CN117614223A - 轴向磁通电机及具有其的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轴向磁通电机及具有其的车辆。轴向磁通电机包括：定子总成；转子总成，两个转子总成与定子总成沿轴向同心布置，两个转子总成分别位于定子总成的两端，转子总成与定子总成具有间隙地设置；转子轴，转子轴沿轴向穿过定子总成和转子总成，且转子轴与转子总成连接；其中，转子总成至少包括沿径向方向向内依次设置的转子外铜环、转子铁心和转子内铜环，转子铁心具有沿径向延伸设置的多个转子槽，多个转子槽沿转子总成的周向间隔设置，转子槽内设置有铜条，转子槽的两端均为开口结构。应用本发明的技术方案，转子总成采用无磁钢的鼠笼结构，解决了目前轴向磁通电机成本高的问题，进一步提升了效率，简化了装配工艺。

Description

轴向磁通电机及具有其的车辆

技术领域

本发明涉及电机领域，具体而言，涉及一种轴向磁通电机及具有其的车辆。

背景技术

现有技术中，随着新能源汽车技术的快速发展，对于车用驱动电机的性能要求越来越高，轴向磁通电机在新能源汽车上的应用也越来越普遍。目前由于永磁材料使用的稀土的昂贵特性导致永磁材料价格增长，而且双转子轴向磁通电机采用双转子，磁钢用量更高从而导致永磁轴向磁通电机成本很高。

目前为了降低轴向磁通电机的成本，通常采用两种技术路线，一种是采用双定子单转子拓扑，另一种是采用内置磁钢转子，增加磁阻转矩降低永磁体用量，但以上两种技术路线均无法避免高价的永磁体材料，无法实质上有效的降低轴向磁通电机的成本。

针对上述现有技术中轴向磁通电机成本较高的技术问题，目前尚未提出有效解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种轴向磁通电机及具有其的车辆，以解决现有技术中轴向磁通电机成本较高的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种轴向磁通电机，包括：定子总成；转子总成，转子总成为两个，两个转子总成与定子总成沿轴向同心布置，两个转子总成分别位于定子总成的两端，转子总成与定子总成具有间隙地设置；转子轴，转子轴沿轴向穿过定子总成和转子总成，且转子轴与转子总成连接，以使转子总成带动转子轴转动；其中，转子总成至少包括沿径向方向向内依次设置的转子外铜环、转子铁心和转子内铜环，转子铁心具有沿径向延伸设置的多个转子槽，多个转子槽沿转子总成的周向间隔设置，转子槽内设置有铜条，转子槽的两端均为开口结构，以使铜条的两端通过开口结构分别延伸至转子外铜环和转子内铜环内。

进一步地，转子总成还包括转子支架，转子支架具有环形容纳腔，环形容纳腔内设置转子外铜环、转子铁心和转子内铜环，转子铁心具有沿轴向突出设置的多个转子齿，转子齿沿转子铁心的径向延伸设置，多个转子齿沿转子铁心的周向具有距离地设置，以使得相邻转子齿之间形成转子槽；转子外铜环的周向开设有多个第一装配孔，铜条的第一端延伸至第一装配孔内；转子内铜环的周向开设有多个第二装配孔，铜条的第二端延伸至第二装配孔内。

进一步地，铜条在周向方向的宽度与转子槽在周向方向的宽度相同地设置，铜条在轴向方向的厚度与转子槽在轴向方向的深度相同地设置。

进一步地，转子齿在周向方向的宽度沿径向方向向外逐渐增大地设置，转子槽在沿周向方向的宽度沿径向方向向外保持一致地设置。

进一步地，转子铁心采用薄硅钢片冲压厚卷绕成型。

进一步地，定子总成包括：环形支架，环形支架内设置有定子及绕组总成，环形支架的侧壁上设置供定子及绕组总成的绕组端部穿出的穿设部；定子端板，定子端板为两个，两个定子端板分别位于定子及绕组总成的两端，以使定子及绕组总成位于两个定子端板与环形支架围设成的封闭腔体内。

进一步地，定子及绕组总成包括：定子铁心，定子铁心包括定子轭，定子轭的两侧分别突出设置有多个定子齿，定子齿沿径向方向延伸设置，多个定子齿沿周向间隔设置，以使相邻定子齿之间形成定子槽；定子绕组总成，定子绕组总成为两个，两个定子绕组总成沿定子铁心的轴向分别设置于定子铁心的两端。

