CN109450313A - 具有分体式壳体的模块式电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能使机械能转化为电能、或电能转化为机械能的电机领域，具体涉及具有分体式壳体的模块式电机，包括电机壳体，电机的主动力轴；依次串接在所述主动力轴上的多个电机模块，每个电机模块包括一个单元磁体部和一个单元线圈部；所述单元磁体部构成电机的转子，所述单元线圈部为电机的定子；每个所述单元磁体部包括两个相对设置并具有一定间隙的磁体盘，所述单元线圈部位于所述间隙内，还包括相互对接的上壳体和下壳体，所述电机壳体的内周壁设置有若干与各单元线圈部位置对应的、用以固定单元线圈部的单元线圈部锁紧机构。该模块式电机额定功率可调整、能量转化率高，安装精度和安装效率高，使用寿命长。

Description

具有分体式壳体的模块式电机

技术领域

本发明涉及能使机械能转化为电能、或电能转化为机械能的电机领域，具体涉及一种具有多段壳体的模块式电机。

背景技术

现有的电机包括能将机械能转化为电能的发电机、及能将电能转化为机械能的电动机，现有电机的转子为一个整体模块，相应的定子也为一个整体模块，因此电机的额定功率是恒定不变的，另外，电机的定子与转子往往均设置成整体为柱状的结构，且其轴线与电机的主动力轴的轴线重合，定子为空心的柱状结构，转子套置于柱状的定子内，转子与主动力轴固定并可随其转动，从而定子可以切割磁力线产生电流，如公开号为CN 108352755A的电动机即公开了该种传统结构的电机。此种结构的电机因其转子和定子均为整体模块因而其额定功率不可能进行调整以适配不同应用场景的外部动力或对功率的不同需求；另外，现有电机的定子与转子结构、位置及配合关系还有待进一步优化以实现单位时间内磁通量变化的最大化，因此现有电机对能量的转化率并不高，运行效率并不理想。

发明内容

针对上述现有技术问题，本发明提供了一种额定功率可调整、能量转化率高的模块式电机，该模块式电机还具有与之匹配的能极大提高安装精度和安装效率的分体式壳体。本发明的具体技术方案如下。

具有分体式壳体的模块式电机，其特征在于包括：

电机壳体，电机的主动力轴；

依次串接在所述主动力轴上的多个电机模块，每个电机模块包括一个单元磁体部和一个单元线圈部；所述单元磁体部可与主动力轴同步转动构成电机的转子，所述单元线圈部构成电机的定子；

每个所述单元磁体部包括两个相对设置并具有一定间隙的磁体盘，所述单元线圈部位于所述间隙内；所述磁体盘的端面与所述单元线圈部的端面实质平行且与主动力轴的轴线实质垂直；

所述电机壳体包括相互对接的上壳体和下壳体，所述电机壳体的内周壁设置有若干与各单元线圈部位置对应的、用以固定单元线圈部的单元线圈部锁紧机构；所述磁体盘的外周壁与所述上壳体和下壳体的内周壁之间具有一定的空隙。

所述主动力轴贯穿电机的外壳并与外壳两端通过轴承固定，多个电机模块是指两个或两个以上的可独立运行的电机模块，每个电机模块分别具有各自的额定功率，通常各电机模块的额定功率是相同的，电机的额定功率是各电机模块的额定功率相加之和。多个电机模块依次串接在主动力轴上是指多个电机模块依次顺序布置在主动力轴上。由于每个电机模块具有各自独立的、可通电的单元线圈部，且其单元磁体部分别与主动力轴固定连接同步转动，因此每个电机模块可独立运行并可分别与主动力轴相互作用。本发明的电机因为是由串接在主动力轴上的、容纳在电机壳体内的、可分别独立运行的多个电机模块组合而成，因此本发明电机相当于壳体内包含了多个小的电机，因而可以根据不同应用场景的实际需要调整、变换电机模块的运行数量，从而可以根据外界状况或负载所需调整电机的额定功率，以适配外界动力大小状况或负载所需。譬如，将本发明电机用于风力发电机，可以根据外界风力和动力输入的大小调整参与发电的电机模块的数量，当外界风力较大时，可以控制较多数量的电机模块参与发电，当外界风力和动力输入较小时可以控制较少数量的电机模块参与发电，这样就可以使得发电机的功率始终匹配外界风力的大小，从而使得发电机可以在不同的风力作用下均可正常发电。将本发明应用于电动机，当应用场景需要大功率的电动机时，则可以让较多数量的电机模块运行以输出与外界所需相匹配的驱动功率，反之，则可以使得较少数量的电机模块运行以输出匹配外界负载的较小驱动功率，这样，一台电动机相当于多台电动机。

