技术领域
[0001] 本实用新型涉及电机领域，特别是涉及一种永磁无刷直流电机。
背景技术
[0002] 永磁无刷直流电机是由一
块或多块
永磁体建立
磁场的直流电机，其性能与恒定励磁
电流的他励直流电机相似，可以由改变电枢
电压来方便地调速。而与他励式直流
电动机相比，具有体积小、效率高、结构简单、用
铜量少等优点，广泛应用于各种便携式的
电子设备或器具中，也广泛应用于
汽车、
船舶、航空、机械等行业，在一些如相机、录像机等高精尖产品中也有广泛应用。
[0003] 而目前，由于结构的限制，现有的永磁无刷直流电机用在持续变负载的电动工具上时，输出的
扭矩相对较小，并且电机效率较低。实用新型内容
[0004] 基于此，有必要针对永磁无刷直流电机的扭矩较小，电机效率较低的问题，提供一种输出扭矩较大，电机效率较高的永磁无刷直流电机。
[0005] 一种永磁无刷直流电机，包括
转子及环绕所述转子的
定子，所述转子包括转子
铁芯，所述转子铁芯沿周向开设永磁体槽，所述永磁体槽安装有永磁体，所述永磁体在所述永磁体槽长度方向上的尺寸与所述永磁体槽两端点分别与所述转子铁芯中心连线的两连线之间对应的所述转子的外径弧长的比值为0.6634～0.72。
[0006] 上述永磁无刷直流电机，通过设置永磁体宽度与对应的转子外径弧长的比值，从而使该永磁无刷直流电机具有较高的反电动势，从而在负载条件下具有较高的电磁扭矩与电机效率。
[0007] 在其中一个
实施例中，所述永磁体槽两端与所述转子外缘之间形成磁桥，所述磁桥在所述转子径向的尺寸为0.5～0.8mm。
[0008] 在其中一个实施例中，所述磁桥在所述转子径向的尺寸为0.5mm。
[0009] 在其中一个实施例中，所述永磁体数量为四个，所述永磁体两两相邻首尾间隔且呈矩形设置。
[0010] 在其中一个实施例中，所述定子周向设有定子槽，所述定子槽的数量为两倍所述转子的极对数的比值为3/2。
[0011] 在其中一个实施例中，所述转子的外径与所述定子的外径的比值为0.5～0.55。
[0012] 在其中一个实施例中，所述永磁无刷直流电机的输出的反电动势为梯形波反电动势。
[0013] 在其中一个实施例中，当所述永磁无刷直流电机空载时，所述梯形波反电动势的平顶区的宽度为20～35°的电
角度。
[0014] 在其中一个实施例中，所述定子周向设有霍尔元件。
[0015] 在其中一个实施例中，所述霍尔元件和所述定子中心的连线与所述定子槽的
槽口的中心和所述定子中心的连线的夹角为10～20°。
附图说明
[0016] 图1为一实施方式的永磁无刷直流电机的转子的结构示意图；
[0017] 图2为一实施方式的永磁无刷直流电机的定子的结构示意图；
[0018] 图3为一实施方式的梯形波反电势示意图。
具体实施方式
[0019] 为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
[0020] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“
水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0021] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的
说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0022] 如图1及图2所示，一种永磁无刷直流电机(图未示)，该永磁无刷直流电机包括转子20及环绕转子20的定子40，转子20相对定子40转动从而产生反电动势。
[0023] 转子20包括转子铁芯22，转子铁芯22沿周向开设永磁体槽222，用于安装永磁体24。永磁体24在永磁体槽222长度方向上的宽度A与永磁体槽222两端点分别与转子铁芯22中心连线的两连线之间对应的转子20的外径弧长B的比值A/B为0.6634～0.72，从而具有较高的反电动势。优选地，A/B为0.6634。
[0024] 上述永磁无刷直流电机，通过设置永磁体24宽度A与对应的转子20外径弧长B的比值，从而使该永磁无刷直流电机具有较高的反电动势，从而在负载条件下具有较高的电磁扭矩与电机效率。
[0025] 永磁无刷直流电机产生的电磁扭矩T＝EI/Ω(E代表永磁无刷直流电机产生的反电动势，I代表永磁无刷直流电机输入相电流，Ω代表转子
