CN1731654A

CN1731654A - 轴向间隙电动机

Info

Publication number: CN1731654A
Application number: CNA2005100897431A
Authority: CN
Inventors: 皆川裕介
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2005-08-05
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2025-08-05
Also published as: JP4882211B2; CN100578898C; US7256524B2; DE602005013454D1; JP2006050844A; US20060028081A1; EP1624552B1; EP1624552A1

Abstract

本发明公开了一种轴向间隙电动机，其中第一和第二定子设置在假想公共轴线的相互间隔开的位置上；而，两个转子在所述第一和第二定子之间同轴地且可旋转地设置于所述假想公共轴线的相互间隔开的位置上。

Description

轴向间隙电动机

技术领域

本发明一般涉及电动机，且尤其是涉及轴向间隙型的电动机，其包括可围绕其轴线旋转的转子轴，至少一个固定于转子轴并随之旋转的转子以及至少一个围绕转子轴设置并且与转子轴向间隔开的定子。

背景技术

迄今为止，已经提出了各种径向间隙电动机并投入实际使用，尤其是在需要高功率密度和低发热量的发电机领域中。它们中的一些公开在日本公开专利申请Tokkaihei 11-341758和Tokkai 2000-224836中。

11-341758示出的电动机包括圆筒形定子、围绕圆筒形定子可旋转地设置的外部转子以及可旋转地设置于圆筒形定子中的内部转子。而2000-224836示出的电动机包括圆筒形定子、于圆筒形定子中可旋转地设置于径向外侧的外部转子以及于圆筒形定子中可旋转地设置于径向内侧的内部转子。

在上面提及的两种电动机中，通过向定子供给复合电流，外部和内部转子被驱使彼此独立地旋转。

在后一参考文献即2000-224836的电动机中，由于在圆筒形定子径向内部区域中限定的必然有限的空间，提供具有足够尺寸的内部转子是相当困难，并因此难于期望从这种小尺寸的内部转子获得足够的扭矩。由于这一缺陷，前一参考文献即11-341758的那种类型的电动机近来得到广泛的应用。

除了上述径向间隙电动机，轴向间隙电动机也已公知，其中的一些是双转子类型，具有两个可互相独立旋转的转子。在这种类型的电动机中，两个转子相对于固定的单个定子可旋转地设置。两个输出轴或者类似物用于相应的两个转子，它们共轴安装用于接收两个转子的相应扭矩。

当上述两转子类型的轴向间隙电动机以复合电流供电时，需要将两个转设置在定子的轴向相对侧。不过，在这种情况下，由于公共轴线上的两个转子、两个输出轴和单个定子必然所需的复杂结构，相对于电动机外壳稳定地支撑或者保持定子是相当困难的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种两个转子类型的轴向间隙电动机，其避免了上述缺陷。

也就是说，根据本发明，提供了一种轴向间隙电动机，动机包括两个轴向设置的定子以及两个在所述两个定子之间轴向设置的转子。

根据本发明的第一方面，提供了一种轴向间隙电动机，其包括第一和第二定子，所述第一和第二定子以彼此面对的方式设置在假想公共轴线的相互间隔开的位置上；以及多个转子，所述多个转子在所述第一和第二定子之间同轴地且可旋转地设置于所述假想公共轴线的相互间隔开的位置上。

根据本发明的第二方面，提供了一种轴向间隙电动机，其包括围绕一假想公共轴线同轴设置的第一和第二环形定子；在所述第一和第二定子之间同轴并且可旋转地设置在假想公共轴线上的第一和第二环形转子；中空的第一转子轴，所述第一转子轴可绕假想公共轴线旋转，并且一轴向端部固定于所述第一转子的中心部分以随之旋转；第二转子轴，所述第二转子轴可旋转地装设于所述中空的第一转子轴中，并且一轴向端部固定于所述第二转子的中心部分以随之旋转；以及在其中装放所述第一和第二定子、第一和第二转子以及第一和第二转子轴的外壳。

