CN1967972A - 多相交流车辆马达 - Google Patents

Abstract

一种多相交流车辆马达，它具有一个或更多圆盘转子组件和诸对定子子组件。每个圆盘转子组件具有一个圆盘和多个永磁体，永磁体沿转子外缘以内的一个或更多圆形轨道分布。每个定子子组件具有沿着在对应圆形轨道中的安装板分布的对应数量极片和线圈。该圆盘可旋转地安装在支承件上，而定子子组件固定在支承件上。

Description

多相交流车辆马达

技术领域

本发明涉及用于驱动车辆的多相交流马达。本发明尤其涉及一种设计紧凑且转矩提高了的多相交流车辆驱动马达。

背景技术

多相交流车辆驱动马达是已知的，它用于许多不同类型车辆的驱动，比如自行车、摩托车、汽车和小型卡车。典型的马达设计具有转子和定子。转子固定连接于车辆的轮子上，从而和轮子一起旋转，转子还带有多个永磁体，这些永磁体以预定的磁性方向围着转子的圆周安装。定子固定安装于车架上并带有多个电磁体，这些电磁体靠近转子永磁体分布。电磁体的线圈与一多相交流驱动回路连接，该回路通常为三相或Y字形布置。驱动回路的电能由诸如铅酸性蓄电池组之类的直流电源以及用于将来自电池组的直流电转换成交流电的直流-交流变流回路。可人工操作的控制回路使交流驱动回路的频率有所不同，这就可通过电磁体产生的交变旋转磁场来将转子以不同的转速驱动。已知的多相交流车辆驱动马达的例子在美国专利6100615、6276475和6617746以及美国专利申请公开2002/0135220A1中示出，这些公开文件结合于此作为参考。

一些已知的多相交流车辆驱动马达使用空心圆柱定子和置于定子中的环形转子。其它马达使用实心圆柱内定子和外环形转子。使这两种设计类型都受困绕的缺点是转子的永磁体必须沿定子的圆周放置(在第一种类型中沿外圆周放置，在第二种类型中沿内圆周放置)，用以与定子线圈所产生的交变磁场强烈作用。这样，对于一组给定的物理尺寸，安装在转子上的永磁体数量以及由马达所产生的转矩受转子圆周表面所能提供的表面空间量的限制。这就会过度地限制已有多相交流车辆驱动马达的性能。

发明内容

本发明包括多相交流车辆驱动马达，它没有上述已有马达设计的限制，且可以产生要比具有同样整体尺寸的已有多相交流车辆驱动马达大得多的转矩。

在最广泛的方面，本发明包括多相交流车辆马达，该车辆马达包括：具有外缘和沿基本上为圆形的轨道分布的多个永磁体的转子盘，轨道位于外缘以内；以及置于转子盘侧面的一对定子子组件。每个定子子组件具有安装板、多个在安装板上沿基本上为圆形的轨道分布的极片以及各自围着多个极片中对应的一个而布置的多个线圈。

多个永磁体可以沿转子盘中两个或更多基本为圆形的轨道分布；且每个定子子组件中的多个极片和线圈可以沿安装板对应于多个永磁体分布。

本发明可以构造成单个转子盘带有一对定子子组件；以及构造成多个转子盘和诸对定子子组件互相侧向间隔。

较佳地，车辆马达安装在用于车辆马达的支承件上，并设置至少一个用于将转子盘可旋转地支承在支承件上的轴承件。每个安装板固定在支承件上以防止在支承件上的各个定子子组件旋转。

较佳地，本发明还包括马达外壳，它具有一对侧向放置的端壁和在两端壁之间延伸以将转子盘和定子子组件包覆起来的闭合壁，转子盘同外壳连接。马达外壳的端壁通过多个轴承件可旋转地支承在支承件上，从而使马达外壳随着转子盘旋转。

本发明可以广泛应用于各种车辆上，比如汽车、自行车、摩托车等。由于可安装在给定尺寸的马达外壳中的磁性元件的数量要大得多，根据本发明制造的圆盘马达组件可为给定尺寸的马达产生要比传统马达大得多的转矩。此外，本发明可使多相交流马达构造成尺寸比同类的传统马达要小得多，而同时又可提供相同的输出转矩。另外，本发明的设计还要比传统的多相交流驱动马达简单得多。再有，本发明可以通过改变每个环形轨道中磁性元件的数量、改变环形轨道的数量以及改变安装在马达外壳中的圆盘转子和定子的数量来定制，以满足任何给定应用场合中的驱动要求。

