CN109842254A - 电机及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机技术领域，尤其是涉及一种电机及其设计方法。该电机，其包括电机轴、定子组件和转子组件；所述定子组件包括定子支架、第一定子和第二定子，所述第一定子和所述第二定子沿所述电机轴的径向设置，所述第一定子安装于所述定子支架上；所述定子支架与所述电机轴固定连接，且所述电机轴与所述转子组件之间能够发生相对转动。通过使定子组件与转子组件相配合，并且设置第一定子和第二定子，这样通过两个定子相叠加以产生较大的转矩，从而提高了电机的功率密度。

Description

电机及其设计方法

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其是涉及一种电机及其设计方法。

背景技术

电动汽车的驱动分为集中电机驱动方式和轮毂电机驱动方式；集中电机驱动方式包括电机、离合器、齿轮箱、差速器；轮毂电机驱动方式将轮毂电机安装于汽车车轮内部或者车轮旁边，省去了离合器和差速器等机械传动装置。

目前的永磁轮毂电机可分为减速驱动永磁轮毂电机和直接驱动永磁轮毂电机；减速驱动永磁轮毂电机通过齿轮箱给车轮提供动力，结构复杂；直接驱动永磁轮毂电机无需通过齿轮箱传动，而是将动力直接传给车轮，直接驱动永磁轮毂电机一般采用外转子结构，体积受到轮毂尺寸的限制，功率密度比较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电机及其设计方法，以解决现有技术中存在的直接驱动永磁轮毂电机的功率密度比较低的技术问题。

本发明提供了一种电机，其包括电机轴、定子组件和转子组件；所述定子组件包括定子支架、第一定子和第二定子，所述第一定子和所述第二定子沿所述电机轴的径向设置，所述第一定子安装于所述定子支架上；所述定子支架与所述电机轴固定连接，且所述电机轴与所述转子组件之间能够发生相对转动。

进一步地，所述转子组件包括第一转子和第二转子；所述第一转子与所述第一定子相配合，且所述第一转子与所述第一定子之间间隙设置；所述第二转子与所述第二定子相配合，且所述第二转子与所述第二定子之间间隙设置。

进一步地，所述转子组件还包括第一转子支架和第二转子支架，所述第一转子支架和所述第二转子支架相连接；所述第一转子安装于所述第一转子支架上，所述第二转子安装于所述第二转子支架上。

进一步地，所述第一定子和所述第二定子均包括定子铁心和定子绕组；所述定子绕组缠绕于所述定子铁心上。

进一步地，所述第一转子和所述第二转子均包括转子铁心。

进一步地，所述定子支架具有相对的内侧和外侧，所述第一定子安装于所述定子支架的外侧，所述第一转子的转子铁心围绕所述第一定子的定子铁心设置。

进一步地，所述第二定子安装于所述定子支架的内侧，所述第一定子的定子铁心围绕所述第二定子的定子铁心设置，所述第二定子的定子铁心围绕所述第二转子的转子铁心设置；

或，所述第二定子安装于所述电机轴上，所述第一定子的定子铁心围绕所述第二转子的转子铁心设置，所述第二转子的转子铁心围绕所述第二定子的定子铁心设置。

进一步地，还包括机壳、第一端盖和第二端盖；所述第一端盖固定于所述机壳的一端，所述第二端盖固定于所述机壳相对的另一端；所述电机轴穿过所述第一端盖与所述第二端盖，且所述第一端盖和所述第二端盖分别与所述电机轴通过轴承相连接。

进一步地，所述第一转子支架布置成所述机壳的一部分，所述第二转子支架与所述第二端盖固定连接。

本发明还提供了一种所述的电机的设计方法，该设计方法包括：

配置定子组件、转子组件和电机轴，其中，所述定子组件包括定子支架、第一定子和第二定子；将所述第一定子安装于所述定子支架上，并使所述第一定子和所述第二定子沿所述电机轴的径向设置；将所述定子组件与所述转子组件相配合，并将所述电机轴与所述转子组件配置成能够发生相对转动。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的电机，其包括电机轴、定子组件和转子组件；所述定子组件包括定子支架、第一定子和第二定子，所述第一定子和所述第二定子沿所述电机轴的径向设置，所述第一定子安装于所述定子支架上；所述定子支架与所述电机轴固定连接，且所述电机轴与所述转子组件之间能够发生相对转动。通过使定子组件与转子组件相配合，并且设置第一定子和第二定子，这样通过两个定子相叠加以产生较大的转矩，从而提高了电机的功率密度。

本发明还提供了所述的电机的设计方法，基于上述分析可知，该设计方法能够提高电机的功率密度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的电机的结构示意图(内部)；

