CN111917206A - 一种自适应弱磁盘式电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机领域，具体涉及一种自适应弱磁盘式电机。一种自适应弱磁盘式电机，包括：定子；转子，所述转子包括转子支架和导磁盘，所述导磁盘随转地装配在所述转子支架上，所述导磁盘可相对于所述转子支架轴向滑动，所述导磁盘与所述定子相对的端面上分布有永磁体，所述转子支架和所述导磁盘之间形成有轴向深度沿径向减小的腔体；离心件，所述离心件容纳在所述腔体内，所述离心件在离心作用下径向向外运动，以推动所述导磁盘轴向远离所述定子。解决了现有技术中电机需施加弱磁电流来进行弱磁控制，效率低，控制不当易造成永磁体退磁的技术问题。

Description

一种自适应弱磁盘式电机

技术领域

本发明涉及电机领域，具体涉及一种自适应弱磁盘式电机。

背景技术

当前电动自行车普及率已经非常高，但是电动摩托车却不多见，因为使用轮毂电机的车辆通常车速不会很高，通常在60到70公里是极限，而电动摩托车一般要求车速到100公里以上，则中置电机是必然的，中置电机通过皮带或者链条带动摩托车后轮旋转，一般不使用变速箱，这就要求电机高效率区间更加宽，低速时候有扭矩，又能有高转速运转。

通常现有技术都是设计高凸极率的电机，采用控制器弱磁控制来提高电机的调速范围，这个方法固然能满足要求，但是其实也存在一些缺点：1、弱磁控制需要在电机上施加弱磁电流，这会在一定程度上降低电机效率，弱磁电流控制不当还会造成电机永磁体永久性退磁；2、凸极率高的电机通常转矩密度低，要想达到设计需要的扭矩，通常需要更加大的体积和制造成本；3、弱磁控制需要使用高精度的位置传感器，通常需要使用编码器或者旋转变压器，这不利于成本的控制。

发明内容

为了解决现有技术中电机需施加弱磁电流来进行弱磁控制，效率低，控制不当易造成永磁体退磁的技术问题，本发明提出一种自适应弱磁盘式电机，解决了上述技术问题。本发明的技术方案如下：

一种自适应弱磁盘式电机，包括：定子；转子，所述转子包括转子支架和导磁盘，所述导磁盘随转地装配在所述转子支架上，所述导磁盘可相对于所述转子支架轴向滑动，所述导磁盘与所述定子相对的端面上分布有永磁体，所述转子支架和所述导磁盘之间形成有轴向深度沿径向减小的腔体；离心件，所述离心件容纳在所述腔体内，所述离心件在离心作用下径向向外运动，以推动所述导磁盘轴向远离所述定子。

本申请的自适应弱磁盘式电机，在转子的转子支架和导磁盘之间设置轴向深度沿径向减小的腔体，腔体内容纳离心件。当转子高速转动时，离心件在离心作用下在腔体内径向向外运动，推动导磁盘轴向远离定子，导磁盘上的永磁体和定子之间的气隙长度增大，从而可减弱磁场强度，进而可改善电机高速运转下的弱磁调速性能。本申请的自适应弱磁盘式电机，利用盘式电机的特点，巧妙的利用电机转动时候的离心力来调节电机的气隙长度，达到控制磁场强度的目的，从而大幅增加电机的调速范围，由于是电机结构本身是采用的转矩密度最高的表贴磁钢，所以电机既有最高的低速转矩，又有超大范围调速区间，不需要弱磁电流的加入，所以电机磁钢退磁风险大幅降低，效率也明显提高。

根据本发明的一个实施例，所述转子支架和所述导磁盘之间设置有弹性件。

根据本发明的一个实施例，所述导磁盘包括径向分布的安装部和工作部，所述安装部与所述转子支架活动连接，所述工作部相对于所述安装部轴向靠近所述定子，所述工作部与所述定子相对的端面上表贴所述永磁体。