为了充分理解本发明的特征和优点，应结合附图来阅读下述的详细描述。

附图说明

图1是本发明的第一个实施例的截面图；

图2是图1所示实施例的转子盘的正视图；

图3是沿图2中的线3-3截取的截面图；

图4是图1所示实施例中两个定子中的一个的正视图；

图5是沿图4中的线5-5截取的放大截面图；

图6是示出连接于定子线圈的交流电的简化线路图；

图7是本发明的另一个实施例的截面图；

图8是本发明的再一个实施例的截面图；

图9是图7所示实施例的结构截面图，适于汽车轮子；

图10是图7所示实施例的结构截面图，适于与有轮辐的轮子一起使用；

图11是与图3类似的截面图，它示出了永磁体的另一种安装布置。

具体实施方式

现在转到附图，图1是本发明的第一个实施例的截面图。如在该图中所看到的，通常用标号10表示的圆盘马达组件包括圆盘转子组件20和定子组件30。圆盘转子组件包括中心圆盘件21，它通过标准低摩擦轴承22安装在安装轴40上。轴40固定在车辆的车架上(未示出)并充当圆盘马达组件10的安装支承。例如，轴40可以包括汽车的轴头。多个永磁体25i固定在圆盘件21相对的两面上。圆盘件21由非磁性材料制成，比如迭尔林(聚甲醛树酯)、尼龙、铝或任何其它较硬的非磁性材料。可使用各种已知技术中的一种来将永磁体25i固定在圆盘件21的两面，比如用固结剂(例如环氧树脂粘合剂)粘结、加热粘结、焊接或等效方法。

定子组件30包括两个基本相同的子组件30L和30R。每一个子组件包括：安装板32L、32R，多个极片34Li、34Ri，以及各自围着相关的极片34Li、34Ri的外圆周布置的多个线圈35Li、35Ri。极片34Li、34Ri由易受磁力影响的合适材料制成(较佳的是硅钢)，并使用任何合适的粘结技术(比如强力粘结剂、焊接等)安装在各自的安装板32L、32R上。安装板32L、32R固定安装于轴40上，从而使定子组件30不会在轴40上移动。

如图2和3中最清楚地看到的那样，永磁体25i围着圆盘件21的两个主要的相对面呈圆形布置。在图1-5所示实施例中，在圆盘件21每一个主面上放置有两排同心圆形列永磁体25i。在圆盘件21的一面上每一列中的永磁体25i排列成每一列中相邻的磁体具有磁极相反的磁性方向。此外，安装在圆盘件21的相对两侧成对的磁体25i具有极性叠加的磁性方向。再有，圆盘件21的同一面上不同列中相邻的磁体25i也排列成具有相反极性的磁性方向。例如圆盘件21上外列中的相邻磁体25-12、25-1和25-2具有南(S)-北(N)-南(S)的磁性方向(见图2)。在圆盘件21相对两侧上外列中的磁体25-1和25-25具有叠加的N-S磁性方向(见图3)。圆盘件21的外列中的磁体25-1和圆盘件21同一侧的内列中的磁体25-13具有N-S磁性方向。

图2和3所示的磁体25i的磁性方向以及所标识的N或S表示每个磁体25i外表面处的磁场极性。为了说明，图3显示磁体25-1具有N方向，而磁体25-25具有S方向。对于磁体25-1，N表示磁体25-1的外表面是磁体的北极，而磁体25-1的南极在内表面上，面对着圆盘件21的外表面。类似地，对于磁体25-25，S表示磁体25-1的外表面是磁体的南极，而磁体25-25的北极在内表面上，面对着圆盘件21的外表面。这样，这两个磁体以磁性叠加的形式布置。

图4和5示出了左定子子组件30L的极片34Li和线圈35Li的排列。右定子子组件具有相同的布置。如在该图中可以看到的，极片34Li在安装板32L上以两个同心圆的形式分布，以与转子盘21上磁体25i的分布匹配。在优选实施例中，极片34i的数量和线圈35Li的数量与所面对的转子盘21上磁体25i的数量相等。对于右定子子组件30R上的极片34Ri的数量和线圈35Ri的数量也是一样的。