进一步地，定子总成还包括定子外圈，定子外圈设置于定子及绕组总成的外部，定子外圈上开设有供定子绕组总成的绕组端部穿出的避让孔；定子内圈，定子内圈设置于定子铁心的内部；定子轭的外径大于定子齿的外径设置，定子轭的内径小于定子齿的内径设置，定子轭、定子外圈、定子内圈上均开设有沿径向设置的通孔，定子轭、定子外圈、定子内圈通过通孔连接。

进一步地，定子铁心采用硅钢片卷绕成型。

进一步地，定子端板采用PEEK材料制成。

根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，车辆具有轴向磁通电机，轴向磁通电机为上述的轴向磁通电机。

应用本发明的技术方案，转子总成和定子总成在轴向布置，定子总成布置在两个转子总成之间，转子总成采用无磁钢的鼠笼结构，解决了目前轴向磁通电机成本高的问题。同时这种轴向磁通电机转子采用铜条和铜环，相比普通的铸铝鼠笼进一步提升了效率，简化了装配工艺。采用双转子单定子拓扑结构，双转子和定子在轴向布置，扁平式结构可以给车辆留出更多的空间。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的轴向磁通电机的实施例的结构示意图；

图2示出了根据本发明的轴向磁通电机的转子总成的第一实施例的结构示意图；

图3示出了根据本发明的轴向磁通电机的转子总成的第二实施例的结构示意图；

图4示出了根据本发明的轴向磁通电机的转子铁心的实施例的结构示意图；

图5示出了根据本发明的轴向磁通电机的定子总成的第一实施例的结构示意图；

图6示出了根据本发明的轴向磁通电机的定子总成的第二实施例的结构示意图；

图7示出了根据本发明的轴向磁通电机的定子绕组的实施例的结构示意图；

图8示出了根据本发明的轴向磁通电机的定子铁心的实施例的结构示意图；

图9示出了根据本发明的轴向磁通电机的定子铁心及绕组总成的实施例的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、定子总成；

10、铜条；

100、环形支架；101、穿设部；

11、定子壳体；

12、定子外圈；

13、定子绕组总成；

14、定子铁心；

15、定子支撑销；

16、定子内圈；

17、定子端板；

18、锁紧螺母；

19、定子及绕组总成；

2、转子总成；

3、定子端盖；

4、转子轴；

5、轴承；

6、转子支架；

7、转子外铜环；

8、转子铁心；

9、转子内铜环。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

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。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

结合图1至图9所示，根据本申请的具体实施例，提供了一种轴向磁通电机。

轴向磁通电机包括定子总成1、转子总成2和转子轴4，转子总成2为两个，两个转子总成2与定子总成1沿轴向同心布置，两个转子总成2分别位于定子总成1的两端，两个转子总成2与定子总成1具有间隙地设置，转子轴4沿轴向穿过定子总成1和转子总成2，且转子轴4与转子总成2连接，以使转子总成2带动转子轴4转动，其中，转子总成2至少包括沿径向方向向内依次设置的转子外铜环7、转子铁心8和转子内铜环9，转子铁心8具有沿径向延伸设置的多个转子槽，多个转子槽沿转子总成2的周向间隔设置，转子槽内设置有铜条10，转子槽的两端均为开口结构，以使铜条10的两端通过开口结构分别延伸至转子外铜环7和转子内铜环9内。

采用上述实施例中的技术方案，转子总成2和定子总成1在轴向布置，定子总成1布置在两个转子总成2之间，转子总成2采用无磁钢的鼠笼结构，解决了目前轴向磁通电机成本高的问题。同时这种轴向磁通电机转子采用铜条10和铜环，相比普通的铸铝鼠笼进一步提升了效率，简化了装配工艺。采用双转子单定子拓扑结构，双转子和定子在轴向布置，扁平式结构可以给车辆留出更多的空间。

