专利名称：永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机，厲子供电系 统设备技术领域。
背景技术：
在发明以前的已有技术中，永磁无刷直流电机通常是采用磁钢体平铺粘贴 在壳体内，主轴压入定子矽钢片，定子绕组嵌入矽钢片内，由轴承支承，转子 上装有端盖，采用电子换相，由脉冲分配器送出驱动脉冲，给由功率器件组成
的功率转换电路去驱动电机。例如，专利号03219125.1，其不足之处是1. 有矽钢片铁心。2.由于磁钢体平铺粘贴在外转子的壳体内，距离定子铁心和磁 场绕组中心有较宽的间隙和线圈距离，因此，限制了永磁磁场能量转换效率的 进一歩提高。3.绕线，嵌线，烘漆等传统的电机制作方法，工序多，生产复杂， 不利于提高经济效益。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足之处，运用嶄新的技术方案，提供一种结构 简单、起动电流小，输出力矩大，永磁磁场利用率高，无铁心，能量转换效率 高的永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机来实现。
本发明的主要解决方案是
—主要采用磁钢体4分别嵌装固定在外转子模块3和7内，线圈6和霍尔 元件15分别嵌装在定子模块5内，该定子固定在主轴1上，通过端盖2中的轴 承12支7H，螺栓13将端盖2固定在外转子模块上，导线17从主轴1内的管路 16延伸到机体外侧与控制器连接构成，其特征是线圈6内无铁心，由线圈平 面两侧外转子模块3和7内的磁钢体4，偶合的磁力线，通过线圈平面中心相对吸引，构成强磁场，输入脉冲电流后，产生电磁力作用形成旋转力矩，推斥
外转子模块运转，由于上述磁力作用是在线圈6和磁钢体4偶合的磁场中心内 完成，因此电机起动平稳，线性好，噪音低，运转时，起动扭距和工作力矩特 别大，能量转换效率奇高，而且体积小，节能省料，成本低，尤其在于模块式 设计的新方案，使扩大功率十分方便，只要增添外转子模块7和定子模块5的 数量，就能增加电机的输出功率。
二.主要采用磁钢体4分别嵌装固定在外转子模块3和7内，线圈6和霍尔 元件15分别嵌装在定子模块5内，该定子固定在主轴1上，通过端盖2中的轴 承12支承，螺栓13将端盖2固定在外转子模块上，导线17从主轴1内的管路 16延伸到机体外侧与控制器连接构成，其特征是线圈6内无铁心，由线圈平 面两侧外转子模块3和7内的磁钢体4，偶合的磁力线，通过线圈平面中心相 对吸引，构成强磁场，输入脉冲电流后，产生电磁力作用形成旋转力矩，推斥 外转子模块运转，由于上述磁力作用是在线圈6和磁钢体4偶合的磁场中心内 完成，因此电机起动平稳，线性好，噪音低，运转时，起动扭距和工作力矩特 别大，能量转换效率奇高，而且体积小，节能省料，成本低，尤其在于模块式 设计的新方案，使扩大功率十分方便，只要增添外转子模块7和定子模块5的 数量，就能增加电机的输出功率；在制作较大功率电机时，主轴1的另一端增 设冷却接口装置，该冷却接口装置由孔道18、导流管19、单向阀20、排液 接口 21构成。
本发明所述外转子模块3和7，由铝合金或软磁材料制成圆环形状，在圆 环内嵌装一圈磁钢体4，该磁钢体的中心与线圈6的中心相对应，外转子模块 设有凹凸槽和槽口 14，用于外转子模块3和7以及左右端盖2的组合装配衔接 定位，同时，槽口 14可与外接部件支撑衔接，构成定位支承，例如配套的风机风轮、电风扇风叶、车轮钢圈的定位衔接支撑，构成直流风机、直流电风扇、 电动车车轮等产品。
所述磁钢体4为敛铁硼永磁或钐钴永磁或铝镍钴永磁，形状有圆柱体或方 块体或六角体，数量须等于或大于线圈6之数量，按S-N-S-N磁极顺序排列固 定在外转子模块3和7的圆面积内。
所述定子模块5用无磁或软磁材料制成，中心开孔，套装固定在主轴1上， 线圈6和霍尔元件15分别嵌装在定子模块5的圆面积内。