因为每个单元磁体部包括两个相对设置的磁体盘，且两个磁体盘之间具有一定的间隙，则单元线圈部设于相对布置的两个磁体盘的间隙内被两个磁体盘夹在中间(当然单元线圈部端面与磁体盘端面存在空隙以确保二者在相对转动时不会产生摩擦)，通常单元线圈部为与磁体盘形状匹配的盘状结构，磁体盘的端面上按照N极、S极交错布置有若干永磁磁体。所述磁体盘的端面与所述单元线圈部的端面实质平行且与主动力轴的轴线实质垂直，这种结构使得磁体盘和单元线圈部均同时垂直于主动力轴的轴线，而磁体盘与单元线圈部平行，这样在单元线圈部与磁体部作切割磁力线时可以实现单位时间内磁通量的变化量是最大的，极大的提高了能量的转化效率。在生产中因为工艺上存在不可避免的精度误差，从而使得磁体盘的端面、单元线圈部的端面不一定完全垂直于主动力轴的轴线但基本上是垂直的，磁体盘的端面与所述单元线圈部的端面不一定完全平行但基本上是平行的，因此，所谓的实质垂直、实质平行是指基本上、大致上是垂直的、平行的，从而允许存在不可避免的工艺上的细微偏差。基于磁体盘的结构，当其与主动力轴同步转动时，可能会摩擦到电机的壳体内周壁，因此，在所述磁体盘的外周壁与所述电机壳体的内周壁之间具有一定的空隙，从而确保磁体盘转动时不会与电机壳体摩擦。因为电机模块为多个，每个电机模块及电机模块各组件之间的间距、磁体盘与壳体的空隙均需保持一个非常精准的尺寸，否则，就有可能使磁体盘在转动时严重磨损单元线圈部，或者与电机壳体产生摩擦，这样的后果是非常严重的，如果磨损了单元线圈部则会导致电机模块的报废，如果磨损了电机壳体则会影响损坏电机壳体和磁体盘并产生大量热量和噪音，同时，这些磨损和摩擦会耗费大量的能量。

为了满足电机生产组装时对各组件之间尺寸的精度要求，本发明的电机壳体由相互对接的上壳体和下壳体拼合组成，在所述上壳体或下壳体，或者上壳体及下壳体的内周壁设置有若干与各单元线圈部位置对应的、用以固定单元线圈部的单元线圈部锁紧机构。组装电机时，可以先将各电机模块的单元线圈部通过单元线圈部锁紧机构分别安装固定在下壳体内，这样可以方便的调整单元线圈部、磁体盘之间的间距及其与电机壳体之间的空隙，确保各电机模块及其各组件与电机壳体结合的精度，然后将上壳体与下壳体扣合对接，用螺杆等结构连接固定成一个电机整体，完成电机整体的拼装。因此，本发明电机壳体的上述结构设置使得在组装电机时可有效的、高精度的控制电机各组件之间的间距，确保电机的使用寿命和运行的安全性。

