CN101741200B - 一种爪极电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种爪极电机，包括转子和定子。该爪极电机的转子包括驱端爪极、电端爪极、磁钢组件、磁轭线圈和磁轭模芯，整个磁轭模芯作为一个独立的部件，将磁轭模芯与爪极装配在一起。采用本发明的爪极电机，转子内部由于配件装配接缝产生的气隙位于径向方向，降低了制造工艺造成的第二气隙的大小，从而减小了磁压降，减小了磁阻，提高了爪极电机性能。并且，本发明公开了采用多种结构组合进行装配，简化了爪极电机的加工和装配工艺。

Description

一种爪极电机

技术领域

本发明涉及电机技术，特别是涉及一种爪极电机。

背景技术

电机作为将电能变换为机械能输出的驱动设备，广泛应用于工业、家电、汽车等领域。其中，爪极电机由于具有结构成本低和驱动电路简单等优势，在汽车领域具有广泛的应用。

传统的爪极电机由转子和定子组成，转子与定子之间存在的间隙称为第一气隙。图1为传统爪极电机的转子的配件结构图。如图1所示，传统爪极电机的转子包括：驱端爪极11、磁钢组件12、磁轭线圈13、电端爪极14、驱端磁轭模芯151和电端磁轭模芯152，其中，驱端磁轭模芯151与驱端爪极11为一体，在生产制造时，驱端磁轭模芯151与驱端爪极11作为同一部件共同制造；电端磁轭模芯152与电端爪极14为一体，在生产制造时，电端磁轭模芯152与电端爪极14作为同一部件共同制造。在传统爪极电机转子的上述部件装配在一起时，驱端爪极11、磁钢组件12、磁轭线圈13、电端爪极14、驱端磁轭模芯151和电端磁轭模芯152具有相同的中心轴，驱端磁轭模芯151和电端磁轭模芯152位于磁轭线圈13内部，驱端磁轭模芯151与电端磁轭模芯152合并后作为磁轭线圈13的磁轭模芯。中心轴的方向为轴向方向，与中心轴正交的方向为径向，在如图1所示的实施例中，轴向方向为水平方向。

图2为传统爪极电机的转子的磁通量示意图，将驱端爪极11、磁钢组件12、磁轭线圈13、电端爪极14、驱端磁轭模芯151和电端磁轭模芯152进行装配后，在驱端磁轭模芯151与电端磁轭模芯152的合并处产生一个间隙，即由于配件装配接缝产生气隙，将其标记为L1。如图2所示，由于驱端磁轭模芯151与电端磁轭模芯152之间的气隙L1位于轴向方向，因此转子内的磁力线在经过气隙L1后，磁通量Φ减小。由于驱端磁轭模芯151与电端磁轭模芯152之间的气隙L1造成了明显的磁压降，因而降低了爪极电机的扭矩、功率、转速等性能。

发明内容

本发明提供了一种爪极电机，旨在提高电机性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明公开了一种爪极电机，包括转子和定子，所述转子包括：驱端爪极、电端爪极、磁钢组件、磁轭线圈和磁轭模芯；

所述磁轭模芯是一个独立的部件；

所述磁轭线圈套在所述磁轭模芯外部，磁轭模芯的两端分别与驱端爪极和电端爪极装配在一起，磁钢组件被衔在驱端爪极和电端爪极之间。

所述磁轭模芯包括两个分别位于磁轭模芯两端的第一定位键，驱端爪极和电端爪极各包括一个第一定位槽，磁轭模芯对应驱端爪极一端的第一定位键嵌入驱端爪极的第一定位槽中，磁轭模芯对应电端爪极一端的第一定位键嵌入电端爪极的第一定位槽中；

或，

所述磁轭模芯包括两个分别位于磁轭模芯两端的销钉孔，驱端爪极和电端爪极各包括一个销钉孔，通过销钉将磁轭模芯对应驱端爪极一端的销钉孔与驱端爪极上的销钉孔相连，并将磁轭模芯对应电端爪极一端的销钉孔与电端爪极上的销钉孔相连；

