CN116868483A - 具有机械独立的定子的轴向磁通马达 - Google Patents

Abstract

一种轴向磁通马达，包括：定子组件，该定子组件包括定子壳体，该定子壳体容纳安装在轭架中的多个定子芯，各定子芯包括电线绕组；转子组件，该转子组件包括：转子壳体，该转子壳体通过至少一个轴承而与轴相互连接；板，该板与轴相互连接；以及多个磁体，这些磁体与板相互连接；其中，定子组件设置成在没有改变的情况下与第一构造的转子组件和第二构造的转子组件相互连接。

Description

具有机械独立的定子的轴向磁通马达

技术领域

本发明实施例总体涉及一种轴向磁通马达，该轴向磁通马达在没有显著改变的情况下用于很多应用中。更特别是，本发明实施例涉及一种轴向磁通马达，该轴向磁通马达包括机械独立的模块化定子组件，该模块化定子组件设置成接受各种转子组件构造。

背景技术

本领域普通技术人员应当理解，轴向磁通马达通常用于泵中，该泵使用叶轮或其他旋转部件，该叶轮或其他旋转部件设置成使水、油和其他流体运动。轴向磁通马达还用于旋转风扇、电子存储介质等。使用轴向磁通马达的一个优点是它们的尺寸，因为它们能够非常容易地按比例缩小。实际上，无刷DC马达的部件经常直接包含在印刷电路板中。

轴向磁通马达通常包括与转子间隔开的定子。如名称所指的那样，“轴向”是指在定子和转子之间的间隙与转子旋转轴线对齐或平行的情况。定子通常是电磁体，该电磁体由绕一个或多个芯卷绕的导体形成，该芯通常是金属。壳体容纳定子。转子使用一个或多个永磁体。在操作中，激励电磁体或改变通过其中的电流将产生恒定或可变磁场，该恒定或可变磁场与转子的永磁体的磁场相互作用。电磁场极性的选择性改变使得转子旋转。转子与轴相互连接，该轴与叶轮叶片、齿轮、风扇等相互连接。

将无刷DC马达包含在汽车中通常需要大量的努力。例如，将现有的DC马达适配至汽车中通常需要改变马达的定子壳体。定子的内部部件也可能需要改变，这是昂贵且耗时的。更特别是，无刷DC马达通常是集成单元，其中，定子组件、转子组件、控制板和相应的壳体设置在单个单元中。因此，马达应用中的变化必然需要壳体和内部部件的设计变化，这导致增加了部件成本和交付时间。

轴向磁通马达的一些汽车应用包括用于泵送流体的泵，特别是在内燃机中的冷却液体，或者需要冷却流体循环泵的其他应用。

本领域的代表是美国专利申请2015/0030479，它公开了一种具有轴向磁通马达的湿转子泵。定子布置在干区中，而叶轮上的转子布置在湿区中。转子由一个或多个钐钴(SmCo)永磁体来形成。

代表性技术还包括美国专利申请2017/0016449，它公开了一种泵，该泵包括：壳体，该壳体局部限定空腔；叶轮，该叶轮布置在空腔中，叶轮包括第一盘和布置在该第一盘上的叶片，叶轮可操作而绕旋转轴线旋转；第一定子芯，该第一定子芯布置在壳体上；绕组，该绕组布置在第一定子芯上；以及第一进口，该第一进口由壳体限定，其中，第一进口、叶轮和壳体局部限定了流体流动路径。

长期以来需要提供一种具有模块化部件的轴向磁通马达，其中，标准定子组件设置成接收多个转子组件。

发明内容

本发明的一些实施例的一个方面是提供一种包括定子组件和转子组件的轴向磁通马达。转子组件包括转子，该转子有多个永磁体，并通过至少一个轴承而与转子壳体相互连接。转子可以包括用于与风扇或叶轮相互连接的集成轴。替代地，转子可与接收风扇或转子的轴操作地相互连接。转子组件壳体设置成接收附加部件，例如与它的任务相关联的喷嘴或管-水泵、油泵等。转子组件壳体还包括凸缘，用于选择地与定子组件的相应凸缘相互连接。定子组件容纳定子，该定子包括定子芯，该定子芯被线卷绕，以便形成电磁体。定子的磁力与永磁体的磁场相互作用，以使得转子旋转。

本领域普通技术人员应当理解，定子组件和转子组件必须布置成彼此相邻，用于使马达合适地工作。本发明实施例的一个方面是提供一种能够在多种应用中使用的模块化定子组件。本发明实施例主要涉及具有集成控制板的模块化的机械独立的定子组件。相关联的转子包含在专用壳体中，其中，不管应用如何，定子组件都相同。因此，专用软件提供给集成控制板。而且，一些实施例的预期定子组件没有任何运动部件例如轴，其中，在定子组件和相互连接的专用转子组件之间的相互作用纯粹通过磁力来驱动。下面更详细介绍的附图表示了在油泵和水泵应用中使用的定子组件。

