无刷电机的制作方法

1.本实用新型涉及无刷电机领域，具体来说，涉及一种工艺简单、操作方便且转子位置检测精度高的无刷电机。


背景技术：

2.无刷电机主要由定子组件、转子组件和控制器三部分组成。其中定子组件包括定子铁芯和定子绕组。定子铁芯通常由硅钢片叠压而成，其内圆表面开有槽，用于布置定子绕组。无刷电机的转子组件包括转子铁芯和设置在转子铁芯上的永磁体。
3.无刷电机的定子绕组接通电源后，绕组线圈中的电流会产生相应的磁场，该磁场与转子永磁体相互作用，可驱动转子进行旋转。简单来说，由于转子永磁体具有尽量使自己内部的磁感线方向与外磁感线方向保持一致的运动趋势，即，转子永磁体的n极与通电绕组的s极有对齐的运动趋势，转子永磁体的s极与通电绕组的n极有对齐的运动趋势，从而在转子上形成转动力矩，转子在该转动力矩的作用下转动。
4.为了驱动转子持续旋转，需要根据转子的当前位置不断地调整定子绕组的磁场方向。根据转子磁极相对于定子绕组的位置，按照一定的顺序给定子绕组的线圈通电可产生旋转磁场，从而驱动转子持续旋转。转子的位置通常由位置传感器检测，位置传感器检测转子磁极相对定子绕组的位置，并在确定的位置处产生位置传感信号，该信号经转换处理后用于控制定子绕组的电流切换。可见，无刷电机的控制，关键在于检测转子的位置，根据转子的位置信息，获取无刷电机的换相点。
5.目前，常用的转子位置检测方法包括霍尔传感器检测和无传感器检测两种方式。利用霍尔效应的传感器称为霍尔传感器。当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一个附加电场，从而在半导体的两端产生电势差，这个电势差被称为霍尔电压，所产生的这种现象被称为霍尔效应。霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低。由于无刷电机的转子是永磁体，因此，只要在合适的位置安装霍尔传感器，就能通过霍尔电压的变化获得转子磁场强度的变化，进而获得转子的旋转位置。
6.现有无刷电机的转子结构是转子永磁体和定子铁芯设计成同样高度或轴向尺寸相同，然后在转子上额外增加一个磁体作为霍尔传感器磁体为霍尔传感器提供磁通。这种方法和结构存在以下缺点：转子永磁体上的主磁通和为霍尔传感器提供磁通的磁体的磁通有角度偏差，这些偏差会导致转子位置检测准确性和精度降低。此外，额外在转子上增加磁体会导致电机组装工艺的复杂性。为了消除两种磁体的安装角度偏差，通常操作是二者同时充磁，或者单独充磁后通过电子技术进行角度补偿与校准，这样会影响电机组装的可操作性并增加工艺复杂性。
7.因此，需要一种工艺简单、操作方便且位置检测精度高的无刷电机和无刷电机转子位置检测方法。


