CN101411043A - 具有固定轴的无刷交流发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于电机的转子组件，所述转子组件包括固定轴(12b)、第一轴承(34)、第二轴承(34)、第一磁极部分(18b)、第二磁极部分(20b)、第一内部风扇(38)、以及第二内部风扇(38)。第一轴承(34)定位于所述轴(12b)的第一端部。第二轴承(34)定位于所述轴(12b)的第二端部。第一磁极部分(18b)由第一轴承(34)支撑，并且绕轴(12b)可旋转。第二磁极部分(20b)由第二轴承(34)支撑，并且绕轴(12b)可旋转。第一内部风扇(38)连接在第一磁极部分(18b)上。并且，第二内部风扇(38)连接在第二磁极部分(20b)上。

Description

具有固定轴的无刷交流发电机

技术领域

本发明总体上涉及一种电器设备，更具体地，涉及一种具有改进的功率密度、冷却效果和轴承寿命的电机。

背景技术

如今，无刷电机在许多马达驱动的车辆中可以看到。这些电机，也称为交流发电机，产生带动车辆附件的必需电能，所述电能也用来为车辆电池充电。电机必须也有能力以下面方式产生足够电能为车辆的电气系统提供动力，所述方式可与车辆的电力元件互相兼容。而且，车辆的电载荷不断上升，与此同时，电机可达到的总体尺寸不断减小。

传统的无刷电机元件缺少足够的磁路以达到更高的功率密度，并且由于其支撑系统的缘固，需要昂贵的驱动端部轴承。另外，在这些更高需求下，电机没有提供需要的内部冷却，其用来在这些更高需求时提供电能，因此总体尺寸更大。相应地，对于更高功率密度系统有必要具备更坚固的支撑结构，所述支撑结构系统不需要昂贵的轴承和具有内部冷却能力的改进的磁路，以使得在减少的总体尺寸情况下达到更高的功率密度。

发明内容

本申请所公开的是一种用于电机的转子组件，所述转子组件包括固定轴、第一轴承、第二轴承、第一磁极部分、第二磁极部分、第一内部风扇和第二内部风扇。第一轴承位于所述轴的第一端。第二轴承位于所述轴的第二端。第一磁极部分由第一轴承支撑并可绕所述轴旋转。第二磁极部分由第二轴承支撑并可绕所述轴旋转。第一内部风扇连接到第一磁极部分上。并且，第二内部风扇连接到第二磁极部分上。

本申请还公开了一种用于交流发电机的转子组件，所述转子组件包括固定轴、励磁线圈、第一磁极部分、第二磁极部分、第一内部风扇、第二内部风扇和滑轮。励磁线圈环绕所述轴。第一和第二磁极部分可旋转地连接到所述轴上。第一内部风扇连接到第一磁极部分上。第二内部风扇连接到第二磁极部分上。并且，滑轮连接到第一磁极部分上。

本申请还公开了一种电机，所述电机包括轴、第一磁极部分、第二磁极部分、第一内部风扇、第二内部风扇、定子和壳体。第一磁极部分连接到所述轴上。第二磁极部分连接到所述轴上并且随第一磁极部分旋转。第一内部风扇连接到第一磁极部分上。第二内部风扇连接到第二磁极部分上。定子环绕第一磁极部分和第二磁极部分。所述壳体具有第一半部分和第二半部分，其环绕定子。所述壳体的第二半部分连接到壳体的第一半部分上，而且，第一半部分的主体部分从第一半部分的支撑部件部分悬臂伸出。

附图说明

参考附图，其中相同的元件在几幅图中编号相同：

图1是传统的无刷电机的剖面图；

图2是根据本发明实施例中使用的示范无刷电机的剖面图；以及

图3是图2中所示的无刷电机的前视平面图；

图4是图2中所示的无刷电机转子部分的前视平面图。

具体实施方式

图1图解说明了一种传统的无刷电机10a的剖面图。传统的无刷电机10a包括可旋转轴12a，所述可旋转轴在壳体14a内部受到支撑，励磁线圈16a缠绕在线管17上，所述线管与壳体14a连接，第一磁极部分18a可随轴12a旋转，第二磁极部分20a(也可随同轴12a旋转)从第一磁极部分18a悬臂挑出。另外，滑轮22a与轴穿过壳体14a突起的部分连接，连接在壳体14a上的定子24a围绕磁极部分18a和20a。

