电机

阅读:948发布:2020-05-08

专利汇可以提供电机专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且实施例 提供了一种 电机 ,其包括:包括通孔的 定子 ;设置在通孔中的柱形的 转子 ;形成在转子的中心区域中并与旋 转轴 耦接的转子中 心轴 ;以及设置在定子和转子之间的第一磁体和第二磁体,其中:转子包括外轮廓部和形成在外轮廓部与转子中心轴之间的 图案化 部,图案化部包括多个单元图案和形成在每一个单元图案中的中空部,外轮廓部包括外周表面以及与多个单元图案 接触 的内周表面,第一磁体和第二磁体设置在外周表面上,外轮廓部的内周表面进一步包括在朝向转子中心轴的第一方向上突出的第一突出部,并且在第一方向上,第一突出部的最大长度大于每一个单元图案的最大长度。,下面是电机专利的具体信息内容。

1.一种电机,包括:
定子,所述定子包括通孔;
柱形的转子,所述转子设置在所述通孔中;
转子中心轴,所述转子中心轴形成在所述转子的中心区域中并与旋转轴耦接;以及第一磁体和第二磁体,所述第一磁体和所述第二磁体设置在所述定子和所述转子之间,
其中,所述转子包括外轮廓部和设置在所述外轮廓部与所述转子中心轴之间的图案化部,并且
所述图案化部包括多个单元图案和设置在每一个所述单元图案中的中空部。
2.根据权利要求1所述的电机,其中,
所述外轮廓部包括外周表面以及与所述多个单元图案接触的内周表面,所述第一磁体和所述第二磁体设置在所述外周表面上,
所述外轮廓部的所述内周表面进一步包括在第一方向上突出的第一突出部,所述第一方向是朝向所述转子中心轴的方向,并且
所述第一突出部在所述第一方向上的最大长度大于每一个所述单元图案的最大长度。
3.根据权利要求2所述的电机,其中,
所述外轮廓部的所述外周表面上进一步包括形成为所述第一磁体和所述第二磁体之间的空间的第一分隔部,并且
所述第一突出部设置在将所述中心轴和所述第一分隔部的中心连接的虚拟直线上。
4.根据权利要求3所述的电机,其中,所述图案化部的所述多个单元图案设置在将所述中心轴和所述第一分隔部的所述中心连接的所述虚拟直线上。
5.根据权利要求2所述的电机,其中,所述外轮廓部的所述内周表面进一步包括第二突出部,所述第二突出部与所述第一突出部间隔开并且在所述第一方向上突出。
6.根据权利要求5所述的电机,进一步包括设置在所述定子和所述转子之间的第三磁体,
其中,所述第三磁体与所述第二磁体相邻。
7.根据权利要求6所述的电机,进一步包括形成为所述第二磁体和所述第三磁体之间的空间的第二分隔部,
其中,所述第二突出部设置在将所述中心轴和所述第二分隔部的中心连接的虚拟直线上。
8.根据权利要求7所述的电机,其中,所述图案化部的所述多个单元图案设置在将所述中心轴和所述第二分隔部的所述中心连接的所述虚拟直线上。
9.根据权利要求7所述的电机,其中,第一突出部和所述第二突出部中的一者的横截面尺寸为第一分隔部和所述第二分隔部中的一者的横截面尺寸的110%至350%。
10.根据权利要求7所述的电机,其中,所述第一突出部和所述第二突出部中的一者在垂直于所述第一方向的第二方向上的宽度在靠近所述中心轴的方向上减小。
11.根据权利要求7所述的电机,其中,
所述外轮廓部在所述第一方向上具有第一厚度,
所述第一突出部和所述第二突出部中的一者在所述第一方向上具有第二厚度,并且所述第一厚度小于所述第二厚度。
12.根据权利要求11所述的电机,其中,所述第一厚度为所述第二厚度的80%至110%。
13.根据权利要求1所述的电机,其中,所述图案化部暴露于所述转子的外侧。
14.根据权利要求1所述的电机,进一步包括设置在所述定子和所述转子之间的第三磁体,
其中,所述外轮廓部包括外周表面以及与所述多个单元图案接触的内周表面,所述第一磁体、所述第二磁体和所述第三磁体设置在所述外周表面上,
所述外轮廓部的所述内周表面进一步包括在第一方向上突出的第一突出部以及设置为与所述第一突出部相邻并且在所述第一方向上突出的第二突出部,所述第一方向是朝向所述转子中心轴的方向,并且
所述图案化部的所述多个单元图案设置在所述第一突出部和所述第二突出部之间。
15.根据权利要求14所述的电机,进一步包括形成为所述第二磁体和所述第三磁体之间的空间的第二分隔部,
其中,所述第二突出部设置在将所述中心轴和所述第二分隔部的中心连接的虚拟直线上。
16.根据权利要求15所述的电机,其中,所述图案化部的所述多个单元图案设置在将所述中心轴和所述第二分隔部的所述中心连接的所述虚拟直线上。
17.根据权利要求1所述的电机,其中,所述图案化部设置为与所述旋转轴接触。
