CN201758328U - 多隙串磁嵌碟式电机 - Google Patents

Abstract

一种多隙串磁嵌碟式电机，包括端盖、定子和转子，所述转子由一组碟片状转子片在电机轴线方向上有间距地层叠构成，所有转子片在轴向上相对应的各个磁铁的极性方向相同形成多隙串磁结构的磁铁串，转子片采用低导磁率的基材，所述定子由一组碟片状定子片沿电机轴线方向有间距地层叠构成，定子片采用低导电率的基材，定子片和转子片有间隙地相间嵌叠装配形成嵌碟式结构，转子、定子及端盖之间设置气流循环通道。本电机具有较大的功率体积比和功率重量比，涡流损耗小，散热效果好，特别适合电动汽车使用。

Description

多隙串磁嵌碟式电机 

技术领域

本实用新型涉及一种新型的电机，特别是一种高能量密度、低涡流损耗的电机。该电机使用高电阻抗的定子基材、低导磁率的转子基材，使用多隙串磁结构及嵌碟式结构，使电机的涡流损耗降到非常低的水平，多隙串磁结构使电机的磁力得到充分的利用，达到非常高的功率密度，提高效率，减少原材料的消耗。 

背景技术

在提倡节能环保的今天，对于电机的体积、重量、效率、涡流损耗和材料消耗都提出了更高的要求，特别是电动汽车时代的来临，使在体积和重量受到限制的情况下电机的功率遇到了瓶颈。目前的电机存在的缺点有功率体积比小、功率重量比小、涡流损耗大、效率低、消耗原材料多等诸多缺点，或存在某些优点以其它缺点为代价的技术缺陷。目前技术成熟大量使用的电机无论是交流同步电机、交流异步电机、直流有刷电机、直流无刷电机、开关磁阻电机、盘式电机等，都存在上述的某些缺点或技术瓶颈。 

发明内容

鉴于现有技术存在上述缺陷，本实用新型的目的是提供一种高能量密度、低涡流损耗、高效率、低原材料消耗率的符合低碳经济的电机，以达到节能环保的要求。 

为达到上述目的，本实用新型的主要设计思路是使用高电阻率的定子基材、低导磁率的转子基材，使用多隙串磁结构及嵌碟式结构，使电机的涡流损耗大幅度降低，多隙串磁结构使电机的磁力得到充分的利用，大幅度提高功率密度，提高效率，减少原材料的消耗。 

本实用新型的具体技术方案如下： 

一种电机，它是一种高功率密度、低涡流损耗、节省原材料的高效电机。该电机包括端盖、定子和转子，其中： 

所述转子由一组碟片状转子片在电机轴线方向上有间距地层叠构成，转子片包括转子片基片和设于转子片基片的若干磁铁，转子片基片靠近轴心的位置有若干通气孔、外沿开有若干通气缺口，转子片基片用铝合金、陶瓷、强化玻璃、层压玻纤、工程塑料或电路基板制成，所述若干磁铁的两极端面均与其所在转子片基片的端面平行，所有转子片在轴向上相对应的各个磁铁的极性方向相同形成多隙串磁结构的磁铁串；

所述定子由一组碟片状定子片沿电机轴线方向有间距地层叠构成，定子两端安装端盖，端盖内设有气道，定子片包括定子片基片、设于定子片基片的若干线圈和设于定子片基片外周的支撑体，定子片基片用陶瓷、强化玻璃、层压玻纤、工程塑料、硅橡胶或电路基板制成，支撑体设有若干气道和若干进气隙，所述若干线圈的端面与其所在定子片基片的端面平行，所有定子片在轴向上相对应的各线圈按使其感应电势方向一致的原则连接形成由多个间隔分布的平行线圈组成的线圈串； 