角速度)，由此可见，反电势E越大，意味着电磁扭矩越大，从而在转子20的角速度及其它损耗相同的条件下，具有较大的电磁扭矩T，进而具有较高的电机效率。
[0026] 永磁无刷直流电机的输出的反电动势为梯形波反电动势，该反电动势的梯形波在一定时间内线性上升，之后进入稳定不变的平顶区，一定时间后线性下降。而传统通常使用的为
正弦波反电动势。在同转速两种电机反电势峰值一样的情况下，正弦波反电势无刷直流电机的空载转速高于梯形波反电势无刷直流电机，机械特性软于梯形波反电势无刷直流电机，相同电流情况下输出转矩要小于梯形波反电势无刷直流电机。因此，采用梯形波反电动势，使永磁无刷直流电机具有更好的性能。
[0027] 通过电磁仿真及样品测试可知，永磁体24的形状会影响反电动势的输出。 以永磁体24的宽度A作为变量进行电磁仿真的叠代计算，测试永磁无刷直流电机特性曲线，可以得到当永磁体24的宽度A与转子20的外径弧长B的比值为0.6634，永磁无刷直流电机空载时，梯形波反电动势的平顶区的宽度为20～35°的电角度，永磁无刷直流电机的扭矩和效率达到最佳值。优选地，梯形波反电动势的平顶区的宽度为20～23°的电角度。其中，电角度为梯形波上每个点与原点的连线与水平轴的夹角。
[0028] 进一步地，在本实施例中，定子40周向设有用于安装绕组的定子槽44，定子槽44的数量与两倍的转子20极对数的比值为3/2，且转子20的外径与定子40的外径的比值为0.5～0.55。
[0029] 在本实施例中，永磁体24数量为四个，且永磁体24两两相邻首尾间隔设置，从而围成矩形。磁桥2222形成于矩形的四个顶角区域。
[0030] 由于相邻的永磁体24之间具有间隔，因此
磁力线不进入转子铁芯22，而在间隔处产生漏磁通。在漏磁通的影响下，出现了比周围区域磁通量
密度高的区域，因此磁路上的磁阻增大，从而降低了磁阻扭矩。
[0031] 在本实施例中，永磁体槽222两端倾斜呈一定夹角，与转子20外缘之间形成磁桥2222，磁桥2222在转子20径向的尺寸(即磁桥2222的宽度b)为0.5～0.8mm。优选的，磁桥2222宽度b为0.5mm。当磁桥2222的宽度b小于0.5mm时，由于磁桥2222靠近转子
20外缘，因此会导致该转子20的机械强度不足，
电极高速运转过程中的
离心力会引起转子
20形变而损坏，且具有较高的制造工艺要求与制造成本。
[0032] 当磁桥2222饱和，即电流增加至一定值而磁桥2222的磁通不再增加时，可限制漏磁通，使该永磁无刷直流电机具有更大的有效磁通，
磁性材料的利用率更高。而当磁桥2222宽度b大于0.8mm时，电流较小则难以达到饱和，电流太大则导致电机绕组损坏。如此，将磁桥2222的宽度b限制在0.5～0.8mm，可使磁桥2222在一定电流值下达到饱和，使该永磁无刷直流电机正常工作，并具有良好的饱和特性而维持高调速范围的需要。
[0033] 定子40周向设有霍尔元件42以探测转子20旋转磁场的
位置，进而通过逻辑与驱动
电路，激励相应的绕组。当旋转的永磁体24转过霍尔元件42时，会 使霍尔元件42输出高低电平，进而通过逻辑与驱动电路为绕组提供相应的电流。在本实施例中，霍尔元件42中心和定子40中心的连线与定子槽44的槽口的中心和定子40中心的连线的夹角θ为10～20°。
[0034] 上述永磁无刷直流电机，通过设定永磁体24的宽度A与转子20外径弧长的最佳比值，使反电势为梯形波，且保持永磁无刷直流电机空载时梯形波的平顶区的宽度为20～35°的电角度，使该永磁无刷直流电机在负载条件下具有更高的电磁扭矩与更好的电机效率。并且还通过设定宽度为0.5～0.8mm的磁桥2222，使该永磁无刷直流电机具有更高的调速范围。通过霍尔元件42探测转子20旋转磁场的位置，因此无需安装换向器等装置，具有宽调速、小体积、高效率和稳态转速误差小等优点。
[0035] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0036] 以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型
专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干
变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附
权利要求为准。
