一种无刷电机以及机械臂的制作方法

本发明涉及驱动控制装置技术领域，更具体地，本发明涉及一种无刷电机以及机械臂。

背景技术：

近年来，随着科学技术的快速发展，机器人技术已经在工业生产中发挥着越来越重要的作用，人们也开始越来越关注和重视机器人的技术发展与应用。

机械臂属于一类机器人，在现代化工业生产技术领域，或者日常的工作、生活中已经应用的越来越普及。在相应的驱动装置，例如在电机的控制下，机械臂可用于将某一物品按照要求从一个位置移动到另一个指定的位置，从而能完成某一工业生产的作业要求。机械臂的使用不仅能够减少劳动力，还能够有效的提高工作效率，最终能降低企业的生产成本。如今，机械臂已经基本可以替代人工完成固定的程序化动作。

无刷电机没有电刷结构，本身具有效率高以及使用寿命长等诸多的优点。如今，无刷电机已经被广泛的应用于众多领域中，发展非常迅速。尤其是，无刷电机可以用作机械臂的驱动控制装置。现有的无刷电机包括铁芯，在铁芯的齿部上绕制有线圈，还包括磁体以及磁轭。其中，铁芯、线圈、磁铁以及磁轭等磁路有效区域均呈径向布置，这使得电机的中孔尺寸受到了很大程度的限制，无法做到比较大。并且，当铁芯的齿部上缠绕线圈后，在轴向方向上线圈两边端部区域受线圈绕制厚度的影响，会使整个无刷电机在轴向上的尺寸受到限制而无法减薄。也就是说：现有的无刷电机通常为中孔较小而轴向尺寸较大的结构。实际上，针对机械臂关节模组所使用的无刷电机，更希望电机呈大中孔、扁平的结构设计。由于机械臂通常由多个关节模块和外加装置组成，多个模块化电机以及外加装置产生的线缆需要从每个关节模块中穿过，而由于各种因素的限制导致无刷电机的中孔较小，就会造成机械臂多关节中孔过线困难的问题。

因此，非常有必要研究新的无刷电机的结构，以解决上述存在的问题。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种无刷电机的新技术方案。

根据本发明的第一个方面，提供了一种无刷电机，包括定子组件，以及相对于所述定子组件转动的转子组件；

其中，所述定子组件包括铁芯，在所述铁芯的侧壁上设置有多个齿，各个齿沿着铁芯的轴向方向延伸，各个齿上均绕制有绕组；所述转子组件设置在所述定子组件的轴向方向上，且与所述定子组件轴向方向上的端面间隙配合在一起。

可选地，所述转子组件包括磁轭和设置在磁轭上的多个永磁体；所述多个永磁体沿着磁轭的圆周方向分布。

可选地，相邻两个齿之间形成具有开口的齿槽。

可选地，所述齿的端部向齿的两侧延伸，且多个齿的端面围成被所述开口间隔的环状平面。

可选地，本发明的无刷电机，还包括电机壳体以及转子转轴；所述磁轭和多个永磁体，以及铁芯均设置在所述电机壳体内；所述铁芯与所述电机壳体固定连接，所述磁轭与所述转子转轴连接。

可选地，所述铁芯采用smc复合材料制成。

可选地，所述磁轭在轴向方向上的尺寸不超过5mm。

可选地，所述磁轭采用软磁材料制成。

根据本发明的第二个方面，提供了另一种无刷电机，包括定子组件，以及相对于所述定子组件转动的转子组件；

其中，所述转子组件包括铁芯，在所述铁芯的侧壁上沿轴向形成有多个齿，各个齿上均绕制有绕组；所述定子组件设置在所述转子组件的轴向方向上，且与所述转子组件轴向方向上的端面间隙配合在一起。

根据本发明的第三个方面，提供了一种机械臂，所述机械臂包括至少一个关节模块，所述机械臂还包括至少一个上述任一项所述的无刷电机，且所述关节模块与所述无刷电机一一对应配置。

本发明实施例提供的无刷电机，具有结构简单，以及生产制造方便的特点。其利用铁芯侧壁轴向上的部分形成齿，并在齿上绕制有绕组，在该无刷电机的结构中，齿、绕组、磁体以及磁轭等磁路有效区域均呈轴向布置的形式，这一设计可以使无刷电机的中孔直径做的更大。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明实施例提供的无刷电机一视角的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的无刷电机另一视角的结构示意图。