图2为本发明实施例一提供的电机的去掉第一端盖和第二端盖后的结构示意图；

图3为本发明实施例一中机壳、第一端盖和第二端盖三者之间的爆炸图；

图4为本发明实施例一中第一定子的定子铁心的示意图；

图5为本发明实施例一中第二定子的定子铁心的示意图；

图6为本发明实施例二提供的电机的结构示意图(内部)。

图标：

101-电机轴；102-第一定子；103-第二定子；104-定子支架；105-筒盖；106-第一转子；107-第二转子；108-第二转子支架；109-定子铁心；110-定子绕组；111-转子铁心；113-机壳；114-第一端盖；115-第二端盖；116-永磁磁钢；117-轴向槽；118-轴承。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

参见图1至图5所示，本发明实施例提供了一种电机，其包括电机轴101、定子组件和转子组件；定子组件包括定子支架104、第一定子102和第二定子103，第一定子102和第二定子103均安装于定子支架104上；定子支架104与电机轴101固定连接，且电机轴101与转子组件之间能够发生相对转动。

具体而言，定子支架104可以为筒状结构，筒状结构的一端开口，另一端与筒盖105相连接，使得筒状结构的另一端呈封闭状；筒盖105与筒状结构之间连接方式可以为：筒盖105与筒状结构为一体结构，筒盖105与筒状结构之间通过螺钉固定连接。电机轴101穿过筒盖105，且筒盖105与电机轴101固定连接，两者间的固定方式可以为键连接。第一定子102和第二定子103均固定于定子支架104上，其固定方式可以螺钉连接或过盈配合。转子组件与定子组件相配合。第一定子102和第二定子103位于同一定子支架104上。

需要说明的是，该电机可以为直接驱动式永磁轮毂电机或其它类型的电机来使用。

本发明实施例提供的电机，通过使定子组件与转子组件相配合，并且设置第一定子102和第二定子103，这样通过两个定子相叠加以产生较大的转矩，从而提高了电机的功率密度。

该实施例可选的方案中，定子支架104具有相对的内侧和外侧，第一定子102安装于定子支架104的外侧，第二定子103安装于定子支架104的内侧。这样便于实现第一定子102与第二定子103在有限的空间的合理布局。

具体而言，由于定子支架104为筒状结构，所以内侧即筒状结构的内部，而外侧为筒状结构的外部；第一定子102固定在筒状结构的外表面，而第二定子103固定于筒状结构的内表面。第一定子102和第二定子103同轴设置。

该实施例可选的方案中，转子组件包括第一转子106和第二转子107；第一转子106与第一定子102相配合，且第一转子106与第一定子102之间间隙设置；第二转子107与第二定子103相配合，且第二转子107与第二定子103之间间隙设置。通过设置第一转子106和第二转子107，以便于实现分别与第一定子102和第二定子103的配合，从而有利于实现旋转力矩的叠加。

具体而言，第一转子106、第二转子107、第一定子102和第二定子103，该四者均与电机轴101同轴设置。第二转子107位于筒状结构的内部；而第一转子106位于筒状结构的外部。

该实施例可选的方案中，转子组件还包括第一转子支架和第二转子支架108，第一转子支架和第二转子支架108相连接；第一转子106安装于第一转子支架上，第二转子107安装于第二转子支架108上。通过设置第一转子支架和第二转子支架108以便于实现第一转子106和第二转子107的固定。

具体而言，第一转子106固定于第一转子支架上，其固定方式可以螺钉连接或过盈配合。第二转子107固定于第二转子支架108上，其固定方式可以螺钉连接或过盈配合。

该实施例可选的方案中，第一定子102和第二定子103均包括定子铁心109和定子绕组110；定子绕组110缠绕于定子铁心109上。

具体而言，第一定子102的定子铁心109基本呈环状，且第一定子102的定子铁心109套设在筒状结构的外表面上；第二定子103的定子铁心109基本呈环状，且第二定子103的定子铁心109安装于在筒状结构的内表面上。第一定子102的定子铁心109的外周面上开设有用于缠绕定子绕组110的轴向槽117；第二定子103的定子铁心109的内周面上开设有用于缠绕定子绕组110的轴向槽117。将第一定子102的定子绕组110和第二定子103的定子绕组110配置成，当第一定子102的定子绕组110通交流电后产生旋转磁场的方向和第二定子103的定子绕组110通交流电后产生旋转磁场的方向相同。需要说明的是，将第一定子102的定子绕组110和第二定子103的定子绕组110配置成上述方式可以采用现有技术来实现，该实施例不再具体阐述；另外，图2中只示意出了第一定子102和第二定子103，而并未示出轴向槽117和定子绕组110，第一定子102和第二定子103的具体结构参照图1、图4和图5所示。

