CN102624115B - 轴向间隙型电动机的转子及轴向间隙型电动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轴向间隙型电动机的转子及轴向间隙型电动机。本发明中的转子可以成对地设置在定子的两侧，并彼此相对地利用不同极性交替排列的主永久磁铁，以及与主永久磁铁的磁通方向正交的副永久磁铁来产生往返贯穿定子的磁力线，因而能够利用磁力线的磁通透镜效果来增加有效磁通量，并支持轴向间隙型电动机采用双转子方式，以利用平衡旋转轴受力点的原理来提高电机可承受的最大转矩及转速。而且，本发明还可以简化轴向间隙型电动机的结构。从而，本发明能够提高轴向间隙型电动机的比功率。

Description

轴向间隙型电动机的转子及轴向间隙型电动机

技术领域

本发明涉及电动机技术，特别涉及一种轴向间隙型电动机的转子，以及应用该转子的一种轴向间隙型电动机。

背景技术

轴向间隙型电动机作为电动汽车的核心动力部件，其动力性能对电动汽车起着至关重要的作用。其中，比功率是一种用来衡量轴向间隙型电动机的动力性能的指标，比功率等于轴向间隙型电动机的最大功率与质量的比值。

然而，现有技术往往更关注如何改善散热效果、聚磁性能、最大转矩等直接影响最大功率的各种因素，并借此来提高轴向间隙型电动机的最大功率，但与此同时，却难以防止轴向间隙型电动机的结构复杂化，并由此导致轴向间隙性电动机的质量增大。

因此，现有技术无法真正有效地提高轴向间隙性电动机的比功率，并且还有可能会由于结构的复杂化而进一步阻碍最大功率的提高，并导致成本的提高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种轴向间隙型电动机的转子，以及应用该转子的一种轴向间隙型电动机。

本发明提供的一种轴向间隙型电动机的转子，所述转子在所述轴向间隙型电动机的旋转轴的延伸方向上位于所述轴向间隙型电动机的一个定子的一侧；所述转子包括：

轴盘，其与所述旋转轴固定连接；

环状的转子框，其与所述轴盘固定连接；

环状的转子磁轭部，其与所述转子框固定连接；

多个主永久磁铁，多个所述主永久磁铁沿所述转子磁轭部的周向方向排列，并固定于所述转子磁轭部；

多个副永久磁铁，多个所述副永久磁铁分别设于每两个相邻的所述主永久磁铁之间，并固定于所述转子磁轭部；

其中，多个所述主永久磁铁的磁极方向平行于所述旋转轴的延伸方向；每两个相邻的所述主永久磁铁的磁极方向相反；每个所述副永久磁铁的两磁极分别与其两侧的所述主永久磁铁的朝向所述定子一端的磁极同极对置。

优选地，每个所述主永久磁铁在所述转子磁轭部的径向方向上的各位置处的周向宽度自所述转子磁轭部的外侧向所述转子磁轭部的内侧递减。

优选地，所述转子框由非磁性材质构成。

优选地，所述转子磁轭部为导磁材质构成。

优选地，所述转子框套设于所述轴盘的外边缘。

更优地，所述转子磁轭部内嵌于所述转子框内。

更优地，所述转子框包括环状外框和环状内框，其中，所述环状内框套设于所述轴盘的外边缘，所述环状外框环绕在所述环状内框的外周面之外、并与所述环状内框的外周面之间留有间隙；以及，所述转子磁轭部内嵌于所述环状外框与所述环状内框之间的所述间隙内。

