CN103812290A - 横向磁通永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种横向磁通永磁电机，包括定子及包围该定子的转子，该定子包括中轴、相互间隔地固定至该中轴的定子芯片以及绕着电机轴向缠绕并且夹设在该定子芯片之间的线圈。该转子包括可转动地安装至该中轴的外壳、沿电机轴向延伸并且沿电机周向间隔设置至该外壳的内壁的聚磁条以及夹设在相邻聚磁条之间的永磁条，各永磁条沿电机周向极化并且相邻永磁条极性相反，该聚磁条贴近该外壳的内壁的径向外壁沿电机轴向开设有一个凹槽。由于聚磁条上开设了凹槽，聚磁条的重量减轻了，整个电机的重量也减轻了。

Description

横向磁通永磁电机
技术领域
本发明涉及永磁电机，尤其涉及应用在电动单车中的横向磁通永磁电机。
背景技术
电动单车通常采用外转子式的横向磁通永磁电机作为直接驱动源。横向磁通永磁电机包括内置的定子及包围该定子的转子。该定子通常包括至少一个定子单元，各电子单元包括两个相对设置的定子铁芯、一个绕着该定子的轴向缠绕并且夹设在该两个定子铁芯之间的线圈以及多个自该定子铁芯的外缘沿轴向延伸的定子齿，来自不同定子铁芯的定子齿错位设置。该转子通常包括一个由多个转子芯片堆叠而成的转子铁芯以及多个条状的永磁铁。转子芯片包括一个外环以及多个自外环内侧沿径向向内延伸的凸块，相邻凸块间相互间隔。如此，堆叠的外环形成转子铁芯的外壁，堆叠的凸块形成转子铁芯的聚磁部，永磁铁夹设在相邻的聚磁部之间。工作过程中，永磁铁产生的磁通聚合在聚磁部面向定子的表面后进入定子齿，聚磁部靠近该外壁的部分实际上所起的作用不大，然而该部分的设置却使得电机的重量较大。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种较轻的横向磁通永磁电机。
一种横向磁通永磁电机，包括定子及包围该定子的转子，该定子包括中轴、相互间隔地固定至该中轴的定子芯片以及绕着电机轴向缠绕并且夹设在该定子芯片之间的线圈。该转子包括可转动地安装至该中轴的外壳、沿电机轴向延伸并且沿电机周向间隔设置至该外壳的内壁的聚磁条以及夹设在相邻聚磁条之间的永磁条，各永磁条沿电机周向极化并且相邻永磁条极性相反，该聚磁条贴近该外壳的内壁的径向外壁沿电机轴向开设有一个凹槽。
本发明的横向磁通永磁电机中由于聚磁条上开设了凹槽，聚磁条的重量减轻了，整个电机的重量也减轻了。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的横向磁通永磁电机的示意图。
图2是图1的电机的部分分解示意图。
图3是图1的电机的固定圈的结构示意图。
图4是图1的电机的部分转子的示意图，其中部分磁体未示出。
图5是图1的电机的部分定子和部分转子的剖视示意图。
图6是图1电机的定子轭的结构示意图。
图7是本发明第二实施方式的横向磁通永磁电机去除外壳后的示意图。
图8是本发明第三实施方式的横向磁通永磁电机的示意图，其盖体未示出。
具体实施方式
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为了便于清晰描述，而并不限定比例关系。
本发明的横向磁通永磁电机可应用在许多场合，然而，为了更详细的介绍，下述实施方式以该横向磁通永磁电机应用在电动单车中为例。请参阅图1，本发明第一实施方式的横向磁通永磁电机10包括一个转子12以及一个被转子12包围并可相对转子12转动的定子15。