具体地，转子总成2还包括转子支架6，转子支架6具有环形容纳腔，环形容纳腔内设置转子外铜环7、转子铁心8和转子内铜环9，转子铁心8具有沿轴向突出设置的多个转子齿，转子齿沿转子铁心8的径向延伸设置，多个转子齿沿转子铁心8的周向具有距离地设置，以使得相邻转子齿之间形成转子槽，转子外铜环7的周向开设有多个第一装配孔，铜条10的第一端延伸至第一装配孔内，转子内铜环9的周向开设有多个第二装配孔，铜条10的第二端延伸至第二装配孔内。通过在转子外铜环7上开设第一装配孔、在转子内铜环9上设置第二装配孔，实现转子外铜环7、铜条10、转子内铜环9的装配，形成鼠笼结构，转子装配工艺简单且成本低。

具体地，铜条10在周向方向的宽度与转子槽在周向方向的宽度相同地设置，铜条10在轴向方向的厚度与转子槽在轴向方向的深度相同地设置。即令铜条10与转子槽的尺寸一致地设置，可使得铜条10与转子铁心8的表面平齐，使得转子总成的表面平整。

具体地，转子齿在周向方向的宽度沿径向方向向外逐渐增大地设置，转子槽在沿周向方向的宽度沿径向方向向外保持一致地设置。这样使得转子槽呈矩形，铜条10相应地为矩形，扁平式结构利于装配且制造过程更简单。

具体地，转子铁心8采用薄硅钢片冲压厚卷绕成型。这样可简化制造难度，一次成型，降低生产成本。

进一步地，定子总成1包括环形支架100和定子端板17，环形支架100内设置有定子及绕组总成19，环形支架100的侧壁上设置供定子及绕组总成19的绕组端部穿出的穿设部，两个定子端板17分别位于定子及绕组总成19的两端，以使定子及绕组总成19位于两个定子端板17与环形支架100围设成的封闭腔体内。

在本申请的一个示范性实施例中，穿设部突出于环形支架100的侧壁设置，穿设部开设有与环形支架100内部空间连通的穿设孔，以使绕组端部穿出。通过设置环形支架100、定子端板17，可实现对定子及绕组总成19的限位定位和封闭，避免外部杂质进入。

进一步地，定子及绕组总成19包括定子铁心14和定子绕组总成13，定子铁心14包括定子轭，定子轭的两侧分别突出设置有多个定子齿，定子齿沿径向方向延伸设置，多个定子齿沿周向间隔设置，以使相邻定子齿之间形成定子槽，定子绕组总成13为两个，两个定子绕组总成13沿定子铁心14的轴向分别设置于定子铁心14的两端。通过设置定子铁心14和两个定子绕组总成13，可实现单定子双转子拓扑结构。轴向排列有效减少占用空间。

其中，定子总成1还包括定子外圈12、定子内圈16和定子轭，定子外圈12设置于定子及绕组总成19的外部，定子外圈12上开设有供定子绕组总成13的绕组端部穿出的避让孔，定子内圈16设置于定子铁心14的内部，定子轭的外径大于定子齿的外径设置，定子轭的内径小于定子齿的内径设置，定子轭、定子外圈12、定子内圈16上均开设有沿径向设置的通孔，定子轭、定子外圈12、定子内圈16通过通孔连接。通过设置在定子外圈12、定子内圈16、定子轭上的通孔，可实现对定子外圈12、定子内圈16和定子轭连接固定。

在本申请的一个示范性实施例中，定子轭、定子外圈12、定子内圈16通过穿设于通孔中的定子支撑销15连接，定子支撑销15将定子轭、定子外圈12、定子内圈16固定为一体。

具体地，定子铁心14采用硅钢片卷绕成型。卷绕式结构可一次性形成定子齿和通孔，简化了制造难度。

具体地，定子端板17采用PEEK材料制成。PEEK材料具有不导磁不导电的特性，可避免定子端板17对电机工作产生干扰。

在本申请的一个示范性实施例中，定子总成1和转子总成2沿轴向同心布置，转子总成2布置在定子总成1两侧，定子总成1和转子总成2在轴向保持固定，两转子总成2通过键槽固定于转子轴4上，轴向通过锁紧螺母18限制转子总成2的轴向移动，定子端盖3为两个，两个定子端盖3分别设置于定转子总成2的两侧，两个定子端盖3与转子轴4通过两个轴承5连接。

