无刷电机及电动工具的制作方法

本发明涉及无刷电机领域，特别是涉及一种无刷电机。还涉及一种具有这种无刷电机的电动工具。

背景技术：

如图1所示的传统技术的无刷电机，转子920中设置有四个磁瓦921,在转子920的圆周方向上均布。申请人在实施过程中发现，这种无刷电机应用在电动工具中时，存在着效率不高，振动明显、稳定性差的缺陷。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统的无刷电机存在效率不高，振动明显稳定性差的缺陷，提供一种无刷电机。

一种无刷电机，包括：定子，包括轭部和从轭部向内延伸的多个隔磁桥，相邻隔磁桥之间形成线槽；转子，设置在所述隔磁桥围成的空间内，且能够围绕一中心轴线转动，其中，所述转子包括若干个在中心轴线的周向上分布的磁瓦，在所述中心轴线的轴向上，所述磁瓦包括沿所述中心轴线的轴向间隔分布的多段。

上述无刷电机，由于轴向分段设置，每个磁瓦的相邻段之间具有间隙，使得磁阻增大，磁体之间的涡流损耗降低，从而降低电机涡流损耗，进而提升电机效率。

在其中一个实施例中，沿所述周向，所述转子的外周面与所述隔磁桥的内周面之间形成厚度不均匀的气隙。

在其中一个实施例中，所述转子的外周面在对应所述隔磁桥的部分设置为偏心。

在其中一个实施例中，所述隔磁桥的内周面所在的圆周与定子的外周面所在的圆周不同心。

在其中一个实施例中，所述各个隔磁桥的内周面不在同一圆周上。

在其中一个实施例中，在所述周向上，每两个相邻磁瓦构成磁瓦组，在远离转子的中心轴线的一侧，同一磁瓦组中的两个磁瓦形成120度～139度的夹角。

在其中一个实施例中，在所述周向上，每两个相邻磁瓦构成磁瓦组，在远离转子的中心轴线的一侧，同一磁瓦组中的两个磁瓦形成120度～139度的夹角。

在其中一个实施例中，在所述中心轴线的轴向上，所述若干个磁瓦形成多层的磁瓦层，且相邻的磁瓦层之间设置有绝缘材料。

在其中一个实施例中，相邻的磁瓦层与所述绝缘材料抵接。

在其中一个实施例中，所述转子包括磁芯，所述磁芯上开设有若干个的安装孔，每个安装孔中固定有一个所述的磁瓦。

还提出一种电动工具，其特征在于，包括所述的无刷电机，及由所述电机驱动的工作执行组件。

附图说明

图1为传统技术中一种无刷电机的定子和转子的结构示意图；

图2根据本发明一实施例的电机的定子和转子的结构示意图；

图3为根据本发明又一实施例的电机的定子和转子的结构示意图；

图4为根据本发明又一实施例的电机的定子和转子的结构示意图；

图5为根据本发明又一实施例的电机的定子和转子的结构示意图；

图6为根据本发明又一实施例的电机的定子和转子的结构示意图；

图7为根据本发明又一实施例的电机的定子和转子的结构示意图；

图8为根据本发明又一实施例的电机的定子和转子的结构示意图；

图9为根据本发明又一实施例的电机的定子和转子的结构示意图。

图中的相关元件对应编号如下：

110、定子112、定子芯113、轭部

114、隔磁桥1141、第一极靴1142、第二极靴

115、线槽120、转子121、中心轴线

122、转子芯1221、圆弧面123、磁瓦

124、安装孔130、气隙

210、定子212、定子芯213、轭部

214、2141、第一极靴2142、第二极靴

215、线槽220、转子222、转子芯

2221、圆弧面223、磁瓦224、安装孔

230、气隙

310、定子312、定子芯313、轭部

314、隔磁桥3141、第一极靴3142、第二极靴

315、线槽320、转子322、转子芯

323、磁瓦

420、转子421、中心轴线422、转子芯

423、磁瓦424、绝缘材料

510、定子512、定子芯513、轭部

514、隔磁桥5141、第一极靴5142、第二极靴

515、线槽520、转子522、转子芯

5221、圆弧面523、磁瓦

610、定子612、定子芯613、轭部

614、隔磁桥6141、第一极靴6142、第二极靴

615、线槽620、转子622、转子芯

6221、圆弧面623、磁瓦

710、定子712、定子芯713、轭部

714、隔磁桥7141、第一极靴7142、第二极靴

