CN104242490A - 电动机或发电机 - Google Patents

Abstract

一种电动机或发电机，包括具有用于安装电线圈的定子齿的定子以及转子，其中，定子具有基本垂直于转子的旋转轴的第一表面，以及转子具有形成在与定子的第一表面基本相同的径向位置中的第二表面，其中，当转子垂直于转子的旋转轴枢转时，第一表面和第二表面被配置为防止转子与定子齿接触。

Description

电动机或发电机

技术领域

本发明涉及电动机或发电机，尤其涉及具有低摩擦触停(touch-down)体的电动机或发电机。

背景技术

电动机以以下原理工作：电流承载线在存在磁场时将经受一个力。当将电流承载线垂直于磁场放置时，电流承载线受到的力与磁场的通量密度成正比。通常，在电机中，电流承载线受到的力形成旋转扭矩。

已知类型的电动机的例子包括感应电动机、无刷永磁电动机、开关磁阻电动机和同步滑环式电动机，其包括转子和定子，这是本领域技术人员公知的。

为了最小化定子和转子之间的通量密度将显著降低的风险，定子上的齿和转子之间的间隙保持相对较小，其中齿上安装有电流承载线圈绕组。然而，由于转子和定子之间的空气间隙被最小化，在电动机的操作过程中，转子可能偶尔撞击定子。这通常由于转子被施加至转子的扭矩和/或由于定子和/或转子的热膨胀和/或被电动机上的冲击负载扭曲或变形，冲击负载可能例如在轮内电动机的情况下由于边缘撞击引起的轴承扭曲而发生。

特别地，轮内电动机上的转子将通常由于当轮内电动机和车轮所附接的车辆被驱动时施加在车轮上的力而经历增大的负载。

如果转子和定子之间发生接触，这将增大转子和定子之间的摩擦力，由此降低电机的效率。此外，针对包括具有永磁体的转子的电动机，诸如同步永磁电动机，定子和永磁体之间的接触可能导致永磁体被损坏或破坏，由此降低磁通量和因而降低电机扭矩。

另外，定子和转子之间的接触可能磨损定子的外部，导致在定子层叠片之间发生短路，这可能对定子中的涡流流动产生不利影响。

期望改善这种情况。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供根据所附权利要求的电动机或发电机。

将定子或转子的一部分用作低摩擦触停区域的优点是在使用期间最小化电动机的定子和转子之间的摩擦力。

另外，通过给电动机设计触停部分，其被设计为定子和转子之间的第一接触点，最小化了对定子和转子的其他部件的损坏的风险，例如对永磁体和/或定子层叠片的损坏。

附图说明

现在将参考附图通过示例的方式描述本发明，其中：

图1示出实现本发明的电机的分解视图；

图2是从替换角度来看的图1的电机的分解视图；

图3示出实现本发明的电机的部分横截面视图；

图4示出根据本发明的实施例的转子和定子。

具体实施方式

图1和图2示出包含根据本发明的具有触停配置的电动机的电动机组件，其中，电动机组件包括内置电子器件并且被配置为用作容纳轮子的轮毂电机或轮内电动机。然而，本发明可以包含在任何形式的电动机中。电动机还可以被配置为发电机。

图2示出从相对侧来看的与图1相同的组件的分解视图。

为了本实施例的目的，如图1和图2所示，轮内电动机包括定子252和转子240。定子252包括带有热沉的主定子底盘253、多个线圈254和安装在主定子底盘253的后部用于驱动线圈的电子模块255。线圈254形成在定子齿层叠片上以形成线圈绕组。定子齿可以被制造为主定子底盘253的一部分或者作为可安装至定子底盘253的单独元件。定子盖256安装在主定子底盘253的后部，包封电子模块255以形成定子252，其之后可以固定至车辆并且在使用期间不相对于车辆旋转。

在主定子底盘253的前表面上有至少一个凸起表面，其中前表面被配置为当转子安装至定子时面向转子，凸起表面在电动机的旋转轴的方向上远离前表面延伸。在定子的制造期间，凸起表面可以形成为主定子底盘253整体的一部分。然而，为了本实施例的目的，在定子底盘被制造之后凸起表面形成在安装至主定子底盘253上的单独元件上，如下所述。