该实施例可选的方案中，第一转子106和第二转子107均包括转子铁心111。

具体而言，第一转子106的转子铁心111与第一转子支架固定连接，第二转子107的转子铁心111与第二转子支架108固定连接。第二转子支架108基本呈筒状，第二转子107套设在第二转子支架108的外表面，且第二转子107的内表面与第二转子支架108的外表面相接触。

该实施例可选的方案中，第一转子106的转子铁心111围绕第一定子102的定子铁心109设置，第一定子102的定子铁心109围绕第二定子103的定子铁心109设置，第二定子103的定子铁心109围绕第二转子107的转子铁心111设置，也就是说，第一转子106的转子铁心111、第一定子102的定子铁心109、第二定子103的定子铁心109和第二转子107的转子铁心111由外向内依次相套设置，这样一个套着一个，从而可以优化电机的内部空间，并且进一步又提高电机的功率密度。

该实施例可选的方案中，电机还包括机壳113、第一端盖114和第二端盖115；第一端盖114固定于机壳113的一端，第二端盖115固定于机壳113相对的另一端；电机轴101穿过第一端盖114与第二端盖115，且第一端盖114和第二端盖115分别与电机轴101通过轴承118相连接。

具体而言，机壳113可以为横截面呈圆形的筒状结构，第一端盖114与机壳113的一端通过螺钉连接，第二端盖115与机壳113相对的另一端通过螺钉连接；轴承118可以通过过盈配合的方式固定于第一端盖114上及第二端盖115上。而电机轴101与第一端盖114上的轴承118的内圈固定连接，还与第二端盖115上的轴承118的内圈固定连接，固定连接的方式可以为过盈配合。电机轴101与机壳113同轴设置。

需要说明的是，轴承118还可以通过键连接的方式固定于第一端盖114上及第二端盖115上。

该实施例可选的方案中，第一转子支架布置成机壳113的一部分，也就是说，机壳113包括第一转子支架。第二转子支架108与第二端盖115固定连接，具体的连接方式可以是通过螺钉固定连接。定子支架104的开口端朝向第二端盖115，且第二转子支架108伸入定子支架104中。

该实施例可选的方案中，第一转子106和第二转子107还均包括永磁磁钢116。

该实施例可选的方案中，第一转子106的转子铁心111的内表面上嵌有多个永磁磁钢116，且多个永磁磁钢116沿第一转子106的转子铁心111的内表面的周向均匀分布。具体的可以在第一转子106的转子铁心111的内表面开设燕尾槽，这样便可以将永磁磁钢116通过过盈配合的方式固定于燕尾槽中，燕尾槽的槽底的宽度大于燕尾槽的槽口的宽度，这样可以避免永磁磁钢116脱落；永磁磁钢116为条状结构，且永磁磁钢116的横截面可以呈扇环形。需要说明的是，第一转子106的转子铁心111上的永磁磁钢116的数量可以为2～100个或者更多，具体的数量可以24、28、30、36、40、50、60等；永磁磁钢116还可以通过粘贴的方式固定于第一转子106的转子铁心111上。

该实施例可选的方案中，第二转子107的转子铁心111的外表面上嵌有多个永磁磁钢116，且多个永磁磁钢116沿第二转子107的转子铁心111的外表面的周向均匀分布。具体的可以在第二转子107的转子铁心111的外表面开设燕尾槽，这样便可以将永磁磁钢116通过过盈配合的方式固定于燕尾槽中，燕尾槽的槽底的宽度大于燕尾槽的槽口的宽度，这样可以避免永磁磁钢116脱落；永磁磁钢116为条状结构，且永磁磁钢116的横截面可以呈扇环形。需要说明的是，第二转子107的转子铁心111上的永磁磁钢116的数量可以为2～100个或者更多，具体的数量可以为24、28、30、36、40、50、60等；永磁磁钢116还可以通过粘贴的方式固定于第二转子107的转子铁心111上。

该实施例提供的电机，第一定子102的定子绕组110通有交流电后产生的旋转磁场，与第一转子106的转子铁心111上永磁磁钢116的磁场相互作用产生电磁转矩，电磁转矩提供转子旋转的动力。第二定子103的定子绕组110通有交流电后产生的旋转磁场，与第二转子107的转子铁心111上永磁磁钢116的磁场相互作用产生电磁转矩，电磁转矩提供转子旋转的动力。第一定子102的定子绕组110通有交流电后产生旋转磁场的方向和第二定子103的定子绕组110通有交流电后产生旋转磁场的方向相同，从而作用于第一转子106的转子铁心111上的电磁转矩方向和作用于第二转子107的转子铁心111上的电磁转矩方向是相同的。

