本發(fā)明涉及無刷電機領(lǐng)域，具體涉及一種包含定子的無刷電機和電動工具。

背景技術(shù)：

無刷電機一般由電機本身和相應(yīng)驅(qū)動電路組成，可以通過改變電樞電壓來方便地調(diào)速，具有效率高、噪聲低、易于控制等優(yōu)點，在便攜式電子設(shè)備、汽車、船舶等諸多領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。

目前，由于電機本身結(jié)構(gòu)的限制，現(xiàn)有的無刷電機用在持續(xù)變負(fù)載尤其是重載的電動工具上時，輸出的轉(zhuǎn)速相對較小，并且電機效率較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有的無刷電機用在持續(xù)變負(fù)載尤其是重載的電動工具上輸出轉(zhuǎn)速小，電機效率低的缺陷，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種無刷電機，包括，轉(zhuǎn)子，能在磁場的作用下繞中心軸線轉(zhuǎn)動；定子，用于產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)子的磁場；定子包括：定子鐵芯，包括環(huán)軛部和多個向環(huán)軛部內(nèi)側(cè)凸出形成的齒部；繞組，設(shè)置于環(huán)軛部的內(nèi)側(cè)且纏繞齒部；相鄰的兩個齒部之間形成線槽；在垂直于中心軸線的投影內(nèi)，環(huán)軛部包括一個位于最外側(cè)外圓柱面；齒部包括一個與外圓柱面同心的內(nèi)圓弧面；在中心軸線垂直的平面內(nèi)，外圓柱面的投影定義為外圓，內(nèi)圓弧面投影所在的圓定義內(nèi)圓；內(nèi)圓與外圓的直徑比的取值范圍為0.5至0.53。

前述的無刷電機，其特征在于，線槽投影的面積之和與外圓和內(nèi)圓面積之差的比的取值范圍為0.38至0.4。

前述的無刷電機，其特征在于，線槽數(shù)量為偶數(shù)或3的倍數(shù)。

前述的無刷電機，其特征在于，無刷電機為內(nèi)轉(zhuǎn)子無刷電機。

前述的無刷電機，其特征在于，轉(zhuǎn)子包括：轉(zhuǎn)子鐵芯，設(shè)有多個永磁體槽；永磁體，設(shè)置在永磁體槽內(nèi)；在垂直于中心軸線的投影內(nèi)，轉(zhuǎn)子鐵芯包括一個位于外側(cè)的轉(zhuǎn)子圓柱面；轉(zhuǎn)子圓柱面的投影定義為轉(zhuǎn)子的外圓；轉(zhuǎn)子的外圓直徑與定子的外圓直徑之比的取值范圍為0.48至0.6。

另一種電動工具，包括工作頭和用于驅(qū)動工作頭的無刷電機，其特征在于：無刷電機包括：轉(zhuǎn)子，能在磁場的作用下繞中心軸線轉(zhuǎn)動；定子，用于產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)子的磁場；定子包括：定子鐵芯，包括環(huán)軛部和多個向環(huán)軛部內(nèi)側(cè)凸出形成的齒部；繞組，設(shè)置于環(huán)軛部的內(nèi)側(cè)且纏繞齒部；相鄰的兩個齒部之間形成線槽；在垂直于中心軸線的投影內(nèi)，環(huán)軛部包括一個位于最外側(cè)外圓柱面；齒部包括一個與外圓柱面同心的內(nèi)圓弧面；在中心軸線垂直的平面內(nèi)，外圓柱面的投影定義為外圓，內(nèi)圓弧面投影所在的圓定義內(nèi)圓；內(nèi)圓與外圓的直徑比的取值范圍為0.5至0.53。

前述的電動工具，其特征在于，線槽投影的面積之和與外圓和內(nèi)面面積之差的比的取值范圍為0.38至0.4。

前述的電動工具，其特征在于，線槽數(shù)量為偶數(shù)或3的倍數(shù)。

前述的電動工具，其特征在于，無刷電機為內(nèi)轉(zhuǎn)子無刷電機。

前述的電動工具，其特征在于，電動工具為手持式電動工具。

本發(fā)明的有益之處在于有效提高電機的輸出轉(zhuǎn)速和效率，尤其適用于重載工況的電動工具。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的定子結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3a是第一無刷電機和第二無刷電機的轉(zhuǎn)矩—效率曲線圖，圖3b時第一無刷電機和第二無刷電機的轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速曲線圖，圖中實線表示第一無刷電機，虛線表示第二無刷電機；

圖4a是第一無刷電機和第三無刷電機的轉(zhuǎn)矩—效率曲線圖，圖4b時第一無刷電機和第三無刷電機的轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速曲線圖，圖中實線表示第一無刷電機，虛線表示第三無刷電機；

圖5a是第一無刷電機和第四無刷電機的轉(zhuǎn)矩—效率曲線圖，圖5b時第一無刷電機和第四無刷電機的轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速曲線圖，圖中實線表示第一無刷電機，虛線表示第四無刷電機。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作具體的介紹。