附图说明

图1是本发明第一实施例的轴向间隙电动机的示意剖面视图；

图2A是用在图1第一实施例的电动机中的第一转子的一部分的示意平面图；

图2B是通过沿周向展开图2A第一转子的给定部分所获得的展开图；

图3A是类似于图2A的视图，但示出了用在图1第一实施例的电动机中的第二转子的一部分；

图3B是通过沿周向展开图3A第二转子的给定部分所获得的展开图；

图4A是类似于图2A的视图，但示出了用在本发明第二实施例的轴向间隙电动机中的第一转子的一部分；

图4B是通过沿周向展开图4A第一转子的给定部分所获得的展开图；

图5A是类似于图4A的视图，但示出了用在本发明第二实施例的电动机中的第二转子的一部分；

图5B是通过沿周向展开图5A第二转子的给定部分所获得的展开图；

图6是类似于图1的视图，但示出了本发明第三实施例的轴向间隙电动机；

图7A是用在第三实施例的电动机中的第一或第二转子的一部分的示意平面图；

图7B是通过沿周向展开图7A转子的给定部分所获得的展开图；

图8A是可用在第三实施例的电动机中的另一个第一或第二转子的一部分的示意平面图；以及

图8B是通过沿周向展开图8A转子的给定部分所获得的展开图。

具体实施方式

下面，将参照附图详细描述本发明的各实施例。

为了便于理解，下述说明包括各种方向性术语，例如右、左、上、下、向右等等。不过，这些术语需要相对于其上图示了相应部件或部分的某一附图或若干附图进行理解。贯穿说明书始终，基本上以相同的附图标记指明相同的部件或部分。

参照图1，其中以剖面方式示出了作为本发明第一实施例的轴向间隙电动机100。

电动机100包括中空的第一转子轴21以及同心地且可旋转地装设于第一转子轴21中的第二转子轴22，如图所示。

第一和第二圆形转子31A和32A分别同心地连接于第一和第二转子轴21和22的右端，使得第一转子31A和第一转子轴21如同单个元件进行旋转，而第二转子32A和第二转子轴22如同另一个单个单元进行旋转。

环形第一定子41和环形第二定子42围绕第一和第二转子轴21和22的公共轴线同轴设置，从而将第一和第二圆形转子31A和32A置于其间。如后文将进行详细说明的那样，第一和第二定子41和42分别固定于电动机外壳5的轴向相对部分。

电动机外壳5基本上包括圆形左壁部分51、圆形右壁部分52以及在左和右壁部分51和52之间延伸的圆筒形中间壁部分53，如图所示。

如附图中所示，第一定子41位于第一圆形转子31A的左边位置以面对转子31A的左表面，而第二定子42位于第二圆形转子32A的右边位置以面对转子32A的右表面。

如图所示，第一转子轴21通过两个轴承61由电动机外壳5可旋转地支撑。而第二转子轴22通过三个轴承62由电动机外壳5可旋转地支撑。轴承62中的两个用于第一和第二转子轴21和22之间的相对旋转，如图所示。

如后文将详细说明的那样，第一和第二圆形转子31A和32A中的每一个都包括转子基座芯71或72、多个磁体81或82、多个转子芯91或92和外框101或102。

为了进行第一转子轴21和第一转子31A之间的紧固连接，使用了在形成于第一转子轴21上的环形突起部分111和转子基座芯71的基体部分之间延伸的螺栓121。更具体地说，在穿过形成于转子基座芯71的基体部分上的孔之后，每个螺栓121拧入形成于环形突起部分111上的螺纹孔中。

为了进行第二转子轴22和第二转子32A之间的紧固连接，使用了在形成于第二转子轴22上的环形突起部分112和转子基座芯72的基体部分之间延伸的螺栓122。更具体地说，穿过形成于转子基座芯72的基体部分上的孔之后，每个螺栓122拧入形成于环形突起部分112上的螺纹孔中。