根据本申请的另一具体实施例，还提供了一种车辆，车辆具有轴向磁通电机，轴向磁通电机为上述实施例中的轴向磁通电机。

本申请还提供了一种轴向磁通电机的优选实施例，其目的在于解决简化装配工艺，提升效率降低成本。为了简化装配工艺与降低成本，轴向磁通电机结构上针对材料做出优化设计，与传统永磁电机的电机转子、定子结构有所不同。

具体地，轴向磁通电机包括定子总成1、转子总成2、定子端盖3、转子轴4和轴承5，定子总成1和转子总成2沿轴向同心布置，转子总成2布置在定子总成1两侧，定子总成1和转子总成2在轴向保持固定且具有较小的距离。

两转子总成2通过键槽固定于转子轴4上，轴向通过锁紧螺母18限制转子总成2的轴向移动，定子端盖3为两个，两个定子端盖3分别设置于定转子总成2的两侧，定子端盖3与转子轴4通过轴承5连接。

转子总成2由转子铁心8、铜条10、转子内铜环9、转子外铜环7和转子支架6组成，转子铁心8、转子内铜环9、转子外铜环7和铜条10一体组成，整体与转子支架6连接，从而使转子支架6对转子内铜环9和转子外铜环7进行位置限定。

转子铁心8由薄硅钢片冲压厚卷绕成型，转子铁心8冲压成等间距形状，在转子铁心8靠近定子总成1的一侧冲出开口，卷绕后的转子铁心8具有多个转子齿，多个转子齿沿转子铁心8的周向具有距离地设置，以使得相邻转子齿之间形成转子槽，转子齿在周向方向的宽度沿径向方向向外逐渐增大地设置，转子槽在沿周向方向的宽度沿径向方向向外保持一致地设置。

转子内铜环9设置于转子铁心8的内侧，转子外铜环7设置于转子铁心8的外侧，且均在周向设置矩形孔，矩形孔的数量和转子齿的数量相等。铜条10的截面为矩形，且截面宽度与转子槽宽度相等，截面厚度与转子槽深度相等，铜条10的一端嵌入转子内铜环9的矩形孔内，铜条10的另一端嵌入转子外铜环7的矩形孔内，铜条10的中间部分嵌入转子槽内，铜条10与转子内铜环9和转子外铜环7导通。

定子总成1包括定子及绕组总成、定子内圈16、定子外圈12、定子端板17和定子支撑销15，定子及绕组总成由定子铁心14和定子绕组总成13组成，两套定子绕组总成13分别位于定子铁心14的两侧，定子铁心14由硅钢片卷绕成型，定子铁心14内圈和定子铁心14外圈各有一薄壁，定子铁心14包括两面定子齿，两面定子齿之间为定子轭，定子齿沿径向方向延伸设置，多个定子齿沿周向间隔设置，以使相邻定子齿之间形成矩形定子槽，定子轭中间为卷绕成型的均匀分布的多个通孔。定子及绕组总成的内圈为定子内圈16，定子及绕组总成的外圈为定子外圈12，定子及绕组总成的两端为定子端板17，定子轭、定子外圈12、定子内圈16上均开设有沿径向设置的通孔，定子轭、定子外圈12、定子内圈16通过通孔连接，两端的定子端板17将定子及绕组总成、定子内圈16和定子外圈12封闭，组成密闭的腔体。定子端板17由不导磁不导电的PEEK材料制成。

应用本实施例的技术方案，通过设定转子内材料为铜导体，结构设置为矩形截面，简化转子装配工艺，定子采用卷绕式结构，一次性形成定子齿和通孔，简化制造难度，并且有效降低了成本。

本实施例中的轴向磁通电机采用无磁钢的鼠笼结构，可以解决目前轴向磁通电机成本高的问题，同时这种轴向磁通电机转子采用铜条和铜环，相比普通的铸铝鼠笼进一步提升了效率，简化了装配工艺。即，与现有的轴向磁通电机相比，本实施例中的轴向磁通电机具有以下显著效果：

(1)转子采用矩形铜导体，转子装配工艺简单且成本低；

(2)定子采用卷绕式结构，一次性形成定子齿和通孔，简化了制造难度；

(3)轴向磁通电机为扁平式结构，给车辆留出更多的空间，更利于整车装配。

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。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种轴向磁通电机，其特征在于，包括：

定子总成(1)；

转子总成(2)，所述转子总成(2)为两个，两个所述转子总成(2)与所述定子总成(1)沿轴向同心布置，两个所述转子总成(2)分别位于所述定子总成(1)的两端，所述转子总成(2)与所述定子总成(1)具有间隙地设置；

