一种扁平式三相永磁无刷直流电机机芯，集三相永磁无刷直流电机本体、霍尔传感器、控制机芯于一体，其直流电机本体包括定子铁心体、转子铁心体、转轴、线包、永磁体；霍尔传感器包括三个开关型霍尔元件、用于安装霍尔传感器的定子铁心体内侧处的三个相邻120度夹角的圆弧形开口以及支架上的霍尔传感器护座；所述的控制机芯部分包括PCB电路板、无线接收芯片、315MHz声表面波滤波器、单片机、驱动芯片、开关电源芯片、VMOS管、信号调理芯片、高频变压器、康铜采样电阻，功率电感器，电机本体与控制机芯部分通过支架连接为一体，装配后的机芯直径可低至55mm，机芯厚度不超过25mm，为系统最省、整体最优。
1.一种扁平式三相永磁无刷直流电机机芯，由三相永磁无刷直流电机本体、控制机芯及霍尔传感器三部分组成，其特征在于：
所述的三相永磁无刷直流电机本体、控制机芯、霍尔传感器三者分别通过支架（7）连接，合三为一，组成一种扁平式三相永磁无刷直流电机机芯，其中：所述的三相永磁无刷直流电机本体包括转子铁心体（1）、定子铁心体（2），永磁体（3）、转轴（4）、线包（5）；
所述的定子铁心体（2）上开有线包嵌槽（21），线包（5）嵌入线包嵌槽（21）中，所述的定子铁心体（2）上开有用于固定支架孔（22），定子铁心体（2）的外侧边沿处有四个相邻90度夹角的楔形边槽（24），定子铁心体（2）的内侧边沿处有三个相邻120度夹角的圆弧形开口（23）；
所述的转子铁心体（1）上开有永磁体嵌槽（11），在转子铁心体（1）的边沿处的两个相邻永磁体嵌槽（11）之间开有分隔槽（12），所述的永磁体（3）掩埋嵌入到永磁体嵌槽（11）中；
所述的转轴（4）上带一个转轴圆盘（41），所述的转轴圆盘（41）紧密地嵌入转子铁心体（1）中；
所述的控制机芯及霍尔传感器部分包括PCB电路板（6），所述的PCB电路板（6）为圆环形，上面焊接有无线接收芯片（60）、315MHz声表面波滤波器（64）、单片机（61）、驱动芯片（62）、开关电源芯片（63）、VMOS管（65）、编程下载插座（66）、霍尔传感器（67）、信号调理芯片（68）、高频变压器（69）、康铜采样电阻（694）、功率电感器（695），所述的霍尔传感器（67）为三线直插式开关型霍尔元件，所述的PCB电路板（6）上开有PCB电路板安装孔（693）、Hall-A接线焊孔（690）、Hall-B接线焊孔（691）、Hall-C接线焊孔（692），所述的VMOS管（65）为贴片封装，直接表贴焊接在PCB电路板（6）上；
所述的单片机（61）为核心器件，其I/O引脚与驱动芯片（62）的输入引脚相连，驱动芯片（62）的输出引脚与VMOS管的栅极相连, 315MHz声表面波滤波器（64）与无线接收芯片（60）相连，无线接收芯片（60）的输出引脚与单片机（61）上的串行引脚相连，所述的康铜采样电阻（694）的采样数据经信号调理芯片（68）预处理后送单片机（61）的A/D引脚，来自霍尔传感器（67）的三个位置传感信号分别送单片机（61）的外部中断引脚，所述的编程下载插座（66）与单片机（61）的程序下载引脚相连；
外部直流电源送高频变压器（69）的输入侧的一端，高频变压器（69）的输入侧的另一端接开关电源芯片（63），高频变压器（69）输出侧的电压信号经整流，功率电感器（695）和电容滤波后，提供PCB电路板（6）电源；
所述的支架（7）为圆环形，采用耐热ABS工程塑料注塑而成，中央开口处伸出圆形内衬板（71），支架（7）的底部有三个相邻120度夹角的霍尔传感器护座（75）以及四个相邻90度夹角的支架台阶（72），支架台阶（72）的边沿开有楔形槽（74），中间开有支架孔（73）；
安装时，所述的圆环形PCB电路板（6）放入支架（7）中，所述的支架台阶（72）上的楔形槽（74）与定子铁心体（2）的外侧边沿处的楔形边槽（24）相对应，三个霍尔传感器（67）的引脚穿过霍尔传感器护座（75）后分别与PCB电路板（6）上的Hall-A接线焊孔（690）、Hall-B接线焊孔（691）及Hall-C接线焊孔（692）相接，焊牢后的霍尔传感器（67）再嵌入定子铁心体（2）上圆弧形开口（23）处，并用焊接胶水固定，所述的霍尔传感器（67）的磁感应平面对着转子铁心体（1），然后，螺丝穿过PCB电路板安装孔（693）、支架台阶（72）上的支架孔（73）后与定子铁心体（2）上的固定支架孔（22）连为一体，三合为一，装配后的三相永磁无刷直流电机机芯直径低至55mm，整机厚度不超过25mm。