第一和第二定子41和42中的每一个都包括定子基座芯131或132、多个定子芯141或142以及多个定子线圈151或152。

对于第一定子41和电动机外壳5之间的紧固连接来说，定子基座芯131固定于电动机外壳5的左壁面，而对于第二定子42和电动机外壳5之间的紧固连接来说，定子基座芯132固定于电动机外壳5的右壁面，如图所示。

如图所示，围绕第一中空转子轴21的左端部，设置有检测第一转子轴21的角位置的第一编码装置161。围绕第二转子轴22的右端部，设置有检测第二转子轴22的角位置的第二编码装置162。

电动机外壳5形成有水套17，冷却水在该水套中流过以冷却电动机100。

每个定子芯141和142都是磁通沿第一和第二转子轴21和22的公共轴线的方向在其中流过的部件。为了产生这种磁通，每个定子线圈151或152绕设于相应的定子芯141或142。

定子基座芯131或132用于围绕所述公共轴线对定子芯141或142的磁通进行定向，并促使磁通移向另一个定子芯141或142。

需要指出，构成第一转子31A的磁体81的磁极数量不同于构成第二转子32A的磁体82的磁极数量。因此，象在上述径向间隙电动机中那样，当第一和第二定子41和42被供以复合电流(compound current)时，第一转子31A和第二转子32A能够独立地以不同的旋转速度旋转。

复合电流的详细内容记载于美国专利6,291,963中，该专利于2001年9月18日授权给Masaki Nakano。

在运行过程中，当第一和第二定子41和42被供以复合电流时，第一和第二转子31A和32A被驱使独立旋转。第一转子31A的旋转通过第一转子轴21被传输到外部元件(未示出)，而第二转子32A的旋转通过第二转子轴22被传输到另一外部元件(未示出)。

下面，将参照图2A、2B、3A和3B详细说明第一和第二转子31A和32A的结构。

参照图2A和2B，其中详细地示出了第一转子31A。

图2A是第一转子31A的局部平面视图，而图2B是通过沿周向展开距第一转子31A中心“C1”半径为“r1”的部分所获得的展开图。

如从这些附图可看到的那样，第一转子31A包括转子基座芯71；多个以磁表面处于轴向方向的方式置放于转子基座芯71的相对表面上的磁体81；转子芯91，每个转子芯设置于两个相邻磁体81之间同时贯穿转子基座芯71；以及外框101，其相对于转子基座芯71紧固地保持磁体81和转子芯91。

如图所示，磁体81沿周向以N和S极交替变化的方式设置。

转子芯91由磁性材料构成。

在图示的第一实施例中，磁体81设置成构成六对磁体组。

转子基座芯71和每个转子芯91都由互相叠置的多个扁平磁钢片构成。不过，如果希望的话，此种芯71和转子芯91可以由压制的压粉磁体材料构成。

如从这些附图尤其是图2A可看到的那样，转子芯91的扁平磁钢片相对于第一转子31A的中心“C1”径向叠置。

因此，如从图2B中所示箭头所得以理解的那样，在电动机100的操作状态下，产生了多条磁通回路，每个回路从定子41的表面流入转子31A并沿轴向流过转子31A。

由于以上述方式叠置的磁钢片的性质，磁通流动移向转子31A外围的趋势增加。因此，在磁阻大小被减小的情况下，磁通得以穿过转子31A(或32A)。而且，由于相同的原因，获得了磁阻扭矩回路，这会以对应于磁阻扭矩的程度增加电动机100的扭矩。

参照图3A和3B，其中详细示出了第二转子32A。

图3A是第二转子32A的局部平面视图，而图3B是通过沿周向展开距第二转子32A中心“C2”半径为“r1”的部分所获得的展开图。

如从这些附图可看到的那样，类似于上述第一转子31A，第二转子32A包括转子基座芯72；多个以磁表面处于轴向方向的方式置放于转子基座芯72的相对表面上的磁体82；转子芯92，每个转子芯设置于两个相邻磁体82之间同时贯穿转子基座芯72；以及外框102，其相对于转子基座芯72紧固地保持磁体82和转子芯92。转子芯92由磁性材料构成。