更优地，相互接触的所述转子磁轭部的外周面和所述环状外框的内周面呈凹凸状，和/或，相互接触的所述转子磁轭部的内周面和所述环状内框的外周面呈凹凸状。

本发明提供的一种轴向间隙型电动机，包括旋转轴，一个定子，以及至少一个如上所述的转子。

优选地，具有两个以所述定子为中心相互对置的所述转子，两个所述转子的所述轴盘与同一根所述旋转轴固定连接，并且两个所述转子的相互对置的所述主永久磁铁的磁极方向相反。

如上可见，本发明中轴向间隙型电动机的转子可以成对地设置在一个定子的两侧，并彼此相对地利用磁通方向正交的主永久磁铁和副永久磁铁来产生往返贯穿定子的磁力线回路，因而能够利用磁力线回路的磁通透镜效果来支持轴向间隙型电动机采用双转子方式。而且，由于磁通透镜效果能够增加有效磁通量，双转子方式能够通过平衡旋转轴的受力点来提高电机可承受的最大转矩及转速，因而能够有助于轴向间隙型电动机的最大功率的提高，从而能够提高轴向间隙型电动机的比功率。

本发明中还可以通过设置转子的主永久磁铁的周向宽度沿径向方向自外侧向内侧递减，副永久磁铁沿径向方向等宽来提高磁密性，这样，能够有助于轴向间隙型电动机的最大功率的进一步提高，从而能够进一步提高轴向间隙型电动机的比功率。

本发明中还可以利用非磁性材质来构成转子框，用以减少通电时产生的涡电流损失并降低由此导致的温度上升，这样，能够有助于轴向间隙型电动机的最大功率的进一步提高，从而能够进一步提高轴向间隙型电动机的比功率。

本发明还可以使转子的各部件之间通过各种配合结构直接固定连接或采用多个部件一体成型的方式，以使转子可省去各种连接件。而且，由于无需各种连接件的定子的结构得到了简化，因而能够降低轴向间隙型电动机的质量，从而能够提高轴向间隙型电动机的比功率。此外，结构简化能够允许轴向间隙型电动机的体积减小，还能够降低材料成本。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中的轴向间隙型电动机的装配剖视图；

图2为本发明具体实施方式中的轴向间隙型电动机的分解示意图；

图3为本发明具体实施方式中的定子的立体视图；

图4为本发明具体实施方式中的定子的端面方向视图；

图5为本发明具体实施方式中的定子的周面方向视图；

图6为图5中的A-A向剖视图；

图7为本发明具体实施方式中的转子的永久磁铁的极性分布示意图；

图8为本发明具体实施方式中的转子产生的磁通回路的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

图1为本发明具体实施方式中的轴向间隙型电动机的装配剖视图。图2为本发明具体实施方式中的轴向间隙型电动机的分解示意图。

请参见图1和图2，本发明具体实施方式中的轴向间隙型电动机1包括：一外壳10(未在图2中示出)、两个轴承20、一旋转轴30、一定子40、两个转子50。其中：

外壳10具有相对的两个端面、以及封闭环绕的周面；

两个轴承20分别设于外壳10的两个端面；

旋转轴30承载于两个轴承20；

定子40固定设于外壳10内；

转子50可于外壳10内绕旋转轴30旋转；

并且，定子40在旋转轴30的延伸方向上位于两个转子50之间，即，两个转子50在旋转轴30的延伸方向上分别位于定子40的两侧，从而使轴向间隙型电动机1采用双转子方式。

图3为本发明具体实施方式中的定子的立体视图。图4为本发明具体实施方式中的定子的端面方向视图。图5为本发明具体实施方式中的定子的周面方向视图。图6为图5中的A-A向剖视图。

请参见图1和图2并同时结合图3、图4、图5以及图6，定子40包括：

一环状的定子磁轭部41，其两个端面分别朝向位于定子40的对应侧的一转子50；

多个定子齿42(未在图6中示出)，多个定子齿42对称地设置在定子磁轭部41的两端面，并且，每个定子齿42可由电线缠绕形成一对应的定子绕组(各视图中均省略了定子绕组)。

实际应用中，本领域技术人员能够根据实际需要任意设定多个定子齿42及对应的定子绕组的主极配置方式。即，基于旋变磁场的原理，本领域技术人员可根据不同极对数以及相数的需求，将定子绕组设置为三相、六相、十二相等，本文不再予以赘述。

可见，由于定子40的定子磁轭部41的两个端面对称地设置有定子齿42和定子绕组，因而能够允许在该定子40的两侧均可以设置转子50、即支持轴向间隙型电动机采用双转子方式。从而，利用双转子方式能够平衡旋转轴30的受力点，并以此提高最大转矩，进而能够有助于轴向间隙型电动机1的最大功率的提高。