图3是本发明实施例提供的无刷电机的侧视图。

图4是本发明实施例提供的铁芯的立体图。

图5是本发明实施例提供的铁芯的侧视图。

图6是本发明实施例提供的铁芯的主视图。

附图标记说明：

1-磁轭，2-绕组，3-铁芯，4-永磁体；

31-齿槽，32-开口，33-齿。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明实施例提供的一种无刷电机，参考图1、图2以及图3所示，包括定子组件，以及与所述定子组件相配合的转子组件，且所述转子组件能相对于所述定子组件产生转动。其中，所述定子组件包括铁芯3，在所述铁芯3的侧壁上设置有多个齿33，每个齿33沿着铁芯3的轴向方向延伸，各个齿33上均绕制有绕组2。所述转子组件设置在所述定子组件的轴向方向上，且与所述定子组件轴向方向上的端面间隙配合在一起

本发明实施例提供的无刷电机，具有结构简单以及制造方便等特点。本发明实施例提供的无刷电机与常规的无刷电机相比，其区别主要在于：参考图1以及图2所示，本发明的无刷电机，在铁芯3的侧壁上沿轴向形成有多个齿33，在各个齿33上均绕制有绕组2，转子组件也位于定子组件的轴向方向上。采用这样的轴向方向的设计可以节省在电机径向方向上的空间(常规的是占用径向上的空间)。实际上，在铁芯3的外径相同、铁芯3与转子组件产生磁路区域体积相同的条件下，本发明无刷电机的中孔直径可以比常规无刷电机的中孔直径要大约一倍以上。并且，本发明无刷电机的整体高度比常规无刷电机的整体高度降低了大约1cm左右，这样可以形成一种扁平、大中孔结构的无刷电机，该结构非常适合作为机械臂的驱动装置。

其中，所述转子组件包括磁轭1以及设置在磁轭1上的多个永磁体4。所述多个永磁体4沿着磁轭1的圆周方向分布。在本发明的一个具体实施方式中，多个永磁体4沿着磁轭1的圆周方向呈均匀分布，以便于形成均匀的磁场。

其中，磁轭1与多个永磁体4之间可以为固定连接。在本发明的一个具体实施方式中，磁轭1与多个永磁体4之间可以采用胶体粘合的方式固定在一起。采用胶体粘合的连接方式，其工艺较为简单，成本低，不会对永磁体和磁轭的性能造成损伤，且能使多个永磁体与磁轭之间牢固的连接在一起。

其中，永磁体4的数量可以根据需要灵活设置，本发明对此不作限制。在本发明的一个具体实施方式中，永磁体4的设置数量与铁芯3上的齿33的设置数量相同。当然，永磁体4的数量也可以与齿33的数量不同。

另外，永磁体4可以采用本领域熟知的材料制造，例如可以采用铝铁铜材料制成，本发明对此不作限制。并且，永磁体4的形状也可以根据需要灵活设置，只要不会在径向上占用较大的空间即可，本发明对此不作限制。

其中，在铁芯3的侧壁上，相邻两个齿33之间形成具有开口32的齿槽31。齿槽31能用于容纳绕制在齿33上的绕组2。参考图4、图5以及图6所示，该齿槽31具有开口32，该开口32的设计有利于在齿33上绕制绕组，尤其是可以实现采用自动绕线设备进行绕制，从而能有效提高生产效率。其中，开口32的尺寸可以设计的比较小，这样能够在运行中有效的减弱或者避免出现齿槽效应。

并且，参考图4以及图6所示，所述齿33的端部向齿33的两侧延伸，且多个齿33的端面围成被所述开口32间隔的环状平面。齿33端部的结构设计可以防止绕组32从齿33的端部滑脱，有利于将绕组2限制在齿33上。

其中，绕组2可以采用本领域所熟知的绕组材料，本发明对此不作限制。在本发明的一个具体实施方式中，绕组可以采用铜线，具有价格低廉、稳定性好、结实耐用的特点。

本发明实施例提供的无刷电机，还可以包括：电机壳体以及转子转轴(图中未示出)。其中，所述磁轭1、多个永磁体4以及铁芯3均设置在所述电机壳体的内部，可以由电机壳体对磁轭1、多个永磁体4以及铁芯3起到良好的保护作用。所述铁芯3与所述电机壳体之间为固定连接，其相对于电机壳体不会产生相对的转动。所述磁轭1与所述转子转轴连接，当所述转子转轴进行转动时，可以带动所述磁轭1和多个永磁体4(转子组件)相对于所述铁芯3产生转动。

其中，电机壳体可以采用本领域熟知的材料制作，例如可以采用铝合金材料制成，能使电机壳体具有一定的耐腐蚀性以及一定的机械强度。此外，铝合金材料的质量比较轻且价格低廉，使用后不会增加整个无刷电机的重量，且不会增加制造成本。

在本发明的一个具体实施方式中，电机壳体可以采用6061铝合金材料制成。具体来说，6061铝合金具有较高的机械强度、较高的韧性、良好的抗腐蚀性、加工后不易变形以及可焊接性等特点，非常适合作为电机壳体材料使用，能对其内部的磁轭、磁体、铁芯以及绕组等部件起到良好的保护作用；而且质轻，不会增加整个无刷电机的重量。