请再结合图2及图3，转子12包括一个外壳20、两个固定圈42、多个聚磁条50以及多个永磁条70。外壳20包括一个大致呈桶状的主体22以及一个盖体24。主体22包括一个圆形底板26以及一个自底板26离外缘一定距离处垂直向外延伸的侧壁28。底板26中间开设有一个第一轴孔(图未示)，底板26的外缘与侧壁28之间还均匀开设有多个用于固定电动单车轮的辐条的孔32。侧壁28远离底板26一侧沿径向向外延伸出一个环形凸缘34，凸缘34上同样均匀开设有多个用于连接电动单车轮的辐条的孔32，侧壁28的内表面57沿径向朝内延伸出至少一个沿电机轴向延伸的凸楞36。盖体24可通过螺钉组装至凸缘34，盖体24中间开设有一个与第一轴孔对应的第二轴孔38。固定圈42沿周向间隔均匀地开设有多个沿径向延伸的槽46。其中一个固定圈42未开设上述槽46的一侧固定至底板26并且与侧壁28紧密贴合，另一个固定圈(图未示)对应固定至盖体24。
请再结合图4，聚磁条50大致呈长方体状，包括两个沿轴向延伸并且互夹一定角度的侧壁52、两个互相平行并且连接两个侧壁52的端壁54、一个外壁58以及一个内壁56。聚磁条50在背离内壁56的径向外壁58上沿轴向开设有一个凹槽60，凹槽60大致呈U形，其由两个与侧壁52相对的侧面62以及一个连接两个侧面62的弧形底面64包围而成。永磁条70呈长方体状并且其轴向尺寸比聚磁条50长，永磁条70夹设在相邻的聚磁条50之间，其面向相邻聚磁条50的两个表面与聚磁条50的侧壁52紧密贴合。永磁条70的径向外侧与相邻两个聚磁条50的外壁58大致平齐，永磁条70的轴向两端延伸至聚磁条50的端壁54之外。如此，聚磁条50与永磁条70相间并组成一个圆环，其中永磁条70沿周向极化并且相邻永磁条70极性相反，内壁56面向轴向内侧。该圆环收容在外壳20的主体22内，其轴向一侧的永磁条70凸出聚磁条50端壁54的一端容置在固定圈42的相应槽46中，其轴向另一端按照相同的方式容置在固定至盖体24的固定圈中，以起到固定该圆环的作用，也可减少电机的轴向长度。同时，凸楞36容置在对应的凹槽60中以防止该圆环相对外壳20转动。如此，聚磁条50及永磁条70沿轴向延伸，并且沿电机周向间隔设置至外壳20的内表面57，凹槽60面向外壳20的内表面57。
请参阅图2、5及6，定子15包括中轴72以及至少一个固定至中轴72的定子单元80。各定子单元80包括一个定子轭82、两个定子芯片84以及至少一个线圈86。定子轭82呈环状，其由片状并且外表均附设有绝缘材料的金属片绕中轴72绕制而成，并且套设固定至中轴72，比如，定子轭82由外表涂有绝缘漆的硅钢片绕制而成，其厚度在0.2毫米至0.35毫米为佳。各定子芯片84大致呈齿轮状并且由多个硅钢片沿电机轴向叠合制成，其包括一个大致呈圆形的本体88以及多个间隔均匀地自本体88外缘沿径向向外延伸的定子齿92。各本体88中间开设有一个套设固定至中轴72的套孔(图未示)，从而使该两个定子芯片84相互间隔地固定至定子轭82轴向两侧，并且该两个定子芯片84的定子齿92沿周向错位设置。线圈86绕着定子轭82缠绕并且夹设在该两个定子芯片84之间。线圈86可直接绕制在定子轭82上，也可绕制好后再套设至定子轭82。在本实施方式中，线圈86由扁平状的导线94绕制而成。相对于现有的圆形截面的导线，扁平状的导线94可提高该两定子芯片84之间的空间利用率，从而提高电机效率。同时，定子15包括三个定子单元80，以提高转矩平衡度，相邻定子单元80的定子齿92也错位设置。中轴72通过固定在第一轴孔及第二轴孔38中的轴承40安装至外壳20，从而使得转子12可相对定子15转动。