在图示的第一实施例100中，磁体82设置成构成三对磁体组。

该第二转子32A的其他结构特征基本上与上述第一转子31A的那些特征相同，因此，将省略对这些结构特征的说明。

如图3A和3B尤其是图3A所看到的那样，转子芯92的扁平磁钢片相对于第二转子32A的中心“C2”径向叠置。因此，如从图3B中所示箭头得以理解的那样，产生了多条磁通回路，每个回路从定子42的表面流入转子32A并沿轴向流过转子32A。由于以上述方式叠置的磁钢的性质，磁通流动移向转子32A外围的趋势增加，类似于上述第一转子31A。因此，在磁阻大小被减小的情况下，磁通得以穿过转子32A。而且，由于相同的原因，获得了磁阻扭矩回路，这会使电动机100的扭矩增加，类似于第一转子31的情况。

参照图4A和4B以及图5A和5B，图中示出了用在本发明第二实施例200中的第一和第二转子31B和32B。

为了清楚说明第一或第二转子31B或32B与相应的第一或第二定子41或42之间的位置关系，图4A或5A中以虚线示出了定子41或42的定子芯SC1、SC2、SC3、SC4、SC5和SC6。

参照图4A和4B，其中示出了第一转子31B。

图4A是从由虚线示出的第一定子41后面看到的、示出第一转子31B的局部平面视图，而图4B是通过沿周向展开距第一转子31B中心“C1”半径为“r1”的部分所获得的展开图。

如从这些附图所看到的那样，第一转子31B包括转子基座芯71；多个以磁表面处于轴向方向的方式置放于转子基座芯71的相对表面上的磁体81；以及外框101，其相对于转子基座芯71紧固地保持磁体81。

同样，在该第二实施例中，磁体81设置成构成六对磁体组，类似于第一实施例的情况。

如从上面所理解的那样，在第二实施例200中，没有采用对应于上述第一实施例100中所采用的转子芯91的装置。因此，如从图4B中所看到的那样，没有产生磁阻扭矩回路，并因此该第二实施例200的第一转子31B不产生磁阻扭矩。

参照图5A和5B，图中示出了第二转子32B。

图5A是第二转子32B的局部平面视图，而图5B是通过沿周向展开距第二转子32B中心“C2”半径为“r1”的部分所获得的展开图。

如从这些附图所看到的那样，与上述第一转子31B类似，第二转子32B包括转子基座芯72；多个以磁表面处于轴向方向的方式置放于转子基座芯72的相对表面上的磁体82；以及外框102，其相对于转子基座芯72紧固地保持磁体82。

在图数易其的第二实施例200中，磁体82设置成构成三对磁体组。

该第二转子32B的其他结构特征基本上与上述第一转子32B的那些特征相同，并因此，将省略这些结构特征的说明。由于没有设置对应于转子芯91的装置，所以该第二实施例200的第二转子32B不产生磁阻扭矩。

参照图6，图中示出了作为本发明第三实施例的轴向间隙电动机300的剖面视图。

由于该第三实施例的电动机300在结构上类似于图1第一实施例的上述电动机100，所以在下文中将仅详细描述与第一实施例100不同的第一和第二转子31C和32C。

参照图7A和7B，图中示出了用在第三实施例的电动机300中的第一转子31C。

如下面将要描述的那样，第一转子31C的结构可用于第二转子32C。

图7A是第一转子31C(或者第二转子32C)的局部平面视图，而图7B是通过沿周向展开距第一转子31C(或者第二转子32C)中心“C1”半径为“r1”的部分所获得的展开图。

如从各图亦即从图7A和7B所看到的那样，第一转子31C包括转子基座芯71；多个以磁表面处于轴向方向的方式置放于转子基座芯71一个表面上的磁体81；转子芯91，每个转子芯设置于两个邻近磁体81之间同时在其一端嵌入转子基座芯71；以及外框101，其相对于转子基座芯71紧固地保持磁体81和转子芯91。

