CN100349368C - 电动旋转机械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动旋转机械，其包括：一外壳；两盘状的转子，它们相互同心地设置在外壳内；以及一定子，其与两转子同心地设置在外壳中。两转子上分别带有磁体，其中一个转子的磁体与另一转子的磁体被布置成在径向上相互偏移开。定子包括一径向外侧部分，该部分与其中一个转子的磁体在轴向上相对，并包括一径向内侧部分，其与另一转子的磁体轴向相对。

Description

电动旋转机械

技术领域

本发明涉及一种电动旋转机械，其包括一外壳、以及设置在外壳中的两个转子和一个两转子共用的定子。

与日本专利首次公开文件特开2000-14086相对应的第6114784号美国专利公开了一种多层电机，此种电机包括一个圆筒形的定子和两个圆筒形的转子，两转子分别设置在定子的内侧和外侧。定子与位于内外两侧的转子构成了一个三层结构。向定子输送复合电流，以分别驱动内侧转子和外侧转子。通过对复合电流进行控制就可使内侧转子和外侧转子独立地工作，从而可分别从内侧转子和外侧转子单独地获得转动输出。

背景技术

但是，由于在现有技术中此类电机的定子以径向相对的方式设置两转子之间，所以定子的冷却结构就会变得很复杂，在该冷却结构中设置了多条冷却通道，这些冷却通道沿定子的两轴向相对端和圆周边缘延伸。这将导致定子的冷却效率低，并增大了电机的制造成本。

发明内容

本发明的目的是解决上述的问题，并提供一种电机，其包括一个定子，其被一外壳以这样的方式支撑着：使得定子的径向外侧部分和径向内侧部分在轴向上分别与两转子相对。

在本发明的一个方面，本文提供了一种电动旋转机械，其包括：

一外壳：

两盘状的转子，它们相互同心地设置在外壳内，两转子上分别带有磁体，其中一个转子的磁体与另一转子的磁体被布置成在径向上相互偏移开；以及

一定子，其与两转子同心地设置在外壳中，定子包括一径向外侧部分，该部分与其中一个转子的磁体在轴向上相对，并包括一径向内侧部分，其与另一转子的磁体轴向相对。

在本发明的另一方面，本文提供了一种电动旋转机械，其包括：

一第一转子，其带有一第一磁体；

一第二转子，其与第一转子同心地进行布置，第二转子具有一第二磁体，第二磁体在径向上与第一磁体偏移开；以及

一定子，其与第一、第二转子同心地进行布置，定子包括第一装置，在励磁后，该装置可与对应的第一磁体发生磁性作用，定子还包括第二装置，在励磁后，其可与对应的第二磁体发生磁性作用。

附图说明

图1是一个垂向剖面图，表示了根据本发明的电动旋转机械；

图2是沿图1中的2-2线所表示的剖视图，表示出了一定子的定子支架，其中的定子用在根据第一实施方式的电动旋转机械；

图3是沿图2中的3-3线对定子支架所作的剖视图；

图4是沿图1中的4-4线所做的剖视图，表示了定子；以及

图5是与图1类似的垂向剖面图，但表示的是根据本发明电动旋转机械的第二实施方式。

具体实施方式

下面将参照图1到图4介绍本发明电动旋转机械的第一实施例。如图1所示，该电动旋转机械包括一外壳3，该外壳是由壳体1和端盖2构成的。定子4、第一转子5和第二转子6被设置在外壳3中。转子5、6具有共同的轴线X，转子5、6可绕该轴线转动。转子5、6的形状总体上为碟盘状，但直径互不相同。转子5、6分别带有磁体12和21。转子5的磁体12与转子6的磁体21在径向上相互偏移开。定子4被设置成与转子5、6同心，并在轴向上与两转子相对。定子4包括一径向外侧部分4A，其与转子6的磁体21在轴向上相对，并包括一径向内侧部分4B，其在轴向上与定子5的磁体12相对。当定子4被励磁时，径向外侧部分4A和径向内侧部分4B分别与转子6的磁体21和转子5的磁体12产生磁性作用。