所述线圈6为无铁心线圈，由高强度漆包线绕制成圆形片状，嵌装或压制 在定子模块5的圆面积内部，线圈的数量能被3和4整除，例如12只、24 只、36只、48只、60只、72只、96只、120只、144只、168只、192只或-—N 只，线圈中心与磁钢体4的中心相对应，构成两侧磁钢体通过线圈中心相对吸 引的强磁场，线圈采用串并联复式连接。
所述主轴1由圆钢或不锈钢制成，轴中设有管路16、凸挡9、键槽10、挡 圈11 ，凸挡9的外经大于主轴1的直径，作为定子模块5的靠山定位限制，以 求精确限制外转子模块3和7与定子模块5之间的气隙尺寸；所述气隙8的尺 寸范围为0. 2 5mm，根据磁钢体和电机功率大小选择。
所述霍尔元件15为3只，按照设定的间隔距离，分别嵌装在定子模块5 内的线圈旁，霍尔元件根据电机里面磁钢体4相对于线圈6的位置，感应霍尔 信号传递给控制器，经控制器处理后输出给线圈6相对应方向的电流，电机旋 转，磁钢体4与线圈6发生转动，霍尔感应出新的位置信号，控制器又给电机 线圈重新改变电流方向供电，电机继续旋转，进行自动电子换相，使电机正常 运转。
制作较大功率的电机时，在主轴1的另一端的轴心处开设孔道18，孔道内装有导流管19，该导流管外经小于孔道18内径，导流管前端开有液流孔，后 端与单向阀20连接，单向阀密封固定在主轴顶端的孔道口上，主轴径面设置排 液接口21，使用时，单向阀20通过管路与散热器或蒸发器23连接，散热器23 的另--端通过管路与排液接口21连接，电机运转产生热量，使冷却油或冷媒液 体汽化，汽体从排液接口 21向---散热器23上端移动---散热器23经过外界自 然通风，将气体冷却还原为液体，在散热器内向下沉淀，基于散热器23与主轴 1的高低差压力，使液体通过一-单向阀20---导流管19---孔道18---排液接口 21，进行液\汽转化，蔽路自动循环，以冷却较大功率的电机运转时所产生的热
制作大功率的电机时，例如.炼钢厂的大型风机电机时，在主轴1的另一端 设有冷却接口装置，该冷却接口装置由主轴一端的轴心处开设孔道18，孔道 内装有导流管19，该导流管外经小于孔道18内径，导流管前端开有液流孔， 后端与单向阀20连接，单向阀密封固定在主轴顶端的孔道口上，主轴径面设置 排液接口21，使用时，单向阀20与冷水机的出水管路连接，排液接口21与冷 水机的回水管路连接，使冷水或冷媒液体，从冷水机的出水管路通过---单向阀 20---导流管19---孔道18一-排液接口 21---冷水机的回水管路循环，以冷却 大功率的电机运转时产生的热量。
直流电源可以是电瓶蓄电池或者整流器装置，将交流电转换成适应的直流 电，输出给控制器和电机提供必要的电源。 本发明与已有技术相比有益效果是
结构简单、部件少、耗材小、重量轻、体积小、成本低、扩大功率方便、 制作工艺简单、并且无铁心、无齿槽、无电刷、无矽钢片、无静摩擦力矩、效 率高、噪音低、力矩大、输出功率大、用途广、非常适合于流水线大批量生产。拥有该项技术能制造用于市政建设中的各种电动工具、电动车、通风风机、 建筑机械、工、农业生产、交通、航空、医疗、冶金、防暴及危险品作业场所、 地下采矿领域所需的各种直流电机。
附图1， 一种永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机的内部结构原理
剖示图。
附图2，具有冷却接口装置的永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机 结构剖示图。
附图3，外转子模块3的主视图。 附图4，外转子模块3的剖示图。 附图5，外转子模块7的主视图。 附图6，定子模块5的主视图。 附图7，定子模块5的剖示图。
O 、八土n+立门>1士眾t :7fc/i(r 6 4庄IT2亡+立；咅阅
ITJ凶o ， / 7 T文W农里一J /议l平Hl旧"、辻T文不,g、图o
附图9，冷却接口装置与冷水机连接示意图。
具体实施例方式
以下实施例并不构成对本实用新型保护范围的任何限制。