定子片和转子片有间隙地相间嵌叠装配形成嵌碟式结构，所述线圈串有间隙地嵌入所述磁铁串的磁隙中转子能够转动； 

从相邻转子片和定子片之间的空隙依次经所述支撑体上的进气隙和气道、端盖内的气道、转子片上的通气孔后回到转子片和定子片之间的空隙组成气流循环通道，转子转动时气流在所述通气缺口的带动下离心运动从所述进气隙进入所述气流循环通道循环，把电机内部的热量传输到机壳。 

所述端盖内侧设有端盖套片，端盖套片和端盖之间形成端盖的气道以连通所述支撑体上的气道和转子片上的通气孔，端盖套片由高电阻抗的导磁材料制成，特别适合用高饱和磁通密度的铁氧体软磁材料成型制作，用于在多隙串磁结构的磁铁串两端为磁力线提供回路。 

转子片的磁铁置于转子片基片内、两极端面分别临界或穿透转子片基片的两端面，同一转子片的相邻两磁铁的极性相反，同一磁铁串中各磁铁的极性方向一致。转子片的磁铁可以是永磁磁铁或电磁线圈，当采用电磁线圈时，可以在转子片基片内置入传统的线绕线圈或通过印刷、蚀刻、光刻、电镀、溅镀等工艺在电路基板或其它材料的转子片基片上成形电磁线圈，并以传统的馈电方式来实现供电。每个转子片中磁铁的数目根据电机的用途、相数和特性要求可以有多种不同的数值，一般为二的倍数，特别适合为四的倍数。 

定子片的线圈置于定子片基片内，线圈内填充较低导电率、较高导磁率和较高导热系数的材料或与定子片基片相同的材料、或者在线圈内设置用所述材料制成的线圈支架。定子片的线圈可以是线绕线圈，也可以是采用印刷、蚀刻、光刻、电镀或溅镀工艺成型于定子片基片上的平面线圈。 

在端盖套片上朝向转子端面的一侧对着磁铁的位置安装位置传感器，以检测所述转子的位置。所述的位置传感器可以是霍尔元件类型的传感器或光电元件类型的传感器，如果是使用霍尔元件应使其能尽量靠近磁铁，如果是使用光电元件，则在相对的转子片上应设置色标或打孔。在通常的情况下，本实用新型作为发电机使用时可以无需设置位置传感器。 

所述电机可以是电动机、发电机、或兼有电动和发电功能的电机。 

对于散热要求较高且对电机内部的密闭性有要求的电机，可以把气流从电机两边端盖或内部通气管道引出至外部散热装置进行散热，然后重新引入到电机端盖内部或内部通气管道，使电机得到进一步的散热。 

对于简单要求的电机，对电机内部的密闭性没有要求的情况下，可以将端盖的气道与外界连通，将定子片支撑体的气道与外界连通，使空气从外部进入端盖内部的气道，再经转子片上的通气孔进入电机腔体，然后在转子片的通气缺口的带动下从进气隙进入定子片支撑体上的气道然后排出到电机外部，形成气流的内外循环，达到电机散热的作用。 

为了在体积和材料用量不变的情况下增加电磁力作用的面积，提高功率密度，所述的转子片和定子片的厚度做得较薄，使其厚度远小于各自的半径。 

本实用新型的电机适合为大小功率的电动机或发电机，可以是单相发电机、三相发电机、直流有刷电机、直流无刷电机、三相同步电机等。根据电机的种类和使用要求不同，定子上线圈的设置、绕法和接法有很多种，这方面与现有的电机技术并无不同，其基本原则是：对应于所述的磁铁串，使每一串线圈串中所有线圈的电磁感应电势的方向一致；线圈的串数不一定等于磁铁串的串数，但应为相数的倍数，并在电机轴线的辐向上依序均等分平均分配设置。依据上述的原则把线圈接好，用导线引到机壳上的接线端子。 