当然，电机壳体也可以采用其它的材料加工而成，可以为金属材料，也可以为非金属材料，本发明对此不作限制。

其中，铁芯3(当作为定子时)可以采用紧固件与电机壳体固定连接在一起。具体来说，紧固件可以采用螺栓、螺钉、铆钉等本领域所熟知的固定件，本发明对此不作限制。当然，在电机壳体内固定铁芯3时，还可以采用焊接、胶水粘合等本领域熟知的固定方式，只要能使铁芯3牢固的固定在电机壳体内即可，本发明对此不作限制。

本发明实施例提供的铁芯3，参考图4所示，有效的利用了铁芯3的侧壁上轴向上的部分，在铁芯3的侧壁上形成了多个均匀分布的齿33。其中，转子组件设置在定子组件的轴向方向上，且与定子组件轴向方向上的端面间隙配合在一起。这一设计使齿和转子组件均利用了电机在轴向上的空间。实际上，在常规的无刷电机中，齿均匀分布在铁芯侧壁的径向方向上，此时设转子组件也分布在铁芯的径向方向上，由于转子组件本身也具有一定的厚度，从而会导致占用电机径向上的较大空间，而为了保持电机的径向尺寸不会过大，就会造成电机的中孔尺寸较小。本发明中的设计正是改善了该问题，有效的利用了电机在轴向上的尺寸，可以明显增大电机的中孔。

本发明实施例提供的铁芯3，参考图4、图5以及图6所示，其外形为：在轴向上具有一定高度的圆环状结构。其在轴向上的尺寸可以根据实际需要或者要绕制的绕组的量灵活设置，本发明对此不作限制。

在本发明的一个具体实施方式中，铁芯3可以采用smc复合材料制成。其中，smc(sheetmoldingcompound)复合材料是一种高性能的复合材料，该材料本身具有密度小、质量轻、强度高、耐腐蚀、生产效率高以及制作成本低等诸多优良性能。参考图4，本发明中的铁芯结构是比较复杂的，当采用smc复合材料制作时，不仅具有铸造成型工艺简单、快速的优点，还可以有效减小高频涡流损耗。最终可以有效提升无刷电机的可靠性以及综合性能。

本发明实施例提供的磁轭1，从外形上看呈环状结构，并且在轴向上具有适宜的尺寸，其中部的孔直径可以做的较大。为了使本发明实施例的无刷电机在轴向上的尺寸可以不受限制，能够做的更薄，可以适当减小磁轭1在轴向方向上的尺寸。在本发明的一个具体实施方式中，磁轭1在轴向方向上的尺寸最好不超过5mm，这一设计既能起到约束漏磁向外扩散，还不会增加电机在轴向上的尺寸，还能适当的降低生产成本。

其中，磁轭1可以采用本领域熟知的软磁材料制成，也可以采用其它的材料，例如可以采用硅钢片叠加形成，本发明对此不作限制。

另外，本发明中磁轭1与转子转轴之间可以通过轴承连接。其中，转子转轴可以为空心轴，以减轻无刷电机的重量。

本发明的实施例还提供了另一种无刷电机的结构。该无刷电机的结构为：包括定子组件，以及相对于所述定子组件转动的转子组件。其中，所述转子组件包括铁芯，在所述铁芯的侧壁上沿轴向形成有多个齿，在各个齿上均绕制有绕组。所述定子组件设置在所述转子组件的轴向方向上，且与所述转子组件轴向方向上的端面间隙配合在一起。

其中，所述转子组件包括磁轭和设置在磁轭上的多个永磁体。所述多个永磁体沿着磁轭的圆周方向分布。

实际上，对于本领域技术人员而言，还可以将铁芯作为转子使用，而将磁轭和多个永磁体作为定子使用，此时可以将磁轭和多个永磁铁固定在电机壳体内，将铁芯与转子转轴连接。当转子转轴转动时可以带动铁芯相对于磁轭和多个永磁铁产生转动。对于无刷电机的进一步结构本发明不再详细论述。

另一方面，本发明实施例还提供了一种机械臂。所述机械臂包括至少一个关节模块，所述机械臂还包括至少一个上述任一种无刷电机，且所述关节模块与所述无刷电机一一对应配置。

本发明实施例提供的机械臂，其驱动装置采用上述任一种无刷电机。由于本发明的无刷电机具有高度扁平、大中孔的结构，可以有效解决机械臂多关节模块中孔过线难的问题。当将该机械臂应用于工业生产中时，能使生产过程具有连贯性、稳定性和高效性，能有效提高生产效率。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。