本文中使用的术语“一”或“一个”实体是指一个或多个该实体。因此，术语“一”(或“一个”)、“一个或多个”和“至少一个”在本文中可互换使用。而且，本文中使用的短语“至少一个”、“一个或多个”和“和/或”是开放式表达，它们在操作中既相关又独立。例如，表述“A、B和C中的至少一个”、“A、B或C中的至少一个”、“A、B和C中的一个或多个”、“A、B或C中的一个或多个”和“A、B和/或C”各自都表示单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起或者A、B和C一起。

除非另外说明，否则在说明书和附图中使用的表示数量、尺寸、条件等的所有数字应当理解为近似值，它们可以在所有情况下根据本文所述的新颖组件和方法的特殊应用的需要而进行修改。

本文中使用的“包括”、“包含”或“有”以及它们的变化形式将包括在后面列出的项和它们的等效物以及附加项。因此，术语“包括”、“包含”或“有”以及它们的变化形式在本文中可互换使用。

应当理解，本文所用的术语“装置”应当根据35U.S.C.，112(f)节而给予最广义的可能解释。因此，包含术语“装置”的权利要求应当覆盖本文阐述的所有结构、材料或动作以及它们的所有等效物。而且，结构、材料或动作以及它们的等效物应当包括在发明内容、附图说明、具体实施方式和附图中所述的所有那些结构、材料或动作以及它们的等效物。

本发明的概述并不应当解释为代表本发明的全部范围。也就是，通过本文所述的本发明公开内容，将清楚这些和其他方面和优点。而且，上述实施例、方面、目的和构造既不完整也不是穷举。应当理解，本发明的其他实施例能够单独或组合地使用上文阐述或下文介绍的一个或多个特征。而且，本文对“本发明”或其方面的引用应当理解为意指本发明的某些实施例，并不应当解释为将所有实施例限制于特定说明。本发明在发明内容以及附图和详细说明中以各种详细程度来阐述，且本发明的范围将并不由在发明内容中的包括或不包括元件、部件等来限制。通过详细说明，特别是当结合附图时，将更容易清楚本发明的其它方面。

附图说明

包含在说明书中并构成说明书一部分的附图表示了本发明的实施例，并与上面给出的本发明总体说明和下面给出的附图详细说明一起解释这些发明的原理。

图1是与油泵结合使用的本发明一个实施例的轴向磁通马达的透视图；

图2是图1的剖视图；

图3是图1的另一剖视图，它主要表示了定子组件；

图4是定子组件的前部透视图；

图5是定子组件的后部透视图；

图6是本发明一个实施例的定子芯的透视图；

图7是与图6所示的定子芯结合使用的定子线圈的透视图；

图8是设置成与油泵一起使用的本发明一个实施例的转子组件的剖视图；

图9是与水泵结合使用的本发明另一实施例的轴向磁通马达的透视图；

图10是图9的剖视图；以及

图11是在图9所示的实施例中使用的转子组件的剖视图。

应当理解，附图不一定按比例绘制。在某些情况下，对于理解本发明并不必需或使得其他细节难以领会的细节可以省略。当然，应当理解，本发明并不必须局限于本文所述的特定实施例。

具体实施方式

图1-11表示了轴向磁通马达2，该轴向磁通马达2包括与转子组件10相互连接的定子组件6。本发明实施例的定子组件6是模块化的，它能够接受各种构造的转子组件10。例如，所示定子组件能够接受设置成在油泵或水泵中使用的转子组件。本领域普通技术人员应当理解，预期的定子组件可以接受其他转子组件。

图2和图3是表示图1的定子组件的剖视图。定子组件6包括定子壳体14，该定子壳体14容纳由多个电磁体形成的定子15。更具体地说，定子15包括轭架16，该轭架16有从它延伸的多个芯18，该芯18接收电线绕组22。因此，卷绕的芯形成磁极。芯可以是棱柱形的，具有基本三角形的横截面。公知的热灌封可以用于定子壳体中，以便包覆定子。热灌封通过提供来自定子和定子壳体的可靠传热装置而使得轴向磁通马达更冷却地运行。通常通过铁和铜的损失以及由涡电流(该涡电流由变化的磁场在定子和绕组中感应产生)引起的电阻加热或者通过从泵送的冷却流体(在水泵应用的情况下)以及从发动机缸体(在汽车应用中)或其他使用环境(未示出)到壳体的传热而进行加热。再有，本发明的一些实施例的主要方面是提供一种定子组件6，它能够接受各种构造的转子组件并与各这些转子组件一起起作用。