18.根据权利要求1所述的电机,其中,所述外轮廓部从所述旋转轴起的直径与所述图案化部从所述旋转轴起的直径之间的直径比小于1:0.5。
19.根据权利要求1所述的电机,其中,
所述中空部包括多个边,并且
所述多个边中的每一个的最大长度为1mm至1.75mm。
20.根据权利要求19所述的电机,其中,
所述图案化部包括设置在所述旋转轴的方向上的第一框架和设置在与所述旋转轴的所述方向垂直的方向上的第二框架,并且
所述多个边中的相对边之间的间隔大于多个中空孔之间的最小间隔。

说明书全文

电机

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电机。

背景技术

[0002] 通常,在电机中,转子由于转子和定子之间的电磁相互作用而旋转。在这种情况下,插设在转子中的旋转轴也旋转以产生旋转驱动
[0003] 此外,近来,电机被用于汽车家用电器机器人等,并且需求正在迅速增加。然而,转子可以具有在旋转轴旋转的轴向方向上简单层叠金属板的形式。因此,转子即使在不受电磁影响的部分中也由金属板构成,因此存在转子重量增大的问题。
[0004] 此外,由于转子的重量,电机具有功率密度降低的限制。

发明内容

[0005] 技术问题
[0006] 本发明的实施例旨在提供一种轻型电机。
[0007] 此外,本发明的实施例旨在提供一种功率密度得到提高的电机。
[0008] 另外,本发明的实施例旨在提供一种防止扭矩减小的电机。
[0009] 另外,本发明的实施例旨在提供一种通过确保转子外侧的结构强度来提高耐久性的电机。
[0010] 本发明要解决的问题不限于上述问题,并且还包括从下文将要描述的方案和实施例理解的目的和效果。
[0011] 技术方案
[0012] 本发明的一个方面提供了一种电机,其包括:定子,定子包括通孔;柱形的转子,转子设置在通孔中;转子中心轴,转子中心轴形成在转子的中心区域中并与旋转轴耦接;以及第一磁体和第二磁体,第一磁体和第二磁体设置在定子和转子之间,其中,转子包括外轮廓部和设置在外轮廓部与转子中心轴之间的图案化部,图案化部包括多个单元图案和设置在每一个单元图案中的中空部,外轮廓部包括外周表面以及与多个单元图案接触的内周表面,第一磁体和第二磁体设置在外周表面上,外轮廓部的内周表面进一步包括在第一方向上突出的第一突出部,第一方向是朝向转子中心轴的方向,并且第一突出部在第一方向上的最大长度大于每一个单元图案的最大长度。
[0013] 在外轮廓部的外周表面上可以进一步包括形成为第一磁体和第二磁体之间的空间的第一分隔部。
[0014] 第一突出部可以设置在将中心轴和第一分隔部的中心连接的虚拟直线上。
[0015] 图案化部的多个单元图案可以设置在将中心轴和第一分隔部的中心连接的虚拟直线上。
[0016] 外轮廓部的内周表面可以进一步包括第二突出部,第二突出部与第一突出部间隔开并且在第一方向上突出。
[0017] 电机可以进一步包括设置在定子和转子之间的第三磁体,并且第三磁体可以与第二磁体相邻。
[0018] 电机可以进一步包括形成为第二磁体和第三磁体之间的空间的第二分隔部,并且第二突出部可以设置在将中心轴和第二分隔部的中心连接的虚拟直线上。
[0019] 图案化部的多个单元图案可以设置在将中心轴和第二分隔部的中心连接的虚拟直线上。
[0020] 第一突出部和第二突出部中的一者的横截面尺寸可以为第一分隔部和第二分隔部中的一者的横截面尺寸的110%至350%。
[0021] 第一突出部和第二突出部中的一者在垂直于第一方向的第二方向上的宽度可以在靠近中心轴的方向上减小。
[0022] 外轮廓部可以在第一方向上具有第一厚度,第一突出部和第二突出部中的一者可以在第一方向上具有第二厚度,并且第一厚度可以小于第二厚度。
[0023] 第一厚度可以为第二厚度的80%至110%。
[0024] 图案化部可以暴露于转子的外侧。
[0025] 同时,本发明的另一个方面提供了一种电机,其包括:定子,定子包括通孔;柱形的转子,转子设置在通孔中;转子中心轴,转子中心轴形成在转子的中心区域并与旋转轴耦接;以及第一磁体、第二磁体和第三磁体,第一磁体、第二磁体和第三磁体设置在定子和转子之间,其中,转子包括外轮廓部和设置在外轮廓部与转子中心轴之间的图案化部,图案化部包括多个单元图案和设置在每一个单元图案中的中空部,外轮廓部包括外周表面以及与多个单元图案接触的内周表面,第一磁体、第二磁体和第三磁体设置在外周表面上,外轮廓部的内周表面进一步包括在第一方向上突出的第一突出部以及设置为与第一突出部相邻并且在第一方向上突出的第二突出部,第一方向是朝向转子中心轴的方向,并且图案化部的多个单元图案设置在第一突出部和第二突出部之间。
