CN116260279B - 一种节能三相无刷直流电机 - Google Patents

Abstract

一种节能三相无刷直流电机，包括具空槽和槽孔的电机马达及跨越各空槽而双向绕组于槽孔内的定子线圈。当运转时，可利用定子线圈三相绕组调整脉宽调变占空比，使通过的电流改变，并由控制器切换流向定子线圈三相绕组中的电流方向，使其产生磁场的变化，使定子的极性与转子的磁铁极性之间，因磁场同时发生同性极相斥与异性极相吸的作用，而产生动力以控制转子转动；并借由3个空槽的设计将原本的磁场断开一部分(即1/13，等于实际上是36个定子主磁极对应12片转子磁铁)，使旋转的力道较轻而有较好的驱动效率使转子转动，如此即可产生节电的功能，达到小电流启动，有效节能省电的功效。

Description

一种节能三相无刷直流电机

技术领域

本发明有关于一种节能三相无刷直流电机，尤其涉及一种借由3个空槽的设计将原本的磁场断开一部分，使三相驱动电流变小产生较好的驱动能力使转子转动，特别是指可产生节电功能，达到小电流启动、有效节能省电功效的三相无刷直流电机。

背景技术

一种常见类型的电机机械为无刷式直流马达，通常是由定子及转子所构成。该定子通常包含一具有3组绕线的线圈；该转子通常包含永久磁铁。该转子与该定子被机械排列成用以让该转子能够相对于该固定定子来自由地移动。因此，介于该定子与该转子之间的电磁相互作用便会响应于该等定子绕线中的极性变化来让该转子移动。

一般的三相无刷直流马达的绕组方式分为主磁极绕组与槽孔绕组，对电流及磁场的影响有所不同。主磁极绕组的电流会产生较大的相位差，而槽孔绕组则有较小的电流相位差。上述两者产生的磁场也会有所不同。此外，由于槽孔绕组中存在锯齿形硅钢片，它可以减少电感量使整体电感变得更低，而主磁极绕组的电感量相对槽孔绕组来说要大一些。故，一般无法符合使用者于实际使用时所需。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服已知技术所遭遇的上述问题，并提供一种三相无刷直流电机，其可利用定子线圈三相绕组调整脉宽调变（Pulse-width modulation, PWM）占空比，使通过的电流改变，并由控制器切换流向定子线圈三相绕组中的电流方向，让其产生磁场的变化，使定子的极性与转子的磁铁极性之间，因磁场同时发生同性极相斥与异性极相吸的作用，而产生动力以控制转子转动，再借由3个空槽的设计将原本的磁场断开一部分（即1/13，等于实际上是36个定子主磁极对应12片转子磁铁），使旋转的力道较轻而有较好的驱动效率使转子转动，如此即可产生节电的功能，达到小电流启动，有效节能省电的功效。