为了本实施例的目的，电子模块255包括两个控制装置400，其中每个控制装置400通常包括逆变器和控制逻辑。

转子240包括前部220和形成盖的圆筒部分221，其基本上围绕定子252。转子包括围绕圆筒部分221的内侧配置的多个永磁体242。为了本实施例的目的，32个磁体对安装在圆筒部分221的内侧。然而，可以使用任意数量的磁体对。

当转子安装至定子时，磁体被配置为紧密靠近定子252上的线圈绕组，以使得由线圈所产生的磁场与围绕转子240的圆筒部分221的内侧配置的磁体242相互作用以使转子240旋转。为了确保转子可以在不受定子干扰的情况下围绕定子旋转，层叠的定子齿401的顶部表面和磁体242的底部表面之间存在空气间隙。典型的空气间隙将在1.0mm的区域中。因为永磁体242被利用以生成用于驱动电动机的驱动扭矩，永磁体通常被称为驱动磁体。

安装在转子240的前部220的内侧上的、邻近定子252的是凸起的环形盘部分，其中，凸起的环形盘在电动机的旋转轴的方向上远离转子的前部延伸。环形盘可以在转子的制造期间形成为转子整体的一部分。然而，为了本实施例的目的，环形盘在转子被制造之后形成为安装至转子的单独元件，如下所述。

如下所述，主定子底盘253上的凸起表面和转子上的凸起环形盘用作触停区域，触停区域被配置为用作定子和转子之间的接触点以在转子在其使用期间变得扭曲、变形或相对于定子倾斜的情况下防止转子驱动磁体与定子齿接触，由此避免定子层叠片和/或磁体242损坏的风险。

优选地，主定子底盘253上的凸起表面和转子上的凸起环形盘中的至少一个由低摩擦材料制成，由此允许主定子底盘253上的凸起表面和转子上的凸起环形盘用作触停支撑体。

转子240通过轴承块223附接至定子252。轴承块223可以是将在该电机组件要被安装至的车辆中使用的标准轴承块。轴承块包括两个部件，第一部件固定至定子，第二部件固定至转子。轴承块固定至定子252的壁的中央部分253并且还固定至转子240的外壳壁220的中央部分225。由此，转子240在转子240的中央部分225处经由轴承块223旋转地固定至与其一起使用的车辆。这具有以下优点：轮缘和轮胎之后可以通过使用普通的车轮螺栓将轮缘固定至转子的中央部分，从而牢固地固定在轴承块223的可旋转侧而在中央部分225处固定至转子240。车轮螺栓可以穿过转子的中央部分225固定至轴承块本身。在转子240和车轮都安装至轴承块223的情况下，转子和车轮的旋转角一一对应。

尽管主定子底盘253上的凸起表面和转子上的凸起环形盘防止转子驱动磁体与定子齿接触以减少触停表面接触的发生，但该轴承的倾斜刚度优选地基于指定设计标准被选择为高于预定刚度。例如，通过使轴承具有高于5500Nm/deg的倾斜刚度，将最小化在车辆以对转子施加横向力的高达1g横向加速度转弯操作过程中触停表面接触的风险。

转子外壳还包括聚焦环和磁体227以用于位置感测。

在转子的外周壁221和定子外壳230的外边缘之间设置了V形密封件。

通常，为了在保持结构强度的同时减少重量，转子外壳和主定子底盘253由铝合金制成。

如图3所示，形成在主定子底盘253的前表面上的用作触停表面的凸起表面300被配置为在前表面上具有基本对应于凸起环形盘310的径向位置的径向位置，凸起环形盘310形成在转子240的前部220的内表面上。

