CN202663266U - 球型电机及应用该球型电机的电动车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于电动车的球型电机，包括固定在固定轴上的定子、可绕固定轴周向旋转的转子，所述定子上设有绕线组，所述转子上设有多个永磁体，所述转子为空心球形，所述永磁体固定在所述转子的空心内壳上，所述固定轴穿过所述转子的球心；所述定子为内部设有绕线组的实心球形，所述固定轴穿过所述定子的球心；所述定子的半径小于所述转子的半径且设于所述转子的空心中，所述绕线组通入电流后产生的磁场方向垂直于对应位置的转子球面。本实用新型所述球型电机，将转子和定子均设计为球形，球形转子内部容纳的永磁体的体积总和较大，同时散热面积大，球形定子与转子之间的距离较小，具有较高的能量转化效率，同时散热性能较好。

Description

球型电机及应用该球型电机的电动车

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，尤其涉及一种新型电动车球型电机以及使用该球型电机的电动车。 

背景技术

电机是依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置，其主要作用是产生驱动转矩，作为电器或各种机械的动力源。常规的电机分为两大部分：定子和转子。定子是电机的静止部分，主要用来产生磁场。转子是电机的转动部分，转子的主要作用是感应电动势或产生电磁转矩，使机械能变为电能（发电机）或电能变为机械能（电动机）的枢纽。电机工作时产生感应电动势和电磁转矩，以实现能量的转换。 

现有的轮毂电机的转子外壳为空心的柱状结构或长方体结构，永磁体固定在其转子外壳内壁上，定子一般也为圆柱形结构，定子固定在固定轴上，固定轴固定在车轮的换向节上，转子通过轴承活动连接在固定轴上。为了使轮毂电机能产生较大的电能或机械能，通常的做法是在柱状或方形转子外壳空间内尽量多的安装永磁体、或者是增大转子外壳的大小以获得更大的永磁体安装空间。然而，柱状或方形转子外壳的空间大小是有限的，安装的转子绕组的数量也是有限的，另一方面，由于圆柱形结构上绕线组与转子的永磁体之间的距离较大，所以只能获得相对较大的能量（电能或机械能）。如果增加转子外壳的大小，则会增加轮毂电机的成本，并且增加轮毂电机占用的位置。 

因此，现有技术的轮毂电机不能满足一些要求能量转换效率高的场合使用。 

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足之处而提供一种能量转换效 率较高，同时散热性能较好的用于电动车的球型电机。 

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种球型电机，包括固定在固定轴上的定子、可绕固定轴周向旋转的转子，所述定子上设有绕线组，所述转子上设有多个永磁体，所述转子为空心球形，所述永磁体固定在所述转子的空心内壳上，所述固定轴穿过所述转子的球心； 

所述定子为内部设有绕线组的实心球形，所述固定轴穿过所述定子的球心； 

所述定子的半径小于所述转子的半径且所述定子设于所述转子的空心中，所述绕线组通入电流后产生的磁场方向垂直于对应位置的转子球面。 

所述转子设为空心球形，在转子壳面积相同的情况下，球形转子的内部容量比圆柱形和方形的容量大，可以容纳的永磁体的体积总和较大；在内部容量相同的情况下，球形转子的面积比圆柱形和方形的大，电机的散热面积较大。同时，将定子也设为球形，使得定子中的绕线组通入电流后产生的磁场方向始终垂直于对应位置的转子球面，而且转子空心内壳上的永磁体与定子的距离较小；本实用新型球型电机与现有结构的轮毂电机相比，由于转子在一定的空间范围内可以容纳更多体积的永磁体，同时由于定子也为球形，定子与转子之间的距离较小，使得定子可以产生更大的感应电动势或产生更大的电磁转矩，电能与动能之间的转换效率更高，同时具有体积小、散热面积大等优点。 

作为上述技术方案的改进，所述转子沿与所述固定轴垂直的方向分为内转子和外转子，所述内转子和外转子之间设有磁性离合器，所述磁性离合器的一端固定在所述内转子或外转子上；所述定子沿与所述固定轴垂直的方向分为内定子和外定子，所述内定子中设有内绕线组，所述外定子中设有外绕线组。 