參考圖1和圖2所示，一種無刷電機（未示出），該無刷電機包括轉(zhuǎn)子20和環(huán)繞轉(zhuǎn)子的定子10，轉(zhuǎn)子20能在磁場的作用下繞中心軸線轉(zhuǎn)動，定子10用于產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)子20的磁場。優(yōu)選的，無刷電機可為內(nèi)轉(zhuǎn)子無刷電機。

如圖1所示，定子10包括定子鐵芯110和繞組120，定子鐵芯110包括環(huán)軛部111和多個向環(huán)軛部111內(nèi)側(cè)凸出形成的齒部112，相鄰的兩個齒部112之間形成線槽113；繞組（未示出）設(shè)置于環(huán)軛部111的內(nèi)側(cè)且齒部112纏繞。具體而言，在垂直于轉(zhuǎn)子中心軸線的投影內(nèi)，環(huán)軛部111包括一個位于最外側(cè)的圓柱面，齒部112包括一個與外圓柱面同心的內(nèi)圓弧面，在垂直于中心軸線的投影平面內(nèi)，定義外圓柱面投影所在的圓為外圓，內(nèi)圓弧面投影所在的圓為內(nèi)圓，其中，外圓直徑d1與內(nèi)圓直徑d2之比的取值范圍為0.5至0.53，該范圍為優(yōu)選范圍；進一步，線槽投影的面積之和與外圓和內(nèi)圓面積之差的比值的取值范圍為0.38至0.4。

作為可能的實施方式，定子10的線槽數(shù)量為偶數(shù)或3的倍數(shù)。

如圖2所示，轉(zhuǎn)子20包括轉(zhuǎn)子鐵芯120，轉(zhuǎn)子鐵芯120設(shè)有永磁體121，用于產(chǎn)生磁場，永磁體槽沿轉(zhuǎn)子鐵芯的周向間隔排列，用于放置永磁體121。轉(zhuǎn)子20套設(shè)在定子10內(nèi)，并與定子10之間形成徑向間隙。具體地，在垂直于中心軸線的投影內(nèi)，轉(zhuǎn)子鐵芯120包括一個位于外側(cè)的轉(zhuǎn)子圓柱面，將這個轉(zhuǎn)子圓柱面的投影定義為轉(zhuǎn)子的外圓，該轉(zhuǎn)子的外圓直徑為d3，其中，所述轉(zhuǎn)子的外圓直徑與所述定子的外圓直徑之比的取值范圍為0.48至0.6，優(yōu)選為0.5至0.58。

具體的，定子10周向可設(shè)置霍爾元件以探測轉(zhuǎn)子20旋轉(zhuǎn)磁場的位置，進而通過驅(qū)動電路激勵相應(yīng)的繞組，當(dāng)電能作用在繞組120上時，通過轉(zhuǎn)子20的永磁體形成的磁通與由定子的繞組120形成的磁通之間相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，從而驅(qū)動無刷電機工作。

需要說明的是，在實際加工中，定子10通常由多個定子沖片沿其中心軸線方向疊加形成，定子沖片具有與本實施例定子相同的結(jié)構(gòu)。

本實施例的無刷電機，通過設(shè)置定子鐵芯的外圓直徑d1和內(nèi)圓直徑d2之比和/或線槽投影的面積之和與外圓和內(nèi)圓面積之差的最佳比值，使無刷電機具有較高的反電動勢，從而在負(fù)載下尤其是重載條件下具有較高的轉(zhuǎn)速和電機效率。

參考圖3a和圖3b，分別為沖片疊數(shù)和繞組數(shù)都相同的第一電機和第二電機的轉(zhuǎn)速和電機效率對比曲線，實線表示第一無刷電機特性曲線，虛線表示第二無刷電機特性曲線。其中，第一無刷電機的外圓直徑d1與內(nèi)圓直徑d2之比0.521，且線槽投影的面積之和與外圓和內(nèi)圓面積之差的比值為0.398；第二無刷電機的外圓直徑d1與內(nèi)圓直徑d2之比0.562，且線槽投影的面積之和與外圓和內(nèi)圓面積之差的比值為0.398，經(jīng)過實驗，如圖3a所示，采用外圓直徑d1與內(nèi)圓直徑d2之比和線槽投影的面積之和與外圓和內(nèi)圓面積之差的比值均在本發(fā)明實施例的最佳比值范圍內(nèi)的第一無刷電機的效率優(yōu)于外圓直徑d1與內(nèi)圓直徑d2之比和線槽投影的面積之和與外圓和內(nèi)圓面積之差的比值均不在本發(fā)明實施例的最佳比值范圍內(nèi)的第二無刷電機；如圖3b所示，采用外圓直徑d1與內(nèi)圓直徑d2之比和線槽投影的面積之和與外圓和內(nèi)圓面積之差的比值均在本發(fā)明實施例的最佳比值范圍內(nèi)的第一無刷電機的轉(zhuǎn)速優(yōu)于外圓直徑d1與內(nèi)圓直徑d2之比和線槽投影的面積之和與外圓和內(nèi)圓面積之差的比值均不在本發(fā)明實施例的最佳比值范圍內(nèi)的第二無刷電機，當(dāng)電機負(fù)載越重時，顯然同時滿足本發(fā)明實施例的取值范圍的無刷電機效率更高，尤其適用于有過載工況的電動工具。