如图4中最清楚地看到的那样，线圈35Li组成用于电气连接的三组：A组、B组和C组。例如，在外圈中，线圈35L1、35L4、35L7和35L10为A组线圈；线圈35L2、35L5、35L8和35L11为B组线圈；而线圈35L3、35L6、35L9和35L12为C组线圈。在内圈中，线圈35L13、35L16、35L19和35L22为A组线圈；线圈35L14、35L17、35L20和35L23为B组线圈；而线圈35L15、35L18、35L21和35L24为C组线圈。右定子子组件30R的线圈30Ri也类似地分组。

图6示出三相交流电与线圈组的电气连接。A组中的线圈35Li、35Ri连接于输入端子a和b之间；B组中的线圈35Li、35Ri连接于输入端子a和c之间；而C组中的线圈35Li、35Ri连接于输入端子b和c之间。当在图6所示的三相模式下工作时，转子盘的角速度通过改变交流电输入驱动电压的频率而变化。这用本领域普通技术人员所知的传统电路就可以做到。

图7是使用单个转子盘21的中心盘马达的截面图。如从该图中看到的，转子盘21固定于外壳50，该外壳具有一对端板51、52和与端板51、52连接的闭合壁53。转子盘21通过低摩擦轴承22C可转动地连接于支承轴40上。类似地，端板51、52通过低摩擦轴承22L、22R分别连接于轴40。定子安装板32L、32R牢固地固定于轴40上、以防止定子子组件的旋转。在此实施例中，在第三环形轨道上另外设有磁体25i、极片34i和线圈35i。与上述两环形轨道的实施例相比较，这一实施例可提供额外的转矩。

图8是本发明另一个实施例的截面图，它具有三个转子组件20L、20C和20R，以及三个相应的定子组件30L、30C和30R。每一个圆盘转子和定子组件与以上参考图1-7所述的组件是一样的。该实施例为马达提供相当大的额外转矩。在此实施例中，使用低摩擦轴承22L、22R将端板51、52可旋转地安装在支承轴40上；使用低摩擦轴承22ML、22C和22MR将转子盘21L、21C可旋转地安装在轴40上；且所有的定子安装板32i都牢固地固定于轴40上、以防止定子组件30i的旋转。

图9是图7的实施例的截面图，适于作为具有充气轮胎60的汽车的轮子驱动马达。如在该图中可以看到的，圆盘马达10与轮胎60同心地放置，并为轮子提供驱动力。闭合壁53可以形成轮缘整体的一部分。或者闭合壁可以以同心的方式与轮子连接。

图10是与图9类似的截面图，但是示出的是本发明在具有轮辐的轮子61上的应用，比如用在自行车和摩托车上的。如在该图中可以看到的，轮子61具有多个连接于轮缘63和圆盘马达外壳50之间的轮辐62。圆盘马达组件10相对于轮子61同心地安装，且可形成轮毂。轴40可与车辆的叉形接头连接。

可以在转子盘上设置诸磁体孔、并将一个厚度大于转子盘的磁体安装在给定的孔中而使磁体的每个极表面伸出转子盘表面的平面，从而替代在转子盘相对的两面上设置独立的永磁体。图11示出了这一个替代的实施例。如在该图中可以看到的，改型后的转子盘21具有多个形成于其中的孔23i。孔23i具有同将要安装在其中的永磁体一样的几何形状。例如，对于图2所示的梯形磁体25i，孔23i具有相应的梯形。在本实施例中，磁体25i具有的厚度大于转子盘21a，从而磁体25i向外伸出圆盘21a的表面一个预选的量。这一布置基本上减少了所需磁体的个数并简化了对准磁体的过程。

就如现在将要变得清楚的那样，由于可安装在给定尺寸的马达外壳中的磁性元件的数量要多得多，根据本发明制造的圆盘马达组件可为给定尺寸的马达产生比传统马达要大得多的转矩。此外，本发明可使多相交流马达可以构造成尺寸比同类的传统马达要小得多，而同时又可提供相同的输出转矩。另外，本发明的设计基本上要比传统的多相交流驱动马达简单。再有，本发明可以通过改变每个环形轨道中磁性元件的数量、改变环形轨道的数量以及改变安装在马达外壳中的圆盘转子和定子的数量来定制，以满足任何给定应用中的驱动要求。这样，本发明可以广泛应用于各种车辆上，包括(但不限于)汽车、卡车、自行车和摩托车。