而且，每个定子齿42在定子磁轭部41的径向方向上的各位置处的周向宽度，自定子磁轭部41的外侧向定子磁轭部41的内侧递减，优选的，每两个相邻的定子齿42之间形成的间隙槽在定子磁轭部41的径向方向上的各位置处的周向宽度相等，即，每两个相邻定子齿42之间的间隙槽沿径向方向等宽。这样，能够使定子绕组在间隙槽处的气隙被更有效地利用，因而能够有助于轴向间隙型电动机1的最大功率的进一步提高。

此外，定子齿42包括连接定子磁轭部41的基部、底端连接基部的接线柱，以及位于接线柱顶端的端部，其中，定子齿42的端部可以形成倒角。这样，能够抑制磁力线的分散，以减少磁通泄漏，因而能够有助于轴向间隙型电动机的最大功率的进一步提高。而且，定子齿42的端部和基部的周向宽度和径向长度均可以大于接线柱，这样，无需任何辅助部件即可防止定子绕组从定子齿42的接线柱脱落。

请再参见图1和图2并同时结合图3、图4、图5以及图6，该定子40的定子磁轭部41的周面进一步形成有环状的定子槽43(未在图4中示出)，以及，定子磁轭部41的两端面进一步形成有与定子槽43连通的接线孔44(未在图1和图5中示出)。

定子槽43和接线孔44可用于电线的布线，电线通过定子槽43不间断地穿插于多个接线孔44即可在每一定子齿42分别缠绕形成对应的定子绕组，这样，就无需定子40再装设用于电线布线的集电环。

在本发明具体实施方式中，以每一定子齿42与其所在端面的一对接线孔44相对应为例。此时，电线即可沿定子槽43的延伸方向布线，并交替地从不同端面的每对接线孔44中的一个穿出定子槽43，并从另一个穿入定子槽43，相应地，电线在每对接线孔44的位置处位于定子槽43之外的部分即可在该对接线孔44对应的一个定子齿42缠绕形成该定子齿42对应的一个定子绕组。

图3中将两个定子齿42按照电线的穿插顺序分别表示为42-1和42-2，将定子齿42-1对应的一对接线孔44按照电线的穿插顺序分别表示为44-1a、44-1b，将将定子齿42-2对应的一对接线孔44按照电线的穿插顺序分别表示为44-2a、44-b。在图3中，先填入至定子槽43的电线可先从接线孔44-1a穿出定子槽43，然后在定子齿42-1缠绕形成定子绕组后再从接线孔44-1b穿回至定子槽43内；此后，再从接线孔44-2a穿出定子槽43，并在定子齿42-2缠绕形成定子绕组后从接线孔44-2b穿回至定子槽43内；以此类推，电线即可沿着定子槽43的延伸方向不间断地穿插于各接线孔44并在各定子齿42缠绕形成对应的定子绕组。

而且，定子槽43还可用于散热，这样，就无需定子40再装设用于散热的冷却外壳。当然，在实际应用中还可以在定子磁轭部41之内布设冷却水管，例如，冷却水管可呈环状星型分布，这样，也无需定子40装设用于散热的冷却外壳。