[0026] 电机可以进一步包括形成为第一磁体和第二磁体之间的空间的第一分隔部,并且第一突出部可以设置在将中心轴和第一分隔部的中心连接的虚拟直线上。
[0027] 图案化部的多个单元图案可以设置在将中心轴和第一分隔部的中心连接的虚拟直线上。
[0028] 电机可以进一步包括形成为第二磁体和第三磁体之间的空间的第二分隔部,并且第二突出部可以设置在将中心轴和第二分隔部的中心连接的虚拟直线上。
[0029] 图案化部的多个单元图案可以设置在将中心轴和第二分隔部的中心连接的虚拟直线上。
[0030] 第一突出部和第二突出部中的一者在垂直于第一方向的第二方向上的宽度可以在靠近中心轴的方向上减小。
[0031] 图案化部可以暴露于转子的外部。
[0032] 本发明的又一个方面提供了一种电机,其包括:旋转轴;定子,定子包括供旋转轴穿过的孔;转子,转子设置在定子中;以及磁体,磁体设置在转子和定子之间,其中,转子包括包含凹槽的转子芯以及设置在凹槽中且包括多个开口的图案化部,并且凹槽设置在转子中。
[0033] 图案化部可以与旋转轴接触。
[0034] 转子芯从旋转轴起的直径与图案化部从旋转轴起的直径之间的直径比可以小于1:0.5。
[0035] 开口可以包括多个边,并且多个边中每一个的最大长度为1mm至1.75mm。
[0036] 图案化部可以包括设置在旋转轴的方向上的第一框架和设置在与旋转轴的方向垂直的方向上的第二框架。
[0037] 多个边中的相对边之间的间隔可以大于多个开口之间的最小间隔。
[0038] 磁体可以设置在转子芯的外侧。
[0039] 有益效果
[0040] 根据本发明的实施例,可以实现功率密度提高的电机。
[0041] 此外,根据本发明的实施例,可以实现防止扭矩减小的电机。
[0042] 另外,根据本发明的实施例,可以实现通过确保转子外侧的结构强度来提高耐久性的电机。
[0043] 本发明的各种有益优点和效果不限于上述优点和效果,并且在描述本发明的示例性实施例的过程中可以相对容易地理解本发明的各种有益优点和效果。附图说明
[0044] 图1是根据第一实施例的电机的示意图。
[0045] 图2是根据第一实施例的电机的横截面图。
[0046] 图3是对图2的改装。
[0047] 图4是图3中B的放大图。
[0048] 图5是用于描述中空部的每个边的最大长度的效果的视图。
[0049] 图6是沿图2中的线A-A'截取的横截面图。
[0050] 图7是图6中的D部分的放大图。
[0051] 图8是示出了转子的图案化部的各种实施例的视图。
[0052] 图9是示出了图6中的第四区域的磁分析分布的图像。
[0053] 图10是根据本发明的第二实施例的电机的侧横截面图。
[0054] 图11是沿图10中的电机的线B-B'截取的横截面图。
[0055] 图12是图11中的第七区域的放大图。
[0056] 图13是图12中的第八区域的放大图。
[0057] 图14是根据本发明的第三实施例的电机的侧横截面图。

具体实施方式

[0058] 由于本发明可以不同地改变并且具有各种实施例,所以将在附图中举例说明并描述特定实施例。然而,本发明不限于特定实施例,并且包括本发明的精神和范围内的所有改变、等同和替代。
[0059] 此外,应当理解,虽然本文可以使用术语“第二”、“第一”等来描述各种元件,但这些元件不受这些术语的限制。这些术语只用于将一个元件和另一个元件区分开。例如,第一元件可以被称为第二元件,并且类似地,第二元件可以被称为第一元件而不脱离本发明的范围。术语“和/或”包括多个关联的所列出的项中的任意一个或任意组合。
[0060] 当预定组件被描述为“链接”或“连接”到其他组件时,组件可以直接链接或连接到其他组件,但是应当理解,它们之间可以存在附加组件。另一方面,当预定组件被描述为“直接链接”或“直接连接”到其它组件时,应当理解,在上述组件之间不存在附加组件。
[0061] 本发明中使用的术语仅用于描述特定实施例,而不用于限制本发明。单数形式旨在也包括复数形式,除非上下文另有明确说明。应当进一步理解,术语“包括”、“包含”、“提供”、“供应”、“具有”和/或“有”指定阐述的特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组的存在,但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
[0062] 除非另有定义,否则本发明中使用的所有术语(包括技术术语或科学术语)的含义与本领域技术人员通常理解的术语的含义相同。应当进一步理解,术语(例如在常用词典中定义的术语)应当被解释为具有与其在相关技术的上下文中的含义一致的含义,并且除非在本文中明确定义,否则将不会被解释为理想化或过度形式化的含义。