转子基座芯71和每个转子芯91都由互相叠置的多个扁平磁钢片构成。不过，如果希望的话，此种芯71和转子芯91可以由压制的压粉磁体材料构成。而且，如果希望的话，转子芯91可以类似于上述第二实施例200中那样予以去除。

需要指出的是，第二转子32C可以采用上述第一转子31C的结构。

在电动机300的操作状态下，产生了如图7B中箭头所示的各磁通回路。

参照图8A和8B，图中示出了可用在第三实施例的电动机300中的第一和第二转子31D和32D。

如下文将要说明的那样，第一转子31D的结构可以用于第二转子32D。

图8A是第一转子31D(或第二转子32D)的局部平面视图，而图8B是通过沿周向展开距第一转子31D(或者第二转子32D)中心“C1”半径为“r1”的部分所获得的展开图。

如从这些附图亦即从图8A和8B中所看到的那样，第一转子31D包括转子基座芯71；多个以磁表面处于轴向方向的方式置放于转子基座芯71一个表面上的磁体81；以及多个转子芯91，每个转子芯设置于两个相邻磁体81之间同时贯穿转子基座芯71。需要指出的是，第一转子31D没有与上述外框101(图7A)相对应的装置。

如图8A和8B所示，每个转子芯91在其径向外端具有扩展的凸缘91a，该凸缘卡装于在环形支撑部件21上形成的凹口中，该环形支撑部件21装接于转子基座芯71的另一表面。

每个转子芯91焊接于环形支撑部件21。优选地，环形支撑部件21由非磁性金属构成。

如上文所述，第一转子31D的结构可以应用于第二转子32D。

由于设置了环形支撑部件21，所以第一转子31D或第二转子32D的机械强度大大增加。

如果第一和第二转子31D和32D两者都具有带有环形支撑部件21的上述结构，那么磁通在两个转子31D和32D之间的流动就会更加流畅。如果环形支撑部件21由非磁性金属构成，那么由磁通透过而引起的涡流损失可以减小。

如从上述说明得以理解的那样，根据本发明，提供了一种轴向间隙电动机，其中两个转子独立地设置在两个定子之间。

由一个转子保持的磁体的数量可以不同于由另一个转子保持的磁体的数量。采用这种类型的配置，两个转子能被独立地驱动，同时产生基本上相同的扭矩。由于两个定子设置在两个转子外侧，所以易于将两个定子固定在电动机外壳上。

在上述实施例100、200和300中，两个转子，亦即第一和第二转子(31A、32A)、(31B、32B)、(31C、32C)或(31D、32D)设置在第一和第二定子41和42之间，两个以上的转子可以设置于两个定子41和42之间。

2004年8月6日提交的日本专利申请2004-230725的整个内容结合在本文中引作参考。

虽然上面已经参照本发明的实施例对本发明进行了说明，但是本发明并不局限于上述实施例。本领域技术人员根据上述说明可以对这些实施例进行各种修改和变化。

Claims

1、一种轴向间隙电动机，包括：

第一和第二定子，所述第一和第二定子以彼此面对的方式设置在假想公共轴线的相互间隔开的位置上；以及

多个转子，所述多个转子在所述第一和第二定子之间同轴地且可旋转地设置于所述假想公共轴线的相互间隔开的位置上。

2、根据权利要求1所述的轴向间隙电动机，其中每个转子包括：

转子基座芯；

多个置放于所述转子基座芯相对表面上的磁体；以及

多个转子芯，每个转子芯由磁性材料构成并且设置于相邻的两个磁体之间同时贯穿所述转子基座芯。

3、根据权利要求2所述的轴向间隙电动机，其中还包括外框，所述外框设置用来相对于所述转子基座芯紧固地保持所述磁体和所述转子芯。

4、根据权利要求2所述的轴向间隙电动机，其中，所述磁体绕假想公共轴线沿圆周方向以交替改变其N极和S极的方式进行设置。

5、根据权利要求4所述的轴向间隙电动机，其中，所述转子基座芯和每个转子芯由多个互相叠置的扁平磁钢片构成，且其中每个转子芯的扁平磁钢片相对于假想公共轴线沿径向叠置。