715、线槽720、转子722、转子芯

723、磁瓦

810、定子812、定子芯813、轭部

814、隔磁桥8141、第一极靴8142、第二极靴

815、线槽820、转子822、转子芯

8221、圆弧面823、磁瓦

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图，详细描述本发明实施例的无刷电机。

实施例1

请参考图2，根据本发明一实施例的无刷电机，包括定子110和转子120。转子120可以在磁场的驱动下绕一中心轴线121旋转。定子110环绕转子120，用以产生驱动转子120旋转的磁场。本实施例中，无刷电机优选为内转子无刷电机。定子110与转子120在中心轴线121的径向上具有一定的气隙间隔130。

参考图2，定子110包括由导磁材料制成的定子芯112和绕线组(图中未示意出)。定子芯112包括轭部113和从轭部113向内延伸的多个隔磁桥114，相邻隔磁桥114之间形成用以容纳绕组的线槽115。线槽115的数量通常设置为偶数，本实施例中设置的线槽115的数量为6个。绕线组缠绕在隔磁桥114上。各隔磁桥114围成一容纳转子120的空间。隔磁桥114具有向两侧延伸的第一极靴1141和第二极靴1142。

转子120包括转子芯122和设置在转子芯122上的多个磁瓦123。多个磁瓦123沿中心轴线121的周向(即圆周方向)分布。图2中，转子芯122上设置四个磁瓦123，且沿中心轴线121的周向均布。换言之相邻磁瓦123的角度差为90度。磁瓦123优选采用永磁体。参考图2，转子芯122上设置有四个安装孔124，用以安装四个磁瓦123。即四个安装孔124在中心轴线121的周向上也是均匀排列，而磁瓦123是嵌入转子芯122中。在其他实施例中，磁瓦123也可以安装在转子芯122的外表面上。

无刷电机工作时，通过在定子110周向设置磁感应元件来检测转子120的磁场的位置，以能够通过驱动电路激励下相应的绕组。通电于绕组时，可以通过转子120上的磁瓦123形成的磁通与定子的绕组120形成的磁通之间的相互作用产生转矩，从而实现驱动无刷电机工作。

由于定子芯112上开设有线槽115，使得气隙磁导为非均匀值，当电机旋转时，电磁转矩可能出现波动，导致产生振动。

为解决上述技术问题，发明人经过研究，如图2所示，将转子120的外周面在对应与隔磁桥114处设置为偏心，从而使得转子芯122与定子芯112之间在圆周方向上的气隙厚度不均匀，能够达到优化气隙磁导的效果。具体的，转子芯122的外周面即为转子120的外周面，其设置为凹凸不平的弧面结构，该外周面设置为不在同一圆周上，不是同一个圆柱面，使得转子芯122的外周面与隔磁桥114的内周面之间形成的气隙的厚度不均匀，刚好使得磁路中磁阻实现均匀化，从而电机的线槽转矩小，反电势波形能实现标准的梯形，充磁定位精度高，电机的稳定性得以增加，效率提高。

更详细地，转子芯122的外周面在对应隔磁桥114的部分与所述转子的外周面的剩余部分不在同一圆柱面。如图2所示，以右上角的隔磁桥114处的转子芯122的外周面为例，对应该隔磁桥114的第一极靴1141的转子芯122的外周面设置为具有向外凸出的圆弧面1221。可以看到，该圆弧面1221与圆弧面1221两侧的转子芯122的外周面不在同一圆周上。如此，各隔磁桥114所对应的转子芯122的外周面均作类似的改进，以使得转子芯122的外周面与隔磁桥114的内周面之间形成的气隙的厚度不均匀。

实施例2

如图3所示，根据本发明又一实施例的无刷电机，包括定子210和相对定子210能够转动的转子220。定子210包括由导磁材料制成的定子芯212和绕线组(图中未示意出)。定子芯212包括轭部213和从轭部213向内延伸的多个隔磁桥214，相邻隔磁桥214之间形成用以容纳绕组的线槽215。隔磁桥214具有向两侧延伸的第一极靴211和第二极靴2142。转子220包括转子芯222和设置在转子芯222上的多个磁瓦223。转子芯222上设置有用以容纳磁瓦223的安装孔224。本实施例的无刷电机，其工作原理与实施例1的无刷电机相同，此处不再赘述，仅重点阐述二者在定子及转子结构上的不同之处。