具体而言，定子4包括一定子支架7和一定子体8，定子体8具有多个定子元件8S，如图4所示，在该实施例中，定子元件的数目为12个，这些定子以周向间隔的方式进行布置。定子支架7的形状总体上为环形，且为双层壁结构。定子支架7包括：沿径向延伸的底壁7A，底壁上带有一个中心孔；内侧环周壁7B，其沿环绕着中心孔的内周面在轴向上延伸；以及外侧环周壁7C，其沿底壁7A的外圆周面在轴向上延伸。从图2和图3可看出，底壁7A为带有中心孔的盘状。在底壁7A的外侧环周部分和内侧环周部分上分别制有外侧孔7D和内侧孔7E。内侧、外侧孔7D和7E均为梯形孔。梯形孔7D和7E的各自的数目都与定子元件8S的数目相对应。外侧孔7D和内侧孔7E在周向上是等距分布的，且在径向上相互对正。如图3所示，底壁7A上带有突起7F，这些突起在内侧环周壁7B和外侧环周壁7C之间沿轴向延伸。在突起7F中形成了一个槽7G，其作为线圈的容腔，如图1所示，在该槽内设置了线圈10，其缠绕在各个定子元件8S上。

如图1所示，各个定子元件8S均为叠层板的形式，这些叠层板是用钢等铁磁性材料制成的。从图1可看出，定子元件8S的剖面形状总体上为C字形、或端部开口的矩形。定子元件8S包括两个弯折的端部8A和8B，它们相互分开，并在同一方向上延伸一即延伸向图1中的右侧。芯部9被布置在弯端部分8A和8B之间，且承载着其上缠绕的线圈绕组10。两弯端部分8A和8B是通过将叠层板的纵向端弯折向同一方向而形成的。在定子元件8S被绕组10施加电磁场之后，弯端部分8A和弯端部分8B就分别形成了一个外磁极部分和一个内磁极部分。

在图4所示的情形中，定子元件8S的每一叠层板都基本上为I字形，并具有一在纵长方向上延伸的长度段，在与纵长方向相垂直方向上的尺寸为其宽度。外弯端部分8A的宽度大于内弯端部分8B的宽度，且大于芯部9的宽度。弯端部分8A和8B的长度段沿图1中的轴线X分别延伸向转子6和5。

构成定子元件8S弯端部分8A、8B以及芯部9的叠层板的尺寸按照如下的方式进行设计的。如图1所示，各叠层板的长度-即弯端部分8A、8B以及芯部9的总长在从端盖一侧到壳体一侧的轴向上是逐渐增大的。如图4所示，在径向向外的方向上，各个弯端部分8A、8B的宽度也是逐渐增大的。换言之，如图4所示，弯端部分8A和8B的剖面形状为梯形，其宽度在径向向内的方向上是逐渐缩小的。如图1所示，各铁磁性板的弯端部分8A和8B在定子4的径向方向上相互叠压到一起，而铁磁性板的芯部9则在定子4的轴向上叠置到一起。

在组装定子4时，定子体8被装配到定子支架7上。带有绕组10的定子元件8S以这样的方式安装到定子支架7中：外弯端部分8A和内弯端部分8B从图1中的左侧分别插入到外侧孔7D和内侧孔7E中。因而，定子4就被制成了一个定子组件。

如图1所示，外壳3的壳体1带有一个中心孔的端壁1A、以及与端壁1A的外周边连接着的圆周壁1D。在端壁1A的一侧端面上制有一个作为线圈容腔的槽1B，在该容腔内设置了缠绕着定子4的定子元件8S的绕组10。绕组10的引线L1从端壁1A上制出的一个通孔1G中延伸过。壳体1上还带有装配突起1C，定子支架7被安装到该装配突起1C上。装配突起1C沿轴线X的方向从端壁1A的一侧端面延伸向外壳3的内侧，并沿环绕着中心孔的内周面延伸。在将定子4安装到外壳3之后，定子支架7的内侧环周壁7B就被安装到装配突起1C上。在图1所示的已装配好状态，定子支架7和壳体1按照如下的方式相互接触着：在内侧环周壁7B的内表面与装配突起1C的外表面之间相互接触；外侧环周壁7C的外表面与环周壁1D的内表面1DD接触着；内侧环周壁和外侧环周壁的轴向端面与壳体1端壁1A的侧面1AA接触着。定子元件8S被夹置在壳体1的端壁1A与定子支架7之间，由此而在轴线X的方向上受到支撑。