本实用新型还提供一种没有气流循环通道的电机，该电机包括端盖、定子和转子，其特征是： 

所述转子由一组碟片状转子片在电机轴线方向上有间距地层叠构成，转子片包括转子片基片和设于转子片基片的若干磁铁，转子片基片用铝合金、陶瓷、强化玻璃、层压玻纤、工程塑料或电路基板制成，所述若干磁铁的两极端面均与其所在转子片基片的端面平行，所有转子片在轴向上相对应的各个磁铁的极性方向相同形成多隙串磁结构的磁铁串；

所述定子由一组碟片状定子片沿电机轴线方向有间距地层叠构成，定子两端安装端盖，定子片包括定子片基片、设于定子片基片的若干线圈和设于定子片基片外周的支撑体，定子片基片用陶瓷、强化玻璃、层压玻纤、工程塑料、硅橡胶或电路基板制成，所述若干线圈的端面与其所在定子片基片的端面平行，所有定子片在轴向上相对应的各线圈按使其感应电势方向一致的原则连接形成由多个间隔分布的平行线圈组成的线圈串； 

定子片和转子片有间隙地相间嵌叠装配形成嵌碟式结构，所述线圈串有间隙地嵌入所述磁铁串的磁隙中转子能够转动。 

由于采用高电阻率的定子基材和低导磁率的转子基材，采用多隙串磁结构及嵌碟式结构，使本实用新型电机的涡流损耗大幅度降低，多隙串磁结构使电机的磁力得到充分的利用，大幅度提高了功率密度，提高了效率，减少了原材料的消耗。 

由于采用了特殊的循环气道，能够很好地解决电机的散热问题，保证电机长期稳定地运行，可以做成密闭性要求较高的电机。 

与现有电机相比，本实用新型电机具有较大的功率体积比和功率重量比，涡流损耗小，散热效果好，特别适合电动汽车使用。 

附图说明

图1为本实用新型典型实施例的结构示意图； 

图2为图1的分解图； 

图3为其定子片的平面图； 

图4为其转子片的平面图； 

图5为其转子片与定子片的装配透视示意图。 

具体实施方式

以下结合实施例对本实用新型进一步描述。 

参照图1-5，本典型实施例的多隙串磁嵌碟式电机是三相发电/电动一体机，当按序输入三相电时电机转子旋转，当外力驱动其转子旋转时电机按序发 出三相电能。本实施例针对对密闭性要求较高的电机进行描述，该电机包含以下部件及结构细节：机壳1、轴承2、转轴3、定子4、转子5、端盖6、转轴孔7、端盖套片8、位置传感器9、进气隙10、出气口11、定子片12、定子片基片12’、定子片支撑体13、转子片14、转子片基片14’、凸台15、磁铁16、磁铁串16a、线圈17、线圈串17a、线圈填充物18、气道19、端盖气道19a、转轴过孔20、通气孔21、磁力线22、通气缺口23、轴孔24、定位缺口25、定位孔26、多隙串磁结构27、嵌碟式结构28、接线端子T。 

以下结合图1所示电机剖面结构示意图和图2所示分解图对电机结构进行描述：本电机包括：机壳1，固定于机壳1的定子4，通过转轴3和轴承2安装于机壳1的转子5，装在机壳1上的接线端子T。电机的两边端盖6作为机壳1的一部分，起到固定定子4和安装转子5的作用，在端盖6内侧有端盖套片8作为端盖的一部分。 

电机的定子4固定在机壳1的端盖6上，转子5固定在转轴3上，转轴3的两边都装有轴承2，轴承2被固定在电机两边端盖6上的转轴孔7内，端盖6内有气道19a，端盖套片8把端盖气道19a与电机腔体隔开，在端盖套片8上向电机腔体的一边对着转子上装有磁铁的部位装有位置传感器9用于检测转子的位置。装配后转子片14与定子片12各自嵌入对方的间隙中，互相之间留有气隙使转子5能自由转动。 

