CN102714447A - 电动机或发电机 - Google Patents

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Abstract

一种具有定子和转子的电动机或发电机，定子带有用于安装电线圈的定子齿，其中，所述定子具有第一表面，该表面是平行于所述转子的旋转轴，并与所述定子齿径向分离；所述转子具有第二表面，该表面是在与所述定子的第一表面相同的轴位置上形成的；其中，安装在所述第一表面或第二表面上的材料具有比所述第一表面或第二表面的摩擦系数更低的摩擦系数。

Description

电动机或发电机
技术领域
本发明涉及一种电动机或发电机，尤其是涉及具有低摩擦下接触垫。
背景技术
电动机在以下原理下工作：当带有电流的电线处于磁场内时，它会产生力。当带有电流的电线被放置在垂直于磁场的位置，在该带有电流的电线上的力是与该磁场的通量密度成比例的。通常，在电动机中，在该带有电流的电线上的力是旋转扭矩的形式。
已知类型的电动机的例子包括电导电动机、无刷永磁电动机、开关磁阻电动机和同步滑环电动机，它们具有转子和定子，正如本领域技术人员所熟知。
为使风险最小化，在定子和转子之间的通量密度将被显著降低，在定子和转子之间的间隙保持为相对小。然而，即使在转子和定子之间的空气间隙最小化，在电动机的转子的运转过程中，仍会偶尔撞击定子。这通常是由于施加到转子的扭矩、和/或由于定子和/或转子的热膨胀、和/或在电动机上负荷的震动等原因导致转子扭曲或者变形。 
如果在转子和定子之间发生接触，会增加在转子和定子之间的摩擦，因而降低电动机的效率。进一步，对于具有永磁体的转子的电动机，例如同步永磁电动机，在定子和永磁体之间的接触可导致该永磁体被损坏或损毁，因而减少磁通量，继而减少电动机扭矩。
此外，在定子和转子之间的接触会磨掉定子的外部分，导致在定子叠片结构之间的距离变短，这会在定子内的产生涡流的有害效应。
人们想要改善这种情形。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种根据所附的权利要求所述的电动机或发电机。
通过使用定子或转子的一部分作为低摩擦向下接触区域，会在使用过程中使在电动机得转子和定子之间的摩擦力最小化，这是具有优势的。
此外，通过在电动机内设计低摩擦向下接触区域，这被设计为在定子和转子之间的第一接触点，这使得转子和定子的其他部分的损坏风险最小化，例如，使对永磁体和/或定子叠层结构的损坏风险最小化。
附图说明
本发明现在将通过实施例结合所附的附图的方式进行描述，在这些附图中：
图1显示了本发明所应用的电动机的爆炸视图。
图2是图1所示的电动机从另一个角度看的爆炸视图。
图3是图1所示的电动机沿着A-A线的部分横截面视图。
图4显示了具有下接触环的电动机的部分横截面视图。
图5显示了图3所示的电动机沿着B-B线的部分横截面视图，具有下接触环的另一种可替代的实施例。
具体实施方式
图1显示了一种电动机组件，整合入本发明所述的具有低摩擦下接触垫的电动机，其中，该电动机组件包括内建的电子元件，并被配置用作轮轴电动机或轮内电动机，配置为适应车轮。然而，本发明也可整合入任意形式的电动机。该电动机也可被配置作为发电机。
参考图1，该电动机组件包括：定子，包括后部分230（也就是，后定子壁），该后部分形成定子的第一部分；以及散热器和线圈驱动装置231，包括多个线圈和驱动这些线圈和散热器的电子元件。该线圈驱动装置231是固定到定子的后部分230，以形成所述定子，然后该定子可被固定到车辆，在使用过程中不会旋转。这些线圈自身是在齿片上形成的，它们与驱动装置231和后部分230形成定子252。