可见，由于定子槽43能够使定子40无需再装设用于电线布线的集电环以及用于散热的冷却外壳，因而能够使定子40的结构得以简化，从而能够减小轴向间隙型电动机1的质量。

如上所述，由于定子40的结构能够有助于提高轴向间隙型电动机1的最大功率，并且能够减小轴向间隙型电动机1的质量，因而能够提高轴向间隙型电动机1的比功率。

而且，定子40的结构简化有助于轴向间隙型电动机1的最大功率的提高，而不会阻碍最大功率的提高。以及，定子40的结构简化还能够降低轴向间隙型电动机1的成本。

图7为本发明具体实施方式中的转子的永久磁铁的极性分布示意图。图8为本发明具体实施方式中的转子产生的磁通回路的示意图。

请参见图1和图2并同时结合图7和图8，转子50包括：

轴盘51，其与旋转轴30固定连接；

环状的转子框52，其与轴盘51固定连接；

环状的转子磁轭部53，其与转子框52固定连接；

多个主永久磁铁54，多个主永久磁铁54沿转子磁轭部53的周向方向排列，并固定于转子磁轭部53；

多个副永久磁铁55(未在图1中示出)，多个副永久磁铁55分别设于每两个相邻的主永久磁铁54之间、并固定于转子磁轭部53。

其中：

每个转子50中的多个主永久磁铁54的磁极方向平行于旋转轴30的延伸方向；

每个转子50中的每两个相邻的主永久磁铁54的磁极方向相反；即，在沿转子磁轭部53的周向方向的排列方向上，多个主永久磁铁54的朝向定子40一端的磁极交替地为N极54a和S极54b(多个主永久磁铁54的朝向定子40一端的磁极的极性仅在图7和图8中予以标示，而多个主永久磁铁54的背向定子40另一端的磁极的极性则仅在图8中予以标示)；

每个转子50中的每个副永久磁铁55的两磁极分别与其两侧的主永久磁铁54的朝向定子40一端的磁极同极对置；即，每个副永久磁铁55的N极55a所朝向的一侧相邻的主永久磁铁54，其朝向定子40一端的磁极为N极54a，每个副永久磁铁55的S极55b所朝向的另一侧相邻的主永久磁铁54，其朝向定子40一端的磁极为S极54b(仅在图7和图8中予以标示)。

基于上述结构，设置分别位于定子40两侧的两个转子50的相对置的主永久磁铁54的磁极方向相反时，即，一个转子50中的某个主永久磁铁54朝向定子40一端的磁极为N极54a，另一个转子50中相对置的主永久磁铁54朝向定子40一端的磁极就为S极54b，一个转子50中的某个主永久磁铁54朝向定子40一端的磁极为S极54b，另一个转子50中相对置的主永久磁铁54朝向定子40一端的磁极就为N极54a。

相应地，分别位于定子40两侧的转子50可以利用相对置主永久磁铁54产生在旋转轴30的延伸方向上分别往返贯穿定子40的主磁通，其中，所谓的“往返贯穿”是指位于定子40一侧的转子50可产生自该侧朝向另一侧贯穿定子40的主磁通，以及位于定子40另一侧的转子50也可产生自另一侧朝向上述一侧贯穿定子40的主磁通，即，位于定子40每一侧的转子50均可产生自该转子50的主永久磁铁54朝向定子40一端的N极54a贯穿定子40至另一侧转子50相对置的主永久磁铁54朝向定子40一端的S极54b的轴向磁通。

与此同时，位于定子40每一侧的转子50还可以利用多个主永久磁铁54的磁极反向交替，因此，相邻主永久磁铁54的朝向定子40的一端之间会产生在转子磁轭部53周向方向上的周向磁通，相邻主永久磁铁54的背向定子40的另一端之间也会产生在转子磁轭部53周向方向上的周向磁通。

由于相邻主永久磁铁54的朝向定子40一端之间的气隙所产生的周向磁通会使得往返贯穿于定子40的磁通量减少，即，相邻主永久磁铁54的朝向定子40一端之间的周向磁通会导致“磁漏”，因此，设置副永久磁铁55与两侧相邻主永久磁铁54朝向定子40一端的磁极同极对置，能够阻止相邻主永久磁铁54的朝向定子40一端之间产生周向磁通，即，将相邻主永久磁铁54的朝向定子40一端之间的周向磁通校正为往返贯穿定子40的轴向磁通，从而能够减少磁漏；

而相邻主永久磁铁54的背向定子40的另一端之间的周向磁通会影响磁阻的大小，即，相邻主永久磁铁54的朝向定子40一端之间的周向磁通越大，磁阻就越小，因此，与两侧相邻主永久磁铁54朝向定子40一端的磁极同极对置的副永久磁铁55，其还与两侧相邻主永久磁铁54背向定子40的另一端的磁极异极对置，即，有助于相邻主永久磁铁54的背向定子40的另一端之间产生周向磁通，从而能够减少磁阻；