所述转子5是由一组碟片状转子片14在电机轴线方向上有间距地层叠构成的，每个转子片14包括转子片基片14’和若干磁铁16，转子片基片14’是用导磁率较低的材料制成的，特别适合用铝合金、陶瓷、强化玻璃、层压玻纤、工程塑料、电路基板或其复合材料或类似性质的材料成型制作，在各个转子片基片14’的辐向上均等分地安置了若干个磁铁16，磁铁16被安置于转子片基片14’内，磁铁16的两极端面分别穿透或临界于转子片基片14’的两端面，磁铁16的两极端面与转子片基片14’的两端面平行，使磁铁16内部的磁力线22方向与转子片基片14’的两端面垂直，每个转子片14的任意两个相邻的磁铁16极性方向相反，相邻转子片14在电机轴线方向上相对应的磁铁16的相位和极性方向一致，构成若干串有若干个磁隙的磁铁串16a，形成一多隙串磁结构27。 

所述定子4是由一组碟片状定子片12在电机轴线方向上有间距地层叠构 成的，每个定子片12包括定子片基片12’、设于定子片基片12’上的若干线圈17、以及设于定子片基片12’外周的支撑体13，定子片基片12’是用导电率较低的材料制成的，特别适合用陶瓷、强化玻璃、层压玻纤、工程塑料、硅橡胶、电路基板或其复合材料或类似性质的材料成型制作，在各个定子片基片12’的辐向上均等分地安置了若干个线圈17，线圈17被安置于定子片基片12’内、穿透或临界于定子片基片12’的两端面，线圈17的端面与定子片基片12’的两端面平行，线圈17可以是传统的线绕线圈，线圈也可以是通过印刷、蚀刻、光刻、电镀、溅镀等工艺在电路基板或其它基材上成型的平面线圈，相邻定子片12在电机轴线方向上相对应的线圈17的相位一致，并按使其感应电势方向一致的原则连接，形成若干串具有若干个平行线圈17的线圈串17a，使线圈串按相数及相位围绕电机的轴线均等分配设置，使各同相的线圈串按串联或并联连接后经导线分别连接到接线端子T。 

定子片12与转子片14在电机的轴线方向上有间隙地相间地平行嵌叠装配，形成一嵌碟式结构28，在垂直于电机轴线的方向上形成一串定子片与转子片的相对作用面，装配后所述线圈串17a有间隙地嵌入所述磁铁串16a的磁隙中，当转子5转动时，所述磁隙与所述的线圈相对运动，产生电磁力作用。 

以下结合图4转子片的平面图对转子片进行进一步描述：转子片14的中心有转轴孔24，转轴孔24的边上有定位缺口25，以便把转子5按一定的相位固定在转轴3上，转子片14中心处设置凸台15，转子片的转轴孔24设置在该凸台15中心，凸台15一方面使转子片14能更牢固地定位于转轴3上，另一方面利用凸台15的厚度确定相邻转子片之间的距离。转子片14靠近转轴3的一侧有若干个通气孔21，用于使内部循环的气流通过。在转子片14的圆周向圆心方向开有若干个通气缺口23，用于作为气流通道以及用于在转子旋转时带动气流旋转。每个转子片14的磁铁16的数目根据电机的用途、相数和特性要求可以有多种不同的数值，一般为相数加一的倍数，特别适合为四的倍数。在本实施例中每个转子片14上使用了十二个永磁磁铁，是四的三倍。 

以下结合图3定子片的平面图对定子片进行进一步描述：每个定子片12中设置了若干个线圈17，线圈17的数目应为相数的倍数，特别适合为三的倍数，本实施例中使用了九个线圈17，是三的三倍。所述的线圈17的内侧的线 圈填充物18是使用导电率较低、导磁率较高、导热较好的材料或与定子片基片12’同样的材料做空心框架支撑或以实心填充。所述的定子片12固定在支撑体13上，然后通过支撑体13固定在机壳1上，支撑体13可以使用与定子片基片12’相同的材料固合或一体成形，也可以使用其他更高导热性质或更高机械强度的材料制作，然后与定子基片12’装配或固合在一起。支撑体13有定位孔26、进气隙10和气道19。支撑体13的作用之一是用于定子片12的紧固、支承、定位、固定，作用之二是以自身的厚度确定相邻两定子片12的间距，作用之三是散热或提供散热通道。定位孔26用于多个定子片之间的定位和紧固，以及与两边端盖6的固定，两边端盖6内侧设置有端盖套片8。定子片12中心设有转轴过孔20，转子片中心的凸台15贯穿该转轴过孔20且有间隙使转子转动时不会与定子片摩擦。 