技术实现要素：

8.为解决上述问题，本实用新型提供一种无刷电机和无刷电机转子位置检测方法，不仅减少充磁和安装工艺的复杂性，而且改善转子永磁体的磁通一致性，提高转子位置检测准确性和精度。
9.本实用新型的目的通过以下技术方案实现：一种无刷电机，包括转子组件、定子组件和霍尔传感器，所述转子组件包括转子铁芯和设置在所述转子铁芯上的永磁体，所述定子组件包括定子铁芯和定子绕组，所述霍尔传感器面向所述转子组件的轴向端面设置，其特征在于，所述永磁体的一部分用于向所述霍尔传感器提供磁通。
10.根据本实用新型的一个方面，所述永磁体的轴向尺寸大于所述定子铁芯和所述转子铁芯的轴向尺寸，超出部分用于向所述霍尔传感器提供磁通。
11.根据本实用新型的一个方面，所述超出部分的尺寸为2-8毫米。
12.根据本实用新型的一个方面，所述转子铁芯的轴向尺寸与所述定子铁芯的轴向尺寸相同。
13.根据本实用新型的一个方面，所述永磁体为圆形磁环。也可以是除圆形磁环外的其它常规设置方式，例如磁片式、表贴式、埋入式或内置式等。
14.根据本实用新型的一个方面，所述永磁体的充磁方式为径向充磁，距离所述永磁体轴向端面2毫米处漏磁磁通不小于200高斯。
15.根据本实用新型的一个方面，所述无刷电机为内转子结构的三相无刷直流电机。
16.根据本实用新型的一个方面，所述无刷电机包括印刷电路板，所述霍尔传感器设置在所述印刷电路板上。
17.根据本实用新型的一个方面，所述超出部分的轴向端面距离所述霍尔传感器的距离为1-2.5毫米。
18.根据本实用新型的一个方面，所述定子铁芯的外形是圆形，外径尺寸为20-60毫米，内径尺寸为10-50毫米。
19.根据本实用新型的一个方面，所述定子铁芯的外形是六边形，六边形对边尺寸为20-60毫米，内径尺寸为10-50毫米。
20.本实用新型的无刷电机，使用转子永磁体本身作为霍尔传感器磁体向霍尔传感器提供磁通，代替传统上额外增设的霍尔传感器磁体，省去了为霍尔传感器磁体和转子永磁体统一充磁、以及调整两个磁体相对位置的工序，减少工艺复杂性。并且，转子永磁体的磁通一致性较两个磁体的磁通一致性大大改善，因而转子位置检测准确性和精度相应提高。此外，由于仅需安装一个磁体，安装方便。
21.本实用新型还公开一种无刷电机转子位置检测方法，所述无刷电机包括转子组件、定子组件和霍尔传感器，所述转子组件包括转子铁芯和设置在所述转子铁芯上的永磁体，所述定子组件包括定子铁芯和定子绕组，其特征在于，所述方法包括：面向所述转子组件的轴向端面设置所述霍尔传感器；将所述永磁体的一部分用于向所述霍尔传感器提供磁通。
22.根据本实用新型的一个方面，设置所述永磁体的轴向尺寸大于所述定子铁芯和所述转子铁芯的轴向尺寸，超出部分用于为所述霍尔传感器提供磁通。
23.根据本实用新型的一个方面，所述超出部分的尺寸为2-8毫米。
24.根据本实用新型的一个方面，所述转子铁芯的轴向尺寸与所述定子铁芯的轴向尺寸相同。
25.根据本实用新型的一个方面，所述永磁体为圆形磁环。也可以是除圆形磁环外的其它常规设置方式，例如磁片式、表贴式、埋入式或内置式等。
26.根据本实用新型的一个方面，所述永磁体的充磁方式为径向充磁，距离所述永磁体轴向端面2毫米处漏磁磁通不小于200高斯。
27.本实用新型的无刷电机转子位置检测方法，通过使用转子永磁体本身作为霍尔传感器磁体向霍尔传感器提供磁通，代替传统上额外增设的霍尔传感器磁体，省去了为霍尔传感器磁体和转子永磁体统一充磁、以及调整两个磁体相对位置的工序，减少工艺复杂性。此外，转子永磁体的磁通一致性较两个磁体的磁通一致性大大改善，因而转子位置检测准确性和精度相应提高。
附图说明
28.图1为现有技术的无刷电机转子结构及转子位置检测方式的示意图；
29.图2为根据本实用新型实施例的无刷电机转子结构及转子位置检测方式的示意图；
30.图3为图2中转子磁环的端面图；
31.图4为示出根据本实用新型实施例的无刷电机转子铁芯和定子铁芯轴向尺寸关系的示意图；
32.图5为根据本实用新型实施例的无刷电机定子铁芯的端面图；
33.图6为根据本实用新型另一实施例的无刷电机定子铁芯的端面图。
具体实施方式
34.下面分别结合附图对本实用新型的无刷电机和无刷电机转子位置检测方法作进一步的详细说明，这些附图通过举例的方式示出本实用新型的实施例。
35.在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术使用者更全面地了解本实用新型。但是，对于所属技术领域内的技术使用者明显的是，本实用新型的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外，应当理解的是，本实用新型并不限于所介绍的特定实施例。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本实用新型，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。
36.参照图1，图1为现有技术的无刷电机转子结构和转子位置检测方式的示意图。其中转子组件包括转子轴1和设置在转子轴1上的转子铁芯2以及转子永磁体3’。霍尔传感器5设置在印刷电路板4上，面向转子组件的轴向端面。为了向霍尔传感器5提供用于检测转子当前位置的磁通，转子轴1上额外增设一个永磁体作为霍尔传感器磁体6，用于向霍尔传感器5提供磁通。在转子永磁体3’与霍尔传感器磁体6之间设有通常由不锈钢等材料制成的分隔件，以消除两个磁体的端面磁场之间的相互影响。