根据本发明的一个实施例，所述导磁盘通过固定件限位装配在所述转子支架上，所述固定件平行于轴线设置。

根据本发明的一个实施例，所述弹性件套设在所述固定件上，所述弹性件的两端分别作用于所述转子支架和所述导磁盘，静止状态下，所述弹性件在磁吸力的作用下呈压缩状态。

根据本发明的一个实施例，所述转子支架上形成有第一凹陷，所述导磁盘上形成有第二凹陷，所述第一凹陷和所述第二凹陷开口相对形成容纳所述离心件的腔体。

根据本发明的一个实施例，所述腔体为至少两个，至少两个所述腔体沿周向均匀分布。

根据本发明的一个实施例，所述离心件上连接有配重件。

根据本发明的一个实施例，所述配重件与所述离心件铰接，所述配重件和所述离心件一并径向滑动。

根据本发明的一个实施例，所述转子上开有径向开口，所述配重件穿过所述径向开口并沿所述径向开口滑动。

基于上述技术方案，本发明所能实现的技术效果为：

1.本发明的自适应弱磁盘式电机，在转子的转子支架和导磁盘之间设置轴向深度沿径向减小的腔体，腔体内容纳离心件。当转子高速转动时，离心件在离心作用下在腔体内径向向外运动，推动导磁盘轴向远离定子，导磁盘上的永磁体和定子之间的气隙长度增大，从而可减弱磁场强度，进而可改善电机高速运转下的弱磁调速性能。本申请的自适应弱磁盘式电机，利用盘式电机的特点，巧妙的利用电机转动时候的离心力来调节电机的气隙长度，达到控制磁场强度的目的，从而大幅增加电机的调速范围，由于是电机结构本身是采用的转矩密度最高的表贴磁钢，所以电机既有最高的低速转矩，又有超大范围调速区间，不需要弱磁电流的加入，所以电机磁钢退磁风险大幅降低，效率也明显提高；

2.本发明的自适应弱磁盘式电机，转子支架和导磁盘之间设置弹性件，以减小所需的离心推力：静止状态下，弹性件处于压缩状态，弹性件施加一个最大的推力给导磁盘，此时，转子和定子之间的磁吸力是大于弹性件推力的，所以导磁盘还是处于静止状态；当电机开始运转时，离心力产生的推力开始增加，当离心力产生的推力及弹性件的推力的合力大于磁吸力的时候，导磁盘开始轴向远离转子支架移动，随着转速的越来越高，距离越来越远，最终弹性件处于自然状态，仅仅是离心力产生的推力和磁吸力的对抗，最终达到最高速度；当电机减速的时候，离心力产生的推力不足以对抗磁吸力的时候，导磁盘轴向靠近转子支架移动，此时又变成了弹性件的推力和离心力产生的推力的合力和磁吸力的对抗，直到转速降为零的时候，离心力消失，此时磁吸力大于弹性件推力，导磁盘回到原来位置；

3.本发明的自适应弱磁盘式电机，离心件上配置配重件，通过配重件的设置可增加离心件的重量，可适当减小离心件的体积，进而减小整个电机的体积；配重件穿过径向开口滑动，可实现对配重件和离心件的运动方向的限位。

附图说明

图1为本发明的自适应弱磁盘式电机的立体图；

图2为自适应弱磁盘式电机的主视图；

图3为图2的A-A剖面图；

图4为去掉外壳后的自适应弱磁盘式电机的结构示意图；

图5为去掉外壳后的自适应弱磁盘式电机的剖面图；

图6为去掉外壳和导磁盘后的自适应弱磁盘式电机的结构示意图；

图7为图6的B部放大图；

图8为转子支架的结构示意图；

图中：1-定子；2-转子；21-转子支架；211-第一凹陷；212-容纳孔；213-第一开口；214-安装孔；22-导磁盘；23-永磁体；3-离心件；4-弹性件；5-固定件；6-配重件；61-连接结构；7-转轴；8-外壳。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1-8所示，本实施例提供了一种自适应弱磁盘式电机，包括定子1和转子2，定子1和转子2均呈盘状，定子1被固定装配，转子2被转动装配，定子1与转子2上的永磁体23轴向间隙配合。转子2内设置有离心件3，电机高速运转的情况下，离心件3在离心作用下径向向外运动，推动转子2上的永磁体23轴向远离定子1，增加定子1和转子2之间的气隙长度，实现电机在高速下的弱磁控制，可具有超大范围的调速区间。该调节过程无需人为操作，也无需增设驱动结构，不需要弱磁电流的加入，巧妙地利用电机转动时候的离心力即可实现自动调节。

定子1和转子2均设置在外壳8内，外壳8内转动装配有转轴7，定子1通过轴承转动在转轴7上，为防止定子1随转轴7转动，定子1的外周可与外壳8的内壁进行连接。转子2装配在转轴7上并随转轴7转动。转子2包括转子支架21和设置在其上的导磁盘22，导磁盘22的与定子1相对的端面上分布有若干个永磁体23，永磁体23与定子1之间轴向间隙配合。具体地，转子支架21固定装配在转轴7上，导磁盘22随转地装配在转子支架21上，导磁盘22可相对于转子支架21轴向滑动，永磁体23表贴在导磁盘22上。