进一步，所述单元线圈部锁紧机构为沿电机壳体内周壁的周向设置的卡槽，每个所述单元线圈部的外周缘卡入与其位置对应的所述卡槽内。这样可以方便的将单元线圈部锁紧固定在电机的壳体上，且能确保其安装精度。卡槽可以仅设置在下壳体的内周壁，也可以在上壳体的内周壁和下壳体的内周壁均设置有卡槽。

进一步，每个所述单元线圈部对应的卡槽沿电机壳体内周壁的周向分段间隔布置或连续布置。所谓分段间隔布置是指卡槽在壳体内周壁的周向非连续的、间隔一定间距的一段一段的布置，譬如设于下壳体内周壁的、对应某一线圈部的卡槽可分为三段弧形槽；所谓连续布置是指卡槽为一段不间断的槽，譬如设于下壳体内周壁的、对应某一线圈部的卡槽为一段完整的半圆形槽。在此，卡槽可以是在壳体内周壁形成的凹陷的凹槽，当然也可以是卡槽的底部与壳体内周壁齐平，而卡槽的两侧的侧边向内凸出于电机壳体的内周壁。

作为另一种选择，所述单元线圈部锁紧机构为卡扣或卡簧。卡扣、卡簧为常规的结构，可以在壳体内周壁间隔布置一些卡扣或卡簧，以将单元线圈部固定在壳体上。

作为另一种选择，所述单元线圈部锁紧机构包括电机壳体上的贯穿孔、穿过该贯穿孔的螺钉、以及与该螺钉插配并位于所述单元线圈部外周缘的紧固孔。这样可以通过螺钉将单元线圈部固定在电机壳体上，然后再将电机壳体上的贯穿孔用密封材料密封以防水。

进一步，所述单元线圈部的外径大于所述磁体盘的外径。这样设计的目的在于当单元线圈部被固定在电机壳体后，可以有效的确保磁体盘的外周壁与电机壳体的内周壁之间具有一定的空隙，以免磁体盘转动时磨损电机壳体。

更进一步，相邻的两个所述单元磁体部共用一个磁体盘，在该磁体盘的两个端面上按照N极、S极交错布置有若干永磁磁体。这样可以在不影响电机功效的情况下节约了磁体盘的数量，降低了生产成本，更重要的是使得电机的结构更加紧凑以减小其体积和空间占用。

进一步，所述单元磁体部相对设置的两个磁体盘上相对布置的磁体磁极相反。这样使得两个磁体盘之间的磁场强度最大，从而可以极大提高能量的转化效率。

进一步，所述电机模块共有四个，如电机模块太多则可能会使得有些电机模块处于长期闲置的状态，浪费了成本并加大了电机的整体体积，如果电机模块太少则无法满足外界不同应用场景的需要，因此四个电机模块为最佳选择。所述电机壳体还包括一体成型的前端壳体和后端壳体；前端壳体、后端壳体分别固定在上壳体和下壳体的两端。前端壳体、后端壳体通过螺栓与扣合对接的上、下电机壳体固定从而组装成一个电机整体。

本发明相比现有技术的有益技术效果是：电机由多个依次串接在主动力轴上的、可独立运行的电机模块组成，每个电机模块分别具有各自的额定功率，因此电机额定功率可随外界环境的变化而调整，从而可以适用于不同的应用场景；本发明的单个电机模块采用两个磁体盘将一个单元线圈部夹在中间、且磁体盘和单元线圈部均实质垂直于主动力轴的轴线，因而单个电机模块的能量转化率高，则电机的整体转化率高；同时，本发明电机壳体由上、下壳体组合而成并在电机壳体的内周壁设有单元线圈部锁紧机构，在组装电机时可以先将各电机模块分别与下壳体组装、调整后，再扣合、调整上壳体从而组合成电机整体，从而可以极大提高电机安装的精度和安装效率。