2.根据权利要求1所述的一种扁平式三相永磁无刷直流电机机芯，其特征在于：所述的永磁体（3）采用钕铁硼材料。
3.根据权利要求1所述的一种扁平式三相永磁无刷直流电机机芯，其特征在于：所述的线包（5）采用无氧铜线绕制。
4.根据权利要求1所述的一种扁平式三相永磁无刷直流电机机芯，其特征在于：所述的康铜采样电阻（694）弯折为M形状。
5.根据权利要求1所述的一种扁平式三相永磁无刷直流电机机芯，其特征在于：所述的无线接收芯片（60）支持315MHz手持式无线遥控器操作。
一种扁平式三相永磁无刷直流电机机芯
技术领域
[0001] 本发明涉及一种扁平式三相永磁无刷直流电机机芯，主要应用于家用电器、工业机器人、新型医疗仪器和工业自动化控制领域。
背景技术
[0002] 在家用电器、工业机器人、新型医疗仪器、工业自动化领域由于体积或安装尺寸的限制，常常需要高效节能、小尺寸和扁平化的三相永磁无刷直流电机，可是通常的三相永磁无刷直流电机为了减少转动惯量，习惯于采用细长的长轴距结构，其主要尺寸是由下式确定：
[0003] D2L=6.1*103/(αiAB＆)*P/n(m3)
[0004] 式中：D为电枢直径，L为电枢长度，P为计算功率，A为电负荷，B＆为磁负荷，n为额定转速，αi为极弧系数。
[0005] 上式说明，当三相永磁无刷直流电机的额定功率、额定转速确定以后，电机主要尺2
寸大小DL取决于电机的转速n以及电机电磁负荷AB＆的选择，电机的转速n越高，电机的尺寸就可以做到很小；电磁负荷AB＆的值越高，电机的主要尺寸D2L就越小。这意味着，电机的重量越轻，功率密度也就越高。
[0006] 从电机设计角度来说，要实现高功率密度，应选用导磁性能好的材料，以提高磁负荷B＆；在保证绝缘的条件下，则需要选择选择耐高温的绝缘材料，以提高电机的热负荷能力。
[0007] 选定电机材料后，电机的铁损随着磁负荷B＆的增加而增加，铜损随着电荷A和电流密度J的乘积成正比。所以增大电磁负荷AB＆可以减小电机的尺寸，不过如此以来定子与转子表面单位面积的损耗将增高，从而使电机温度升高，导致效率下降。因此，合理地选择电机的电磁负荷AB＆以及拓扑结构至关重要。
[0008] 在电磁负荷AB＆乘积一定的条件下，电负荷A与磁负荷B＆之间存在一种优化的比例关系：通常，为了改善电机的换向性能，宜选择较大的B＆和较小的A值；运行在低速工况的电机，铁损较小，B＆值可以选大；高速运行的电机，铁损较大，B＆值当然宜小。
[0009] 另一方面，现有的三相永磁无刷直流电机都不能单独使用，要与外置的控制器与内置的霍尔传感器配套使用。其中，霍尔传感器在三相永磁无刷直流电机中起着检测转子磁极位置的作用，为逻辑开关电路提供正确的换向信息，即将转子磁钢磁极的位置信号转换成电信号，然后去控制定子绕组的换向导通，而电枢反应和霍尔传感器的位置改变对霍尔检测信号影响较大，直接影响了电机绕组的换流，引起电机力矩波动从而带来噪音。因此，本发明的一个目的是设计一款将电机本体、控制机芯、霍尔传感器合三为一的扁平式三相永磁无刷直流电机机芯，再配上轴承和不同的机壳就能像异步电机一样，直接通电后就可使用。
发明内容
[0010] 据此，本发明提出了一种扁平式三相永磁无刷直流电机机芯设计方案。方案中，所谓三相永磁无刷直流电机本体即指只有电磁部件而无电子控制部件的三相永磁无刷直流电机（不包括电机外壳），具体内容如下：
[0011] 一种扁平式三相永磁无刷直流电机机芯，由三相永磁无刷直流电机本体、控制机芯、霍尔传感器三部分组成，其要点在于：
[0012] 所述的三相永磁无刷直流电机本体、控制机芯及霍尔传感器三者分别通过支架连接，合三为一，组成一种扁平式三相永磁无刷直流电机机芯，其中：