或，

所述磁轭模芯包括分别位于磁轭模芯两侧的两个第一定位键和分别位于磁轭模芯两侧的两个销钉孔，驱端爪极和电端爪极均包括一个第一定位槽和一个销钉孔，磁轭模芯对应驱端爪极一端的第一定位键嵌入驱端爪极的第一定位槽中，并且通过销钉将磁轭模芯对应驱端爪极一侧的销钉孔与驱端爪极上的销钉孔相连，磁轭模芯对应电端爪极一端的第一定位键嵌入电端爪极的第一定位槽中，并且通过销钉将磁轭模芯对应电端爪极一侧的销钉孔与电端爪极上的销钉孔相连；

或，

磁轭模芯的两端分别采用过盈配合工艺与驱端爪极和电端爪极装配在一起；

或，

磁轭模芯的两端分别采用粘胶与驱端爪极和电端爪极装配在一起。

所述驱端爪极和电端爪极的外表面具有开槽。

所述开槽为螺纹槽、梯形槽、直槽或斜槽。

所述驱端爪极和电端爪极的每一个单个爪为非对称的四棱台。

所述驱端爪极和电端爪极的每一个单个爪的上下缘分别具有磁钢槽；

所述磁钢组件由多块磁钢组成，其中一块磁钢嵌在驱端爪极的一个单个爪的上缘的磁钢槽和电端爪极的一个单个爪的下缘的磁钢槽之间，或，其中一块磁钢嵌在驱端爪极的一个单个爪的下缘的磁钢槽和电端爪极的一个单个爪的上缘的磁钢槽之间。

所述磁钢槽是双侧面槽或单侧面槽。

所述磁钢槽包括第一部分和第二部分，磁钢槽的第一部分的深度按照第一角度向上变化，磁钢槽的第二部分的深度按照第二角度沿着转子的旋转方向变化。

所述磁钢组件由多块磁钢组成，每一块磁钢包括：磁钢本体和磁钢保护件，所述磁钢保护件包裹在磁钢本体的没有磁力线进出的表面外侧；

所述磁钢保护件采用机械强度高于设定值的非导磁性材料或磁性材料。

所述定子包括：驱端端盖、定子总成和电端端盖；

所述定子总成的两端分别与驱端端盖和电端端盖装配在一起；

所述转子位于所述定子总成内部；

所述定子总成包括一个或多个轴向的第二定位键，驱端端盖和电端端盖各包括与第二定位键数量相同的轴向的第二定位槽，所述每个第二定位键一侧嵌入驱端端盖的第二定位槽中，另一侧嵌入电端端盖的第二定位槽中。

由上述发明内容可见，本发明的爪极电机的转子中，将磁轭模芯与爪极这两个部件分离，整个磁轭模芯作为一个独立的部件，并且将磁轭模芯与爪极装配在一起，从而使得轴向方向不存在由于配件装配接缝产生的气隙，本发明的爪极电机的转子中，由于配件装配接缝产生的气隙位于径向方向，因而减小了由于配件装配接缝产生的气隙的磁压降的大小，减小了磁阻，提高了爪极电机性能。

附图说明

图1为传统爪极电机的转子的配件结构图；

图2为传统爪极电机的转子的磁通量示意图；

图3为本发明实施例爪极电机的转子的配件结构图；

图4为本发明实施例爪极电机的转子的磁轭模芯的示意图；

图5为本发明实施例爪极电机的转子的磁通量示意图；

图6为本发明实施例爪极电机的爪极外表面开槽示意图；

图7为本发明实施例爪极电机的爪极示意图；

图8为本发明实施例爪极电机的爪极的磁钢槽示意图；

图9为本发明实施例爪极电机的磁钢组件的单块磁钢的示意图；

图10为本发明实施例爪极电机的定子的配件结构图；

图11为本发明实施例爪极电机的端盖与定子总成装配示意图；

图12为本发明实施例爪极电机的定子总成结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明的基本思想是：在爪极电机的转子中，将磁轭模芯与爪极分离，并且磁轭模芯不再像传统的爪极电机那样分为两部分，而是将整个磁轭模芯作为一个独立的部件，将磁轭模芯与爪极装配在一起，从而使得轴向方向不存在由于配件装配接缝产生的气隙，本发明的爪极电机的转子中，由于配件装配接缝产生的气隙位于径向方向，因而减小了由于配件装配接缝产生的气隙造成的磁压降，减小了磁阻，提高了爪极电机性能。