转子包括转子外壳和下接触环250。该转子外壳包括：前部分220；以及圆柱形部分221，形成一个盖，该盖基本上围绕定子。该转子外壳包括多个磁体242，被配置为围绕圆柱形部分221的内部。因此，这些磁体是紧密接近于组件231上的线圈，以致由在组件231内的线圈产生的磁场在磁体242上产生一个力，这些磁体242被配置为围绕转子外壳的圆柱形部分221的内部，因而导致该转子外壳旋转。转子夹紧环351是安装到圆柱形部分221。该转子夹紧环351是被配置为将转子背铁保持在圆柱形部分221内。该转子夹紧环351也可用作对于V形密封件350的密封表面，该密封件350是安装到后定子壁230。一旦转子外壳已经附着到定子，下接触环250是通过转子夹紧环351而被安装到该转子外壳。
该转子外壳是由轴承座223而附着到定子。该轴承座223可以是一种标准的轴承座，该轴承座223是可用于与所述电动机组件相适应的车辆内。该轴承座223包括两部分，第一部分固定到定子，第二部分固定到转子。该轴承座223是固定到后定子壁230的中心部分233，也可固定到转子外壳的外壳壁220的中心部分225。因此，转子外壳是旋转地固定到车辆，通过在转子外壳的中心部分225处的轴承块223而被用于车辆。
这具有一个这样的优点：轮辋和轮胎可在中心部分225处被固定到转子外壳，采用通常的轮螺栓来将轮辋固定到转子的中心部分，继而紧固到轴承块223的可旋转侧之上。这些轮螺栓可以穿过转子外壳的中心部分225而被安装穿入轴承块本身。这个装置的第一方面的优点是：引入整个电动机组件仅需简单地对现有的车辆进行改造，例如通过移除车轮、轴承块和诸如制动装置等任意其他部件。然后，现有的轴承块可安装入该组件内，整个装置被安装到车辆的定子侧面，正常的轮辋和车轮被安装到该转子外壳，以致轮辋和车轮围绕整个电动机组件。因此，对现有车辆的改造变得非常简单。
第二方面的优点是：不需力在转子外壳的外侧上用于支撑车辆，尤其是不需力在圆周壁221上承载在内侧圆周上的磁体。这是因为用于承载车辆的力被直接从悬架传送，该悬架（通过定子壁的中心部分）固定到车轮的中心部分的轴承座的一侧，围绕转子外壳（通过转子壁的中心部分）固定到该轴承块的另一侧。不需要复杂的轴承装置来保持圆周转子壁的对准。
一旦所述转子外壳和定子已经通过轴承座223而被附着，下接触垫250被安装到所述转子外壳。优选地，该下接触垫250具有唇缘，当该下接触垫250被安装到转子外壳时，该唇缘径向地向下延伸到定子的侧部，因而将该定子封在转子内，如图3所示。在下接触环的唇缘的内表面与后定子壁230的外表面之间存在间隙。该间隙的宽度是这样选择的，以致该下接触环的唇缘的内表面和后定子壁230的外表面用作曲径式密封件，以避免大的污染物穿过该曲径式密封件进入所述电动机组件。因此，该下接触垫250有助于使进入该电动机的污垢最小化。
所述转子外壳也包括聚焦环和磁体227，用于定位传感。
图2显示了如图1所示的相同组件的爆炸分解示意图，该图从相对侧显示了：所述定子包括后定子壁230和线圈和电子组件231。转子外壳包括外转子壁220和圆周壁221，磁体242被圆周地配置在该圆周壁221内。如前所述，一旦转子外壳和定子已经被附着，该定子是通过轴承座223在转子壁和定子壁的中心部分以所述下接触环而被连接到该转子外壳。
如上所述，V形密封件350是提供在转子的圆周壁221与定子外壳230的外边缘之间。磁性环227包括换向聚焦环和多个磁体，这些磁体被提供用于指示转子相对于定子的位置的目的，一系列传感器子相对于定子而被安装在该定子的控制装置80上。
图3显示了沿着图1的A-A线的一部分电动机的横截面示意图。