而且，相邻主永久磁铁54的背向定子40的另一端之间的周向磁通能够将分别往返贯穿定子40的轴向磁通衔接为磁通回路；该磁通回路在图8中以箭头的方式表示并注有磁极，且图8中省略了定子槽43和接线孔44。

可见，转子50可以成对地设置在一个定子40的两侧，并彼此相对地利用磁通方向正交的主永久磁铁54和副永久磁铁55来增加往返贯穿定子40的磁力线，因而能够利用磁力线的磁通透镜效果来支持轴向间隙型电动机1采用双转子方式。从而，由于磁通透镜效果能够增加有效磁通量，双转子方式能够通过平衡旋转轴30的受力点来提高最大转矩，因而有助于轴向间隙型电动机的最大功率的提高。

而且，每个主永久磁铁54在转子磁轭部53的径向方向上的各位置处的周向宽度，可以自转子磁轭部53的外侧向转子磁轭部53的内侧递减。这样，能够使主永久磁铁54和副永久磁铁55在有限的空间内布置更为紧密、以提高磁密性，因而有助于轴向间隙型电动机的最大功率的进一步提高。

此外，转子框52可以由非磁性材质构成，这样，可以减少通电时产生的涡电流损耗并降低由此导致的温度上升，因而有助于轴向间隙型电动机的最大功率的进一步提高。以及，转子磁轭部53可以由导磁材质构成，这样，可以抑制主永久磁铁的减磁和磁导降低，因而有助于轴向间隙型电动机的最大功率的进一步提高。

进一步地，本发明具体实施方式还为转子50的各部件提供了可使转子50结构简单的装配方式，具体如下：

转子框52可以包括环状外框52a和环状内框52b；

环状内框52a套设于所述轴盘的外边缘，以使转子框52可以套设于轴盘51的外边缘，从而无需任何连接件即可实现与轴盘51的固定连接；实际应用中，环状外框52b和环状内框52a可以相连，并与轴盘51一体成型；

环状外框52b环绕在环状内框52a的外周面之外，并与环状内框52a的外周面之间留有可供转子磁轭部53嵌入的间隙，以转子磁轭部53可以内嵌于转子框52内，从而无需任何连接件即可实现与转子框52的固定连接；

并且，相互接触的转子磁轭部53的外周面和环状外框52b的内周面呈凹凸状，和/或，相互接触的转子磁轭部53的内周面和环状内框52a的外周面呈凹凸状，这样，可以使转子磁轭部53与转子框52之间的固定连接更为稳固；

此外，转子磁轭部53可以形成有用于收容主永久磁铁54的主凹槽53a(仅在图7中示出)，以及用于收容副永久磁铁55的副凹槽53b(仅在图7中示出)，以使主永久磁铁54和副永久磁铁55能够内嵌于转子磁轭部53内，从而无需任何连接件即可实现主永久磁铁54和副永久磁铁55在转子磁轭部53的固定连接。当然，主永久磁铁54和副永久磁铁55并不是必须内嵌于转子磁轭部53内，而是还可以位于转子磁轭部53的朝向定子40的端面，或采用其他方式固定于转子磁轭部53。

如上所述，由于转子50的结构能够有助于提高轴向间隙型电动机1的最大功率，并且能够减小轴向间隙型电动机1的质量，因而能够提高轴向间隙型电动机1的比功率。

需要说明的是，除了本发明具体实施方式中的转子50之外，定子40也可以与能够支持双转子方式的其他结构的转子配合；同样地，除了本发明具体实施方式中的定子40之外，转子50也可以与能够支持双转子方式的其他结构的定子配合。

也就是说，轴向间隙型电动机1可以仅选用本发明具体实施方式中的定子40，并辅以其他结构的转子相配合，或者，轴向间隙型电动机也可以仅选用本发明具体实施方式中的转子50，并辅以其他结构的定子相配合。此时，仍可以提高比功率。