将转子分为内转子和外转子，对应地将定子分为内定子和外定子，内定子和外定子中分别设置绕线组，当磁性离合器没有通电时，磁性离合器没有磁性，内转子和外转子是分开的，如果内绕线组通电而外绕线组不通电，内转子转动，外转子静止；同理，如果外绕线组通电而内绕线组不通电，外转子转动，内转子静止。当磁性离合器通电时，磁性离合器将所述内转子和外转子吸合在一起，无论单独将内绕线通电或者单独将外绕线组通电，抑或将内绕线组和外绕线组同时通电，内转子和外转子都将同时以相同的转速转动；此时当单独将内绕线 组通电时，内转子的转动通过磁性离合器带动所述外转子同时转动，内转子一侧是电能转化为动能从而带动内转子转动（即电动机的作用），而外转子一侧由于外绕线组没有通电，外转子的转动将实现动能转化为电能（即发电机的作用）；同理，当单独将外绕线组通电时，外转子的一侧起电动机的作用，而内转子的一侧起发电机的作用；而内绕线组和外绕线组同时通电时，整个球型电机起电动机的作用。 

在使用过程中，当电动车缓慢行驶时，可以将磁性离合器断电，使内转子和外转子分开，仅给内绕线组和外绕线组中的一个通电，让内转子和外转子中的一个转动，而另外一个处于静止状态，即内转子或外转子单独的转动即可满足电动车行驶的需要；当电动车行驶较快或需要上坡时，将磁性离合器通电，使得内转子和外转子吸合在一起，同时给内绕线组和外绕线组通电，内转子和外转子的同时转动满足电动车的动力需求。当电动车需要刹车时，同时断开内绕线组和外绕线组的电源，但是由于惯性的作用，转子会转动一定的时间才能静止，此时转子的转动使机械能转化成电能，实现为电动车的电源充电，即此刻所述球型电机起发电机的作用。 

此种设计可以灵活选择将内绕线组和外绕线组中的一个通电或将二者同时通电、将内转子和外转子之间的磁性离合器通电或断电，使转子的转动更加灵活化，根据情况使所述球型电机的内转子一侧起发电机作用、外转子一侧起电动机作用，或者内转子一侧起电动机作用、外转子一侧起发电机作用，或者内转子和外转子同时起电动机作用，抑或内转子和外转子同时起发电机作用，灵活的实现电能与机械能之间的转换，避免能源的浪费，节能环保。 

所述磁性离合器可以固定在内转子上，也可以固定在外转子上，使用时，由于外转子与电动车的轮毂相连，内转子与电动车的底盘上的悬架相连，因此优选地，将磁性离合器固定在外转子上，稳定性更好。 

作为上述技术方案的改进，所述内转子和外转子的大小相同。当转子均等地分为内转子和外转子时，转子的转动更加稳定。 

作为上述技术方案的改进，所述内定子和外定子的大小相同。当定子均等 地分为内定子和外定子时，内定子和外定子产生的感应电动势或电磁转矩相同，转子的转动更加稳定。 

作为上述技术方案的改进，所述转子和定子的球心重叠。当转子和定子的球心重叠时，定子与转子之间的距离均等，转子的转动更加稳定。 

作为上述技术方案的改进，所述转子上的永磁体均匀地分布在所述转子的空心内壳上。永磁体在转子的空心内壳上均匀分布时，转子的结构和转动更加稳定。 

本实用新型还提供一种电动车，所述电动车包括如上任一所述的球型电机。定子的固定轴固定在车轮的转向节上，内转子在车轮的内侧，外转子在车轮的外侧。 

本实用新型所述球型电机，由于同时将转子和定子都设计为球形，定子上绕线组通电时产生的磁场始终垂直于对应位置的转子球面，在转子壳面积相同的情况下，球形转子内部的容量比圆柱形和方形的容量大，球形转子内部可以容纳的永磁体的体积总和比圆柱形或方形转子内部容纳的永磁体的体积总和要大，而且由于球形定子与转子之间的距离比圆柱形或方形定子与转子之间的距离要小，从而可以使定子产生更大的感应电动势或电磁转矩，更好的实现电能与机械能之间的转化，具有更高的能量转换效率。同时，与相同体积的圆柱形和方形转子相比，球形转子的散热面积更大，有利于电机的散热。本实用新型所述球型电机，具有能量转换率高、散热性能更好的优点。 