如上所述，后部分是耦合到散热器和驱动装置231。该散热器和驱动装置231包括齿片401（也就是，在定子周围散布的都是齿，以致使涡流最小化，这些齿是以叠片状形成的）。导电线402（例如，铜线）环绕在齿片401的周围。磁体242是通过转子背铁403而被安装到圆柱形部分221。
为确保所述转子能围绕所述定子旋转，而不干扰该定子，在定子齿片401的顶表面与磁体242的底表面之间存在空气间隙。典型的空气间隙可以是在1.0 mm的区域。
所述转子夹紧环351是被安装到圆柱形部分221，因而将转子背铁403和磁体242夹紧在所述转子外壳的圆柱形部分221。
所述V形密封件350是被安装到所述后定子壁230，毗邻所述转子夹紧环351的内表面。该V形密封件350是被配置为产生在定子与转子之间的密封，因而避免污垢和其他不想要的物质从电动机的外部进入在定子与转子之间。用于该V形密封件350的一种典型的材料可以是腈橡胶，然后，也可采用任意合适的材料。
所述下接触环250是被安装到所述转子夹紧环351。该下接触环250的外圆周部分具有与所述圆柱形部分221的外直径基本相同的直径，因而当该下接触环250被安装到该转子夹紧环351时。这具有延展圆柱形部分221和转子夹紧环351的外部分的径向长度的效果。该下接触环250具有唇缘部分，该唇缘部分在径向方向延伸到后部分230之上，因而覆盖在后部分230与下接触环250之间的径向空气间隙，如上所述。该下接触环250的唇缘部分用作曲径式密封件。
通常，为减少重量，同时保持结构强度，转子外壳和下接触环250是由铝合金制成。类似地，定子散热器也可由铝合金制成。
在所述后部分230的圆周部分上形成的是第一表面，该表面在径向方向上延展，与在所述下接触环250上圆周地形成的第二表面径向分离。优选地，所述第一表面形成围绕定子的后部分230的圆周的环。优选地，如果转子是围绕定子来安装时，所述第二表面形成围绕转子的内圆周的环；如果定子是围绕转子来安装时，所述第二表面形成围绕转子的外圆周的环。
所述第一表面是与齿片径向分离的，优选地是在后部分230的肩部上形成的。
在使用过程中，如果转子变扭曲或者变形，所述后部分230的第一表面和所述下接触环250的第二表面用作向下接触区域，该区域被配置作为在定子和转子之间的接触点，因而避免所述齿片和/或磁体242的损坏得风险。 
因为在定子与转子之间的第一接触点通常会是最远离该转子的前部分220的点，所述第一表面优选地会在最远离前部分220的所述后部分230的肩部上被形成。
在所述第一表面与所述第二表面之间的径向空隙是被配置为小于在定子齿片401的顶表面与磁体242的底表面之间的空隙。例如，在第一表面与第二表面之间的空隙可被选择为在定子齿片401的顶表面与磁体242的底表面之间的空隙的一半（例如，如果在定子齿片的顶表面与磁体的底表面之间的空隙是约1.0 mm，在第一表面与第二表面之间的空隙将是约0.5 mm）。然而，可选择在第一表面与第二表面之间的任意空隙，只要在定子齿片的顶表面与磁体的底表面之间发生接触之前，可能会导致在第一表面与第二表面之间的接触。
如果在所述第一表面与所述第二表面之间会发生向下接触事件，为使在所述定子与所述转子之间的摩擦力最小化，一种低摩擦材料，例如尼龙或诸如PTFE、Apticote、特氟纶等塑料，或者类似碳DLL的钻石，是被施加到所述第一表面和/或所述第二表面。
在第一实施例中，如图4所示，从所述第二表面加工去掉材料，然后涂布低摩擦材料501（也就是，具有比第一表面材料和/或第二表面材料的摩擦系数更低的材料）。然而，在另一个可替代的实施例中，可在加工去掉所述第二表面的材料之外再从所述第一表面加工去掉材料，或者替代加工去掉所述第二表面的材料而从所述第一表面加工去掉材料，然后涂布低摩擦材料。在所述第一表面与第二表面之间发生的下接触事件将会相对于彼此打滑或滑动，因而使在所述定子和转子之间的摩擦力保持到最小程度。