实施例附图1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9所示，永磁外转子模块式无刷 无铁心节能直流电机，包括1.主轴，2.端盖，3.外转子模块，4.磁钢体，5. 定子模块，6线圈，7.外转子模块，8.气隙，9.凸挡，IO.键槽，11.挡圈，12. 轴承，13.螺栓，14.槽口， 15.霍尔元件，16.管路，17.导线，18.孔道，19. 导流管，20.单向阀，21，排液接口， 22.循环泵，23.散热器，24.蒸发器，25. 冷水机。外转子模块3和7，由铝合金材料制成，在圆环内嵌装一圈磁钢体4，该磁 钢体的中心与线圈6的中心相对应，外转子模块上设有槽口 14，用子外转子模 块3和7以及左右端盖2的组合装配衔接定位，槽口 14可以与钢圈支撑衔接， 构成电动车轮钢圈的定位支承。
磁钢体4为圆柱体，采用敛铁硼永磁材料制作，数量须等于或大于线圈6 之数量，按S-N-S-N磁极顺序排列固定在外转子模块3和7的圆面积内，作为 优选，本实施例的磁钢体选为36块。
定子模块5用无磁或软磁材料制成，中心开孔，套装固定在主轴1上，线 圈6和霍尔元件15分别嵌装在定子模块5的圆面积内。
线圈6为无铁心线圈，由高强度漆包线绕制成圆形片状，嵌装或压制在定 子模块5的圆面积内，线圈中心与磁钢体4的中心相对应，构成两侧磁钢体通 过线圈中心相对吸引的强磁场；作为优选，本实施例的线圈选为36只，以每3 只为1小组，每一相4小组，组成A、 B、 C三相绕组，绕组按一只正绕，一只 反绕的顺序排列，依照A相一1小组一B相--1小组--c相--1小组--再A相---1 小组的顺序嵌装，采用串并联复式连接。
主轴1由圆钢制成，轴中设有管路16、凸挡9、键槽17、挡圈18，凸挡9 的外经大于主轴1的直径，作为定子模块5的靠山定位限制，以求精确限制外 转子模块3和7与定子模块5之间的气隙尺寸。
气隙8的尺寸范围为0.2 5mm，根据磁钢体和电机功率大小选择，作为优 选，本实施例的气隙为O. 5mm。
霍尔元件15为3只，按照设定的间隔距离，分别嵌装在定子模块5内的线 圈旁。
装配程序将磁钢体4分别嵌装固定在外转子模块3和7 的圆片平面内，线圈6和霍尔元件15分别嵌装在定子模块5的圆面积内，主轴1装入定子模块 5，导线17从主轴1内的管路16延伸到机体外侧与控制器连接，主轴1通过安 装在端盖2中的轴承12支承，螺栓13经过槽口 14将端盖2固定在外转子模块 3和7上构成。
本发明所述控制器，采用电子换向，由集成电路脉冲分配器输出驱动脉冲， 给由功率放大器件组成的功率转换电路去驱动电机。
实施例，附图8，冷却接口装置与液体自循环连接示意图。
在主轴另一端的轴心处开设孔道18，孔道内装有导流管19，该导流管外经 小于孔道18内径的三分子一，导流管前端开有导流孔，后端与单向阀20连接， 单向阀密封固定在主轴顶端的孔道口上，主轴径面设置排液接口21，使用时， 单向阀20通过管路与散热器或蒸发器23连接，散热器23的另一端通过管路与 排液接口 21连接，电机运转产生热量，使冷却油或冷媒液体汽化，汽体从排液 接口 21向---散热器23上端移动-一散热器23经过外界自然通风，将气体冷却 还原为液体，在散热器内向下沉淀，基于散热器23与主轴1的高低差压力，使 液体通过一-单向阀20---导流管19---孔道18—-排液接口 21 ，进行液/汽转化， 蔽路自动循环，以自动冷却较大功率的电机运转时所产生的热量。
实施例，附图9，冷却接口装置与冷水机连接示意图。
在冷水机25内包括设有循环泵22、蒸发器23、冷凝器、压縮机为主要 部件，压缩机通过蒸发器23传替冷媒，生产冷水，循环泵22通过出水管路连 接单向阀20，排液接口 21通过回水管路连接冷水机，使冷水或冷媒液体，从 冷水机内的循环泵22通过出水管路---单向阀20---导流管19---孔道 18---排液接口21---冷水机的回水管路，进行往返循环运动，以冷却大功率的 电机运转时产生的热量。直流电源可以是电瓶蓄电池或者整流器装置，将交流电转换成适应的直流