为达以上目的，本发明采用的技术方案是：一种节能三相无刷直流电机，其包括：一轮毂机壳，为在一轮毂左、右侧各螺固一轮毂上盖、一轮毂下盖所构成的中空壳体，该轮毂上盖与该轮毂下盖于中心处各贯设有一轴套；一电机本体，容置于该轮毂机壳内，为在一电机中管左、右侧各组设一电机上盖、一电机下盖所构成的中空壳体，该电机上盖于中心处贯设有一轴套，并于该轴套周围更贯设有数个行星轴套；一电机马达，容置于该电机本体内，其由一定子与一转子所组成，该定子套置于该电机中管内，其具有一定子铁心，该定子铁心包含沿着中心穿孔周缘形成数个槽孔、以及数个由二该槽孔所界定的主磁极，该些槽孔中有三个不作入线的空槽，布设在彼此各成120度角的位置处，各该槽孔包含有一第一起始区、一第二起始区以及一第三起始区，该第一起始区具有一第一深度，该第二起始区具有一第二深度，该第三起始区具有一第三深度，该第一起始区至该槽孔开口端的距离大于该第二起始区至该槽孔开口端的距离，该第三起始区至各该槽孔开口端的距离小于该第二起始区至各该槽孔开口端的距离，而该转子可转动地穿设在该定子内，其具有一由数个硅钢片叠置结合构成的转子铁心，各该硅钢片于其中心处设有一轴孔，提供一中心转轴置入而与该转子铁心连结为一体，该中心转轴末端同轴同动装设一马达齿，并在该转子铁心的周缘间隔环设有数个径向充磁的磁极；一定子线圈，跨越各该空槽而双向绕组于各该槽孔内，该定子线圈包含有一第一相主线绕组、一第二相主线绕组与一第三相主线绕组，该第一相主线绕组、该第二相主线绕组与该第三相主线绕组的一端是并联连接至一共点，另一端连接至一控制器的控制点，由该控制器进行三相线的切换，该第一相主线绕组跨越二该槽孔或跨越二该槽孔与一该空槽而绕组于该第一起始区，该第二相主线绕组系跨越二该槽孔或跨越二该槽孔与一该空槽而绕组于该第二起始区，该第三相主线绕组系跨越二该槽孔或跨越二该槽孔与一该空槽而绕组于该第三起始区，该第一相主线绕组、该第二相主线绕组与该第三相主线绕组系以一顺向绕线方向缠绕至终点后折返以一反向绕线方向连续缠绕，该第一相主线绕组、该第二相主线绕组与该第三相主线绕组之该定子线圈系交替设置于该定子铁心的正面及反面上；以及一行星齿轮组，位于该轮毂上盖与该电机上盖之间，其由一上支架、一齿环与数个行星齿所组成，该上支架贯设有一轴套，该齿环的内圈设有一内齿圈，外圈设有一离合齿可套置在该轮毂上盖内，各该行星齿借由轴承与轴心而能够转动地设置在该上支架面向该电机马达的该电机上盖而围绕于该马达齿周围并同时分别与该马达齿及该齿环的该内齿圈啮合。

于本发明上述实施例中，该定子铁心形成有卷绕供三相电流流动的该定子线圈的共计39个槽孔与39个主磁极。

于本发明上述实施例中，该轮毂上盖的内侧环周更设有数个棘爪，其布设在彼此各成120度角的位置处，系与相组配的该齿环的离合齿配合以达单向传动。

于本发明上述实施例中，该上支架面向该轮毂上盖的一侧设有一上轴部，其穿置入该轮毂上盖的该轴套内并贯穿至该轮毂机壳外部，该电机下盖面向该轮毂下盖的一侧设有一下轴部，其穿置入该轮毂下盖的该轴套内并贯穿至该轮毂机壳外部，供该中心转轴左、右侧各别穿设在该上轴部与该下轴部中。

于本发明上述实施例中，该上轴部与该下轴部的端部各形成有一螺纹部，供一电动工具连接用。

附图说明

图1是本发明节能三相无刷直流电机的分解示意图。

图2是本发明节能三相无刷直流电机的组合示意图。

图3是本发明节能三相无刷直流电机的定子剖面示意图。

图4是本发明定子线圈的单相绕线示意图；其中：a-由左至右的绕线方向；b-由右至左的绕线方向。

图5是本发明定子线圈的三相绕组正面示意图。

图6是本发明定子线圈的三相绕组反面示意图。

图7是本发明节能三相无刷直流电机的电机马达剖面示意图。

图8是本发明节能三相无刷直流电机的行星齿轮组剖面示意图。

标号对照：

节能三相无刷直流电机10

轮毂机壳1

轮毂11

轮毂上盖12

轴套121

棘爪122

轮毂下盖13

轴套131

电机本体2

电机中管21

电机上盖22

轴套221

行星轴套222

电机下盖23

电机马达3

定子31

定子铁心311

槽孔312

第一起始区3121

第二起始区3122

第三起始区3123

空槽312a

主磁极314

开口端314

转子32

转子铁心321

轴孔3211

硅钢片321a

中心转轴322

马达齿323

磁铁324

定子线圈4

第一相主线绕组41

第二相主线绕组42

第三相主线绕组43

行星齿轮组5

上支架51

轴套511

齿环52

内齿圈521

离合齿522

行星齿53

轴承531

轴心532

上轴部54

螺纹部541

下轴部55

螺纹部551

控制器6。

具体实施方式

请参阅图1～图8所示，分别为本发明节能三相无刷直流电机的分解示意图、本发明节能三相无刷直流电机的组合示意图、本发明节能三相无刷直流电机的定子剖面示意图、本发明定子线圈的单相绕线示意图、本发明定子线圈的三相绕组正面示意图、本发明定子线圈的三相绕组反面示意图、本发明节能三相无刷直流电机的电机马达剖面示意图、以及本发明节能三相无刷直流电机的行星齿轮组剖面示意图。如图所示：本发明为一种节能三相无刷直流电机，其包括一轮毂机壳1、一电机本体2、一电机马达3、一定子线圈4、以及一行星齿轮组5所构成。