同理，使用本实用新型的球型电机作为驱动装置的电动车，也具有以上所述优点。 

附图说明

图1为本实用新型球型电机的一种实施方式的结构示意图； 

图2为本实用新型球型电机的转子的一种实施方式的结构示意图； 

图3为本实用新型球型电机的定子的一种实施方式的结构示意图。 

具体实施方式

为更好的说明本实用新型的目的、技术方案和优点，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。 

如附图1所示，本实用新型的一种电动车球型电机，包括固定在固定轴30上的定子10、可绕固定轴30周向旋转的转子20，所述定子10上设有绕线组（图1中未画出），所述转子20上设有多个永磁体26，所述转子20为空心球形，所述永磁体26固定在所述转子20的空心内壳上，所述固定轴30穿过所述转子20的球心；所述定子10为内部设有绕线组的实心球形，所述固定轴30穿过所述定子10的球心；所述定子10的半径小于所述转子20的半径且所述定子10设于所述转子20的空心中，所述绕线组通入电流后产生的磁场方向垂直于对应位置的转子20球面。 

所述转子20设为空心球形，在转子壳面积相同的情况下，球形转子20的内部容量比圆柱形和方形的容量大，可以容纳的永磁体26的体积总和较大；在内部容量相同的情况下，球形转子20的面积比圆柱形和方形的大，电机的散热面积较大。同时，将定子10也设为球形，使得定子10中的绕线组通入电流后产生的磁场方向始终垂直于对应位置的转子20球面，而且转子20空心内壳上的永磁体26与定子10的距离较小；本实用新型球型电机与现有结构的轮毂电机相比，由于转子20在一定的空间范围内可以容纳更多体积的永磁体26，同时由于定子10也为球形，定子10与转子20之间的距离较小，使得定子10可以产生更大的感应电动势或产生更大的电磁转矩，电能与动能之间的转换效率更高，同时具有体积小、散热面积大等优点。 

较佳地，如附图2和3所示，所述转子20沿与所述固定轴30垂直的方向分为内转子22和外转子24，所述内转子22和外转子24之间设有磁性离合器40，所述磁性离合器40的一端固定在所述内转子22或外转子24上；所述定子10沿与所述固定轴30垂直的方向分为内定子12和外定子14，所述内定子12中设有内绕线组13，所述外定子14中设有外绕线组15。 

将转子20分为内转子22和外转子24，对应地将定子10分为内定子12和 外定子14，内定子12和外定子14中分别设置绕线组（13、15），当磁性离合器40没有通电时，磁性离合器40没有磁性，内转子22和外转子24是分开的，如果内绕线组13通电而外绕线组15不通电，内转子22转动，外转子24静止；同理，如果外绕线组15通电而内绕线组13不通电，外转子24转动，内转子22静止。当磁性离合器40通电时，磁性离合器40将所述内转子22和外转子24吸合在一起，无论单独将内绕线组13通电或者单独将外绕线组15通电，抑或将内绕线组13和外绕线组15同时通电，内转子22和外转子24都将同时以相同的转速转动；此时当单独将内绕线组13通电时，内转子22的转动通过磁性离合器40带动所述外转子24同时转动，内转子22一侧是电能转化为动能从而带动内转子22转动（即电动机的作用），而外转子24一侧由于外绕线组15没有通电，外转子24的转动将实现动能转化为电能（即发电机的作用）；同理，当单独将外绕线组15通电时，外转子24的一侧起电动机的作用，而内转子22的一侧起发电机的作用；而内绕线组13和外绕线组15同时通电时，整个球型电机起电动机的作用。 