电力和控制电子器件23布置在与定子壳体14相连的电子器件壳体24中。电力电子器件控制轴的转速，还能够检测故障。电子器件壳体还容纳控制单元，该控制单元用于选择性地控制流过电线的电流的量和特性，以便在电磁体中产生磁场。控制方法可以包括PWM、LIN协议/总线或CAN协议/总线。LIN总线是基于串行通信协议的子总线系统。总线是使用单线来传输数据的单主/多从总线。控制器局域网或CAN协议是在各种电子装置之间的通信方法，该电子装置例如发动机管理系统、水泵、油泵、主动悬架、ABS、齿轮控制器、照明控制器、空调、气囊、嵌入在汽车中的中央锁。PWM或脉宽调制是在包括控制电路的各种应用中使用的一种数字信号。壳体还可以包括散热器26，该散热器26设计成消散由定子产生的热量。还提供与控制单元、电源等电连通的连接器。

图6和图7表示了本领域普通技术人员应当熟悉的定子部件。同样，定子芯由轭架16形成，该轭架16有从它延伸的多个芯18。线圈22包括绕各芯18布置的多个(例如六个)线圈。绕组可以包括具有圆形或扁平横截面的电线。扁平电线可以有正方形或矩形横截面。扁平电线或圆电线可以由铜或铝制造。绕组的绕组平面垂直于轴的轴线延伸，因此，磁通沿轴向方向延伸。一个实施例的马达使用具有六个磁极的定子，并有大约120W-250W的额定功率。其它实施例采用九个磁极或十五个磁极的定子，并分别产生大约400W-1200W和1500W-3500W。实际上，在本发明的一些实施例中，定子磁极的长度减小，以使得定子线圈集成至印刷电路板中。

定子组件的内部容积(包括在芯的中间处的中心部分)可以容纳延伸穿过其中的至少一个电线。定子组件的内部容积(包括芯的中间处的中心部分)可以完全灌封。因此，定子组件可以有具有基本封闭的内部容积的定子。本领域技术人员应当理解，所示线圈阻止定子使用传统上在很多无刷DC马达中发现的轴。还有，预期的一些实施例的定子组件没有任何运动部件，例如轴或轴承。转子轴并不延伸至定子壳体中或穿过定子。在定子组件和相互连接的专用转子组件之间的相互作用纯粹通过磁力来驱动。换句话说，转子可以完全位于转子壳体内，轴并不延伸穿过在转子壳体和定子壳体之间的边界，且定子完全位于定子壳体内。

在一个实施例中，传统的或3D霍尔效应位置传感器位于中心(即大致对应于轭架的纵向轴线)，并与马达的控制电路相互连接。预期的霍尔效应传感器设计成减少马达启动时间，并将嵌入上述灌封中，其中，感测表面朝向转子侧暴露。本领域技术人员应当理解，霍尔效应传感器通过感测来自转子的磁场的方向来工作。因此，转子将使它的一个磁体延伸，或者使用另外的磁体来产生位置感测磁场。

图8表示了在图1的轴向磁通马达中使用的转子组件10。转子组件包括壳体50，该壳体50容纳轴54，该轴54通过至少一个轴承58而与壳体相互连接。轴承58可以包括整体轴承，其中，轴54包括轴承内圈。而且，轴承可以包括双列滚珠轴承或双列滚柱轴承。预期的滚柱轴承可以包括柱形或锥形滚柱。通过由一个实施例的轴向磁通马达构造而提供的泵轴的较短长度，从而能够使用单个轴承。

轴与容纳多个转子磁体66的板62相互连接。多个磁体可以包括具有环绕圆周的磁极的环磁体或者具有在交替位置中的磁极的多个单独磁体。磁体可以包括铁氧体、稀土或其他已知材料。磁体使用已知方法附接在板上。例如，永磁体可以粘接在板上。本领域普通技术人员应当理解，在一些情况下，永磁体用胶水固定在板上，但是可以使用其他相互连接机构，例如过盈配合、焊接等。

另一制造方法，转子由烧结处理来制造，其中，粉末材料(其中一种是磁性的)在模具中压缩，并可能被加热，以便形成转子。随后将磁体引入转子，以便在转子上产生磁化区域，该磁化区域产生永磁场。该制造处理的实例在美国临时专利申请No.62/959,010(参考号O19-056)中介绍，该文献被本文参引。

在一个实施例的转子和定子之间提供0.2mm至1.5mm范围内的气隙。气隙优选地尽可能小，以便实现最大磁效率。凸缘70可以用于使得转子组件10与定子组件的互补凸缘74相互连接(例如见图3)。在操作中，例如由定子产生的磁场与转子磁体66的磁场相互作用，以使得轴旋转，以便操作泵。