虽然已经参考具体的实施例对本发明进行了描述，但是可以采用各种变型、替换结构和等效方式而不背离本发明的精神实质。例如，虽然本发明中描述的是使用两个和三个同心磁性元件环形轨道，但其它的结构形式也可以采用一个或多于三个的环形轨道。此外，安装在马达外壳中的圆盘转子组件和定子组件可以按需要超出而三个。因此，以上所述不应被理解为对本发明的限制，本发明的范围应由所附权利要求来限定。

Claims (20)

1、一种多相交流车辆马达，包括：

一转子盘，该转子盘具有外缘和沿基本上为圆形的轨道分布的多个永磁体，所述轨道位于所述外缘以内；以及

置于转子盘侧面的一对定子子组件，每个所述定子子组件具有：安装板；多个极片，该极片在所述安装板上沿基本上为圆形的轨道分布；以及多个线圈，该线圈各自围着所述多个极片中对应的一个布置。

2、如权利要求1所述的发明，其特征在于，沿所述基本上为圆形的轨道的相邻磁体以相反的磁极布置。

3、如权利要求1所述的发明，其特征在于，所述转子盘具有一表面；且所述永磁体粘结在所述表面上。

4、如权利要求1所述的发明，其特征在于，所述圆盘具有形成于其上的多个通孔；且所述永磁体安装在相关的所述多个通孔中。

5、如权利要求1所述的发明，其特征在于，所述多个永磁体沿所述转子盘中至少两个基本为圆形的轨道分布；且每个所述定子子组件中的所述多个极片和线圈沿所述安装板对应于所述多个永磁体分布。

6、如权利要求5所述的发明，其特征在于，沿每个所述至少为两个的、基本上为圆形的轨道的相邻磁体以相反的磁极布置；且相邻轨道上的相邻磁体以相反的磁极布置。

7、如权利要求5所述的发明，其特征在于，所述转子盘具有一表面；且所述永磁体粘结在所述表面上。

8、如权利要求5所述的发明，其特征在于，所述圆盘具有形成于其上的多个通孔；且所述永磁体安装在相关的所述多个通孔中。

9、如权利要求1所述的发明，其特征在于，所述转子盘具有第一和第二面；且所述多个永磁体的第一子部分沿所述第一面上基本上为圆形的轨道分布，且所述多个永磁体的第二子部分沿所述第二面上基本上为圆形的轨道分布。

10、如权利要求9所述的发明，其特征在于，所述第一子部分中的所述磁体与所述第二子部分中的磁体对准；沿每一所述面上所述基本上为圆形的轨道的相邻磁体以相反的磁极布置；且在所述第一和第二子部分中对准的磁体以磁极叠加的形式布置。

11、如权利要求9所述的发明，其特征在于，所述永磁体粘结在所述第一和第二面上。

12、如权利要求9所述的发明，其特征在于，所述圆盘具有形成于其上的多个通孔；且所述永磁体安装在相关的所述多个通孔中。

13、如权利要求1所述的发明，其特征在于，还包括互相侧向间隔的多个转子盘和诸对定子子组件。

14、如权利要求1所述的发明，其特征在于，还包括用于支承所述车辆马达的支承件、以及用于将所述转子盘可旋转地支承在所述支承件上的至少一个轴承件；且每个所述安装板固定在所述支承件上、以防止在所述支承件上的各个所述定子子组件旋转。

15、如权利要求1所述的发明，其特征在于，还包括马达外壳，该外壳具有一对侧向间隔的端壁、以及在所述端壁之间延伸以将所述转子盘和所述定子子组件包覆起来的闭合壁，所述转子盘同所述外壳连接。

16、如权利要求15所述的发明，其特征在于，还包括用于所述车辆马达的支承件、以及用于将所述转子盘和所述端壁可旋转地支承在所述支承件上的多个轴承件；且每个所述安装板固定在所述支承件上、以防止在所述支承件上的各个所述定子子组件旋转。

17、如权利要求1所述的发明，其特征在于，所述马达连接到车辆的轮子上。

18、如权利要求17所述的发明，其特征在于，所述车辆为汽车。

19、如权利要求17所述的发明，其特征在于，所述车辆为自行车。

20、如权利要求17所述的发明，其特征在于，所述车辆为摩托车。

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