本发明既可以广泛应用于发动机，也可以广泛应用于发电机。

附图说明

图1为本发明电机实施例的立体结构示意图；

图2为本发明电机实施例中单元磁体部的一个磁体盘的结构示意图；

图3为本发明电机实施例的剖视图；

图4为本发明电机实施例的立体分解图；

图5为本发明上壳体的外部结构示意图；

图6为本发明上壳体的内部结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：电机壳体1、上壳体11、下壳体12、前端壳体13、后端壳体14、主动力轴2、电机模块3、单元磁体部31、磁体盘311、单元线圈部32、螺钉33、贯穿孔111、紧固孔321、卡槽15。

实施例1，本实施例具有分体式壳体的模块式电机，基本如附图1～6所示：

包括电机壳体1、主动力轴2、依次串接在主动力轴2上的四个电机模块3，电机壳体1包括上壳体11、下壳体12及前端壳体13、后端壳体14；上壳体11与下壳体12的内部结构和外部结构基本对称设置，二者对接扣合并用螺栓固定；前端壳体13、后端壳体14分别固定在上壳体11、下壳体12的两端。主动力轴2、电机模块3均安装在电机壳体1内，电机壳体1上还设置有便于散热的鳍片。每个电机模块3均包括一个单元磁体部31和一个单元线圈部32，具体的，每个单元磁体部31包括两个相对设置的磁体盘311，且两个相对设置的磁体盘311之间具有一定间隙，若干磁体按照N极、S极交错布置在磁体盘311上，且两个相对设置的磁体盘上相对布置的磁体的磁极相反；单元线圈部32位于单元磁体部31的两个相对设置的磁体盘311之间的间隙内，夹在两个磁体盘311中间。单元线圈部32的端面与磁体盘311的端面之间具有一定的间距以避免磁体盘311在转动时摩擦单元线圈部32。单元线圈部32内部由多个小线圈包按顺序排列组成，整体构成与所述磁体盘311形状匹配的线圈盘，单元线圈部32的外径略大于所述磁体盘311的外径，小线圈包由漆包铜线绕制而成，小线圈包的数量可以根据需求和电机的功率决定。所述磁体盘311的端面与所述单元线圈部32的端面实质平行且与主动力轴2的轴线实质垂直。各单元磁体部31的磁体盘311分别与所述主动力轴2通过键槽固定连接并可随主动力轴2转动构成电机的转子。所述磁体盘311的外周壁与所述上壳体11和下壳体12的内周壁之间具有一定的空隙。在单元磁体部31随主动力轴2转动时单元线圈部32可以切割两个相对设置的磁体盘311之间的磁力线。

在本实施例中，相邻的两个所述单元磁体部31共用一个磁体盘311，在该磁体盘311的两个端面上按照N极、S极交错布置有若干永磁磁体。这种优化可以使得电机的结构更加紧凑，并可以在相邻的两个单元磁体部31之间节约一个磁盘，从而可以节约成本。

在上壳体11和下壳体12的内周壁设置有若干与各单元线圈部32位置对应的卡槽15，卡槽15为连续布置在电机壳体1内周壁的凹陷的凹槽，作为锁紧单元线圈部32的锁紧机构。上壳体11内周壁的卡槽15共有四条，均呈半圆形凹槽，下壳体12内周壁的卡槽15共用四条，均呈半圆形的凹槽，且上壳体11、下壳体12的相对应的卡槽15拼合在一起构成一个近似圆形并匹配单元线圈部32。每个单元线圈部32的外周缘卡入与其位置对应的所述卡槽15内，通过卡槽15被锁紧在电机壳体1上，因而单元线圈部构成电机的定子。

当然，卡槽15也可以沿电机壳体1内周壁的周向非连续的、分段间隔布置，譬如设于上壳体11、或下壳体12内周壁的、对应某一单元线圈部32的卡槽15共分为三段弧形凹槽(图中未示出)。