[0063] 在下文中,将参考附图详细描述实施例,将相同的附图标记应用于相同或相应的元件而不考虑附图标记如何,并且将省略对相同附图标记的冗余描述。
[0064] 图1是根据第一实施例的电机的示意图,图2是根据第一实施例的电机的横截面图,图3是对图2的改装,图4是图3中B的放大图,图5是用于描述中空部的每个边的最大长度的效果的视图,图6是沿图2中的线A-A'截取的横截面图,图7是图6中的D部分的放大图,图8是示出了转子的图案化部的各种实施例的视图,图9是示出了图6中的第四区域的磁分析分布的图像。
[0065] 参考图1和图2,根据第一实施例的电机10包括旋转轴100、转子200、磁体300和定子400。首先,旋转轴100可以设置在电机10的中心处。例如,旋转轴100可以设置在电机10的中心轴C上。此外,旋转轴100可以耦接到转子200。更具体地,当转子200和定子400之间由于电流的供应而发生电磁相互作用时,转子200旋转,并因此旋转轴100可以旋转。在这种情况下,旋转轴100可以相对于中心轴C旋转以将动力传递给外部装置。此外,旋转轴100可以具有柱形形状,中心轴C可以是连接旋转轴100中的圆心的直线。
[0066] 旋转轴100可以被将在下文描述的转子200、磁体300和定子400围绕。转子200、磁体300和定子400与中心轴C的分隔距离可以按照转子200、磁体300和定子400的顺序越来越长。此外,旋转轴100可以穿过转子200、磁体300和定子400。
[0067] 转子200引起与定子400的电相互作用,并且可以通过所引起的电相互作用而旋转。旋转轴100也可以与转子200的旋转一起旋转。旋转轴100可以连接到各种装置的动力体以将动力传递到动力体。例如,旋转轴可以连接到移动装置或者机器人的关节部分以调整透镜的高度,以便调整移动装置的透镜放大率或旋转机器人的手臂等。
[0068] 同时,转子200可以以层叠有圆形薄板形式的多个板的形状实现,或者以单个柱形形式实现。此外,与旋转轴100耦接的孔可以设置在转子200的中心中。另外,旋转轴100可以插设在该孔中。
[0069] 转子200可以包括图案化部210和转子芯220。
[0070] 首先,转子芯220可以包括凹槽。凹槽可以形成在转子200的内表面中。也就是说,凹槽可以设置在转子芯220的内侧。
[0071] 图案化部210可以设置在凹槽中。也就是说,图案化部210可以设置为与旋转轴100相邻。图案化部210可以设置为与旋转轴100接触。因此,图案化部210可以与旋转轴100接触。
[0072] 此外,图案化部210可以包括多个单元图案和设置在单元图案中的中空部。此外,中空部可以包括多个中空孔。由于多个中空孔,图案化部210可以形成网格结构。因此,可以在转子200的通孔附近形成网格结构。通过这种配置,根据第一实施例的电机10具有包括位于转子200内侧的中空孔的图案化部,因此从转子200的外侧发生的定子400和转子200之间的电相互作用可以不受阻碍。此外,由于图案化部210包括中空孔,所以降低了根据实施例的电机10的制造成本,减小了电机的重量,并且可以提高电机的功率密度。这里,功率密度是指相对于电机功率的电机尺寸,功率密度的提高意味着在相同功率(扭矩)下电机尺寸减小。
[0073] 转子芯220可以设置在转子200的外侧。此外,作为修改,转子芯220的凹槽可以是中空孔。磁体300可以设置在转子200的外周表面上或外侧。当磁体是附接在转子200的外周表面的表面永磁体(SPM)类型时,可以沿转子200的外周表面以预定间隔设置多个磁体。或者,在磁体埋设在转子200中的内置永磁体(IPM)类型中,可以在转子200中以预定间隔埋设多个磁体。此外,转子200可以包括罐构件(未示出)。罐构件(未示出)固定磁体以防止磁体与转子分离,并且通过围绕磁体防止磁体暴露。
[0074] 例如,磁体300可以设置在转子芯220上。此外,成型部件可以设置为围绕磁体300和转子芯220,并且成型部件可以将磁体300和转子芯220耦接。例如,可以在包括转子芯220和磁体的状态下通过双注射形成成型部件。此外,成型部件可以形成为相对于中心轴C的方向仅围绕磁体300的内周表面的一部分,但不限于此。磁体300可以设置在转子芯220上,以与转子芯220具有同心轴。磁体300可以耦接到转子芯220的外周表面。
[0075] 此外,磁体300可以被磁化为多个极。磁体300可以与中心轴C同心设置。因此,磁体300和转子200可以具有相同的中心轴C。磁体300可以引起用于检测转子芯220的旋转位置信号。此外,磁体300可以以环形形状实现。磁体300可以包括供旋转轴100在其中心通过的孔。