尽管主定子底盘253上的凸起表面300和转子240的前部220上的凸起环形盘310可以分别位于主定子底盘253和转子240上的任何径向位置，但为了图3所示的实施例的目的，主定子底盘253和转子240的前部220上的互补凸起表面300、310仅位于定子齿的半径内。然而，优选地，期望在高结构刚度的区域中具有以最大可能半径定位的触停表面。如果触停表面接触，触停表面离车轮轴承的旋转中心越远，在触停表面上所产生的压力将越低。

因为转子240上安装的驱动磁体和定子齿401的顶部表面之间的空气间隙通常小于转子240和定子252上的相邻表面之间的间隙(转子240和定子252上的相邻表面形成基本垂直于电动机的旋转轴的平面)，通过将触停支撑体表面300、310设置在转子240和定子252上的相邻表面之间，改进了用于设计触停支撑体表面300、310之间的间隙的大小的公差需求，由此有助于简化触停支撑体的制造。

针对转子驱动磁体和定子齿之间的触停条件所需的轴承的倾斜角旋转是旋转的轴承中心和可能的最远撞击位置的相对位置的函数。触停点离倾斜中心越远，所需的角度倾斜越大。例如，在本实施例内，在不使用根据本发明的触停表面的情况下，如果转子驱动磁体和定子齿之间的触停以1度的轴承倾斜发生，其在300mm的直径处在定子和转子上具有触停表面，在触停表面之间的间隙小于3mm将防止转子驱动磁体和定子齿之间发生触停。类似地，在150mm的直径处在定子和转子上具有触停表面，在触停表面之间的间隙小于2mm将防止转子驱动磁体和定子齿之间发生触停。这样，当触停表面之间的距离大于定子齿和转子上的最近点之间的距离时，触停可以使用定子和转子的位于基本垂直于电动机的旋转轴的平面上的触停表面来防止定子齿和转子驱动磁体之间的触停。

为了优化转子240和定子252上各自的触停表面300、310之间的接触区域，优选地定子上的触停表面300的角度被设置为对应于为了环形盘310与定子252上的触停表面300进行接触而需要转子240倾斜的倾斜角度，由此确保定子252和转子240上各自的触停表面300、310在触停表面之间发生触停时基本上平行。

尽管形成在主定子底盘253的前表面上的凸起表面300可以被配置为在主定子底盘253上沿着径向位置延伸以形成环形盘，但通常形成在主定子底盘253的前表面上的凸起表面300将具有对应于形成在转子240的前部的内表面上的凸起环形盘310的段的长度，如图4所示。形成在主定子底盘253的前表面上的凸起表面300可以是任何适当的长度。

在形成在主定子底盘253的前表面上的凸起表面300具有对应于形成在转子240的前部的内表面上的凸起环形盘310的段的长度的实施例中，定子252上的凸起表面300可以位于主定子底盘253上围绕由转子上的环形盘的半径所限定的半径的任何径向位置中。然而，优选地，为了最小化在附接至转子的轮子在车轮的横向方向上撞击边缘时(即，边缘撞击情况)发生损坏的风险，形成在主定子底盘253上的前表面上的凸起表面300形成在前表面的下部，其当定子252安装至车辆时更靠近定子252的底部。

可替换地，多个凸起表面300可以形成在主定子底盘253的前表面上，其中每个凸起表面300具有对应于形成在转子240上的凸起环形盘310的段的长度，每个凸起表面段被配置为防止转子磁体在不同方向与定子齿接触。例如，一个凸起表面300可以在较下的部分在主定子底盘253的前表面上形成以防止转子驱动磁体由于边缘撞击而与定子齿接触，另一凸起表面300可以在较上的部分在主定子底盘253的前表面上形成以在转子240的顶部相对于车辆向内倾斜时防止转子驱动磁体与定子齿接触。