上述所提的轮毂机壳1为在一轮毂11左、右两侧分别螺固一轮毂上盖12、一轮毂下盖13所构成的中空壳体。该轮毂上盖12与该轮毂下盖13于中心处分别贯设有一轴套121、131。

该电机本体2容置于该轮毂机壳1内，为在一电机中管21左、右两侧分别组设一电机上盖22、一电机下盖23所构成的中空壳体。该电机上盖22于中心处贯设有一轴套221，并于该轴套221周围更贯设有数个行星轴套222。

该电机马达3容置于该电机本体2内，其由一定子31与一转子32所组成。该定子31套置于该电机中管21内，其具有一定子铁心311，该定子铁心311包含沿着中心穿孔周缘形成的数个槽孔312、以及数个由二该槽孔312所界定的主磁极313，该些槽孔312中有三个不作入线的空槽312a，该三个空槽312a布设在彼此各成120度角的位置处，各该槽孔312包含有一第一起始区3121、一第二起始区3122以及一第三起始区3123。该第一起始区3121具有一第一深度，该第二起始区3122具有一第二深度，该第三起始区3123具有一第三深度，各该第一起始区3121至各该槽孔312开口端314的距离大于各该第二起始区3122至各该槽孔312开口端314的距离，各该第三起始区3123至各该槽孔312开口端314的距离小于各该第二起始区3122至各该槽孔312开口端314的距离。而该转子32可转动地穿设在该定子31内，其具有一由数个硅钢片321a叠置结合构成的转子铁心321，各该硅钢片321a于其中心处设有一轴孔3211，提供一中心转轴322置入而与该转子铁心321连结为一体，该中心转轴322末端同轴同动装设一马达齿323，并在该转子铁心321的周缘间隔环设有数个径向充磁的磁铁324。

该定子线圈4跨越各该空槽312a而双向绕组于各该槽孔312内。该定子线圈4包含有一第一相主线绕组41、一第二相主线绕组42与一第三相主线绕组43，该第一相主线绕组41、该第二相主线绕组42与该第三相主线绕组4的一端并联连接至一共点，另一端连接至一控制器6的控制点，由该控制器6进行三相线的切换。该第一相主线绕组41跨越二该槽孔312或跨越二该槽孔312与一该空槽312a而绕组于该第一起始区3121，该第二相主线绕组42跨越二该槽孔312或跨越二该槽孔312与一该空槽312a而绕组于该第二起始区3122，该第三相主线绕组43跨越二该槽孔312或跨越二该槽孔312与一该空槽312a而绕组于该第三起始区3123。该第一相主线绕组41、该第二相主线绕组42与该第三相主线绕组43是以一顺向绕线方向缠绕至终点后折返以一反向绕线方向连续缠绕，该第一相主线绕组41、该第二相主线绕组42与该第三相主线绕组43之该定子线圈4系交替设置于该定子铁心311的正面及反面上。

该行星齿轮组5位于该轮毂上盖12与该电机上盖22之间，其由一上支架51、一齿环52与数个行星齿53所组成。该上支架51贯设有一轴套511，该齿环52内圈设有一内齿圈521，齿环52外圈设有一离合齿522可套置在该轮毂上盖12内，各该行星齿53借由轴承531与轴心532而能够转动地设置在该上支架51面向该电机马达3的该电机上盖22而围绕于该马达齿323周围并同时分别与该马达齿323及该齿环52的该内齿圈521啮合。如是，借由上述揭露的结构构成一全新的节能三相无刷直流电机100。

于本发明的一较佳具体实施例中，该定子铁心311形成有卷绕供三相电流流动的该定子线圈4的共计39个槽孔与39个主磁极，如图3所示。

于本发明的一较佳具体实施例中，该轮毂上盖12的内侧环周更设有数个棘爪122，其布设在彼此各成120度角的位置处，系与相组配的该齿环52的该离合齿522配合以达单向传动，如图8所示。