电，输出给控制器和电机提供必要的电源。
根据上述实施例和工作原理，有些聪明的制造商试图稍微改变或减少某一 部件而制造的雷同产品，也属于本发明的保护范畴之例。
权利要求
1.一种永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机，主要采用磁钢体(4)分别嵌装固定在外转子模块(3)和(7)内，线圈(6)和霍尔元件(15)分别嵌装在定子模块(5)内，该定子模块固定在主轴(1)上，通过端盖(2)中的轴承(12)支承，螺栓(13)将端盖(2)固定在外转子模块上，导线(17)从主轴(1)内的管路(16)延伸到机体外侧与控制器连接构成，其特征是线圈(6)内无铁心，由线圈两侧外转子模块(3)和(7)内的磁钢体(4)，偶合的磁力线构成强磁场，输入脉冲电流后，产生电磁力作用形成旋转力矩，推斥外转子模块运转，由于上述磁力作用是在线圈(6)和磁钢体(4)偶合的磁场中心内完成，因此电机起动扭距和工作力矩特别大，能量转换效率奇高，而且体积小，节能省料，尤其在于模块式设计的新方案，使扩大功率十分方便，只要增添外转子模块(7)和定子模块(5)，就能增加电机的输出功率；
2.—种永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机，主要采用磁钢体(4)分别嵌装固定在外转子模块(3)和(7)内，线圈(6)和霍尔元件(15)分别嵌装在定子模块(5)内，该定子模块固定在主轴(1)上，通过端盖(2)中的轴承(12)支承，螺栓(13)将端盖(2)固定在外转子模块上，导线(17)从主轴(1)内的管路(16)延伸到机体外侧与控制器连接构成，其特征是线圈(6)内无铁心，由线圈两侧外转子模块(3)和(7)内的磁钢体(4)，偶合的磁力线构成强磁场，输入脉冲电流后，产生电磁力作用形成旋转力矩，推斥外转子模块运转，由于上述磁力作用是在线圈(6)和磁钢体(4)偶合的磁场中心内完成，因此电机起动扭距和工作力矩特别大，能量转换效率奇高，而且体积小，节能省料，尤其在于模块式设计的新方案，使扩大功率十分方便，只要增添外转子模块(7)和定子模块(5)，就能增加电机的输出功率；制作较大功率电机时，主轴(1)的另一端增设冷却接口装置，该冷却接口装置由孔道(18)、导流管(19)、单向阀(20)、排液接口 (21)构成。
3. 根据权利要求1所述的永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机，特征是所说外转子模块(3)和(7)，由铝合金或软磁材料制成圆环形状，在圆环内平面上嵌装一圈磁钢体(4)，该磁钢体的中心与线圈(6)的中心相对应，外转子模块设有凹凸槽和槽口 (14)，用于外转子模块(3)和(7)以及左右端盖(2)的组合装配衔接定位，槽口 (14)可与外接部件支撑衔接，构成定位支承。
4. 根据权利要求1所述的永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机，特征是所说磁钢体(4)为敛铁硼永磁或钐钴永磁或铝镍钴永磁，形状有圆柱体或方块体或六角体，数量须等于或大于线圈(6)之数量，按S-N-S-N磁极顺序排列固定在外转子模块(3)和(7)的圆面积内。
5. 根据权利要求1所述的永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机，特征是所说定子模块(5)用无磁或软磁材料制成，中心开孔，套装固定在主轴(1)上，线圈(6)和霍尔元件(15)分别嵌装在定子模块(5)的圆面积内。
6. 根据权利要求1所述的永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机，特征是所说线圈(6)为无铁心线圈，由高强度漆包线绕制成圆形片状，嵌装或压制在定子模块(5)的圆周面积内，线圈的数量能被3和4整除，例如12P、、 24只、36 P、、 48 P、、 60只、72只、96只、120只、144只、168只、192只或---N只，线圈中心与磁钢体(4)的中心相对应，构成两侧磁钢体通过线圈中心相对吸引的强磁场。