作为一种可替代的方案，单元线圈部锁紧机构也可以采用常用结构的卡扣或卡簧(图中未示出)。

每个电机模块3分别具有各自的额定功率，本实施例中各电机模块3的额定功率是相同的，电机的额定总功率是各电机模块3的额定功率相加之和。

电机还包括电源开关、显示器以及电源指示灯。为实现电机的自动化控制，还可以增设控制器和信号采集传输模块，信号采集传输模块可与控制器信号连接，显示器与控制器信号连接，显示器有操作界面便于设定控制器内的控制参数。关于电机电路的控制在此不予展开。

实施例2

如图3—图6所示，本实施例相较于实施例1，其区别仅在于单元线圈部锁紧机构采用另一种结构，具体包括电机壳体1上的贯穿孔111、穿过该贯穿孔111的螺钉33、以及与该螺钉33插配并位于所述单元线圈部32外周缘的紧固孔321。单元线圈部通过该锁紧机构可被牢靠的锁紧在上壳体11和下壳体12上。基于防水的需要，还需要在管穿孔111处涂上防水材料或做其他密封处理。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.具有分体式壳体的模块式电机，其特征在于包括：

电机壳体(1)，电机的主动力轴(2)；

依次串接在所述主动力轴上的多个电机模块(3)，每个电机模块(3)包括一个单元磁体部(31)和一个单元线圈部(32)；所述单元磁体部(31)可与主动力轴同步转动构成电机的转子，所述单元线圈部(32)构成电机的定子；

每个所述单元磁体部(31)包括两个相对设置并具有一定间隙的磁体盘(311)，所述单元线圈部(32)位于所述间隙内；所述磁体盘(311)的端面与所述单元线圈部(32)的端面实质平行且与主动力轴(2)的轴线实质垂直；

所述电机壳体(1)包括相互对接的上壳体(11)和下壳体(12)，所述电机壳体(1)的内周壁设置有若干与各单元线圈部(32)位置对应的、用以固定单元线圈部(32)的单元线圈部锁紧机构；所述磁体盘(311)的外周壁与所述上壳体(11)和下壳体(12)的内周壁之间具有一定的空隙。

2.根据权利要求1所述的具有分体式壳体的模块式电机，其特征在于：所述单元线圈部锁紧机构为沿电机壳体(1)内周壁的周向设置的卡槽(15)，每个所述单元线圈部(32)的外周缘卡入与其位置对应的所述卡槽(15)内。

3.根据权利要求2所述的具有分体式壳体的模块式电机，其特征在于：每个所述单元线圈部(32)对应的卡槽(15)沿电机壳体内周壁的周向分段间隔布置或连续布置。

4.根据权利要求1所述的具有分体式壳体的模块式电机，其特征在于：所述单元线圈部锁紧机构为卡扣或卡簧。

5.根据权利要求1所述的具有分体式壳体的模块式电机，其特征在于：所述单元线圈部锁紧机构包括电机壳体(1)上的贯穿孔(111)、穿过该贯穿孔(111)的螺钉(33)、以及与该螺钉插配并位于所述单元线圈部(32)外周缘的紧固孔(321)。

6.根据权利要求1所述的具有分体式壳体的模块式电机，其特征在于：所述单元线圈部(32)的外径大于所述磁体盘(311)的外径。

7.根据权利要求1—6任一所述具有分体式壳体的模块式电机，其特征在于：相邻的两个所述单元磁体部(31)共用一个磁体盘(311)，在该磁体盘(311)的两个端面上按照N极、S极交错布置有若干永磁磁体。

8.根据权利要求7所述的具有分体式壳体的模块式电机，其特征在于：所述单元磁体部(31)相对设置的两个磁体盘(311)上相对布置的磁体磁极相反。

9.根据权利要求1所述的具有分体式壳体的模块式电机，其特征在于：所述电机模块共有四个，所述电机壳体(1)还包括一体成型的前端壳体(13)和后端壳体(14)；前端壳体、后端壳体分别固定在上壳体和下壳体的两端。