设置了一条冷却剂流路，其输送冷却剂来对定子4进行冷却。该冷却剂流路包括环形的冷却剂通道7H，该通道在定子支架7的外侧环周壁7C的圆周面上延伸，冷却剂流路还包括制在壳体1环周壁1D上的进口1E和出口1F。冷却剂通道7H在轴向上所处位置基本上位于外侧环周壁7C的中间部位，外侧环周壁7C基本上与定子元件8S外弯端部分8A最外侧叠层板上的轴向中间部分对正。冷却剂通道7H的最大深度被设计成能与外弯端部分8A和内弯端部分8B产生合适的热交换，同时还不会降低定子支架7的强度。冷却剂通道7H与壳体1环周壁1D上的入口1E和出口1F相通。如图1中的箭头IN和OUT所示的那样，冷却剂经入口1E输送到冷却剂通道7H中，并从出口1F排出。

盘状的第一转子5包括：一个环形的磁体保持架11，该保持架带有多个磁体12；以及一转子体13，磁体保持架11就安装在该转子体13上。磁体12是沿圆周方向等距布置的，并被安装到磁体保持架11上制出的孔洞11A中。磁体保持架11被安装到转子体13中制出的一个环形凹陷13A中，并利用螺栓14与转子体13相联接。转子体13与一第一输出轴15制为一体，第一输出轴15通过轴承16可转动地支撑在端壁1A的中心孔中。输出轴15还通过轴承17、18可转动地支撑在第二转子6的转子体19的凸台部分19B中。输出轴15从端盖2的中心孔突出向外壳3的外侧，由此导出输出轴15的转动。转子体13所处位置基本上位于输出轴15的轴向中间位置。转子体13的外径被设置成使得磁体12与定子元件8S内弯端部分8B的轴向端面相对。

盘状的第二转子6包括转子体19和安装到转子体19上的磁体保持架20。转子体19的外径大于转子5中转子体13的外径。转子体19的径向内侧具有一凹陷部分19A，转子5被布置在该凹陷中。在磁体保持架20上制出的孔洞20A中沿圆周方向等距地安装了多个磁体21。转子6上N-S极对的数目不同于转子5上极对的数目。带有磁体12的磁体保持架20被安装到转子体19上，并利用螺栓22联接到转子体上。转子体19的外径被设置成可使得各个磁体21与定子元件8S外弯端部分8A的轴向端面相对。转子体19的凸台部分19B通过轴承23可转动地支撑在外壳3端盖2的中心孔中，凸台部分19B具有内花键面19C，该键槽面适于与一第二输出轴(图中未示出)相接合。第二输出轴从端盖的中心孔伸入到凸台部分19B中。利用键槽面19C与第二输出轴的接合，转子6的转动就通过凸台19B传递到了第二输出轴。

下面将介绍本发明电动旋转机械的工作原理。当复合电流经引线L1输送到定子4的绕组10中时，定子4的弯端部分8A、8B就起到了磁极部分的作用，在两弯端部分之间形成了一个磁场。该磁场对转子5、6的磁体12、21施加感应作用，从而能分别驱动转子5和转子6。通过对复合电流进行调节，就可以独立地控制转子5、6的转动输出，两转子的转动被传递给与转子5一体的第一输出轴15、并通过转子6上的凸台部分19B传递给第二输出轴。

采用定子4与转子5、6在轴向上相互对置的设计，就将由冷却剂通道7H、入口1E、出口1F组成的冷却剂流路设置成沿着定子4的外环周面，从而使冷却剂易于流到定子4处。相比于上述现有技术中多层电机所采用的冷却结构，本发明使定子4的冷却构造变得简单，并有利于提高定子4冷却构造的冷却效率，且降低了该电动旋转机械的制造成本。另外，在采用轴向对置设计的情况下，对定子4的尺寸设计就不会受到转子5、6直径的不利影响。此外，用于支撑定子4、转子5和转子6的轴承16、17的径向尺寸可被缩小。

另外，通过在外壳3的壳体1端壁1A上为绕组10设置一个作为线圈容腔的槽1B，就可以对应于绕组10的尺寸变化容易地调节环绕沿X轴方向的轴向延伸长度。这样将允许改动绕组10的设计，以便于通过对绕组10励磁而获得具有理想强度的电磁场。

此外，定子4被设计成定子组件的形式，其包括定子支架7和安装在定子支架7上的定子体8。采用这种结构的定子4，定子支架7可将定子体8中的热量辐射出去，从而可提高定子4的热辐射特性。另外，即使定子体8是由大量的定子元件8S构成的，定子4也可被制成一个整体单元，然后被安装到外壳3上。这将有助于提高当装配定子4、并将定子4安装到外壳3中时的效率。这还有助于增大定子设计上的自由度。