7. 根据权利要求1所述的永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机，特征是所说主轴(1)由圆钢或不锈钢制成，轴中设有管路(16)、凸挡(9)、键槽(10)、导线(17)，凸挡(9)的外经大于主轴(1)的直径，作为定子模块(5)的靠山定位限制，以求精确限制外转子模块(3)和(7)与定子模块(5)之间的气隙尺寸，气隙(8)的尺寸范围为O. 2 5隱，根据磁钢体和电机功率大小选择。
8. 根据权利要求1所述的永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机，特征是所说霍尔元件(15)为3只，按照设定的间隔距离，分别嵌装在定子模块(5)内的线圈旁，霍尔元件根据电机里面磁钢体(4)相对于线圈(6)的位置，感应霍尔信号传递给控制器，经控制器处理后输出给线圈(6)相对应方向的电流，电机旋转，磁钢体(4)与线圈(6)发生转动，霍尔感应出新的位置信号，控制器又给电机线圈重新改变电流方向供电，电机继续旋转，进行自动电子换相，使电机正常运转。
9. 根据权利要求2所述的永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机，特征是，所说冷却接口装置由在主轴(1)的另一端的轴心处开设孔道(18)，孔道内装有导流管(19)，该导流管外经小于孔道(18)内径，导流管前端开有导流孔，后端与单向阀(20)连接，单向阀密封固定在主轴顶端的孔道口上，主轴径面设置排液接口 (21)，使用时，单向阀(20)通过管路与散热器(23)连接，散热器的另一端通过管路与排液接口 (21)连接，电机运转产生热量，使冷却油或冷媒液体汽化，汽体从排液接口 (21)向-一散热器(23)上端移动-—散热器(23)经过外界自然通风，将气体冷却还原为液体，在散热器内向下沉淀，基于散热器(23)与主轴(1)的高低差压力，使液体通过-一单向阀(20)---导流管(19)-一孔道(18-) —排液接口 (21)，进行液、汽转化的蔽路自动循环，以冷却较大功率的电机运转时所产生的热量。
10. 根据权利要求2所述的永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机，特征是，所说冷却接口装置由主轴(1)的另一端的轴心处开设孔道(18)，孔道内装有导流管(19)，该导流管外经小于孔道(18)内径，导流管前端开有导 流孔，后端与单向阀(20)连接，单向阀密封固定在主轴顶端的孔道口上，主 轴径面设置排液接口 (21)，使用时，单向阀(20)与冷水机的出水管路连接，排 液接口(21)与冷水机的回水管路连接，使冷水或冷媒液体，从冷水机的出水管 路通过-一单向阀(20)-—导流管(19)--孔道(18)---排液接口 (21)---冷水机的 回水管路循环，以冷却大功率的电机运转时产生的热量。
全文摘要
本发明涉及一种永磁外转子模块式无刷无铁心节能直流电机，属于供电系统设备技术领域。包括主轴、端盖、外转子模块、磁钢体、定子模块、线圈、霍尔元件为主要部件构成；特征是线圈内无铁心，由线圈两侧外转子模块内的磁钢体，偶合的磁力线构成强磁场，输入脉冲电流后，产生电磁力作用形成旋转力矩，推斥外转子模块运转，由于上述磁力作用是在线圈和磁钢体偶合的磁场中心内完成，因此电机起动扭距和工作力矩特别大，能量转换效率奇高，而且体积小，节能省料，成本低，尤其在于模块式设计的新方案，使扩大功率十分方便，主轴上还设有冷却接口装置，克服了大功率电机的散热问题，非常适合于流水线大批量生产。
文档编号H02K3/46GK101651377SQ20091009547
公开日2010年2月17日 申请日期2009年1月13日 优先权日2009年1月13日
发明者陈国宝 申请人:陈国宝