参照图2和图3，图解说明了无刷电机10b的一种示范实施例，例如在一实施例中能够用于汽车交流发电机中。无刷电机10b包括固定轴12b，所述轴安装在壳体14b内部，励磁线圈16b固定在轴12b上，第一磁极部分18b和第二磁极部分20b环绕励磁线圈16b并绕固定轴12b可旋转，滑轮22b将旋转力矩传递给所述磁极部分18b和20b，定子24b连接在壳体14b上并环绕磁极部分18b和20b，整流器26将定子中产生的交流电流转变为直流电流。电机10b的固定轴构造提供了许多优于传统构形的重要特点，所述传统构形具有旋转轴，所述轴包括改进的耐久性、功率密度以及更高的提高速度能力。

固定轴12b具有大体上贯穿轴12b的轴线长度的相同直径，并包括在轴12b每一端部的减缩直径部分28。尽管图2图示了具有相同直径的轴12b，但是应注意到所述直径可沿轴的轴线长度在不同的轴向点处改变。减缩的直径部分28，在一实施例中(如图所示)还包括有刻痕的端部30，所述刻痕端部以压配合构造容置在壳体14b内。然而也可以理解为可以不需要所述刻痕。一种选择性的构形根本不露出刻痕，而只是具有外部直径，所述外部直径足以与壳体14b形成过盈配合。第二种选择性构形在轴12b的一端具有与壳体14b的压配式啮合，并在轴12b的另一端具有与壳体14b的滑动配合式啮合。轴12b也可以被固定在壳体14b上，例如通过焊接，以致过盈配合的紧密公差可以变得宽松。轴12b是固定的元件，不会随滑轮22b旋转，并提供了安装表面，双边筒管32连接在上述表面上。励磁线圈16b缠绕在绕双边筒管32上，并且在带电时产生磁通量，所述磁通量充满在磁极部分18b、20b和轴12b中。将绕双边筒管32和励磁线圈16b连接在轴12b上，所述轴在壳体14b的一端或两端为压入式配合在其上，因此提供了坚固的支撑结构，这样在传统构形基础上改进了电机10b的振动性能，所述传统构形具有悬臂式双边筒管和励磁线圈。

轴12b也支撑一对轴承34，所述轴承在靠近刻痕端30处连接在轴12b的减缩直径部分28。轴承34依次可旋转地支撑磁极部分18b和20b，从而允许磁极部分18b和20b绕轴12b旋转。第一磁极部分18b和第二磁极部分20b通过环形物36互相连接，在两个磁极部分18b和20b之间的这种连接可以是焊接或压配式的。例如，在一实施例中磁极部分18b和20b可以棘爪形磁极部件，上述每个磁极部件具有若干棘爪形指状物19，所述指状物从每个磁极部件的外周边延伸，如图4所示。环形物35由非铁磁性材料制成，以防止在磁极部分18b和20b之间的磁漏。当旋转力矩施加在第一磁极部分18b上时，磁极部分18b和20b的连接允许第二磁极部分20b旋转。例如，来自发动机的旋转力矩通过皮带(未图示)传递到第一磁极部分18b上，所述皮带包裹住滑轮22b的外表面，所述滑轮可以通过例如压配合与第一磁极部分18b连接，或者与第一磁极部分18b结合为一整体(如图2和图4所示)。用来支撑磁极部分18b的轴承34位于滑轮22b的内径上，因此对比传统的具有施加在轴承上不均衡或悬挑载荷的设计，导致了更长的使用寿命，并能降低轴承34的磨损。

一对风扇38连接在磁极部分18b和20b上，其用来在电机10b内循环冷却空气。风扇38通过若干在壳体14b内的冷却槽孔40(图3中图示)从轴线方向将空气吸入电机10b，并且在壳体14b内将空气沿径向方向排出。风扇38可以与磁极部分18b和20b结合为一整体或连接在其上。一种将风扇38连接在磁极部分18b和/或20b的方法可以包括一插入环形物42，所述环形物位于风扇38和磁极部分18b或20b之间，以在其之间提供压配合。