[0013] 所述的三相永磁无刷直流电机本体包括转子铁心体、定子铁心体，永磁体、转轴、线包；
[0014] 所述的定子铁心体上开有线包嵌槽，线包嵌入线包嵌槽中，所述的定子铁心体上开有用于固定支架孔，定子铁心体外侧边沿处有四个相邻90度夹角的楔形边槽定子铁心体的内侧边沿处有三个相邻120度夹角的圆弧形开口；
[0015] 所述的转子铁心体上开有永磁体嵌槽，在转子铁心体的边沿处的两个相邻永磁体嵌槽之间开有分隔槽，所述的永磁体掩埋嵌入到永磁体嵌槽中；
[0016] 所述的转轴上带一个转轴圆盘，所述的转轴圆盘紧密地嵌入转子铁心体中；
[0017] 所述的控制机芯及霍尔传感器部分包括PCB电路板，所述的PCB电路板为圆环形，上面焊接有无线接收芯片、315MHz声表面波滤波器、单片机、驱动芯片、开关电源芯片、VMOS管、编程下载插座、霍尔传感器、信号调理芯片、高频变压器、康铜采样电阻、功率电感器，所述的霍尔传感器为三线直插式开关型霍尔元件，所述的PCB电路板上开有PCB电路板安装孔、Hall-A接线焊孔、Hall-B接线焊孔、Hall-C接线焊孔，所述的VMOS管为贴片封装，直接表贴焊接在PCB电路板上；
[0018] 所述的单片机为核心器件，其I/O引脚与驱动芯片的输入引脚相连，驱动芯片的输出引脚与VMOS管的栅极相连, 315MHz声表面波滤波器与无线接收芯片相连，无线接收芯片的输出引脚与单片机上的串行引脚相连，所述的康铜采样电阻的采样数据经信号调理芯片预处理后送单片机的A/D引脚，来自霍尔传感器的三个位置传感信号分别送单片机的外部中断引脚，所述的编程下载插座与单片机的程序下载引脚相连；
[0019] 外部直流电源送高频变压器的输入侧的一端，高频变压器的输入侧的另一端接开关电源芯片，高频变压器输出侧的电压信号经整流，功率电感器和电容滤波后，提供PCB电路板电源；
[0020] 所述的支架为圆环形，采用耐热ABS工程塑料注塑而成，中央开口处伸出圆形内衬板，支架的底部有三个相邻120度夹角的霍尔传感器护座以及四个相邻90度夹角的支架台阶，支架台阶的边沿开有楔形槽，中间开有支架孔；
[0021] 安装时，所述的圆环形PCB电路板放入支架中，所述的支架台阶上的楔形槽与定子铁心体的外侧边沿处的楔形边槽相对应，三个霍尔传感器的引脚穿过霍尔传感器护座后分别与PCB电路板上的Hall-A接线焊孔、Hall-B接线焊孔及Hall-C接线焊孔相接，焊牢后的霍尔传感器再嵌入定子铁心体上圆弧形开口处，并用焊接胶水固定，所述的霍尔传感器的磁感应平面对着转子铁心体，然后，螺丝穿过PCB电路板安装孔、支架台阶上的支架孔后与定子铁心体上的固定支架孔连为一体，三合为一，装配后的三相永磁无刷直流电机机芯直径低至55mm，机芯厚度（连转轴一起）不超过25mm。
[0022] 进一步地，所述的永磁体采用钕铁硼材料。
[0023] 进一步地，所述的线包采用无氧铜线绕制。
[0024] 进一步地，所述的康铜采样电阻弯折为M形状。
[0025] 进一步地，所述的无线接收芯片支持315MHz手持式无线遥控器操作。
附图说明
[0026] 为了清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要的附图作简单地介绍。
[0027] 图1一种扁平式三相永磁无刷直流电机机芯外形图一；
[0028] 图2一种扁平式三相永磁无刷直流电机机芯外形图二；
[0029] 图3一种扁平式三相永磁无刷直流电机机芯分解图一；
[0030] 图4一种扁平式三相永磁无刷直流电机机芯分解图二；
[0031] 图5一种扁平式三相永磁无刷直流电机机芯PCB电路板外形图；
[0032] 图6支架和霍尔元件安装图；
[0033] 图7转轴、转子铁心体、定子铁心体及线包外形图；
[0034] 图8转轴、转子铁心体、定子铁心体外形图。
[0035] 标号说明：
[0036] 1 转子铁心体
[0037] 11 永磁体嵌槽
[0038] 12 分隔槽
[0039] 2 定子铁心体
[0040] 21 线包嵌槽