转子轴(4)，所述转子轴(4)沿轴向穿过所述定子总成(1)和所述转子总成(2)，且所述转子轴(4)与所述转子总成(2)连接，以使所述转子总成(2)带动所述转子轴(4)转动；

其中，所述转子总成(2)至少包括沿径向方向向内依次设置的转子外铜环(7)、转子铁心(8)和转子内铜环(9)，所述转子铁心(8)具有沿径向延伸设置的多个转子槽，多个所述转子槽沿所述转子总成(2)的周向间隔设置，所述转子槽内设置有铜条(10)，所述转子槽的两端均为开口结构，以使所述铜条(10)的两端通过所述开口结构分别延伸至所述转子外铜环(7)和所述转子内铜环(9)内。

2.根据权利要求1所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述转子总成(2)还包括：

转子支架(6)，所述转子支架(6)具有环形容纳腔，所述环形容纳腔内设置所述转子外铜环(7)、所述转子铁心(8)和所述转子内铜环(9)，所述转子铁心(8)具有沿轴向突出设置的多个转子齿，所述转子齿沿所述转子铁心(8)的径向延伸设置，多个所述转子齿沿所述转子铁心(8)的周向具有距离地设置，以使得相邻所述转子齿之间形成所述转子槽；

所述转子外铜环(7)的周向开设有多个第一装配孔，所述铜条(10)的第一端延伸至所述第一装配孔内；

所述转子内铜环(9)的周向开设有多个第二装配孔，所述铜条(10)的第二端延伸至所述第二装配孔内。

3.根据权利要求2所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述铜条(10)在周向方向的宽度与所述转子槽在周向方向的宽度相同地设置，所述铜条(10)在轴向方向的厚度与所述转子槽在轴向方向的深度相同地设置。

4.根据权利要求2或3所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述转子齿在周向方向的宽度沿径向方向向外逐渐增大地设置，所述转子槽在沿周向方向的宽度沿径向方向向外保持一致地设置。

5.根据权利要求1或2所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述转子铁心(8)采用薄硅钢片冲压厚卷绕成型。

6.根据权利要求1或2所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述定子总成(1)包括：

环形支架(100)，所述环形支架(100)内设置有定子及绕组总成(19)，所述环形支架(100)的侧壁上设置供所述定子及绕组总成(19)的绕组端部穿出的穿设部(101)；

定子端板(17)，所述定子端板(17)为两个，两个所述定子端板(17)分别位于所述定子及绕组总成(19)的两端，以使所述定子及绕组总成(19)位于两个所述定子端板(17)与所述环形支架(100)围设成的封闭腔体内。

7.根据权利要求6所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述定子及绕组总成(19)包括：

定子铁心(14)，所述定子铁心(14)包括定子轭，所述定子轭的两侧分别突出设置有多个定子齿，所述定子齿沿径向方向延伸设置，多个所述定子齿沿周向间隔设置，以使相邻所述定子齿之间形成定子槽；

定子绕组总成(13)，所述定子绕组总成(13)为两个，两个所述定子绕组总成(13)沿所述定子铁心(14)的轴向分别设置于所述定子铁心(14)的两端。

8.根据权利要求7所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述定子总成(1)还包括：

定子外圈(12)，所述定子外圈(12)设置于所述定子及绕组总成(19)的外部，所述定子外圈(12)上开设有供所述定子绕组总成(13)的绕组端部穿出的避让孔；

定子内圈(16)，所述定子内圈(16)设置于所述定子铁心(14)的内部；

所述定子轭的外径大于所述定子齿的外径设置，所述定子轭的内径小于所述定子齿的内径设置，所述定子轭、所述定子外圈(12)、所述定子内圈(16)上均开设有沿径向设置的通孔，所述定子轭、所述定子外圈(12)、所述定子内圈(16)通过所述通孔连接。

9.根据权利要求7所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述定子铁心(14)采用硅钢片卷绕成型。

10.根据权利要求6所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述定子端板(17)采用PEEK材料制成。

11.一种车辆，其特征在于，所述车辆具有轴向磁通电机，所述轴向磁通电机为权利要求1-10中任一项所述的轴向磁通电机。