于本发明的一较佳具体实施例中，该上支架51面向该轮毂上盖12的一侧设有一上轴部54，其穿置入该轮毂上盖12的该轴套121内并贯穿至该轮毂机壳1外部，该电机下盖23面向该轮毂下盖13的一侧设有一下轴部55，其穿置入该轮毂下盖13的该轴套131内并贯穿至该轮毂机壳1外部，供该中心转轴322左、右侧分别穿设在该上轴部54与该下轴部55中。

于本发明的一较佳具体实施例中，该上轴部54与该下轴部55的端部各形成有一螺纹部541、551，如图2所示，可提供一电动工具（图中未示）连接使用。

当组装时，本发明可提供定子绕线改良，整体架构包含一转子32与一定子31组成电机马达3，该转子32于周缘间隔环设有12片径向充磁的磁铁324，使靠近该定子31主磁极313的该些磁铁324的磁极是接续的。其磁性分布如图7所示，由该些磁铁324的断面来看，同一块磁铁324的一半是S磁极，一半是N磁极，12片磁铁３２４就会形成S、N、S、N…的磁极，同一个外圈就会以S、N、S、N…的磁极间隔排列布设，再由控制器去切换流向定子线圈4的电流方向，如此使定子31的磁极变成一个主动式的磁极。

接着将电机中管21套接在该电机马达3外部，于该电机中管21左、右侧分别结合电机上盖22与电机下盖23形成电机本体2。并在该电机上盖22与轮毂上盖12之间再装设数个行星齿53搭配内外圈具备内齿圈521与离合齿525的齿环52、以及上支架51后，再组装该轮毂上盖12与轮毂下盖13即完成整个组件，形成一节能三相无刷直流电机100。

而定子线圈4的绕线方式，所述定子31形成有三相卷绕定子线圈4的共计39个槽孔312与39个主磁极313，在该39个槽孔312中有3个槽孔J是没有入线的空槽312a，分设在彼此各成120度角的位置。相较于全部槽孔都绕线的传统技术，传统技术会形成一封闭磁场，产生磁场的负吸力，当通电要旋转时，则需要付出更大的电流进行驱动，导致节电效果不彰。本发明所提节能三相无刷直流电机100空下3个槽孔作空槽312a可断开封闭磁场，减少负吸力；如图4所示，为求图面清晰明了，在此以单相绕线（如：第一相主线绕组41）为例，图4a为第一相主线绕组41由左至右的绕线方向，由第一个槽孔312穿入后跨越二个槽孔312的间隔后由第三个槽孔312穿出，若第三个槽孔为空槽312a位置则由第四个槽孔312穿出而绕组于第一起始区3121，如此以左至右的绕线方向缠绕至终点后折返，如图4b所示再以右至左的绕线方向，同上述绕线方式连续缠绕，使第一相主线绕组41交替设置于定子铁心311的正面及反面上，三相主线绕组41～43皆绕组完成后的正、反面如图5、图6所示。

当运转时，本发明利用定子线圈4三相绕组调整脉宽调变（Pulse-widthmodulation, PWM）占空比，将阻抗与电感量变小，可有效减少铜损，使通过的电流改变，并由控制器6切换流向定子线圈4三相绕组中的电流方向，让其产生磁场的变化，使定子31的极性与转子32的磁铁324极性之间，因磁场同时发生同性极相斥与异性极相吸的作用，而产生动力以控制转子转动，本装置再借由3个空槽312a的设计将原本的磁场断开一部分（即1/13，等于实际上是36个定子主磁极对应12片转子磁铁），使旋转的力道较轻而有较好的驱动效率使转子转动，如此即可产生节电的功能，达到小电流启动，有效节能省电的功效。

综上所述，本发明的一种节能三相无刷直流电机，可有效改善现有技术的种种缺点，利用定子线圈三相绕组将阻抗与电感量变小，可有效减少铜损，并由控制器切换流向定子线圈三相绕组中的电流方向，让其产生磁场的变化，使定子的极性与转子的磁铁极性之间，因磁场同时发生同性极相斥与异性极相吸的作用，而产生动力以控制转子转动，再借由3个空槽的设计将原本的磁场断开一部分，使旋转的力道较轻而有较好的驱动效率使转子转动，如此即可产生节电的功能，达到小电流启动，有效节能省电的功效，进而使本发明的产生能更进步、更实用、更符合使用者所须，确已符合发明专利申请的要件，依法提出专利申请。