37.由于转子永磁体3’上的主磁通和为霍尔传感器5提供磁通的霍尔传感器磁体6的磁通有角度偏差，这些偏差会导致转子位置检测准确性和精度降低。为了消除两个磁体的
安装角度偏差，通常操作是二者同时充磁，或者单独充磁后通过电子技术进行角度补偿与校准，这样会影响电机组装的可操作性并增加工艺复杂性。此外，额外在转子上增加磁体及分隔件会导致电机组装工艺的复杂性。
38.本实用新型的无刷电机可以很好地解决上述问题。具体参见图2，图2为示出根据本实用新型实施例的无刷电机转子结构和转子位置检测方式的示意图。其中转子组件包括转子轴1和设置在转子轴1上的转子铁芯2以及转子永磁体3。
39.作为一种具体的实施方式，转子永磁体3为设置于转子铁芯2外圆表面、包围转子铁芯2的磁环。转子磁环一般为圆形，磁环外径尺寸取10-40毫米,磁环内径尺寸取8-38毫米。转子磁环的材料一般是粘接钕铁硼，磁环厚度一般取1-4毫米。图3示出转子永磁体3的端面图。转子永磁体3也可以是除圆形磁环外的其它常规设置方式，例如磁片式、表贴式、埋入式或内置式等。
40.霍尔传感器5设置在印刷电路板4上，面向转子永磁体3的轴向端面。为了向霍尔传感器5提供用于检测转子当前位置的磁通，设置转子永磁体3的轴向尺寸，使其大于转子铁芯2和定子铁芯的轴向尺寸，超出部分a代替现有技术的霍尔传感器磁体6，向霍尔传感器5提供用于检测转子当前位置的磁通。由于省去了霍尔传感器磁体6，省去了统一充磁、以及调整两个磁体相对位置的工序，减少了工艺复杂性。此外，转子永磁体3的磁通一致性优于两个磁体的磁通一致性，因而转子位置检测精度相应提高。由于仅需要安装一个永磁体，安装也随之简化。
41.作为一种具体的实施方式，超出部分a的尺寸为2-8毫米。超出部分a的轴向端面距离所述霍尔传感器5的距离b为1-2.5毫米。本领域技术人员知晓，可以根据无刷电机的尺寸以及转子永磁体3的充磁量，设置满足检测要求的超出部分a的尺寸以及超出部分a距离霍尔传感器5的距离b。
42.参见图4，图4示出根据本实用新型实施例的无刷电机转子铁芯和定子铁芯轴向尺寸关系的示意图。作为一种具体的实施方式，转子铁芯2的轴向尺寸与定子铁芯7的轴向尺寸c相同。
43.参见图5和图6，其示出根据本实用新型实施例的无刷电机定子铁芯的两种可选方式。如图5所示，定子铁芯叠片外形可以是圆形，外径尺寸e取值20-60毫米，内径尺寸d取10-50毫米。如图6所示，定子铁芯叠片外形也可以是六边形，六边形对边尺寸e’取20-60毫米，内径尺寸d’取10-50毫米。
44.作为一种具体的实施方式，所述永磁体3的充磁方式为径向充磁，且距离永磁体3轴向端面2毫米处的漏磁磁通不小于200高斯。
45.作为一种具体的实施方式，所述无刷电机为内转子结构的三相无刷直流电机。
46.基于相同的原理，本实用新型还提供一种无刷电机转子位置检测方法，其实现原理与上述无刷电机的实现原理相似，具体可参见上述无刷电机部分的描述，相同之处不再赘述。
47.参见图2至图6，在本实用新型的无刷电机转子位置检测方法中，无刷电机包括转子组件、定子组件和霍尔传感器5，转子组件包括转子铁芯2和设置在所述转子铁芯2上的永磁体3，定子组件包括定子铁芯7和定子绕组(图中未示出)，所述方法包括：面向所述转子组件的轴向端面设置所述霍尔传感器5；将所述永磁体3的一部分用于向所述霍尔传感器5提
供磁通。作为一种具体的实施方式，霍尔传感器5设置在印刷电路板4上，面向转子永磁体3的轴向端面，利用所述转子永磁体3轴向端面的漏磁磁通检测转子位置。
48.作为一种具体的实施方式，设置转子永磁体3的轴向尺寸大于转子铁芯2和定子铁芯的轴向尺寸，超出部分a代替现有技术的霍尔传感器磁体6，向霍尔传感器5提供用于检测转子当前位置的磁通。
49.作为一种具体的实施方式，所述超出部分a的尺寸为2-8毫米。
50.作为一种具体的实施方式，转子铁芯2的轴向尺寸与定子铁芯7的轴向尺寸c相同。
51.作为一种具体的实施方式，所述转子永磁体3为圆形磁环，也可以是除圆形磁环外的其它常规设置方式，例如磁片式、表贴式、埋入式或内置式等。转子磁环材料一般是粘接钕铁硼，磁环厚度一般取1-4毫米。定子铁芯叠片外形可以是圆形，外径尺寸e取值20-60毫米，内径尺寸d取10-50毫米。定子铁芯叠片外形也可以是六边形，六边形对边尺寸e’取20-60毫米，内径尺寸d’取10-50毫米。
52.作为一种具体的实施方式，所述永磁体3的充磁方式为径向充磁，且距离永磁体3轴向端面2毫米处的漏磁磁通不小于200高斯。
53.作为一种具体的实施方式，所述无刷电机为内转子结构的三相无刷直流电机。
54.本实用新型的无刷电机和无刷电机转子位置检测方法，使用转子永磁体本身作为霍尔传感器磁体向霍尔传感器提供磁通，代替传统上的霍尔传感器磁体和转子永磁体两个磁体，省去了为霍尔传感器磁体和转子永磁体统一充磁、以及调整两个磁体相对位置的工序，减少工艺复杂性，转子永磁体的磁通一致性较两个磁环大大改善，因而转子位置检测准确性和精度相应提高。此外，由于仅需要安装一个磁体，安装方便。
55.虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术使用者，在不脱离本实用新型的精神和范围内所作的各种更动与修改，均应纳入本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。