此外，定子体8在轴向上被定子支架7、以及外壳3壳体1的端壁1A支撑着，从而可防止定子体8由于受到所产生的反作用力而产生轴向位移。另外，由于定子支架7被安装到壳体1的装配突起1C上，所以可对定子4进行轴向、径向定位。这将有利于提高定子4支撑结构的刚性。

另外，定子元件8S是通过将多层铁磁性板叠置到一起而形成的，且每一叠层板都具有在同一方向上延伸的弯端部分8A和8B，在对定子元件8S励磁时，两弯端部分构成了磁极部分。由于两弯端部分8A和8B具有这样的定向，所以两转子5、6在轴向上位于同一侧。

另外，本发明还提供了一种简单的冷却结构。也就是说，为对定子4进行冷却的冷却剂流路是由制在外侧环周壁7C中的冷却剂通道7H、制在壳体1环周壁1D中的入口1E和出口1F构成的。

下面参见图5，图中表示了电动旋转机械的第二实施例，该第二实施例与第一实施例的区别在于：两转子的设置位置有所不同、且定子和外壳的结构也存在变化。将用相同的数字标号来指代相同的部件，因而，略去对这些部件的详细描述。如图5所示，定子104与第一实施例中定子4的区别体现在定子支架107和定子体108的构造。除了两弯端部分108A、108B在轴线X上的延伸方向是相反的之外，定子体108的定子元件108S与第一实施例中定子体8中的定子元件8S相类似。定子支架107类似于第一实施例中的定子支架7，区别仅在于底壁107A仅具有外侧孔7D，定子元件108S的外弯端部分108A被布置在该外侧孔7D中。在组装定子104时，带有绕组10的定子元件108S以这样的方式组装到定子支架107中：从图5中的左侧将弯端部分108A插入到外侧孔7D中。

定子104通过与壳体101装配到一起而被设置到外壳103中。定子支架107外侧环周壁7C的外表面与壳体101环周壁1D的内表面1DD相接触。定子支架107内侧、外侧环周壁7B、7C的轴向端面与壳体101端壁1A的侧壁面1AA相接触。定子元件108S被间置在壳体1的端壁1A与定子支架107之间，因而在轴向上受到支撑。

转子5、6被设置在定子104的轴向两侧。在图5中，转子5被制在输出轴15左侧的端部上。转子体13的外径被设置成使磁体12与定子元件108S内侧弯端部分108B的轴向端面相对。转子6的结构与第一实施例中的结构基本上相同，在该转子6中，磁体21与定子元件108S外侧弯端部分108A的轴向端面相对。

壳体101的端壁1A上具有一个转子容腔101H，转子5被设置到该容腔101H中。转子容腔101H是由端壁1A的一个凹陷部分形成的，该凹陷部分从侧壁面1AA凹陷向外侧一也就是说，在轴线X的方向上凹向图5中的左侧。带有转子5的输出轴15通过轴承124、17和18可转动地支撑在壳体101上。轴承124被安装到输出轴15上与转子5的转子体13轴向相邻的小径部分上。轴承124被布置在输出轴15的小径部分与转子容腔101H的底面之间。

电动旋转机械第二实施例的工作方式与上述第一实施例的相同。电动旋转机械的第二实施例可提高在轴向上对转子5、6进行布置时的自由度，并能实现与上述第一实施例相同的效果。

本申请基于2002年2月12日提交的第2002-033738号在先日本专利申请，该在先申请的全部内容被结合到本文中作为参考。

尽管上文已参照特定的实施例对本发明进行了描述，但本发明并不仅限于上述的实施例。对于本领域技术人员来讲，在上述内容的启示下，可对上文的实施例进行改动和变型。本发明的保护范围由后附的权利要求书限定。

Claims (23)

1.一种旋转电机，其包括：

一外壳；

两盘状的转子，它们相互同心地设置在外壳内，以使两个转子具有共同的轴线，两转子上分别带有磁体，其中一个转子的磁体与另一转子的磁体被布置成在径向上相互偏移开；以及

一定子，其与两转子同心地设置在外壳中，定子包括一径向外侧部分，该部分与其中一个转子的磁体在轴向上相对，并包括一径向内侧部分，其与另一转子的磁体轴向相对，

其特征在于，所述定子包括铁磁性材料的两个端部，该两个端部相对于置于两端部中间的芯部弯曲，以使其沿共同的轴线分别向转子延伸，并且所述两端部被所述芯部相互分开，该芯部承载着其上缠绕的线圈绕组。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：外壳包括一端壁，定子支撑在该端壁上，端壁被制成带有一第一槽，定子包括被设置在该第一槽中的绕组。