本发明实施例中的爪极电机也由转子和定子组成，为提高爪极电机性能，对转子结构进行了改进，以避免在轴向方向产生由于配件装配接缝造成的气隙。图3为本发明实施例爪极电机的转子的配件结构图，如图3所示，本发明实施例爪极电机的转子包括：驱端爪极31、磁钢组件32、磁轭线圈33、电端爪极34和磁轭模芯35。其中，磁轭线圈33套在磁轭模芯35外部，磁轭模芯35的两端分别与驱端爪极31和电端爪极34装配在一起，磁钢组件32被衔在驱端爪极31和电端爪极34之间。

图4为本发明实施例爪极电机的转子的磁轭模芯35的示意图，图4中左图为磁轭模芯35的立体图，右图为磁轭模芯35的主视图。如图4所示，本发明实施例爪极电机的转子的磁轭模芯35可与爪极分开，是一个独立的整体配件。磁轭模芯35可以选用多种导磁材料制成，例如可以采用纯铁DT4或钢号小于10的碳钢。

图5为本发明实施例爪极电机的转子的磁通量示意图，参见图5，在装配后的转子内部，由于磁轭模芯35为一个独立整体部件，而不是像传统爪极电机那样磁轭模芯由两部分对接而成，因此本发明实施例爪极电机的转子内在轴向方向不存在由于配件装配接缝产生的气隙，因而磁力线在穿过磁轭时能够全部通过，从而提高了爪极电机的性能。并且，由于将磁轭模芯35的两端分别与驱端爪极31和电端爪极34装配在一起，因此在装配的接缝处会产生气隙，如图5所示，将其标记为L3，采用本发明实施例提出的转子结构，由于配件装配接缝产生的气隙L3位于径向方向。

为保证磁轭模芯35分别与驱端爪极31和电端爪极34牢固地装配在一起，可以采取多种装配方式。在本发明实施例中，仅以其中一种装配方式为例。参见图3，在磁轭模芯35上，两侧各存在一个第一定位键351和一个销钉孔352，在驱端爪极31和电端爪极34的轴上，各存在一个与第一定位键351相对应的第一定位槽和一个与销钉孔352相对应的销钉孔。以装配电端爪极34和磁轭模芯35为例，将磁轭模芯35上对应电端爪极34一端的第一定位键351嵌入电端爪极34的第一定位槽中，并将磁轭模芯35上对应电端爪极34一端的销钉孔352与电端爪极34上的销钉孔对齐，通过销钉将两个销钉孔连接起来。装配驱端爪极31和磁轭模芯35的方法与上述装配电端爪极34和磁轭模芯35的方法相同，在此不再赘述。在对磁轭模芯35与驱端爪极31和电端爪极34进行装配时，还可以采取其它的装配方式，例如，可以仅采用第一定位键与第一定位槽嵌入进行装配，或者仅采用销钉进行装配，或者，还可以采用现有技术中常用的过盈配合工艺或采用粘胶进行装配，只要能够将磁轭模芯35与驱端爪极31和电端爪极34稳定地装配在一起即可。

在本发明中，因为磁轭模芯35为一个独立整体部件，因而避免了产生轴向的由于配件装配接缝产生的气隙，从而提高了爪极电机的性能。在此基础上，本发明实施例还提出以下改进，以进一步地提高爪极电机的性能。