图3所示的实施例中，隔磁桥214的内周面所在的圆周与定子210的外周面所在的圆周不同心。或者通俗点讲，二者偏心设置。具体的，定子芯212具有的外周面即为定子210的外周面。如图3所示，隔磁桥214设置了6个，分别具有朝向转子220的内圆弧面。该内圆弧面即为第一极靴2141的端部与第二极靴2142的端部所定义范围的圆弧面。6个圆弧面处于同一个圆周，且圆周的圆心为a，与该定子芯212的外周面所在的圆周b不同心。

采用上述方式，同样实现了转子芯222的外周面与隔磁桥214的内周面之间形成的气隙230的厚度不均匀的目的，从而使得磁路中磁阻实现均匀化，从而电机的线槽转矩小，反电势波形能实现标准的梯形，充磁定位精度高，电机的稳定性得以增加，效率提高。

进一步地，在其他的实施例中，各个隔磁桥214的内周面也不在同一圆柱面。即也可以是各隔磁桥214的内周面所在圆周均不同心，且与该定子芯212的外周面所在的圆周b不同心。如本实施例中，可以将6个隔磁桥214的内周面设置为彼此不同心。

实施例3

如图4所示，根据本发明又一实施例的无刷电机，包括定子310和相对定子310能够转动的转子320。定子310包括定子芯312和绕线组(图中未示意出)。定子芯312包括轭部313和从轭部313向内延伸的多个隔磁桥314。相邻隔磁桥314之间形成用以容纳绕组的线槽315。隔磁桥314具有第一极靴3141和第二极靴3142。转子320包括转子芯322和嵌在转子芯322上的磁瓦323。本实施例的无刷电机，其工作原理与实施例1的无刷电机相同，此处不再赘述，仅重点阐述定子及转子结构上的不同之处。

传统技术中，为了保证磁通顺利通过，相邻磁瓦通常被设置成90度的l形或者认为需要设置为大于145度～180度的v形。然而，在实现传统技术的过程中，申请人发现上述方式制得的电机的振动都比较较大，电机效率一般。

为了解决上述技术难题，发明人进行了研究，在转子320的周向上，使每两个相邻磁瓦构成磁瓦组，其中在远离转子的中心轴线的一侧，同一磁瓦组中的两个磁瓦形成120度～139度的夹角。

具体地，如图4所示，转子320上的转子芯322上沿周向均布有8个磁瓦323。若相邻的两个磁瓦定义为一组，则所述磁瓦在转子的圆周方向上形成均布的多个磁瓦组。每磁瓦组中的两个磁瓦323形成120度～139度的夹角。换言之，每组磁瓦可理解为呈v形。如图4中，相邻磁瓦323相对于转子芯322的同一直径倾斜，且二者的一端部彼此靠拢，以在视觉上呈v形架构。该v形的角度范围为120度～139度。图4中，相邻磁瓦323之间的夹角为139度。

发明人研究发现，当磁瓦角度在120-139度且极弧系数保持不变时，磁瓦厚度存在更大的调整空间，从而使得气隙磁密增加，电机输出功率反而增加，且比较稳定。

原因如下公式：

其中，公式中各元件代表意义如下：

ap′—极弧系数；p′—功率；a—线负荷；bδ—气隙磁密；lef—转子有效长度；n—转速；d—转子外径。

可以利用对拖法(发电机法)验证上述研发成果。具体地，分别对传统技术的相邻磁瓦呈大于145度～180度的v形电机、图3所示的实施例2的无刷电机及本实施例的无刷电机分别测试其反电势波形。结果表明：传统技术的v形无刷电机，其反电势波形为马鞍形，图3所示的实施例2的无刷电机的反电势波形为标准梯形，而本实施例的无刷电机的反电势波形则接近正弦形。如此，实施例2和3的无刷电机的齿槽转矩将得以降低，运行稳定性，降低振动和噪声。