图9-11表示了集成在水泵中的本发明另一实施例的轴向磁通马达102。这里，定子组件106与图2所示的构造相同。不过，转子组件110稍微不同，其中，它设置成作为具有进口180和出口184的水泵来操作。本发明一个实施例的板162与轴154相互连接，轴154与叶轮188连接。在操作中，叶轮旋转，以使得流体从进口运动至出口，这是本领域普通技术人员应当理解的。重要的是应当注意，定子组件106的部件与图1所示的实施例中相同。

已经介绍了本发明实施例的示例特征。不过，为了避免不必要地模糊本发明实施例，前述说明可以省略本领域普通技术人员理解的、通常包括在本发明实施例中的多个已知装置、方法、系统、结构和/或设备。这种省略不应当解释为对要求保护的发明范围的限制。具体细节阐述为用于提供对本发明的一些实施例的理解。不过，应当理解，本发明实施例可以以超出本文所述的具体细节的各种方式来实践。

本领域技术人员将想到本文所述的本发明各种实施例的变化形式和改变。应当清楚地理解，这些变化形式和改变在本发明的范围和精神内，如在随后权利要求中所述。而且，应当理解，本文所述的发明并不在它的应用方面局限于在前述说明书中阐述或在附图中表示的部件的构造和布置的细节。也就是，本文所述的本发明实施例能够以各种方式来实践或执行。本文所述的各种实施例的范围由随后的权利要求来表示，而不是由前述说明书表示。且在权利要求的等效物的含义和范围内的所有变化都包含在它们的范围内。将获得在允许的程度上包括替代实施例的权利，包括要求保护的那些替代、可互换和/或等效的结构、功能、范围或步骤，无论这些替代、可互换和/或等效的结构、功能、范围或步骤是否在本文中公开，且并不公开贡献任何可专利的主题。

前述公开内容并不将本发明限制于本文公开的一种或多种形式。在前述详细说明中，例如，为了简化本发明的目的，在一个或多个实施例中将本发明的各种特征组合在一起。本发明的方法不应当解释为反映要求保护的发明需要比明确叙述的特征更多的特征。相反，如随后的权利要求所反映的那样，发明方面将少于单个前述公开实施例的所有特征。因此，随后的权利要求包含在该详细说明中，其中，各权利要求独立地作为本发明的单独优选实施例。而且，本文所述的本发明实施例包括基本如本文所示和所述的部件、方法、处理、系统和/或装置，包括它们的各种子组合和子集。因此，本领域技术人员应当理解，能够提供本发明实施例的一些特征而并不提供其他特征。换句话说，如本文公开的任何一个或多个方面、特征、元件、装置或实施例可以与如本文所公开的任何一个或多个其他方面、特征、元件、装置或实施例组合。

Claims (13)

1.一种轴向磁通马达，包括：

定子组件，所述定子组件包括定子壳体，所述定子壳体容纳安装在轭架中的多个定子芯，每个定子芯包括电线绕组；

转子组件，所述转子组件包括：转子壳体，所述转子壳体通过至少一个轴承而与轴相互连接；板，所述板与所述轴相互连接；以及多个磁体，所述多个磁体与所述板相互连接；

其中，定子组件设置成在没有改变的情况下与第一构造的转子组件和第二构造的转子组件相互连接。

2.根据权利要求1所述的轴向磁通马达，其中：第一构造的转子组件与油泵相关联，第二构造的转子组件与水泵相关联，所述轴与叶轮相互连接。

3.根据权利要求1所述的轴向磁通马达，其中：所述定子壳体包括凸缘，所述凸缘与所述转子壳体的凸缘接合。

4.根据权利要求1所述的轴向磁通马达，其中：所述定子包括接收相应的定子线圈的多个棱柱形芯。

5.根据权利要求1所述的轴向磁通马达，其中：在烧结处理中制造所述转子，所述烧结处理包括：

将第一材料添加至模具；

在所述第一材料的上方将第二材料添加至模具；

在模具内压缩所述第一材料和所述第二材料；以及

磁化所述第二材料。

6.根据权利要求1所述的轴向磁通马达，其中：所述电线绕组包括扁平电线。

7.根据权利要求1所述的轴向磁通马达，其中：所述电线绕组包括圆形电线。

8.根据权利要求1所述的轴向磁通马达，其中：所述定子组件包括集成控制板。

9.根据权利要求1所述的轴向磁通马达，其中：所述定子组件和转子组件并不机械地相互连接。

10.根据权利要求1所述的轴向磁通马达，其中：所述定子组件没有任何运动部件。

11.根据权利要求1所述的轴向磁通马达，其中：所述定子组件具有定子，所述定子有基本封闭的内部容积。

12.根据权利要求1所述的轴向磁通马达，其中：所述定子组件的内部容积容纳了延伸穿过的至少一个电线。

13.根据权利要求1所述的轴向磁通马达，其中：所述转子完全位于所述转子壳体内，所述轴并不延伸穿过在所述转子壳体和定子壳体之间的边界，且所述定子完全位于所述定子壳体内。