[0076] 线圈可以卷绕在定子400周围,以引起定子400和转子200之间的电相互作用。下文将描述用于卷绕线圈的定子400的具体配置。定子400可以包括包含多个齿的定子芯。定子芯可以设置有环形轭部,可以沿轭设置在中心方向上卷绕有线圈的齿。可以沿轭部的外周表面以预定间隔设置齿。同时,可以层叠各自形成为薄钢板的多个板以形成定子芯。此外,多个分离的芯可以彼此耦接或连接以形成定子芯。另外,定子400可以包括通孔,旋转轴100、转子200和磁体300插设在该通孔中。相对于中心轴C,与旋转轴100、转子200和磁体300相比,定子400的直径可以最大。
[0077] 此外,电机10可以包括汇流条450。汇流条450可以设置在定子400上。汇流条450可以包括环形模制构件中的端子
[0078] 电机10的壳体900可以在其中容纳转子200和定子400。壳体900可以包括主体和支架。主体具有柱形形状。主体可以由诸如的金属材料形成。此外,主体的上部是开放的。支架覆盖主体的开放的上部。定子400设置在主体的内侧,转子200可以设置在定子400的内侧。轴承可以设置在支架的中心部分处。轴承可以通过双注射与支架成为一体。
[0079] 感测磁体600是耦接到旋转轴100以链接到转子200以便检测转子200的位置的装置。
[0080] 对感测磁体600的磁力进行感测的传感器可以设置在印刷电路板700中。在这种情况下,传感器可以是霍尔IC。传感器对感测磁体600的N极和S极的变化进行感测以产生感测信号。
[0081] 参考图3,在根据改装的电机10'中,图案化部210可以设置在转子芯220中。在这种情况下,转子芯220的内侧表面的一部分可以与旋转轴100接触。也就是说,转子芯220可以设置为围绕图案化部210。因此,由于图案化部210不与旋转轴100接触,并且转子芯220的内侧表面与旋转轴100接触,所以可以提高旋转轴100与转子200之间的耦接力。
[0082] 参考图4,如上所述,图案化部210可以包括多个中空孔。此外,中空孔可以包括多个边。具体地,图案化部210可以包括设置为在旋转轴的方向(X轴方向)上延伸的第一框架和设置在与旋转轴的方向垂直的方向(Y轴方向)上的第二框架。第一框架在X轴方向上的长度可以大于第二框架在Y轴方向上的长度。
[0083] 此外,在中空孔中,多个边中的相对边之间的间隔可以大于多个中空孔之间的最小间隔。通过这样的配置,由于在图案化部的整体面积中开放的中空部的面积增大,所以可以提高功率密度。
[0084] 此外,多个边中的每一个的最大长度W2可以为1mm至1.75mm。通过这样的配置,在根据实施例的电机中,可以在不降低定子和转子之间的电磁作用的情况下提高功率密度。这里,中空孔之间的间隔可以是第一方向(X轴方向)上或第二方向(Y轴方向)上的长度。此外,多个边中的每一个的最大长度可以是第二方向(Y轴方向)上的长度。另外,第一方向(X轴方向)可以与中心轴C的方向相同,第二方向(Y轴方向)可以是与中心轴C的方向垂直的方向。
[0085] 参考下面的表1,在没有图案化部的情况下(比较例),测量了当将图案边长(中空孔中多个边中的每一个的最大长度)调整为0.25mm(实验例1)、0.50mm(实验例2)、0.75mm(实验例3)、1.00mm(实施例1)、1.25mm(实施例2)、1.50mm(实施例3)和1.75mm(实施例4)时电机产生的强度MPa。在这种情况下,多个图案之间的间隔W1设定为0.25mm。此外,图案化部的厚度是转子厚度的0.5倍,并且设置为与转子的内侧接触。这里,厚度是指在垂直于中心轴C的方向上的长度。
[0086] [表1]
[0087]  图案边长[mm] 强度[MPa]
比较例   165
实验例1 0.25 165
实验例2 0.50 172
实验例3 0.75 183
实施例1 1.00 190
实施例2 1.25 198
实施例3 1.50 195
实施例4 1.75 191
[0088] 此外,参考图5,在表1中,根据图案边长的强度示出为曲线图。参考表1和图3,当图案化部不存在(比较例)或图案边长为0.25mm(实验例1)时,示出了强度等于165MPa。此外,示出了当图案边长为0.50mm(实验例2)时强度为172MPa,当图案边长为0.75mm(实验例3)时强度为183MPa。另一方面,示出了当图案边长为1.00mm(实施例1)时强度为190MPa,当图案边长为1.25mm(实施例2)时强度为198MPa,当图案边长为1.50mm(实施例3)时强度为195MPa,并且当图案边长度为1.75mm(实施例4)强度为191MPa。