但以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围。故，凡依本发明申请专利范围及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (5)

1.一种节能三相无刷直流电机，其特征在于，其包括：

一轮毂机壳，为在一轮毂左、右侧分别螺固一轮毂上盖、一轮毂下盖所构成的中空壳体，该轮毂上盖与该轮毂下盖于中心处分别贯设有一轴套；

一电机本体，容置于该轮毂机壳内，为在一电机中管左、右侧分别组设一电机上盖、一电机下盖所构成的中空壳体，该电机上盖于中心处贯设有一轴套，并于该轴套周围更贯设有数个行星轴套；

一电机马达，容置于该电机本体内，其由一定子与一转子所组成，该定子套置于该电机中管内，其具有一定子铁心，该定子铁心包含沿着中心穿孔周缘形成的数个槽孔、以及数个由二该槽孔所界定的主磁极，该些槽孔中有三个不作入线的空槽，该三个空槽布设在彼此各成120度角的位置处，各该槽孔包含有一第一起始区、一第二起始区以及一第三起始区，该第一起始区具有一第一深度，该第二起始区具有一第二深度，该第三起始区具有一第三深度，该第一起始区至该槽孔开口端的距离大于该第二起始区至该槽孔开口端的距离，该第三起始区至该槽孔开口端的距离小于该第二起始区至该槽孔开口端的距离，而该转子可转动地穿设在该定子内，其具有一由数个硅钢片叠置结合构成的转子铁心，各该硅钢片于其中心处设有一轴孔，提供一中心转轴置入而与该转子铁心连结为一体，该中心转轴末端同轴同动装设一马达齿，并在该转子铁心的周缘间隔环设有数个径向充磁的磁铁；

一定子线圈，跨越各该空槽而双向绕组于各该槽孔内，该定子线圈包含有一第一相主线绕组、一第二相主线绕组与一第三相主线绕组，该第一相主线绕组、该第二相主线绕组与该第三相主线绕组的一端系并联连接至一共点，另一端连接至一控制器的控制点，由该控制器进行三相线的切换，该第一相主线绕组系跨越二该槽孔或跨越二该槽孔与一该空槽而绕组于该第一起始区，该第二相主线绕组系跨越二该槽孔或跨越二该槽孔与一该空槽而绕组于该第二起始区，该第三相主线绕组系跨越二该槽孔或跨越二该槽孔与一该空槽而绕组于该第三起始区，该第一相主线绕组、该第二相主线绕组与该第三相主线绕组系以一顺向绕线方向缠绕至终点后折返以一反向绕线方向连续缠绕，该第一相主线绕组、该第二相主线绕组与该第三相主线绕组之该定子线圈系交替设置于该定子铁心的正面及反面上；以及

一行星齿轮组，位于该轮毂上盖与该电机上盖之间，其由一上支架、一齿环与数个行星齿所组成，该上支架贯设有一轴套，该齿环内圈设有一内齿圈，外圈设有一离合齿可套置在该轮毂上盖内，各该行星齿通过轴承与轴心而能够转动地设置在该上支架面向该电机马达的该电机上盖而围绕于该马达齿周围并同时分别与该马达齿及该齿环的该内齿圈啮合。

2.如权利要求1所述的一种节能三相无刷直流电机，其特征在于，所述定子铁心形成有卷绕供三相电流流动的该定子线圈的共计39个槽孔与39个主磁极。

3.如权利要求1所述的一种节能三相无刷直流电机，其特征在于，所述轮毂上盖的内侧环周更设有数个棘爪，其布设在彼此各成120度角的位置处，系与相组配的该齿环的离合齿配合以达单向传动。

4.如权利要求1所述的一种节能三相无刷直流电机，其特征在于，所述上支架面向该轮毂上盖的一侧设有一上轴部，其穿置入该轮毂上盖的该轴套内并贯穿至该轮毂机壳外部，该电机下盖面向该轮毂下盖的一侧设有一下轴部，其穿置入该轮毂下盖的该轴套内并贯穿至该轮毂机壳外部，供该中心转轴左、右侧分别穿设在该上轴部与该下轴部中。

5.如权利要求4所述的一种节能三相无刷直流电机，其特征在于，所述上轴部与该下轴部的端部各形成有一螺纹部，供一电动工具连接用。