所述的进气隙10与所述的气道19连通，装配后每个支撑体13中的同相位的气道19相连贯通，与端盖6内部的端盖气道19a连通，端盖套片8把气道19a与电机腔体隔开，在端盖套片8上向着电机腔体的一边对着转子上装有磁铁16的部位装有位置传感器9用于检测转子5的位置，端盖6的气道19a的出气口11在靠近转轴3的位置。从相邻转子片和定子片之间的空隙依次经支撑体13上的进气隙10和气道19、端盖6内的气道19a、转子片14上的通气孔21后回到转子片和定子片之间的空隙组成气流循环通道，转子转动时气流在所述通气缺口23的带动下离心运动从所述进气隙10进入所述气流循环通道循环，把电机内部的热量传输到机壳。 

所述端盖套片8是用电阻抗较高的软性导磁材料制成的，特别适合用高饱和磁通密度的铁氧体软磁性材料成型制作，作为多隙串磁结构27磁铁串16a的磁力终止，在磁铁串16a两端为磁力线22提供回路。在本实施例中所述的位置传感器9是使用霍尔元件类型的传感器。在通常的情况下，本实用新型作为发电机使用时可以无需设置位置传感器9。 

本实用新型的电机也可以用端盖和定子片的支撑体作为机壳、或加装坚固的或防尘的机壳。 

为了在体积和材料用量不变的情况下增加电磁力作用的面积，提高功率密度，所述的转子片14和定子片12的厚度做得较薄，使其厚度远小于各自的半径。 

本实施例所述的电机适合为大小功率的电动机或发电机，可以是单相发电机、三相发电机、直流有刷电机、直流无刷电机、三相同步电机等。根据电机的种类和使用要求不同，定子线圈17的设置、绕法和接法有很多种，这方面与现有的电机技术并无不同，其基本原则是：对应于磁铁串16a，使每一串线圈串17a中所有线圈17的电磁感应电势的方向一致；线圈串17a的串数不一定等于磁铁串16a的串数，但应为相数的倍数，并在电机轴线的辐向上依序均等分平均分配设置。依据上述的原则把线圈17接好，用导线引到机壳1上的接线端子T。 

本实施例所述的电机特别适合为电动汽车的电机，其具有良好的密闭性和较好的散热效果，该电机兼有电动和发电的功能，能够实现汽车制动能量的回收，具有体积小、重量轻、功率密度大、涡流损耗小、效率高的性能，符合节能环保的要求。 

如果对电机的密封性没有要求，散热要求低，那么本实用新型的电机也可以不包括气流循环通道，即：不用在定子片12的支撑体上设置气道19和进气隙10、不用在转子片14上设置通气孔21和通气缺口23、不用在端盖6内设置端盖气道19a，以减少加工工序，降低生产成本。 

Claims (10)

1.一种电机，包括端盖、定子和转子，其特征是：

所述转子由一组碟片状转子片在电机轴线方向上有间距地层叠构成，转子片包括转子片基片和设于转子片基片的若干磁铁，转子片基片靠近轴心的位置有若干通气孔、外沿开有若干通气缺口，转子片基片用铝合金、陶瓷、强化玻璃、层压玻纤、工程塑料或电路基板制成，所述若干磁铁的两极端面均与其所在转子片基片的端面平行，所有转子片在轴向上相对应的各个磁铁的极性方向相同形成多隙串磁结构的磁铁串；