由于电机在通电时其内部的所有金属导体都会产生涡流，所产生的涡流造成铁耗，因而降低了电机扭矩、转速、功率等性能。本发明实施例提出在爪极电机的驱端爪极31和电端爪极34的外表面上开槽以减小涡流。图6为本发明实施例爪极电机的爪极外表面开槽示意图。如图6所示，以驱端爪极31和电端爪极34中的任意一个为例，在该爪极的外表面上具有开槽，该开槽可以为螺纹槽、梯形槽、直槽或斜槽。图6中仅以梯形槽为例。

图7为本发明实施例爪极电机的爪极示意图，左图为该爪极的主视图，右图为该爪极的立体图。如图7所示，以驱端爪极31和电端爪极34中的任意一个为例，该爪极的每一个单个爪为非对称的四棱台，即：单个爪为左右不对称的形状，单个爪与爪极轴相连的一侧较厚，向远端伸出的一侧较薄，并且单个爪的上表面和下表面的坡度不同。爪极电机的爪极采用不对称的单个爪，能够在电机工作时降低转矩温波，从而提高电机性能。

在电机工作时，驱端爪极31和电端爪极34衔住磁钢组件32进行旋转，由于旋转过程中会产生离心力，因此在高速旋转时磁钢组件32有可能从驱端爪极31与电端爪极34之间脱离甩出。为防止磁钢组件32甩出，本发明实施例提出在爪极上设置磁钢槽。图8为本发明实施例爪极电机的爪极的磁钢槽示意图。如图8所示，在驱端爪极31和电端爪极34的每一个单个爪的上下缘设置磁钢槽311，当磁钢组件32因离心力向外偏离时，磁钢组件32被磁钢槽311卡住，从而防止了磁钢组件32从驱端爪极31与电端爪极34之间脱离甩出。磁钢组件32由多块单块的磁钢组成，其中每一块磁钢嵌在驱端爪极31的一个单个爪的上缘的磁钢槽311和电端爪极34的一个单个爪的下缘的磁钢槽311之间，或，磁钢组件32中的一块磁钢嵌在驱端爪极31的一个单个爪的下缘的磁钢槽311和电端爪极34的一个单个爪的上缘的磁钢槽311之间。

该磁钢槽311可以是一个完整的槽，即该槽是双侧面槽，具有双侧面，磁钢组件32中的一块磁钢夹在磁钢槽311的两个侧面之间。或者，该磁钢槽311可以是一个半槽，即该槽是单侧面槽，只具有一个侧面，磁钢组件32中的一块磁钢的一侧与磁钢槽311的侧面接触，该磁钢的另一侧与磁轭线圈33接触，磁钢槽311的侧面将磁钢压在磁轭线圈33上。该磁钢槽311的形状由两部分组成，第一部分磁钢槽311的深度按照第一角度向上变化，第二部分磁钢槽311的深度按照第二角度沿着转子的旋转方向变化，第一角度和第二角度的大小可以根据不同的磁钢组件32的电磁性能、不同的加工工艺和不同的电机性能进行设计。

由于磁钢组件32的机械强度较低，本发明实施例进一步地对磁钢组件32进行保护。图9为本发明实施例爪极电机的磁钢组件32的单块磁钢的示意图，如图9所示，磁钢组件32的每块单块磁钢包括：磁钢本体321和磁钢保护件322，磁钢保护件322包裹在磁钢本体321的没有磁力线进出的表面外侧，可以采用机械强度高于设定值的非导磁性材料或磁性材料，该设定值根据爪极电机的性能以及磁钢本体的机械强度确定。当转子轴沿水平方向放置时，磁钢保护件322包裹在磁钢本体321的上下表面和前后表面外侧，磁钢本体321的左右表面不受磁钢保护件322包裹，磁力线通过磁钢本体321的左右表面进出。本发明实施例采用磁钢保护件322包裹磁钢本体321，从而提高了磁钢本体321的抗震、抗压和抗冲击能力。

在对爪极电机的转子进行上述改进的基础上，本发明实施例进一步对爪极电机的定子进行改进。图10为本发明实施例爪极电机的定子的配件结构图。如图10所示，本发明实施例爪极电机的定子包括：驱端端盖41、电端端盖42和定子总成43，定子总成43的两端分别与驱端端盖41和电端端盖42装配在一起，转子位于定子总成43内部。