[0089] 如上所述,当多个边中的每一个的最大长度W2为1mm至1.75mm时,根据实施例的电机的图案化部可以提供提高的强度。
[0090] 此外,参考下面的表2,在图案化部不存在的情况下(比较例),测量了当将图案边长(中空孔中多个边中的每一个的最大长度)调整为1mm(实施例1)、2mm(实验例4)、3mm(实验例5)、4mm(实验例6)和5mm(实验例7)时电机产生的扭矩Nm和功率密度W/mm3。在这种情况下,多个图案之间的间隔W1设定为0.25mm。此外,图案化部的厚度是转子厚度的0.5倍,并且设置为与转子的内侧接触。这里,厚度是指在垂直于中心轴C的方向上的长度。
[0091] [表2]
[0092]
[0093] 参考表2,当图案化部不存在(比较例)或图案边长为1mm(实施例1)时,示出了各扭矩分别为6.5Nm和6.4Nm,并且各功率密度为60W/mm3和60.48W/mm3。此外,示出了当图案边长为2mm(实验例4)、3mm(实验例5)、4mm(实验例6)和5mm(实验例7)时,各扭矩分别示为6.4Nm、6.4Nm、6.5Nm和6.5Nm,但各功率密度为61.10W/mm3、61.72W/mm3、62.40W/mm3和62.99W/mm3。
也就是说,由于当图案边长增大时中空孔的面积增大,所以相对于电机的整体体积,中空孔的体积增大,因此可以提高功率密度。如上所述,由于通过图案化部形成中空孔,所以根据实施例的电机可以提供提高功率密度的效果。
[0094] 然而,与表1一样,在图案化部中,当多个边中的每一个的最大长度W2小于1mm时,存在强度和功率密度未得到显著提高的限制,并且当多个边中的每一个的最大长度W2大于1.75mm时,功率密度可能会增大,但存在强度未得到显著提高的限制。
[0095] 参考图6和图7,如上所述,转子200的图案化部210可以设置在旋转轴100的外侧,转子芯220可以围绕图案化部210的外侧,磁体可以设置在转子芯220的外侧。此外,定子400可以设置为与磁体300的外侧间隔开并且围绕旋转轴100、转子200和磁体300。
[0096] 此外,如上所述,中心轴C可以设置在旋转轴100、转子200、磁体300和定子400的中心处。
[0097] 此外,旋转轴100相对于中心轴C的直径R1可以为2mm至3mm。然而,直径不限于此,并且直径可以根据电机的尺寸而不同地改变。
[0098] 另外,图案化部210相对于中心轴C的直径R2可以为4mm至6mm。然而,如上所述,直径可以根据电机的尺寸而不同地改变。此外,转子200(或转子芯220)的直径R3可以为6mm至9mm。
[0099] 在这种情况下,在根据实施例的电机中,转子芯(或下文将描述的外轮廓部)从旋转轴起的直径与图案化部从旋转轴起的直径之间的直径比可以小于或等于1:0.5。
[0100] 参考下面的表3,测量了转子芯从旋转轴起的直径与图案化部从旋转轴起的直径的直径比为1:0.8、1:0.6、1:5、1:0.33和1:0.2的情况下的电机扭矩和扭矩波动。在这种情况下,多个图案之间的间隔W1设定为0.25mm,并且多个图案中的每一个的长度设定为1mm。
[0101] [表3]
[0102] 直径比 扭矩[Nm] 扭矩波动[Nm]1:0.8 6.5 0.152
1:0.66 6.5 0.151
1:5 6.5 0.150
1:0.33 6.4 0.147
1:0.2 6.3 0.124
[0103] 参考表3,示出了即使直径比改变,扭矩也相似。然而,示出了当直径比大于1:0.5时扭矩波动大于或等于0.150Nm。这里,扭矩波动是指扭矩的偏差作为扭矩的波动范围。如上所述,由于当直径比小于0.5时扭矩波动变得小于0.150Nm,所以电机提供的扭矩的波动范围减小,因此可以增加电机的寿命,并且可以减小所提供的功率的误差。
[0104] 也就是说,当转子的外侧与定子相邻并且因此图案化部位于转子的外侧时,由于根据由图案的中空孔引起的结构变化而发生转子和定子之间的电相互作用的波动,所以扭矩的波动范围可能增大。
[0105] 参考图8,图案化部可以具有各种形状。参考图8A,图案化部可以具有在基于中心轴C倾斜的方向上的框架,并且如图8B所示,图案化部可以包括蜂窝形状的中空孔(或开口)形状。另外,如图8C所示,图案化部可以交替地设置在中空孔垂直于中心轴C的方向上,像砖形状。如上所述,图案化部可以具有各自包括中空孔的各种形状,并且可以通过扩展中空部的面积的结构来提高功率密度。
[0106] 然而,参考图9,由于转子芯220的厚度根据图案化部210的形成而减小并且因此磁阻由于磁饱和现象而在磁体300和磁体300之间的分隔区域A中增大,所以电机的功率密度减小,并且扭矩减小。