所述定子由一组碟片状定子片沿电机轴线方向有间距地层叠构成，定子两端安装端盖，端盖内设有气道，定子片包括定子片基片、设于定子片基片的若干线圈和设于定子片基片外周的支撑体，定子片基片用陶瓷、强化玻璃、层压玻纤、工程塑料、硅橡胶或电路基板制成，支撑体设有若干气道和若干进气隙，所述若干线圈的端面与其所在定子片基片的端面平行，所有定子片在轴向上相对应的各线圈按使其感应电势方向一致的原则连接形成由多个间隔分布的平行线圈组成的线圈串；

定子片和转子片有间隙地相间嵌叠装配形成嵌碟式结构，所述线圈串有间隙地嵌入所述磁铁串的磁隙中转子能够转动；

从相邻转子片和定子片之间的空隙依次经所述支撑体上的进气隙和气道、端盖内的气道、转子片上的通气孔后回到转子片和定子片之间的空隙组成气流循环通道，转子转动时气流在所述通气缺口的带动下离心运动从所述进气隙进入所述气流循环通道循环，把电机内部的热量传输到机壳。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征是：所述端盖内侧设有端盖套片，端盖套片和端盖之间形成端盖的气道以连通所述支撑体上的气道和转子片上的通气孔，端盖套片由高电阻抗的导磁材料制成，用于在多隙串磁结构的磁铁串两端为磁力线提供回路。

3.根据权利要求1所述的电机，其特征是：转子片中心处设置凸台以设定相邻转子片之间的距离，转子片的转轴孔设置在该凸台中心；转子片的磁铁置于转子片基片内、两极端面分别临界或穿透转子片基片的两端面，同一转子 片的相邻两磁铁的极性相反，同一磁铁串中各磁铁的极性方向一致。

4.根据权利要求1所述的电机，其特征是：转子片的磁铁为永磁磁铁或电磁线圈，电磁线圈是线绕线圈或采用印刷、蚀刻、光刻、电镀或溅镀工艺在转子片的基片上成型的线圈。

5.根据权利要求1所述的电机，其特征是：定子片的线圈置于定子片基片内，线圈内填充与定子片基片相同的材料、或者在线圈内设置用所述材料制成的线圈支架。

6.根据权利要求1所述的电机，其特征是：定子片的线圈是线绕线圈或采用印刷、蚀刻、光刻、电镀或溅镀工艺成型于定子片基片上的平面线圈。

7.根据权利要求1所述的电机，其特征是：端盖和定子片的支撑体作为机壳。

8.根据权利要求2-7任一项所述的电机，其特征是：端盖套片上朝向转子端面的一侧对着磁铁的位置安装位置传感器，以检测所述转子的位置。

9.根据权利要求1-7任一项所述的电机，其特征是：所述电机为电动机、发电机、或兼有电动和发电功能的电机。

10.一种电机，包括端盖、定子和转子，其特征是：

所述转子由一组碟片状转子片在电机轴线方向上有间距地层叠构成，转子片包括转子片基片和设于转子片基片的若干磁铁，转子片基片用铝合金、陶瓷、强化玻璃、层压玻纤、工程塑料或电路基板制成，所述若干磁铁的两极端面均与其所在转子片基片的端面平行，所有转子片在轴向上相对应的各个磁铁的极性方向相同形成多隙串磁结构的磁铁串；

所述定子由一组碟片状定子片沿电机轴线方向有间距地层叠构成，定子两端安装端盖，定子片包括定子片基片、设于定子片基片的若干线圈和设于定子片基片外周的支撑体，定子片基片用陶瓷、强化玻璃、层压玻纤、工程塑料、硅橡胶或电路基板制成，所述若干线圈的端面与其所在定子片基片的端面平行，所有定子片在轴向上相对应的各线圈按使其感应电势方向一致的原则连接形成由多个间隔分布的平行线圈组成的线圈串；

定子片和转子片有间隙地相间嵌叠装配形成嵌碟式结构，所述线圈串有间隙地嵌入所述磁铁串的磁隙中转子能够转动。 

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