可以采用多种方式对定子总成43分别与驱端端盖41和电端端盖42进行装配，在本实施例中，仅以一个具体实施例为例对其中一种装配方式进行说明。图11为本发明实施例爪极电机的端盖与定子总成装配示意图。定子总成43包括两个轴向的第二定位键431，位于定子总成43的外侧面；驱端端盖41和电端端盖42上各包括两个轴向的第二定位槽411。图11中所示端盖以驱端端盖41为例，电端端盖42与定子总成43的装配方式与图11所示的驱端端盖41与定子总成43的装配方式相同，在此不再赘述。如图11所示，在驱端端盖41上包括第二定位槽411，在定子总成43上包括第二定位键431，在装配时将第二定位槽411与第二定位键431对准，第二定位键431的一侧嵌入第二定位槽411中。在生产制造时，第二定位槽411采用制造驱端端盖41和电端端盖42的铣工工艺制造，第二定位键431采用制造定子总成43的冲片冲制工艺制造。采用上述装配方式，将第二定位键431嵌入第二定位槽411作为一种防错措施，保证了定子总成43与驱端端盖41以及定子总成43与电端端盖42进行装配的唯一性，并且提高了爪极电机的安装精度。上述第二定位槽411的个数和第二定位键431的个数均可以为一个或多个，只要驱端端盖41上的第二定位槽411的个数以及电端端盖42上的第二定位槽411的个数与定子总成43上的第二定位键431的个数相同即可。

为保证定子总成43与端盖装配的牢固性，本发明实施例的定子总成43上进一步包括两个定位止口，分别位于定子总成43的两端。图12为本发明实施例爪极电机的定子总成43结构示意图，在图12中，左图为定子总成43的主视图，右图为定子总成43的侧视图。如图12所示，定子总成43上不仅包括第二定位键431，并且进一步地，在定子总成43的两端均包括一个定位止口432。该定位止口432是与驱端端盖41和电端端盖42的外缘直径相同的圆环形的沿，装配时定位止口432对准端盖外缘。

由上述具体实施方式可见，本发明的爪极电机的转子中，将磁轭模芯与爪极这两个部件分离，整个磁轭模芯作为一个独立的部件，并且将磁轭模芯与爪极装配在一起，从而使得轴向方向不存在由于配件装配接缝产生的气隙，因而减小了由于配件装配接缝产生的气隙的磁压降大小，减小了磁阻，提高了爪极电机性能。并且将整个磁轭模芯作为一个独立的部件，采用第一定位键、第一定位槽以及销钉等多种方式进行装配，简化了爪极电机的加工和装配工艺。并且，由于整个磁轭模芯作为一个独立的部件，因此增加了磁轭模芯上可绕线圈的圈数，使绕线工艺更加简便易行。

并且，本发明实施例的爪极电机转子的爪极外表面具有开槽，从而减小了涡流造成的铁耗，爪极单个爪的形状为左右不对称的四棱台，从而降低了转矩温波，因此进一步提高了爪极电机的扭矩、转速和功率等性能。同时，本发明实施例的爪极上下缘具有磁钢槽，能够防止磁钢组件在爪极电机转动时脱离爪极甩出。并且，在磁钢组件的磁钢本体外侧包裹磁钢保护件，提高磁钢本体的抗挤压和抗冲击力。

并且，本发明实施例采用第二定位槽、第二定位键和定位止口对爪极电机定子的端盖和定子总成进行装配连接，简化了定子的装配结构，降低制造成本，装配工艺简单。并且由于定子装配部件结构简单，提高了爪极电机的散热性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种爪极电机，包括转子和定子，其特征在于，所述转子包括：驱端爪极、电端爪极、磁钢组件、磁轭线圈和磁轭模芯；