组装时，中轴72固定至电动单车的车架，外壳20上的孔32固定至电动单车轮胎的骨架。如此，转子12转动时，电动单车的车轮便旋转从而驱动电动单车行走。工作过程中，相邻两个永磁条70产生的磁通通过聚磁条50的位于其侧壁52与凹槽60的侧面62之间的部分聚集到聚磁条50靠近其内壁56的部分，聚集在该部分的磁通穿过转子12与定子15之间的气隙进入定子齿92，然后穿过定子芯片84的本体88、定子轭82以及相邻的另一个定子芯片84，再通过与上述定子齿92错位的定子齿92穿过转子12与定子15之间的气隙，最后进入与上述聚磁条50相邻的聚磁条。由于两相邻聚磁条50极性相反，磁通因此穿过夹设在该两相邻聚磁条50之间的永磁条70而返回上述聚磁条，从而形成一个闭合磁路。当定子线圈通电时，每个定子单元上产生与转子磁极相同数量的定子磁极，并且相错位的定子齿92之间产生与上述磁路相同的闭合磁路。如此，定子及转子的磁极相互作用，从而维持电机的转动。
在本实施方式中，由于聚磁条50上开设了凹槽60，聚磁条50的重量大大减轻。同时，由于永磁条70与聚磁条50的侧壁52完全贴合，永磁条70的磁通可通过聚磁条50位于其侧壁52以及凹槽60的侧面62之间的部分聚集到内壁56处，磁场强度基本不会因为凹槽60的设置而被削弱。另一方面，在电机工作过程中，由于电流方向的改变，定子轭82中会产生沿电机周向流动的涡流。由于定子轭82中叠加的金属片之间相互绝缘，因此，涡流无法像在普通的一整金属环那样的定子轭中一样形成一个环形回路，其必须从金属片位于定子轭82径向内侧的起点沿着金属片螺旋形地流至金属片位于定子轭82径向外侧终点(当然路径也可以相反)，然后再从该终点回流至该起点。相当于是金属片分成流着相反方向的涡流的两部分。因此，对比普通的定子轭82，涡流的路径至少增长了一倍，而且其导通面积小了一半，即是说定子轭82的阻抗至少增加了4倍。因此，大大降低了定子轭82上的涡流。
请参阅图7，本发明第二实施方式的横向磁通永磁电机与第一实施方式的电机的不同之处在于下面三个方面。首先，聚磁条50a由两个关于穿过电机轴线的平面对称的子部分51组成，如此的设置方式可方便聚磁条的加工。其次，定子芯片84a由多个分离式子芯片85沿周向组装而成，并且子芯片85的数量等于定子15的齿数（或极数）。各子芯片85大致呈两端窄中间宽的条状，并其中间部位的周向一侧设置有一个凸起85a，周向另一侧设置有一个凹部85b。各子芯片85同样由硅钢片沿电机轴向叠合制成。各子芯片85的一个窄端（内端）与相邻子芯片85的一个窄端相互贴合，其凸起85a容置在相邻子芯片85的凹部85b中，并且另一个窄端（外端）与相邻子芯片85的另一个窄端分离，从而组成上述定子芯片84a。如此的设置方式无需冲压出一整片圆形的硅钢片，有利于原材料的灵活应用，提高材料利用率。最后，定子轭82a由多个外表附设有绝缘材料的导磁块83沿周向组装而成。各导磁块83的截面呈被切割的扇形，即，具有两个所在面穿过电机轴线的侧面以及连接该两个侧面的径向两端的两个弧形端面。相邻导磁块83的侧面相互紧贴从而形成定子轭82a。如此的设置方式可在分割定子轭82a中的涡流的同时削弱该涡流。
可以理解，上述槽46也可直接开设在底板26及盖体24上，如此，固定圈42便可不必设置。更进一步，聚磁条50与永磁条70可通过粘合的方式固定至外壳20的内壁56，此时上述槽46也可不必设置。
可以理解，永磁条70的轴向两端也可大致与聚磁条50的端壁54平齐。
优选地，聚磁条50各侧壁52靠近定子15一侧沿电机周向延伸出一个凸条66，各永磁条70靠近定子15的一侧承靠在凸条66上。
优选地，凹槽60深度h占整个聚磁条50在电机径向上的长度H的45%-75%，其中又以55%-65%为佳，以在聚磁条50的聚磁能力与聚磁条50的重量之间取得较佳的平衡。