作为本实施例的优选技术方案，转子支架21上的中部开有安装孔214，转轴7穿过安装孔214，以实现转子支架21固定装配在转轴7上。优选地，安装孔214可延伸设置有限位槽，转轴7的形状与安装孔214及限位槽的形状相适应，以防止转轴7和转子支架21之间发生相对偏转。

作为本实施例的优选技术方案，导磁盘22包括径向分布的安装部和工作部，安装部和工作部通过连接部连接成一体，安装部用于与转子支架21进行连接，连接部轴向延伸，工作部相对于安装部更加靠近定子1，工作部的与定子1相对的端面上分布有永磁体23。导磁盘22通过固定件5限位装配在转子支架21上。

作为本实施例的优选技术方案，安装部通过固定件5与转子支架21连接，固定件5可至少为两个且平行于轴线设置，至少两个固定件5的端部固定在转子支架21上，导磁盘22套设在转轴7上，导磁盘22的安装部穿过固定件5，导磁盘22可沿固定件5轴向滑动。

为自适应改变导磁盘22与定子1之间的轴向间隙，离心件3设置在转子支架21和导磁盘22之间，离心件3可在离心力的作用下推动导磁盘22轴向运动，以带动其上的永磁体23轴向远离定子1，进而增加定子1和转子2之间的气隙长度，实现高速下的弱磁控制。具体地，转子支架21的与导磁盘22的安装部相对的端面上设置有第一凹陷211，导磁盘22的安装部的与转子支架21相对的端面上设置有第二凹陷，第一凹陷211和第二凹陷开口相对形成容纳离心件3的腔体，腔体径向延伸，腔体的轴向深度沿径向向外逐渐减小。本实施例中，第一凹陷211的轴向深度沿径向向外逐渐减小，第二凹陷的轴向深度恒定，第一凹陷211和第二凹陷开口相通形成轴向深度沿径向向外逐渐减小的腔体。除此之外，还可设置第一凹陷211和第二凹陷为其它形状，只要腔体的轴向深度沿径向向外逐渐减小即可。通过设置上述腔体形状，当离心件3置于腔体内，并在离心力的作用下径向向外运动时，离心件3运动至腔体的轴向深度较小处，可推动导磁盘22轴向远离定子1。

作为本实施例的优选技术方案，离心件3包括两个同轴连接的离心滚轮，如此离心件3可在腔体内滚动运动，以减少与腔体内壁之间的摩擦力。

为了保证离心件3对导磁盘22轴向推力，离心件3连接有配重件6，以增加离心件3的质量，离心件3的尺寸和质量可适当减小，进而可减小转子2的尺寸，防止电机过大。配重件6通过连接结构61与离心件3连接，具体地，连接结构61的一端与配重件6连接，连接结构61的另一端与离心件3铰接，配重件6和离心件3一起径向滑动。优选地，连接结构61与离心件3的两个离心滚轮之间的连接轴铰接。优选地，转子2上开有径向开口，具体地，转子支架21上开有第一开口213，导磁盘22上对应开有第二开口，第一开口213和第二开口对应连通形成径向开口，配重件6穿过径向开口并可沿径向开口往复滑动，径向开口的设置可起到对配重件6的滑动方向的限定。

作为本实施例的优选技术方案，转子支架21和导磁盘22之间还设置有弹性件4。本实施例中，弹性件4套设在固定件5上，且位于转子支架21和导磁盘22之间，弹性件4的两端分别作用于转子支架21和导磁盘22。优选地，弹性件4的两端分别与转子支架21和导磁盘22连接。静止状态下，弹性件4处于压缩状态，弹性件4施加一个最大的推力给导磁盘22，此时，转子2和定子1之间的磁吸力是大于弹性件4推力的，所以导磁盘22还是处于静止状态；当电机开始运转时，离心力产生的推力开始增加，当离心力产生的推力及弹性件4的推力的合力大于磁吸力的时候，导磁盘22开始轴向远离转子支架21移动，随着转速的越来越高，距离越来越远，最终弹性件4处于自然状态，仅仅是离心力产生的推力和磁吸力的对抗，最终达到最高速度；当电机减速的时候，离心力产生的推力不足以对抗磁吸力的时候，导磁盘22轴向靠近转子支架21移动，此时又变成了弹性件4产生的推力和离心力产生的推力的合力和磁吸力的对抗，直到转速降为零的时候，离心力消失，此时磁吸力大于弹性件4的推力，导磁盘回到原来位置。弹性件4可选但不限于弹簧。