另外，在实际应用中：

本发明具体实施方式中的轴向间隙型电动机1在作为汽车的动力部件时，旋转轴30可作为轴向间隙型电动机1的输出轴与变速器或减速器的输入轴连接；

而且，根据本发明具体实施方式中的轴向间隙型电动机1，当汽车减速时，轴向间隙型电动机50即可充当发电机实现发电机功能，即产生所谓的再生制动力，将车身的动能回收为电能；

当然，由于本发明具体实施方式中的轴向间隙型电动机1具有较高的比功率，因而除了能够作为汽车的动力部件之外，还可以适用于工厂、医疗、冶金、航空等各个领域。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种轴向间隙型电动机，包括旋转轴，其特征在于，还包括一个定子，以及两个转子；

一个所述转子在所述轴向间隙型电动机的旋转轴的延伸方向上位于所述轴向间隙型电动机的一个所述定子的一侧，并与位于所述定子的另一侧的另一所述转子相对置；

所述转子包括：

轴盘，其与所述旋转轴固定连接；

环状的转子框，其与所述轴盘固定连接；

环状的转子磁轭部，其与所述转子框固定连接；

多个主永久磁铁，多个所述主永久磁铁沿所述转子磁轭部的周向方向排列，并固定于所述转子磁轭部；

多个副永久磁铁，多个所述副永久磁铁分别设于每两个相邻的所述主永久磁铁之间，并固定于所述转子磁轭部；

其中，所述转子中的多个所述主永久磁铁的磁极方向平行于所述旋转轴的延伸方向；所述转子中的每两个相邻的所述主永久磁铁的磁极方向相反；所述转子中的每个所述副永久磁铁的两磁极分别与其两侧的所述主永久磁铁的朝向所述定子一端的磁极同极对置；

以及，一个所述转子中的每个所述主永久磁铁与另一所述转子中相对置的主永久磁铁的磁极方向相反；

所述定子包括：

一环状的定子磁轭部，其两个端面分别朝向位于所述定子的对应侧的一转子；

多个定子齿，且多个所述定子齿对称地设置在所述定子磁轭部的两端面，并且每个所述定子齿可由电线缠绕形成一对应的定子绕组；

所述定子磁轭部的周面进一步形成有环状的定子槽，所述定子磁轭部的两端面进一步形成有与所述定子槽连通的接线孔；以及，所述电线通过所述定子槽穿插于多个所述接线孔，以在每一所述定子齿分别缠绕形成对应的所述定子绕组。

2.根据权利要求1所述的轴向间隙型电动机，其特征在于，每个所述主永久磁铁在所述转子磁轭部的径向方向上的各位置处的周向宽度自所述转子磁轭部的外侧向所述转子磁轭部的内侧递减。

3.根据权利要求1所述的轴向间隙型电动机，其特征在于，所述转子框由非磁性材质构成。

4.根据权利要求1所述的轴向间隙型电动机，其特征在于，所述转子磁轭部为导磁材质构成。

5.根据权利要求1所述的轴向间隙型电动机，其特征在于，所述转子框套设于所述轴盘的外边缘。

6.根据权利要求5所述的轴向间隙型电动机，其特征在于，所述转子磁轭部内嵌于所述转子框内。

7.根据权利要求6所述的轴向间隙型电动机，其特征在于，所述转子框包括环状外框和环状内框，其中，所述环状内框套设于所述轴盘的外边缘，所述环状外框环绕在所述环状内框的外周面之外，并与所述环状内框的外周面之间留有间隙；

以及，所述转子磁轭部内嵌于所述环状外框与所述环状内框之间的所述间隙内。

8.根据权利要求7所述的轴向间隙型电动机，其特征在于，相互接触的所述转子磁轭部的外周面和所述环状外框的内周面呈凹凸状，和/或，相互接触的所述转子磁轭部的内周面和所述环状内框的外周面呈凹凸状。

9.根据权利要求1所述的轴向间隙型电动机，其特征在于，两个所述转子的所述轴盘与同一根所述旋转轴固定连接。