壳体14b包括第一半部分44和第二半部分48，所述第一半部分44环绕电机10b的滑轮端部46，所述第二半部分环绕电机10b的整流器端部50。壳体14b的第一半部分44具有主体部分52，所述主体部分是圆柱形，其中主体部分52具有开口端54和部分封闭端56，所述部分封闭端从舌状的支撑部件部分58上悬挑出。部分封闭端56的开口具有一直径，为了皮带的恰当方向，所述直径能够允许滑轮22b穿过部分封闭端56突起。考虑到滑轮22b与皮带啮合，所述圆柱体形主体部分52在轴向方向上从支撑部件部分58上偏移。壳体14b的第二半部分48也具有主体部分62，所述主体部分是圆柱体形，其包括开口端64和封闭端66。壳体14b的第一半部分44和第二半部分48在它们各自的开口端44和64处连接在一起，从而形成壳体14b。另外，支撑部件部分58和封闭端66沿着圆柱形主体部分52和62的中心轴线分别有一小型开口68，所述开口具有精密的公差直径尺寸，其用来在压配合结构中容置轴12b上的刻痕部分。

在电机10b的运行过程中，磁通量首先从励磁线圈16b通入到轴12b。接下来，磁通量通过气隙70b从轴12b流入相邻的第一磁极部分18b，所述气隙在轴和第一磁极部分之间形成。接着，磁通量通过气隙72b从第一磁极部分18b流入定子，所述气隙在第一磁极部分和定子之间限定形成。再接下来，磁通量通过气隙72b从定子流向第二磁极部分20b。再接着，磁通量通过气隙74b从第二磁极部分20b流入轴12b，所述气隙在第二磁极部分和轴之间限定形成。

在功率密度方面最大的优点可能是通过减少气隙70b、72b和74b在磁路中的磁阻来达到。磁阻由方程R＝L/μA确定，其中R是磁阻，L是气隙长度，μ为常值，A是气隙的表面表积。参照图2，上述公式中的气隙图解为标号70b、72b和74b。其中气隙70b是轴12b和第一磁极部分18b之间的径向距离，气隙72b是第一磁极部分18b和定子24b之间的径向距离，气隙74b是第二磁极部分20b和轴12b之间的径向距离。在磁阻方程(R＝L/μA)中，气隙长度(L)可以理解成上面讨论的对应元件之间的径向距离。气隙的表面面积(A)由靠近气隙的元件表面限定(即用于形成气隙70b、74b的轴12b的外表面和磁极部分18b和20b的内表面，用于形成气隙72b的磁极部分18b和20b的外表面和定子24b的内表面)。电机10b的几何形状在轴12b和磁极部分18b、20b之间为气隙70b和72b提供了较大的表面面积(A)，所述电机具有一对可绕纵向的固定轴12b旋转的磁极部分18b和20b，以致比传统的机器构造而言，能够提供更多倍的气隙表面面积，所述传统的机器构造具有第一磁极部分和第二磁极部分，所述第一磁极部分与旋转轴连接，所述第二磁极部分从第一磁极部分上悬挑形成，因此导致传统构型相对小的表面面积(A)(图示为图1中的70a、72a和74a)。由于在电机10b中固定轴12b以及磁极部分18b和20b的坚固支撑结构，旋转部件和固定部件之间的极其微小公差是可以达到的，因此允许减小气隙长度。气隙长度70b和72b可能极大地减小，由于每个磁极部分18b或20b在一端受轴承34支撑，在另一端通过环形物36受到相对的磁极部分18b或20b支撑，因此消除了传统机器的悬臂式磁极构造。而且，如上所述，第二磁极部分20b比传统的无刷磁极部分受到更佳的支撑，因而允许减少气隙72b的长度。通过降低磁极部分18b和20b的偏转，转子的稳定性提高了电机10b的高速容量，所述偏转是由于在电机10b旋转中的偏心力引起的。磁阻降低导致在更小的外形尺寸情况下改善了功率输出，因此降低了电机10b的总重量。另外，容置在壳体14b内的内部冷却风扇38进一步能够使电机10b达到小型的总体外形尺寸。