3.根据权利要求2所述的旋转电机，其特征在于：定子包括一定子支架、以及一个安装到定子支架上的定子体，所述绕组被缠绕到定子体上。

4.根据权利要求3所述的旋转电机，其特征在于：定子体包括多个定子元件，这些定子元件在定子体的周向上相互间隔地设置布置着。

5.根据权利要求4所述的旋转电机，其特征在于：每一定子元件均为叠层板的形式，每一叠层板都包括位于端部的两弯端部分、以及一个位于两弯端部分之间的芯部，芯部承载着缠绕在其上的绕组。

6.根据权利要求5所述的旋转电机，其特征在于：两弯端部分在同一方向上延伸。

7.根据权利要求5所述的旋转电机，其特征在于：两弯端部分在相反的方向上延伸。

8.根据权利要求5所述的旋转电机，其特征在于：在与弯端部分的纵向垂直的方向上，弯端部分具有一定的延伸宽度，且弯端部分的宽度在径向向外的方向上逐渐增大。

9.根据权利要求5所述的旋转电机，其特征在于：其中一个弯端部分被设置在定子的径向外侧部分，另一弯端部分被设置在定子的径向内侧部分，在通过绕组对定子体励磁时，两弯端部分构成了两磁极部分。

10.根据权利要求9所述的旋转电机，其特征在于：定子支架包括一盘状的底壁，其上制有第一孔洞和第二孔洞，第一孔洞和第二孔洞分别设置在底壁的径向外侧圆周、以及径向内侧圆周上，第一孔洞和第二孔洞按照定子支架的周向间隔的方式进行设置，其中一个弯端部分被装配到第一孔洞中，而另一弯端部分则被安装到第二孔洞中。

11.根据权利要求10所述的电动电机，其特征在于：定子支架的底壁具有一第二槽，绕组设置在该槽中。

12.根据权利要求3所述的旋转电机，其特征在于：在定子支架与壳体的端壁之间设置多个定子元件，定子元件在轴向上被定子支架支撑着，定子支架被安装到外壳中。

13.根据权利要求12所述的旋转电机，其特征在于：外壳的端壁包括一装配突起，其沿定子支架的轴向延伸突出，定子支架包括一内侧环周壁，其被安装到装配突起上。

14.根据权利要求3所述的旋转电机，其特征在于：外壳包括一环周壁，定子支架包括一外侧环周壁，其与外壳的环周壁相接触，所述的外侧环周壁上制有一冷却剂通道，该通道适于使冷却剂从此流过。

15.根据权利要求14所述的旋转电机，其特征在于：外壳的环周壁上制有一入口和一出口，入口、出口与定子支架的冷却剂通道相通。

16.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：其中一个转子上制有一个凹陷部分，另一转子被布置在该凹陷部分中。

17.根据权利要求6所述的旋转电机，其特征在于：两转子被布置在定子的同一轴向侧。

18.根据权利要求7所述的旋转电机，其特征在于：两转子被布置在定子的两相反轴向侧。

19.根据权利要求6所述的旋转电机，其特征在于：其中一个转子上制有一个凹陷部分，另一转子被布置在该凹陷部分中。

20.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：定子适于由复合电流进行供电。

21.一种旋转电机，其包括：

一第一转子，其带有一第一磁体；

一第二转子，其与第一转子同心地进行布置，第二转子具有一第二

磁体，第二磁体在径向上与第一磁体偏移开；以及

一定子，其与第一、第二转子同心地进行布置，定子包括第一装置，在励磁后，该装置可与对应的第一磁体发生磁性作用，定子还包括第二装置，在励磁后，该第二装置可与对应的第二磁体发生磁性作用，

其特征在于，第一、第二装置包括铁磁性材料的两个端部，该两个端部相对于置于两端部中间的芯部弯曲，以使其沿共同的轴线分别向转子延伸，并且所述两端部被所述芯部相互分开，该芯部承载着其上缠绕的线圈绕组。

22.根据权利要求21所述的旋转电机，其特征在于：所述定子为叠层的铁磁板形式，每个叠层的铁磁板包括所述两个端部和所述芯部。

23.根据权利要求21所述的旋转电机，其特征在于还包括：一冷却剂通道，其沿圆周方向在定子上延伸。

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