优选地，转子支架21的靠近导磁盘22的安装部的端面上开有容纳孔212，固定件5的一端伸入到容纳孔212中与转子支架21固定连接，部分弹性件4容纳在容纳孔212中，可减小转子2的尺寸进而减小电机的尺寸，且弹性件4在拉伸和压缩的过程中不易发生扭曲。

基于上述结构，本实施例的自适应弱磁盘式电机的工作原理为：

静止状态下，离心件3未受到离心力的作用，离心件3位于腔体的轴向深度最大处，离心件3不会对导磁盘22产生轴向推力，转子2和定子1之间的磁吸力大于弹性件4的推力，弹性件4处于压缩状态，导磁盘22上的永磁体23与定子1之间的气隙长度最小。

当转轴7带动转子2低速旋转时，导磁盘22受到的离心件3的轴向推力和弹性件4的推力之和小于转子2和定子1之间的磁吸力，导磁盘22的轴向位置不会发生变化，再加上电机采用转矩密度最高的表贴磁钢，电机具有最高的低速转矩。

当转轴7带动转子2高速旋转时，导磁盘22受到的离心件3的轴向推力增加，当离心件3的轴向推力和弹性件4的推力之和大于磁吸力，导磁盘22开始轴向远离转子支架21移动，永磁体23与定子1之间的气隙长度逐渐增加到最大，磁场强度减弱，可有效改善电机在高速运转下的弱磁调速性能，电机具有超大范围的调速区间。

当电机减速时，离心件3的轴向推力不足以对抗磁吸力的时候，导磁盘22轴向靠近转子支架21移动，此时又变成了弹性件4产生的推力和离心力3产生的推力的合力和磁吸力的对抗，直到转速降为零的时候，离心力消失，此时磁吸力大于弹性件4推力，导磁盘22回到原来位置。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明的宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种自适应弱磁盘式电机，其特征在于，包括：

定子(1)；

转子(2)，所述转子(2)包括转子支架(21)和导磁盘(22)，所述导磁盘(22)随转地装配在所述转子支架(21)上，所述导磁盘(22)可相对于所述转子支架(21)轴向滑动，所述导磁盘(22)与所述定子(1)相对的端面上分布有永磁体(23)，所述转子支架(21)和所述导磁盘(22)之间形成有轴向深度沿径向减小的腔体；

离心件(3)，所述离心件(3)容纳在所述腔体内，所述离心件(3)在离心作用下径向向外运动，以推动所述导磁盘(22)轴向远离所述定子(1)。

2.根据权利要求1所述的一种自适应弱磁盘式电机，其特征在于，所述转子支架(21)和所述导磁盘(22)之间设置有弹性件。

3.根据权利要求2所述的一种自适应弱磁盘式电机，其特征在于，所述导磁盘(22)包括径向分布的安装部和工作部，所述安装部与所述转子支架(21)活动连接，所述工作部相对于所述安装部轴向靠近所述定子，所述工作部与所述定子(1)相对的端面上表贴所述永磁体(23)。

4.根据权利要求2-3任一项所述的一种自适应弱磁盘式电机，其特征在于，所述导磁盘(22)通过固定件(5)限位装配在所述转子支架(21)上，所述固定件(5)平行于轴线设置。

5.根据权利要求4所述的一种自适应弱磁盘式电机，其特征在于，所述弹性件(4)套设在所述固定件(5)上，所述弹性件(4)的两端分别作用于所述转子支架(21)和所述导磁盘(22)，静止状态下，所述弹性件(4)在磁吸力的作用下呈压缩状态。

6.根据权利要求1所述的一种自适应弱磁盘式电机，其特征在于，所述转子支架(21)上形成有第一凹陷(211)，所述导磁盘(22)上形成有第二凹陷，所述第一凹陷(211)和所述第二凹陷开口相对形成容纳所述离心件(3)的腔体。

7.根据权利要求6所述的一种自适应弱磁盘式电机，其特征在于，所述腔体为至少两个，至少两个所述腔体沿周向均匀分布。

8.根据权利要求1所述的一种自适应弱磁盘式电机，其特征在于，所述离心件(3)上配置有配重件(6)。

9.根据权利要求8所述的一种自适应弱磁盘式电机，其特征在于，所述配重件(6)与所述离心件(3)铰接，所述配重件(6)和所述离心件(3)一并径向滑动。

10.根据权利要求9所述的一种自适应弱磁盘式电机，其特征在于，所述转子(2)上开有径向开口，所述配重件(6)穿过所述径向开口并沿所述径向开口滑动。

Images