[0107] 图10是根据第二实施例的电机的侧横截面图,图11是图10中的电机的沿线B-B'截取的横截面图,图12是图11中的第七区域的放大图,图13是图12中的第八区域的放大图。
[0108] 在下文中,将参考图10至图13描述根据本发明的第二实施例的电机。然而,根据本发明的第二实施例的电机20与图2所示的电机相同,并且将使用相同的附图标记来描述重叠配置。
[0109] 参考图10至图13,根据本发明的第二实施例的电机20包括旋转轴100、转子500、磁体300和定子400。
[0110] 转子500和定子400可以电相互作用。当引起电相互作用时,转子500可以旋转。旋转轴100也可以与转子500的旋转一起旋转。旋转轴100可以与各种装置的动力体连接,以将动力传递到动力体。
[0111] 旋转轴100可以被转子500、磁体300和定子400围绕。转子500、磁体300和定子400与中心轴C的分隔距离可以按照转子500、磁体300和定子400的顺序越来越长。此外,旋转轴100可以穿过转子500、磁体300和定子400。
[0112] 转子500可以与旋转轴100接触,并且可以设置为围绕旋转轴100。转子500可以与旋转轴100一体地形成,或者可以包括供旋转轴100穿过的第一通孔。此外,旋转轴100可以插设在第一通孔中。
[0113] 转子500可以包括图案化部510和外轮廓部520。外轮廓部520可以对应于或包括上文描述的转子芯。可以以金属三维(3D)打印技术中的粉末床熔融(PBF)方式实现转子500。
[0114] 图案化部510可以包括多个单元图案511,并且多个单元图案511中的每一个可以形成为具有中空部511a的有图案或圆形图案,也就是说,图案化部510可以形成网格结构或蜂窝结构。
[0115] 图案化部510可以暴露于外部。
[0116] 同时,图案化部510可以不暴露于外部,并且可以仅形成在转子500中。以上将在下文描述。
[0117] 通过这种配置,根据实施例的电机20具有包括位于转子500内侧的多个中空部511a的图案化部510,因此从转子500的外侧发生的定子400和转子500之间的电相互作用可以不受阻碍。此外,由于图案化部510包括中空部511a,所以降低了根据第二实施例的电机
20的制造成本,减小了电机的重量,并且可以提高电机的功率密度。这里,功率密度是指相对于电机功率的电机尺寸,功率密度的提高意味着在相同功率(扭矩)下电机尺寸减小。
[0118] 此外,第一通孔可以形成在图案化部510的中心轴上。
[0119] 也就是说,图案化部510可以设置为与旋转轴100相邻,并且图案化部510可以设置为与旋转轴100接触。
[0120] 图14是根据本发明的第三实施例的电机的侧横截面图。
[0121] 此外,如图14所示,其中未形成图案的非图案转子芯部530可以设置在图案化部510和旋转轴100之间。
[0122] 同时,夹具孔(未示出)可以形成在图案化部510中,用于装配的夹具安装在该夹具孔上。
[0123] 外轮廓部520形成转子500的最外侧轮廓,并且包括外周表面521和内周表面522。
[0124] 外周表面521面对定子400,内周表面522面对中心轴C。
[0125] 此外,多个磁体300设置在外周表面521上,多个突出部522a和522b从内周表面522向中心轴C突出。
[0126] 同时,引导多个磁体300的设置的引导突起(未示出)可以形成在外周表面521上。
[0127] 这里,参考图12,多个磁体300可以包括第一磁体310、第二磁体320和第三磁体330,第一磁体310、第二磁体320和第三磁体330设置为沿外轮廓部520的外周表面521彼此相邻并间隔开。
[0128] 第一磁体310和第二磁体320可以在外轮廓部520的外周表面521上彼此间隔开以形成第一分隔部S1。此外,第二磁体320和第三磁体330可以在外轮廓部520的外周表面521上彼此间隔开以形成第二分隔部S2。
[0129] 这里,如图12所示,在横截面图上,第一分隔部S1可以通过将第一磁体310和第二磁体320的上部连接的虚拟直线具有预定面积。此外,第二分隔部S2可以通过将第二磁体320和第三磁体330的上部连接的虚拟直线具有预定面积。
[0130] 同时,第一分隔部S1和第二分隔部S2可以具有相同的面积。
[0131] 此外,如图12所示,多个突出部522a和522b可以包括第一突出部522a和第二突出部522b,第一突出部522a和第二突出部522b设置为沿外轮廓部520的内周表面522彼此相邻并间隔开。
[0132] 第一突出部522a和第二突出部522b中的每一者形成为在从外轮廓部520的内周表面522向转子500的中心轴C延伸的第一方向上突出。