在使用过程中，当电动车缓慢行驶时，可以将磁性离合器40断电，使内转子22和外转子24分开，仅给内绕线组13和外绕线组15中的一个通电，让内转子22和外转子24中的一个转动，而另外一个处于静止状态，即内转子22或外转子24单独的转动即可满足电动车行驶的需要；当电动车行驶较快或需要上坡时，将磁性离合器40通电，使得内转子22和外转子24吸合在一起，同时给内绕线组13和外绕线组15通电，内转子22和外转子24的同时转动满足电动车的动力需求。当电动车需要刹车时，同时断开内绕线组13和外绕线组15的电源，但是由于惯性的作用，转子20会继续转动一定的时间才能静止，此时转子20的转动使机械能转化成电能，实现为电动车的电源充电，即此刻所述球型电机起发电机的作用。 

此种设计可以灵活选择将内绕线组13和外绕线组15中的一个通电或将二者同时通电、将内转子22和外转子24之间的磁性离合器40通电或断电，使转子20的转动更加灵活化，根据情况使所述球型电机的内转子22一侧起发电机作用、外转子24一侧起电动机作用，或者内转子22一侧起电动机作用、外转子24一侧起发电机作用，或者内转子22和外转子24同时起电动机作用，抑或 内转子22和外转子24同时起发电机作用，灵活的实现电能与机械能之间的转换，避免能源的浪费，节能环保。 

所述磁性离合器40可以固定在内转子22上，也可以固定在外转子24上，使用时，由于外转子24与电动车的轮毂相连，内转子22与电动车的底盘上的悬架相连，因此优选地，将磁性离合器40固定在外转子24上，如附图2所示，使用时电动车的稳定性更好。 

较佳地，如附图2所示，所述内转子22和外转子24的大小相同。当转子20均等地分为内转子22和外转子24时，转子20的转动更加稳定。 

较佳地，如附图3所示，所述内定子12和外定子14的大小相同。当定子10均等地分为内定子12和外定子14时，内定子12和外定子14产生的感应电动势或电磁转矩相同，转子10的转动更加稳定。 

较佳地，如附图1所示，所述转子20和定子10的球心重叠。当转子20和定子10的球心重叠时，定子10与转子20之间的距离均等，转子20的转动更加稳定。 

较佳地，如附图1所示，所述转子20上的永磁体26均匀地分布在所述转子20的空心内壳上。永磁体26在转子20的空心内壳上均匀分布时，转子20的结构和转动更加稳定。 

本实用新型还公开了一种电动车（图中未画出），所述电动车包括如上所述的球型电机，所述球型电机的固定轴30固定在车轮的转向节（图中未画出）上。同理，使用本实用新型的球型电机作为驱动装置的电动车，也具有能量转换效率高、体积小、成本低等优点。采用本实用新型的球型电机的电动车，在提高能量转化效率的同时，具有较大的散热面积，而且使用时，可灵活控制动能与电能之间的转化，避免自愿的浪费，节能环保。 

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修 改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。 

Claims (7)

1.一种球型电机，包括固定在固定轴上的定子、可绕固定轴周向旋转的转子，所述定子上设有绕线组，所述转子上设有多个永磁体，其特征在于：

所述转子为空心球形，所述永磁体固定在所述转子的空心内壳上，所述固定轴穿过所述转子的球心；

所述定子为内部设有绕线组的实心球形，所述固定轴穿过所述定子的球心；

所述定子的半径小于所述转子的半径且所述定子设于所述转子的空心中，所述绕线组通入电流后产生的磁场方向垂直于对应位置的转子球面。

2.如权利要求1所述的球型电机，其特征在于，所述转子沿与所述固定轴垂直的方向分为内转子和外转子，所述内转子和外转子之间设有磁性离合器，所述磁性离合器的一端固定在所述内转子或外转子上；

所述定子沿与所述固定轴垂直的方向分为内定子和外定子，所述内定子中设有内绕线组，所述外定子中设有外绕线组。

3.如权利要求2所述的球型电机，其特征在于，所述内转子和外转子的大小相同。

4.如权利要求2所述的球型电机，其特征在于，所述内定子和外定子的大小相同。

5.如权利要求1所述的球型电机，其特征在于：所述转子和定子的球心重叠。

6.如权利要求1所述的球型电机，其特征在于：所述转子上的永磁体均匀地分布在所述转子的空心内壳上。

7.一种电动车，包括如权利要求1至6中任一项所述的球型电机。

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