在第二实施例中，如图5所示，在所述第二表面内加工一个或多个凹部，然后将低摩擦轴承256（例如，低摩擦多聚物轴承）插入每个凹部。然而，在一个可替代的实施例中，可在加工所述第二表面的凹部之外再在所述第一表面加工凹部，或者替代加工所述第二表面的凹部而在所述第一表面加工凹部，然后将低摩擦轴承插入每个凹部。一部分轴承表面是从所述第一表面和/或第二表面延展的，以致一旦在该轴承表面上发生下接触事件，从所述第一表面和/或第二表面延展的轴承表面将会接触相对的表面，因而使得所述第一表面和第二表面能相对于彼此打滑或滑动。图5显示了在图1中沿着B-B线的横截面示意图，在该图中，二十个低摩擦轴承已经被放置在所述下接触环250的第二表面内形成的凹部内。虽然在图5中显示了采用二十个低摩擦轴承，但是也可采用任意数量的低摩擦轴承。
在另一个可替代的实施例（未示出）中，所述下接触环250和/或径向相对于该下接触环250是被配置为由低摩擦材料制成，该低摩擦材料具有比在所述定子齿和所述转子磁体之间的摩擦系数更低的摩擦系数。

Claims (1)

1.一种具有定子和转子的电动机或发电机，定子带有用于安装电线圈的定子齿，其特征在于：所述定子具有第一表面，该表面是平行于所述转子的旋转轴，并与所述定子齿径向分离；所述转子具有第二表面，该表面是在与所述定子的第一表面相同的轴位置上形成的；安装在所述第一表面或第二表面上的材料具有比所述第一表面或第二表面的摩擦系数更低的摩擦系数；所述转子包括径向唇缘，该径向唇缘是与所述定子的径向壁径向分离的，并被设置为在所述转子和定子之间形成曲径式密封。
2．根据权利要求1所述的电动机或发动机，其特征在于：所述材料是低摩擦塑料。
3．根据权利要求1或2所述的电动机或发动机，其特征在于：在所述第一表面与第二表面之间的距离是小于在所述定子齿和所述转子上的最接近的点之间的距离。
4．根据权利要求3所述的电动机或发动机，其特征在于：在所述第一表面与第二表面之间的距离是在所述定子齿和所述转子上的最接近的点之间的距离的一半。
5．根据前述任一权利要求所述的电动机或发电机，其特征在于：所述转子具有永磁体，安装在相对于所述定子齿的转子的表面上。
6．根据前述任一权利要求所述的电动机或发电机，其特征在于：所述第一表面是定位在所述定子的边缘部分。
7．根据前述任一权利要求所述的电动机或发电机，其特征在于：还包括密封件，定位在所述定子和转子之间。
8．根据前述任一权利要求所述的电动机或发电机，其特征在于：所述第一表面形成围绕相对于所述转子的定子的圆周的环。
9．根据前述任一权利要求所述的电动机或发电机，其特征在于：所述第二表面形成围绕相对于所述定子的转子的圆周的环。
10．根据前述任一权利要求所述的电动机或发电机，其特征在于：所述第一表面在所述定子上形成凹部，以使得低摩擦轴承能被安装进所述凹部。
11．根据权利要求10所述的电动机或发电机，其特征在于：在所述定子的圆周上形成多个用于安装低摩擦轴承的凹部。
12．根据权利要求1至7之一所述的电动机或发电机，其特征在于：所述第二表面在所述转子上形成凹部，用于使得低摩擦轴承能被安装在所述凹部。
13．根据权利要求12所述的电动机或发电机，其特征在于：多个凹部是在所述定子的圆周上形成的，用于安装所述的低摩擦轴承。
14．根据前述任一权利要求所述的电动机或发电机，其特征在于：所述第二表面是在安装到转子外壳的环上形成的。
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