实施例二

参照图6所示，该实施例二也提供了一种电机，该实施例的电机描述了所述第一定子102和所述第二定子103沿所述电机轴101的径向设置的另一种实现方案，除此之外的实施例一的技术方案也属于该实施例，不再重复描述。

该实施例中，第二定子103安装于电机轴101上，第一定子102的定子铁心109围绕第二转子107的转子铁心111设置，第二转子107的转子铁心111围绕第二定子103的定子铁心109设置，也就是说，第一转子106的转子铁心111、第一定子102的定子铁心109、第二转子107的转子铁心111和第二定子103的定子铁心109由外向内依次相套设置，这样一个套着一个，从而可以优化电机的内部空间，并且进一步又提高电机的功率密度。需要说明的是，该实施例中的，第一定子102的定子铁心109和第二定子103的定子铁心109的结构相同。

该实施例可选的方案中，第二定子103固定于电机轴101上，其固定方式可以螺钉连接或过盈配合。

实施例三

本发明实施例还提供了一种如实施例一中或实施例二中的电机的设计方法，该设计方法包括：

配置定子组件、转子组件和电机轴101，其中，定子组件包括定子支架104、第一定子102和第二定子103；将第一定子102和第二定子103安装于定子支架104上，并使第一定子102和第二定子103沿电机轴101的径向设置。

将定子组件与转子组件相配合，并将电机轴101与转子组件配置成能够发生相对转动。定子组件固定不动，转子组件借助于轴承118旋转。

综上所述，本发明实施例提供一种电机为双气隙型外转子永磁轮毂电机，双层气隙也就是第一转子106与第一定子102之间具有间隙，且第二转子107与第二定子103之间具有间隙，从而使得电机能够作为永磁轮毂电机直接驱动车轮时，具有功率密度高和电磁转矩大的特点。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。

Claims (10)

1.一种电机，其特征在于，包括电机轴、定子组件和转子组件；所述定子组件包括定子支架、第一定子和第二定子，所述第一定子和所述第二定子沿所述电机轴的径向设置，所述第一定子安装于所述定子支架上；所述定子支架与所述电机轴固定连接，且所述电机轴与所述转子组件之间能够发生相对转动。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述转子组件包括第一转子和第二转子；所述第一转子与所述第一定子相配合，且所述第一转子与所述第一定子之间间隙设置；所述第二转子与所述第二定子相配合，且所述第二转子与所述第二定子之间间隙设置。

3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述转子组件还包括第一转子支架和第二转子支架，所述第一转子支架和所述第二转子支架相连接；所述第一转子安装于所述第一转子支架上，所述第二转子安装于所述第二转子支架上。

4.根据权利要求2或3所述的电机，其特征在于，所述第一定子和所述第二定子均包括定子铁心和定子绕组；所述定子绕组缠绕于所述定子铁心上。

5.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，所述第一转子和所述第二转子均包括转子铁心。

6.根据权利要求2或3所述的电机，其特征在于，所述定子支架具有相对的内侧和外侧，所述第一定子安装于所述定子支架的外侧，所述第一转子的转子铁心围绕所述第一定子的定子铁心设置。

7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述第二定子安装于所述定子支架的内侧，所述第一定子的定子铁心围绕所述第二定子的定子铁心设置，所述第二定子的定子铁心围绕所述第二转子的转子铁心设置；

或，所述第二定子安装于所述电机轴上，所述第一定子的定子铁心围绕所述第二转子的转子铁心设置，所述第二转子的转子铁心围绕所述第二定子的定子铁心设置。

8.根据权利要求3所述的电机，其特征在于，还包括机壳、第一端盖和第二端盖；所述第一端盖固定于所述机壳的一端，所述第二端盖固定于所述机壳相对的另一端；所述电机轴穿过所述第一端盖与所述第二端盖，且所述第一端盖和所述第二端盖分别与所述电机轴通过轴承相连接。

9.根据权利要求8所述的电机，其特征在于，所述第一转子支架布置成所述机壳的一部分，所述第二转子支架与所述第二端盖固定连接。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的电机的设计方法，其特征在于，该设计方法包括：

配置定子组件、转子组件和电机轴，其中，所述定子组件包括定子支架、第一定子和第二定子；将所述第一定子安装于所述定子支架上，并使所述第一定子和所述第二定子沿所述电机轴的径向设置；将所述定子组件与所述转子组件相配合，并将所述电机轴与所述转子组件配置成能够发生相对转动。