參考圖4a和圖4b，圖4a為第一無刷電機和第三無刷電機的效率對比曲線，圖4b為第一無刷電機和第三無刷電機的轉(zhuǎn)速對比曲線，其中實線表示第一無刷電機特性曲線，虛線表示第二無刷電機特性曲線。其中，第一無刷電機的外圓直徑d1與內(nèi)圓直徑d2之比0.521，且線槽投影的面積之和與外圓和內(nèi)圓面積之差的比值為0.398，均在本發(fā)明實施例的最佳比值范圍內(nèi)；第三無刷電機的外圓直徑d1與內(nèi)圓直徑d2之比0.521，在本實施例的最佳比值范圍內(nèi)，線槽投影的面積之和與外圓和內(nèi)圓面積之差的比值為0.378，不在本實施例的最佳比值范圍內(nèi)，如圖4a所示，第一無刷電機的效率優(yōu)于第三無刷電機的效率，如圖4b所示，第一無刷電機的轉(zhuǎn)速優(yōu)于第三無刷電機的轉(zhuǎn)速，經(jīng)驗證，當(dāng)電機的外圓直徑d1與內(nèi)圓直徑d2之比相同時，改變線槽投影的面積之和與外圓和內(nèi)圓面積之差的比值使其滿足本實施例的范圍內(nèi)，能有效提高電機的轉(zhuǎn)速和效率。

參考5a和圖5b所示，圖5a為第一無刷電機和第四無刷電機的效率對比曲線，圖5b為第一無刷電機和第四無刷電機的轉(zhuǎn)速對比曲線，其中實線表示第一無刷電機特性曲線，虛線表示第四無刷電機特性曲線。其中，第一無刷電機的外圓直徑d2與內(nèi)圓直徑d1之比0.521，且線槽投影的面積之和與外圓和內(nèi)圓面積之差的比值為0.398，均在本發(fā)明實施例的最佳比值范圍內(nèi)；第四無刷電機的外圓直徑d2與內(nèi)圓直徑d1之比0.5417，不在本實施例的最佳比值范圍內(nèi)，線槽投影的面積之和與外圓和內(nèi)圓面積之差的比值為0.3836，在本實施例的最佳比值范圍內(nèi)，如圖5a所示，第一無刷電機的效率優(yōu)于第四無刷電機的效率，如圖5b所示，第一無刷電機的轉(zhuǎn)速優(yōu)于第四無刷電機的轉(zhuǎn)速，經(jīng)驗證，當(dāng)電機的線槽投影的面積之和與外圓和內(nèi)圓面積之差的比值在本實施例的范圍內(nèi)時，改變電機外圓直徑d2與內(nèi)圓直徑d1之比使其也滿足本實施例的范圍內(nèi)時，也能有效提高電機的轉(zhuǎn)速和效率。

經(jīng)以上驗證，在無刷電機的沖片疊數(shù)和繞組數(shù)相同的情況下，通過設(shè)置定子鐵芯的外圓直徑d2和內(nèi)圓直徑d1之比和/或線槽投影的面積之和與外圓和內(nèi)圓面積之差的最佳比值使之位于前述優(yōu)選范圍內(nèi)時，電機效率提高，重載特性明顯增強，特別適用于重載工況的電動工具使用。

一種電動工具（未示出），包括工作頭，用于驅(qū)動工作頭的無刷電機，該無刷電機包括轉(zhuǎn)子20和環(huán)繞轉(zhuǎn)子的定子10，轉(zhuǎn)子20能在磁場的作用下繞中心軸線轉(zhuǎn)動，定子10用于產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)子20的磁場。

其中，參照圖1所示，定子10包括定子鐵芯110和繞組120，定子鐵芯110包括環(huán)軛部111和多個向環(huán)軛部111內(nèi)側(cè)凸出形成的齒部112，相鄰的兩個齒部112之間形成線槽113；繞組120設(shè)置于環(huán)軛部111的內(nèi)側(cè)且繞齒部112纏繞。具體而言，在垂直于轉(zhuǎn)子中心軸線的投影內(nèi)，環(huán)軛部111包括一個位于最外側(cè)的圓柱面，齒部112包括一個與外圓柱面同心的內(nèi)圓弧面，在垂直于中心軸線的投影平面內(nèi)，定義外圓柱面投影所在的圓為外圓，內(nèi)圓弧面投影所在的圓為內(nèi)圓，其中，外圓直徑d2與內(nèi)圓直徑d1之比的取值范圍為0.5至0.53，進一步，線槽投影的面積之和與外圓和內(nèi)圓面積之差的比值的取值范圍為0.38至0.4。

作為可能的實施方式，電動工具可以為dc沖擊螺絲批、dc沖擊扳手、dc電鉆、ac砂光機、ac角磨等手持式電動工具。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，上述實施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。