为了在触停事件发生时最小化定子252和转子240之间的摩擦，优选地，将低摩擦材料应用于定子252上的凸起表面300和/或转子240上的凸起环形盘310，低摩擦材料例如是尼龙、塑料、或诸如PTFE、Apticote、Teflon或如碳DLL的金刚石的其他涂层。可替换地，在定子上的凸起表面300和转子240上的凸起环形盘310是分别安装至定子和转子的单独元件的情况下，该单独元件可以由低摩擦材料制造。如果低摩擦材料被应用/安装在转子上，则转子上的触停表面的摩擦系数可能低于定子上的触停表面的摩擦系数。如果触停事故发生，低摩擦材料的使用允许触停表面300、310相对于彼此滑行或滑动，由此将定子252和转子240之间的摩擦力保持最小。

关于是否在一个或多个触停表面300、310上利用低摩擦材料的标准可以根据将电动机安装至车辆所使用的轴承的刚度特性来制定。

例如，如果轴承刚度被选择以允许当车辆经历最大转弯负载时在电动机的触停表面之间发生触停，为了在这些情况下最小化定子252和转子240之间的摩擦，优选地将低摩擦材料应用于一个或多个触停表面300、310。然而，如果轴承刚度被选择以防止当车辆经历最大转弯负载时在电动机的触停表面300、310之间发生触停，则触停可能仅在诸如边缘撞击情况的不合理负载下发生，在正常驱动情况期间这种情况将不会发生并且在该情况下，应用于触停表面300、310的低摩擦材料将没有很大益处。

尽管优选实施例利用相对于定子252和转子240上各自的表面凸起的触停表面300、310，但任何接触表面可以形成在定子252和转子240上。例如，转子240上的凸起环形盘310的深度可以被选择以避免对定子252上的凸起表面300的需要，或者，一个或多个凹口被加工在主定子底盘253的前表面中，并且例如低摩擦聚合物支撑体的低摩擦支撑体被插入每一个凹口中。支撑体的表面的一部分从主定子底盘253的前表面延伸，以使得在通过转子240上的环形盘310发生触停事故时，将允许转子240相对于定子252滑行或滑动。

Claims (12)

1.一种电动机或发电机，包括具有用于安装电线圈的部件的定子以及转子，其中，所述定子具有在基本垂直于所述转子的旋转轴的平面上的第一表面，以及所述转子具有形成在与所述定子的第一表面基本相同的径向位置中的第二表面，其中，当所述转子垂直于所述转子的所述旋转轴发生枢转时，所述第一表面和所述第二表面被配置为防止所述转子与所述用于安装电线圈的部件接触。

2.根据权利要求1所述的电动机或发电机，其中，所述用于安装电线圈的部件包括定子齿。

3.根据权利要求1或2所述的电动机或发电机，其中，所述第一表面形成在所述定子上的第一元件上和/或所述第二表面形成在安装在所述转子上的第二元件上。

4.根据权利要求3所述的电动机或发电机，其中，所述第一元件具有比安装所述第一元件的定子表面更低的摩擦系数。

5.根据权利要求3或4所述的电动机或发电机，其中，所述第二元件具有比安装所述第二元件的转子表面更低的摩擦系数。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电动机或发电机，其中，所述第二表面的摩擦系数低于所述第一表面的摩擦系数。

7.根据前述权利要求中任一项所述的电动机或发电机，其中，所述第二元件是安装在所述转子上的环形盘。

8.根据前述权利要求中任一项所述的电动机或发电机，其中，当所述转子垂直于所述旋转轴发生枢转以使得所述第一表面与所述第二表面接触时，所述第一表面被配置为基本平行于所述第二表面。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电动机或发电机，还包括轴承，其中所述轴承被配置为禁止所述转子垂直于所述旋转轴发生枢转，以防止由于小于1g的横向加速度而产生的在所述旋转轴的方向上的力使所述第一表面与所述第二表面接触。

10.根据权利要求3-9中从属于权利要求3时的任一项所述的电动机或发电机，其中，所述第一元件和/或所述第二元件是低摩擦塑料。

11.根据前述权利要求中任一项所述的电动机或发电机，其中，所述第一表面和所述第二表面之间的距离大于所述定子齿和所述转子上的最近点之间的距离。

12.根据前述权利要求中任一项所述的电动机或发电机，其中，所述转子具有安装在所述转子的与所述定子齿相对的表面上的永磁体。