优选地，凹槽60的侧面62与聚磁条50的侧壁52之间所夹的角度A在10度至30度之间，以在聚磁条50的聚磁能力与聚磁条50的重量之间取得较佳的平衡。
在其它实施方式中，定子芯片84的本体88上还可开设有多个通孔90，如图7所示，以减轻整个电机的重量。具体地，通孔90自本体88径向内侧大致沿径向延伸至定子齿92的根部，通孔90在周向上均匀排列。
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作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种横向磁通永磁电机，包括定子及包围该定子的转子，该定子包括中轴、相互间隔地固定至该中轴的定子芯片以及绕着电机轴向缠绕并且夹设在该定子芯片之间的线圈，该转子包括可转动地安装至该中轴的外壳、沿电机轴向延伸并且沿电机周向间隔设置至该外壳的内壁的聚磁条以及夹设在相邻聚磁条之间的永磁条，各永磁条沿电机周向极化并且相邻永磁条极性相反，其特征在于：该聚磁条贴近该外壳的内壁的径向外壁开设有一个沿电机轴向延伸的凹槽。
2.如权利要求1所述的电机，其特征在于，该凹槽深度占据聚磁条在电机径向上的长度的45%至75%。
3.如权利要求1所述的电机，其特征在于，该凹槽由两个相对的侧面及一个底面围成，该侧面与该聚磁条与永磁条贴合的侧壁之间所夹的角度在10度至30度之间。
4.如权利要求1所述的电机，其特征在于，该聚磁条与永磁条贴合的侧壁靠近定子一侧沿电机周向延伸出一个凸条，各永磁条靠近定子一侧承靠在该凸条上。
5.如权利要求1至4任一项所述的电机，其特征在于，各聚磁条由两个关于穿过该中轴的轴线的平面对称的子部分组成。
6.如权利要求1所述的电机，其特征在于，该线圈由扁平状的导线绕制而成。
7.如权利要求1所述的电机，其特征在于，该定子还包括套设固定至该中轴的环状定子轭，该定子轭夹设在该定子芯片之间，该线圈缠绕至该定子轭。
8.如权利要求7所述的电机，其特征在于，该定子轭由片状并且外表附设有绝缘材料的金属片绕制而成螺旋状。
9.如权利要求7所述的电机，其特征在于，该定子轭由多个导磁块沿周向组装而成，相邻导磁块之间的连接面设绝缘材料。
10.如权利要求1所述的电机，其特征在于，该外壳抵持该聚磁条及该永磁条的轴向两侧的表面开设有一个环状的圆槽，该聚磁条及该永磁条的轴向两侧分别容置在对应的圆槽中。
11.如权利要求10所述的电机，其特征在于，该永磁条的轴向两侧延伸至该聚磁条的轴向两侧之外，该圆槽中还间隔开设有多个凹部，该永磁条突出该聚磁条的轴向端面之外的部分容置在该凹部中。
12.如权利要求1所述的电机，其特征在于，该外壳内壁沿径向朝内延伸出至少一个沿电机轴向延伸的凸楞，该凸楞容置在对应的凹槽中。
13.如权利要求1所述的电机，其特征在于，该定子芯片上开设有多个通孔。
14.如权利要求1所述的电机，其特征在于，各定子芯片由多个子芯片沿电机周向组装而成，并且该子芯片的数量等于该定子的极数。
15.一种横向磁通永磁电机，包括定子及包围该定子的转子，该定子包括中轴、相互间隔地固定至该中轴的定子芯片以及绕着电机轴向缠绕并且夹设在该定子芯片之间的线圈，该转子包括可转动地安装至该中轴的外壳、沿电机轴向延伸并且沿电机周向间隔设置至该外壳的内壁的聚磁条以及夹设在相邻聚磁条之间的永磁条，各永磁条沿电机周向极化并且相邻永磁条极性相反，其特征在于：该定子还包括套设固定至该中轴的定子轭，该定子轭夹设在该定子芯片之间，该线圈缠绕至该定子轭，该定子轭由片状并且外表附设有绝缘材料的金属片绕制而成螺旋状。
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