所述磁轭模芯是一个独立的部件；

所述磁轭线圈套在所述磁轭模芯外部，磁轭模芯的两端分别与驱端爪极和电端爪极装配在一起，磁钢组件被衔在驱端爪极和电端爪极之间；

其中，

所述磁轭模芯包括两个分别位于磁轭模芯两端的第一定位键，驱端爪极和电端爪极各包括一个第一定位槽，磁轭模芯对应驱端爪极一端的第一定位键嵌入驱端爪极的第一定位槽中，磁轭模芯对应电端爪极一端的第一定位键嵌入电端爪极的第一定位槽中；

或，

所述磁轭模芯包括两个分别位于磁轭模芯两端的销钉孔，驱端爪极和电端爪极各包括一个销钉孔，通过销钉将磁轭模芯对应驱端爪极一端的销钉孔与驱端爪极上的销钉孔相连，并将磁轭模芯对应电端爪极一端的销钉孔与电端爪极上的销钉孔相连；

或，

所述磁轭模芯包括分别位于磁轭模芯两侧的两个第一定位键和分别位于磁轭模芯两侧的两个销钉孔，驱端爪极和电端爪极均包括一个第一定位槽和一个销钉孔，磁轭模芯对应驱端爪极一端的第一定位键嵌入驱端爪极的第一定位槽中，并且通过销钉将磁轭模芯对应驱端爪极一侧的销钉孔与驱端爪极上的销钉孔相连，磁轭模芯对应电端爪极一端的第一定位键嵌入电端爪极的第一定位槽中，并且通过销钉将磁轭模芯对应电端爪极一侧的销钉孔与电端爪极上的销钉孔相连；

或，

磁轭模芯的两端分别采用过盈配合工艺与驱端爪极和电端爪极装配在一起；

或，

磁轭模芯的两端分别采用粘胶与驱端爪极和电端爪极装配在一起。

2.根据权利要求1所述的爪极电机，其特征在于，

所述驱端爪极和电端爪极的外表面具有开槽。

3.根据权利要求2所述的爪极电机，其特征在于，

所述开槽为螺纹槽、梯形槽、直槽或斜槽。

4.根据权利要求1所述的爪极电机，其特征在于，

所述驱端爪极和电端爪极的每一个单个爪为非对称的四棱台。

5.根据权利要求1所述的爪极电机，其特征在于，

所述驱端爪极和电端爪极的每一个单个爪的上下缘分别具有磁钢槽；

所述磁钢组件由多块磁钢组成，其中一块磁钢嵌在驱端爪极的一个单个爪的上缘的磁钢槽和电端爪极的一个单个爪的下缘的磁钢槽之间，或，其中一块磁钢嵌在驱端爪极的一个单个爪的下缘的磁钢槽和电端爪极的一个单个爪的上缘的磁钢槽之间。

6.根据权利要求5所述的爪极电机，其特征在于，

所述磁钢槽是双侧面槽或单侧面槽。

7.根据权利要求5或6所述的爪极电机，其特征在于，

所述磁钢槽包括第一部分和第二部分，磁钢槽的第一部分的深度按照第一角度向上变化，磁钢槽的第二部分的深度按照第二角度沿着转子的旋转方向变化。

8.根据权利要求1所述的爪极电机，其特征在于，

所述磁钢组件由多块磁钢组成，每一块磁钢包括：磁钢本体和磁钢保护件，所述磁钢保护件包裹在磁钢本体的没有磁力线进出的表面外侧；

所述磁钢保护件采用机械强度高于设定值的非导磁性材料或磁性材料。

9.根据权利要求1所述的爪极电机，其特征在于，

所述定子包括：驱端端盖、定子总成和电端端盖；

所述定子总成的两端分别与驱端端盖和电端端盖装配在一起；

所述转子位于所述定子总成内部；

所述定子总成包括一个或多个轴向的第二定位键，驱端端盖和电端端盖各包括与第二定位键数量相同的轴向的第二定位槽，所述每个第二定位键一侧嵌入驱端端盖的第二定位槽中，另一侧嵌入电端端盖的第二定位槽中。

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