同时，实测样机特性曲线，可以得到结论，图3所示的实施例2的无刷电机及本实施例的无刷电机的输出功率较传统技术的无刷电机更为稳定。

实施例4

如图5所示，根据本发明又一实施例的无刷电机，包括定子(未图示)和相对定子能够转动的转子420。转子420包括转子芯422和嵌在转子芯422上的磁瓦423。本实施例的无刷电机，其工作原理与实施例1的无刷电机相同，此处不再赘述，仅重点阐述定子及转子结构上的不同之处。

转子420仍然是具有多个沿周向均布的磁瓦423。其中，在转子420绕之转动的中心轴线421的轴向上，每个磁瓦423包括间隔分布的多段。图4仅示意性的示出转子420的剖面结构，显示了一个磁瓦423，其分为了4段。但是磁瓦423的分段数量不局限于4段。

由于轴向分段设置，每个磁瓦423的相邻段之间具有间隙，使得磁阻增大，磁体之间的涡流损耗降低，从而降低电机涡流损耗，进而提升电机效率。

磁瓦在圆周方向是设置多个，因此在中心轴线421的轴向上，若干个磁瓦423形成多层的磁瓦层，且相邻的磁瓦层之间设置有绝缘材料。以类似图3所示的实施例那样，当周向设置8个磁瓦，每个磁瓦轴向分成4段时，在轴向上形成了四层的磁瓦层，相邻磁瓦层之间利用绝缘材料424间隔开，使得磁阻增大，磁体之间的涡流损耗降低，从而降低电机涡流损耗，进而提升电机效率。

进一步地，相邻的磁瓦层与所述绝缘材料424紧密抵接，对转子420的叠长很小影响，利于电机结构紧凑设计。

以上提供了4个实施例，均可以不同程度的优化气隙磁场，提高电机的稳定性，提高电机效率。此外，上述4个实施例的改进构思还可以组合使用，进一步增加电机的稳定性，提高电机效率。下面结合附图阐述不同的组合情景下的实施例。

实施例5

如图5所示，根据本发明又一实施例的无刷电机，包括定子510和相对定子能够转动的转子520。定子510包括定子芯512和绕线组(图中未示意出)。定子芯512包括轭部513和从轭部513向内延伸的多个隔磁桥514。相邻隔磁桥514之间形成用以容纳绕组的线槽515。隔磁桥514具有第一极靴5141和第二极靴5142。转子520包括转子芯522和嵌在转子芯522上的磁瓦523。本实施例的无刷电机，其工作原理与实施例1的无刷电机相同，此处不再赘述，仅重点阐述定子及转子结构上的不同之处。

本实施例的无刷电机，同时采用了实施例1、3和4的改进构思，从而更好地优化气隙磁场，提高电机稳定性，提高电机效率。详述如下。

转子520的外周面在对应与隔磁桥514处设置为偏心，即转子芯522具有外凸的圆弧面5221，转子芯522的外周面设置为凹凸不平的弧面结构，使得转子芯522的外周面与隔磁桥514的内周面之间形成的气隙的厚度不均匀；同时；

在转子520的周向上，使每两个相邻磁瓦构成磁瓦组，其中在远离转子的中心轴线的一侧，同一磁瓦组中的两个磁瓦形成120度～139度的夹角，具体地形成了139度的夹角；同时

且每个磁瓦523在轴向上分段设置，且相邻两段之间设置间隔用的绝缘材料，具体地每个磁瓦523在轴向上分成四段，四段之间利用绝缘材料隔离开。

实施例6

如图6所示，根据本发明又一实施例的无刷电机，包括定子610和相对定子能够转动的转子620。定子610包括定子芯512和绕线组(图中未示意出)。定子芯612包括轭部613和从轭部613向内延伸的多个隔磁桥614。相邻隔磁桥614之间形成用以容纳绕组的线槽615。隔磁桥614具有第一极靴6141和第二极靴6142。转子620包括转子芯622和嵌在转子芯622上的磁瓦623。本实施例的无刷电机，其工作原理与实施例1的无刷电机相同，此处不再赘述，仅重点阐述定子及转子结构上的不同之处。