6、根据权利要求1所述的轴向间隙电动机，其中每个转子包括：

转子基座芯；

多个置放于所述转子基座芯相对表面上的磁体；以及

相对于所述转子基座芯紧固地保持所述磁体的外框。

7、根据权利要求6所述的轴向间隙电动机，其中，所述磁体绕假想公共轴线沿圆周方向以交替改变其N极和S极的方式进行设置。

8、根据权利要求7所述的轴向间隙电动机，其中，所述转子基座芯由多个互相叠置的扁平磁钢片构成。

9、根据权利要求1所述的轴向间隙电动机，其中，每个转子包括：

转子基座芯；

多个置放于所述转子基座芯的一个表面上的磁体；以及

多个转子芯，每个转子芯都由磁性材料构成并且设置于相邻两个磁体之间同时在其一端嵌入所述转子基座芯。

10、根据权利要求9所述的轴向间隙电动机，其中，还包括外框，所述框设置用来相对于所述转子基座芯紧固地保持所述磁体和所述转子芯。

11、根据权利要求9所述的轴向间隙电动机，其中，所述磁体绕假想公共轴线沿圆周方向以交替改变其N极和S极的方式进行设置。

12、根据权利要求11所述的轴向间隙电动机，其中，所述转子基座芯和每个转子芯由多个互相叠置的扁平磁钢片构成，且其中每个转子芯的扁平磁钢片相对于假想公共轴线沿径向叠置。

13、根据权利要求1所述的轴向间隙电动机，其中，每个转子包括：

转子基座芯；

多个置放于所述转子基座芯一个表面上的磁体；

多个转子芯，每个转子芯由磁性材料构成并且设置于相邻的两个磁体之间同时贯穿所述转子基座芯；

装接于所述转子基座芯另一表面的环形支撑部件；

于每个转子芯的一个轴向端部上形成的扩展凸缘；以及

形成于所述环形支撑部件上以卡装所述扩展凸缘的凹口。

14、根据权利要求13所述的轴向间隙电动机，其中，每个转子芯焊接于所述环形支撑部件。

15、根据权利要求14所述的轴向间隙电动机，其中，所述环形支撑部件由非磁性金属构成。

16、根据权利要求13所述的轴向间隙电动机，其中，所述磁体绕假想公共轴线沿圆周方向以交替改变其N极和S极的方式进行设置。

17、根据权利要求16所述的轴向间隙电动机，其中，所述转子基座芯和每个转子芯由多个互相叠置的扁平磁钢片构成，且其中每个转子芯的扁平磁钢片相对于假想公共轴线沿径向叠置。

18、根据权利要求1所述的轴向间隙电动机，其中，所述第一和第二定子和转子如此设置使得在所述电动机操作时产生第一组磁通回路，其中的每个回路从所述第一定子的表面流入面对所述第一定子的一个转子并且沿轴向流过该转子；以及第二组磁通回路，其中的每个回路从所述第二定子的表面流入面对所述第二定子的另一转子并且沿轴向流过该另一转子。

19、一种轴向间隙电动机，包括：

围绕一假想公共轴线同轴设置的第一和第二环形定子；

在所述第一和第二定子之间同轴并且可旋转地设置在假想公共轴线上的第一和第二环形转子；

中空的第一转子轴，所述第一转子轴可绕假想公共轴线旋转，并且一轴向端部固定于所述第一转子的中心部分以随之旋转；

第二转子轴，所述第二转子轴可旋转地装设于所述中空的第一转子轴中，并且一轴向端部固定于所述第二转子的中心部分以随之旋转；以及

在其中容纳所述第一和第二定子、第一和第二转子以及第一和第二转子轴的外壳。