参考优选实施例或实施例，对本发明作了描述，本领域技术人员可以理解为在没有偏离本发明范围，可以作出各种改变，相同部件也可以替代其部件。另外，在没有偏离本发明的本质范围情况下，在本发明教示下可以作出各种修改来适应特定情况或材料。因此，本发明不会局限于所公开的实施例，所述实施例用来执行本发明设想的最佳模式，但本发明包括落入权利要求范围内的所有实施例。

Claims (21)

1.一种用于电机的转子组件，其包括：

固定轴；

位于所述轴的第一端的第一轴承；

位于所述轴的第二端的第二轴承；

第一磁极部分，所述第一磁极部分由第一轴承支撑并能绕所述轴旋转；

第二磁极部分，所述第二磁极部分由第二轴承支撑并能绕所述轴旋转；

第一内部风扇，所述第一内部风扇连接在第一磁极部分上；以及

第二内部风扇，所述第二内部风扇连接在第二磁极部分上。

2.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，第二内部风扇还包括一环形物，所述环形物位于第二内部风扇与第二磁极部分之间，使得它们之间形成压配合。

3.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述转子组件还包括与第一磁极部分一体的滑轮。

4.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述转子组件还包括压配合到第一磁极部分上的滑轮。

5.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，第一轴承位于第一磁极部分的内径内。

6.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述转子组件还包括一环形物，所述环形物压配合或焊接在第一磁极部分和第二磁极部分之间。

7.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述转子组件还包括双边筒管，所述双边筒管安置在固定轴上。

8.根据权利要求7所述的转子组件，其特征在于，所述转子组件还包括环绕所述双边筒管的励磁线圈。

9.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，转子组件位于车辆交流发电机内。

10.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，第一磁极部分和第二磁极部分分别还包括若干棘爪形指状物，所述指状物从各个磁极部分的外周边延伸。

11.一种用于交流发电机的转子组件，其包括：

固定轴；

环绕所述轴的励磁线圈；

可旋转地连接到所述轴上的第一磁极部分；

可旋转地连接到所述轴上的第二磁极部分；

连接到第一磁极部分上的第一内部风扇；

连接到第二磁极部分上的第二内部风扇；以及

连接到第一磁极部分上的滑轮。

12.根据权利要求11所述的转子组件，其特征在于，滑轮是压配合到所述第一磁极部分上的。

13.根据权利要求11所述的转子组件，其特征在于，所述第一磁极部分和第二磁极部分分别还包括若干棘爪形指形物，所述指形物从每个磁极部分的外周边延伸。

14.一种电机，其包括：

轴；

连接到所述轴上的第一磁极部分；

连接到所述轴上并可以随着第一磁极部分旋转的第二磁极部分；

连接到第一磁极部分上的第一内部风扇；

连接到第二磁极部分上的第二内部风扇；

环绕所述第一磁极部分和第二磁极部分的定子；以及

壳体，所述壳体具有围绕定子的第一半部分和第二半部分，其中，壳体的第二半部分连接到壳体的第一半部分上，第一半部分的主体部分从第一半部分的支撑件部分悬臂伸出。

15.根据权利要求14所述的电机，其特征在于，所述电机是无刷电机。

16.根据权利要求14所述的电机，其特征在于，所述轴压配合到壳体的至少一个半部分上。

17.根据权利要求14所述的电机，其特征在于，所述壳体还包括若干冷却槽孔。

18.根据权利要求14所述的电机，其特征在于，所述电机还包括环绕所述轴的励磁线圈。

19.根据权利要求14所述的电机，其特征在于，所述电机还包括与第一磁极部分一体的滑轮。

20.根据权利要求14所述的电机，其特征在于，所述电机是车辆交流发电机。

21.根据权利要求14所述的电机，其特征在于，第一磁极部分和第二磁极部分分别还包括若干棘爪形指形物，所述指形物从每个磁极部分的外周边延伸。

Images