[0041] 22 固定支架孔
[0042] 23 圆弧形开口
[0043] 24 楔形边槽
[0044] 3 永磁体
[0045] 4 转轴
[0046] 41 转轴圆盘
[0047] 5 线包
[0048] 6 PCB电路板
[0049] 60 无线接收芯片
[0050] 61 单片机
[0051] 62 驱动芯片
[0052] 63 开关电源芯片
[0053] 64 声表面波滤波器
[0054] 65 VMOS管
[0055] 66 编程下载插座
[0056] 67 霍尔传感器
[0057] 68 信号调理芯片
[0058] 69 高频变压器
[0059] 690 Hall-A接线焊孔
[0060] 691 Hall-B接线焊孔
[0061] 692 Hall-C接线焊孔
[0062] 693 PCB电路板安装孔
[0063] 694 康铜采样电阻
[0064] 695 功率电感器
[0065] 7 支架
[0066] 71 圆形内衬板
[0067] 72 支架台阶
[0068] 73 支架孔
[0069] 74 楔形槽
[0070] 75 霍尔传感器护座
具体实施方式
[0071] 下面结合附图，说明本发明的具体实施方式：
[0072] 一种扁平式三相永磁无刷直流电机机芯，由三相永磁无刷直流电机本体、控制机芯及霍尔传感器三部分组成，其要点在于：
[0073] 所述的三相永磁无刷直流电机本体、控制机芯及霍尔传感器三者分别通过支架7连接，合三为一，组成一种扁平式三相永磁无刷直流电机机芯，其中：
[0074] 所述的三相永磁无刷直流电机本体包括转子铁心体1、定子铁心体2，永磁体3、转轴4、线包5；
[0075] 所述的定子铁心体2上开有线包嵌槽21，线包5嵌入线包嵌槽21中，所述的定子铁心体2上开有用于固定支架孔22，定子铁心体2的外侧边沿处有四个相邻90度夹角的楔形边槽24，定子铁心体2的内侧边沿处有三个相邻120度夹角的圆弧形开口23；
[0076] 所述的转子铁心体1上开有永磁体嵌槽11，在转子铁心体1的边沿处的两个相邻永磁体嵌槽11之间开有分隔槽12，所述的永磁体3掩埋嵌入到永磁体嵌槽11中；
[0077] 所述的转轴4上带一个转轴圆盘41，所述的转轴圆盘41紧密地嵌入转子铁心体1中；
[0078] 所述的控制机芯及霍尔传感器部分包括PCB电路板6，所述的PCB电路板6为圆环形，上面焊接有无线接收芯片60、315MHz声表面波滤波器64、单片机61、驱动芯片62、开关电源芯片63、VMOS管65、编程下载插座66、霍尔传感器67、信号调理芯片68、高频变压器69、康铜采样电阻694、功率电感器695，所述的霍尔传感器67为三线直插式开关型霍尔元件，所述的PCB电路板6上开有PCB电路板安装孔693、Hall-A接线焊孔690、Hall-B接线焊孔691、Hall-C接线焊孔692，所述的VMOS管65为贴片封装，直接表贴焊接在PCB电路板6上；
[0079] 所述的单片机61为核心器件，其I/O引脚与驱动芯片62的输入引脚相连，驱动芯片62的输出引脚与VMOS管的栅极相连, 315MHz声表面波滤波器64与无线接收芯片60相连，无线接收芯片60的输出引脚与单片机61上的串行引脚相连，所述的康铜采样电阻694的采样数据经信号调理芯片68预处理后送单片机61的A/D引脚，来自霍尔传感器67的三个位置传感信号分别送单片机61的外部中断引脚，所述的编程下载插座66与单片机61的程序下载引脚相连；
[0080] 外部直流电源送高频变压器69的输入侧的一端，高频变压器69的输入侧的另一端接开关电源芯片63，高频变压器69输出侧的电压信号经整流，功率电感器695和电容滤波后，提供PCB电路板6电源；
[0081] 所述的支架7为圆环形，中央开口处伸出圆形内衬板71，支架7的底部有三个相邻120度夹角的霍尔传感器护座75以及四个相邻90度夹角的支架台阶72，支架台阶72的边沿开有楔形槽74，中间开有支架孔73；