本实施例的无刷电机，同时采用了实施例1、2和4的改进构思，从而优化气隙磁场，提高电机稳定性，提高电机效率。

具体地，转子620的外周面在对应与隔磁桥614处设置为偏心，即转子芯522具有外凸的圆弧面6221，转子芯622的外周面设置为凹凸不平的弧面结构，使得转子芯622的外周面与隔磁桥614的内周面之间形成的气隙的厚度不均匀；同时

隔磁桥614的内周面所在的圆周与定子610的外周面所在的圆周不同心，具体地，隔磁桥614的内周面所在的圆周的圆心为a，定子610的外周面所在的圆周所在圆心为b，a和b不重合；同时

每个磁瓦623在轴向上分段设置，且相邻两段之间设置间隔用的绝缘材料，具体地，每个磁瓦623在轴向上分成四段，四段之间利用绝缘材料隔离开。

实施例7

如图7所示，根据本发明又一实施例的无刷电机，包括定子710和相对定子能够转动的转子720。定子710包括定子芯712和绕线组(图中未示意出)。定子芯712包括轭部713和从轭部713向内延伸的多个隔磁桥714。隔磁桥714具有第一极靴7141和第二极靴7142。转子720包括转子芯722和嵌在转子芯722上的磁瓦723。本实施例的无刷电机，其工作原理与实施例1的无刷电机相同，此处不再赘述，仅重点阐述定子及转子结构上的不同之处。

本实施例的无刷电机，同时采用了实施例2、3和4的改进构思，从而更好地优化气隙磁场，提高电机稳定性，提高电机效率。

具体地，隔磁桥714的内周面所在的圆周与定子710的外周面所在的圆周不同心，其中，隔磁桥714的内周面所在的圆周的圆心为a，定子710的外周面所在的圆周所在圆心为b，a和b不重合；同时

在转子720的周向上，使每两个相邻磁瓦构成磁瓦组，其中在远离转子的中心轴线的一侧，同一磁瓦组中的两个磁瓦形成120度～139度的夹角，具体地形成了139度的夹角；同时

每个磁瓦723在轴向上分段设置，且相邻两段之间可设置间隔用的绝缘材料，每个磁瓦723在轴向上分成四段，四段之间利用绝缘材料隔离开。

实施例8

如图8所示，根据本发明又一实施例的无刷电机，包括定子810和相对定子能够转动的转子820。定子810包括定子芯812和绕线组(图中未示意出)。定子芯812包括轭部813和从轭部813向内延伸的多个隔磁桥814。隔磁桥814具有第一极靴8141和第二极靴8142。转子820包括转子芯822和嵌在转子芯822上的磁瓦823。本实施例的无刷电机，其工作原理与实施例1的无刷电机相同，此处不再赘述，仅重点阐述定子及转子结构上的不同之处。

本实施例的无刷电机，同时采用了实施例1、2、3和4的改进构思，从而更好地优化气隙磁场，提高电机稳定性，提高电机效率。

具体地，转子820的外周面在对应与隔磁桥814处设置为偏心，即转子芯822具有外凸的圆弧面8221，转子芯822的外周面设置为凹凸不平的弧面结构，使得转子芯822的外周面与隔磁桥814的内周面之间形成的气隙的厚度不均匀；同时

隔磁桥814的内周面所在的圆周与定子810的外周面所在的圆周不同心，其中隔磁桥814的内周面所在的圆周的圆心为a，定子810的外周面所在的圆周所在圆心为b，a和b不重合；同时

在转子820的周向上，使每两个相邻磁瓦构成磁瓦组，其中在远离转子的中心轴线的一侧，同一磁瓦组中的两个磁瓦形成120度～139度的夹角，具体地形成了139度的夹角；同时

每个磁瓦823在轴向上分段设置，且相邻段之间可设置间隔用的绝缘材料，具体的，每个磁瓦823在轴向上分成四段，四段之间利用绝缘材料隔离开。

本发明的一实施例还提出一种电动工具，其包括动力机构和工作执行组件。动力机构可以采用前述的任一实施例的无刷电机，用以驱动工作执行部件。

工作执行组件可以是钻头、打磨头、凿头、锯片等。电动工具则可以是角磨机、电钻、砂光机、螺丝批、冲击扳手、电圆锯等手持式电动工具。由于采用了稳定性好、效率高的电机，电动工具的稳定性也相对较好，振动地，工作效率高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。