均包括具有凹口的带凹口多边形壁，凹口设置成在所述多个线圈绕端罩缠绕时接纳所述多个线圈并对所述多个线圈进行定位。这种端罩可以由合适的非铁磁性原材料、比如铝容易地加工或者精细地铸造，并且这种端罩用以确保线圈在定子上的位置而不需要单独的线筒。通过参照本专利技术的参照附图提供的优选实施方式的以下描述，本专利技术的上述及其他特征和优点以及实施本专利技术的方式将变得更加明显并且本专利技术本身将被更好地理解。附图说明图1是本专利技术的马达/致动器实施方式的立体图；图2是图1的马达/致动器的侧视图；图3是图1的马达/致动器的俯视图；图4是根据一个实施方式的用于图1的马达/致动器中的定子和磁体的立体图；图5是图1的马达/致动器的分解立体图；以及图6是图1的马达/致动器的沿着图3的线A-A截取的截面图。具体实施方式贯穿若干附图，相应的附图标记指示相应的部件。本文中所阐述的例证说明本专利技术的示例性实施方式并且这些例证不应被解释为限制本专利技术的范围。现在参照图1至图3，根据本专利技术的一个实施方式的马达/致动器10总体上包括定子本体12、转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种转矩传递装置，包括：具有多边形横截面的定子本体，所述定子本体具有在相反的轴向端面之间延伸的成偶数个的多个外侧面，所述定子包括筒形孔，所述筒形孔在相反的所述轴向端面之间延伸并且以所述定子本体的中心轴线为中心；具有筒形横截面的转子组件，所述转子组件的尺寸设定成使所述转子组件在所述筒形孔内绕所述中心轴线旋转，并且所述转子组件包括轴和至少一个永磁体，所述轴联接至所述磁体以与所述磁体一起绕所述中心轴线旋转；以及多个螺线管线圈，每个线圈均具有多个绕组并且布线成具有沿着所述多个外侧面中的相反的外侧面平行地延伸的部段；其中，所述多个线圈中的每个线圈均构造成选择性地接收电流并且在所述定子中产生磁场，所述磁场被施加至转子的磁体，所述转子在所述筒形孔内经受磁转矩以使所述永磁体的磁场旋转并与所产生的磁场对准。/n

【技术特征摘要】
20141023 US 62/067,6001.一种转矩传递装置，包括：具有多边形横截面的定子本体，所述定子本体具有在相反的轴向端面之间延伸的成偶数个的多个外侧面，所述定子包括筒形孔，所述筒形孔在相反的所述轴向端面之间延伸并且以所述定子本体的中心轴线为中心；具有筒形横截面的转子组件，所述转子组件的尺寸设定成使所述转子组件在所述筒形孔内绕所述中心轴线旋转，并且所述转子组件包括轴和至少一个永磁体，所述轴联接至所述磁体以与所述磁体一起绕所述中心轴线旋转；以及多个螺线管线圈，每个线圈均具有多个绕组并且布线成具有沿着所述多个外侧面中的相反的外侧面平行地延伸的部段；其中，所述多个线圈中的每个线圈均构造成选择性地接收电流并且在所述定子中产生磁场，所述磁场被施加至转子的磁体，所述转子在所述筒形孔内经受磁转矩以使所述永磁体的磁场旋转并与所产生的磁场对准。


2.根据权利要求1所述的转矩传递装置，其中，所述转子包括所述轴以及一个或更多个直径上极化的筒形永磁体，所述一个或更多个直径上极化的筒形永磁体优选地由稀土类型的材料、比如NdFeB或SMCo制成。


3.根据权利要求2所述的转矩传递装置，其中，所述磁体包括键接合的中央开口，所述中央开口构造成接纳联接至所述轴的键以将所述轴联接成与所述磁体一起旋转。


4.根据权利要求1所述的转矩传递装置，还包括第一端罩和第二端罩，所述第一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·H·莫顿，迈克尔·H·里德，托马斯·R·惠特，迈克尔·C·布兰查德，
申请(专利权)人：磁转换技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US