[0082] 安装时，所述的圆环形PCB电路板6放入支架7中，所述的支架台阶72上的楔形槽74与定子铁心体2的外侧边沿处的楔形边槽24相对应，三个霍尔传感器67的引脚穿过霍尔传感器护座75后分别与PCB电路板6上的Hall-A接线焊孔690、Hall-B接线焊孔691及Hall-C接线焊孔692相接，焊牢后的霍尔传感器67再嵌入定子铁心体2上圆弧形开口23处，并用焊接胶水固定，所述的霍尔传感器67的磁感应平面对着转子铁心体1，然后，螺丝穿过PCB电路板安装孔693、支架台阶72上的支架孔73后与定子铁心体2上的固定支架孔22连为一体，三合为一，装配后的三相永磁无刷直流电机机芯直径低至55mm，机芯厚度（连转轴一起）不超过25mm。
[0083] 所述的永磁体3采用钕铁硼材料。
[0084] 所述的线包5采用无氧铜线绕制。
[0085] 所述的康铜采样电阻694弯折为M形状。
[0086] 所述的无线接收芯片60支持315MHz手持式无线遥控器操作。
[0087] 应指出的是，所述的霍尔传感器67具有如下的位置传感关系：转子转动时，当霍尔传感器67的磁感应平面检测到掩埋在转子铁心体1中永磁体嵌槽11中的永磁体3磁感应强度到达触发阀值时，霍尔传感器67的开关接通；当磁感应强度降低到关闭阀值时，霍尔传感器67的开关断开；当磁感应强度B与霍尔传感器67的平面法线成一角度θ时，作用于霍尔传感器67的有效磁场是其法线方向的分量，即Bcosθ，当霍尔传感器67的安装有角度偏差时，霍尔传感器的有效磁场将发生变化，此时的偏差角为θ，由此产生的误差值取决于这个夹角θ以及磁敏感区法线方向上磁密的变化程度，由于霍尔传感器67被准确地嵌入定子铁心体2上的圆弧形开口23处，从而克服了这种装配误差。
[0088] 本发明具有如下有益效果：
[0089] 1．本发明是一款集三相永磁无刷直流电机本体、霍尔传感器及控制机芯合三为一的三相永磁无刷直流电机机芯，它改变了传统三相永磁无刷直流电机细长的拓扑结构模式，结构上趋向扁平化，特别是将机电、位置传感器、实时控制、在线保护和无线遥控技术合为一体，用户在机芯上装配轴承和外壳后，通电即可使用，而且装配简单，提供了一种低成本、可大规模生产和便于维护的一种扁平式三相永磁无刷直流电机机芯的解决方案。
[0090] 2．本发明采用了系统最省、整体最优的系统工程设计思想，致力于小尺寸且扁平化的设计，直径低至55mm，机芯厚度（连转轴一起）不超过25mm，特别适合用于各种小型家用电器和新型医疗仪器设备。
[0091] 3．本发明通过康铜采样电阻作为电流监测元件，从而加强了控制机芯对电机的在线保护，可及时应对堵转电流、浪涌过流，对VMOS管起到很好的保护作用。
[0092] 4. 本发明采用了315MHz无线接收模式，可对三相永磁无刷直流电机进行运转、停止、反向、加速、减速进行无线控制，具体方案是，单片机的串行引脚接收到来自315MHz无线接收芯片输出的数据后，经其解码运算，可对三相永磁无刷直流电机驱动电路进行运转、停止、反向、加速、减速控制，从而无须另加控制线。
[0093] 本发明中，发明人没有绘出具体的电机外壳，如果要将其装入第三方提供的电机外壳中，则要求外配的电机外壳的内侧带楔形肋条，这样，所述的三相永磁无刷直流电机机芯通过支架台阶72上的楔形槽74与定子铁心体2的外侧边沿处的楔形边槽24，可一致性地紧密插入带内侧楔形肋条的电机外壳中。
[0094] 本发明中，发明人也没有在转动轴上嵌入轴承，其抛砖引玉的意图十分明显：如果这种三相永磁无刷直流电机机芯再配上不同的外壳和无线遥控器，就可以做成各种无线遥控型的豆浆机、榨汁机、搅拌机、按摩仪、换气扇、电风扇、离心机、电动碎纸机、自动扫地机、电动拖把。总之，想象力有多精彩，其应用的世界就有多丰富。
[0095] 上述为本发明的优选实施方案。本说明书中，应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，仅用于帮助理解本发明核心思想，而不应理解为对本发明的限制。所属领域的技术人员都明白，在不脱离所附权利说明书所限定的本发明的精神和范围内，在形式和细节上对本发明所作出的各种变化，都属于本发明的保护范围。