[0133] 这里,外轮廓部520与第一突出部522a和第二突出部522b全部可以一体地构成。
[0134] 也就是说,与没有形成第一突出部522a和第二突出部522b的区域相比,在第一突出部522a和第二突出部522b形成在第一方向上的区域中,可以形成更大的外轮廓部520厚度。
[0135] 因此,可以确保转子500的外轮廓部520的结构强度。
[0136] 这里,第一突出部522a或第二突出部522b在垂直于第一方向的第二方向上的宽度可以在靠近转子500的中心轴C的方向上逐步或逐渐减小。
[0137] 也就是说,可以在转子500的内侧使图案化部510的面积比最大化以减小重量,并且可以在转子500的外侧增大外轮廓部520的面积比以减小结构强度和磁阻。
[0138] 同时,第一突出部522a可以设置在将转子500的中心轴C和第一分隔部S1的中心连接的虚拟直线L1上,第二突出部522b可以设置在将转子500的中心轴C和第二分隔部S2的中心连接的虚拟直线L2上。
[0139] 同时,在同一横截面中,第一突出部522a的面积可以形成为第一分隔部S1的面积的110%至350%。此外,在同一横截面中,第二突出部522b的面积可以形成为第二分隔部S2的面积的110%至350%
[0140] 这里,当第一突出部522a的面积形成为小于或等于第一分隔部S1的面积的110%时,由于转子500的与没有设置磁体300的第一分隔部S1相对应的外轮廓部520中的磁阻由于磁饱和现象而增大,因此难以防止电机20性能降低的问题。
[0141] 此外,当第一突出部522a的面积形成为大于或等于第一分隔部S1的面积的350%时,因为形成有第一突出部522a的外轮廓部520的厚度和面积过度增大,所以存在可能无法保持电机20的重量减小的问题。
[0142] 同时,在第一方向上,外轮廓部520可以具有第一厚度T1,第一突出部522a可以具有第二厚度T2,并且第一厚度T1可以形成为第二厚度T2的80%至110%。
[0143] 这里,当外轮廓部520的第一厚度T1设定为小于或等于第一突出部522a的第二厚度T2的80%时,由于转子500的与没有设置磁体300的第一分隔部S1相对应的外轮廓部520中的磁阻由于磁饱和现象而增大,因此难以防止电机20性能降低的问题。
[0144] 此外,当外轮廓部520的第一厚度T1设定为大于或等于第一突出部522a的第二厚度T2的110%时,由于形成有第一突出部522a的外轮廓部520的厚度和面积过度增大,因此存在可能无法保持电机20的重量减小的问题。
[0145] 同时,如图12和图13所示,由于与第一突出部522a和第二突出部522b中的每一者的尺寸相比,图案化部510的多个单元图案511中的每一个的尺寸形成为非常小,所以多个单元图案511可以设置在第一突出部522a和第二突出部522b之间。
[0146] 此外,在虚拟的第一直线L1上,多个单元图案511可以设置在转子500的中心轴C和第一突出部522a之间。
[0147] 另外,在虚拟的第二直线L2上,多个单元图案511可以设置在转子500的中心轴C和第二突出部522b之间。
[0148] 因此,转子500可以轻量化。这里,在各个方向上测量的长度中,单元图案511的最大长度W3和W4可以大致设定为0.5mm至5mm,单元图案511的最大长度W3可以形成为在各个方向上测得的第一突出部522a或第二突出部522b的长度D的最大长度D1的5%至50%,可以通过由设置为围绕第一突出部522a和第二突出部522b的多个单元图案511形成的蜂窝结构来确保转子500的结构可靠性。
[0149] 磁体300可以设置在转子500的外轮廓部520的外周表面521上。
[0150] 此外,磁体300可以被磁化为多个极。磁体300可以引起用于检测转子500的旋转位置的信号。此外,磁体300可以实现为环形形状。
[0151] 定子400可以包括第二通孔,旋转轴100、转子500和磁体300插设在第二通孔中。旋转轴100、转子500和磁体300可以设置在定子400的第二通孔中。
[0152] 相对于中心轴C,与旋转轴100、转子500和磁体300相比,定子400的直径可以最大。
[0153] 尽管主要参考本发明的实施例描述了上述实施例,但上文仅是示例性的,应当理解,本领域技术人员可以在实施例的原理内执行各种修改和应用。例如,可以修改在实施例中具体示出的元件。此外,与修改和改变相关的差异应当理解为包含在所附权利要求中定义的本发明的范围内。
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