CN111525763A - 具有绝缘转子的轴向磁通电动机 - Google Patents

Abstract

一种轴向磁通电动机，包括定子和转子，转子围绕旋转轴线与定子相邻设置，从而在它们之间限定气隙。转子包括具有朝向定子定向的内表面和相反的外表面的圆盘；以预定的排列方式固定在圆盘内表面上的多个磁体；抵靠圆盘外表面的背板；以及安装在内表面上的分段保持架。背板包括限定多个凹口的圆周边缘表面。分段保持架包括多个保持肋，保持肋配置成将磁体以预定的排列方式保持在圆盘的内表面上。分段保持架与背板配合以在结构上支撑其间的圆盘，从而防止圆盘在轴向方向上弯曲。

Description

具有绝缘转子的轴向磁通电动机

技术领域

本发明涉及轴向磁通电动机；更具体地说，涉及一种具有电绝缘转子的轴向磁通电动机。

背景技术

电动机利用线圈和磁体产生的磁场的电磁相互作用原理将电能转换成机械能。电动机通常包括称为定子的固定部件和称为转子的旋转部件。转子通过小气隙与定子分离并相对于固定的定子旋转。输出轴可以耦接到转子以传递旋转机械能从而有益于使用。

根据转子相对于定子的位置，电动机可以分类为径向磁通电动机或轴向磁通电动机。在径向磁通电动机中，由通电的定子和转子间的相互作用产生的磁通径向延伸到输出轴。在轴向磁通电动机中，磁通平行于输出轴延伸。在某些应用中，与径向磁通电动机相比，轴向磁通电动机由于其重量相对较轻、功率更高且尺寸紧凑而更为理想。轴向磁通电动机的转子和定子通常堆叠在公共轴线上。可以扩展转子和定子的直径以增加轴向磁通电动机的功率输出。轴向磁通电动机也称为扁平型电动机，因为与径向磁通电动机相比，轴向磁通电动机的整体长度较短且直径较大。

轴向磁通电动机的转子包括具有朝向定子定向的内表面的圆盘。多个永磁体利用粘合剂和机械紧固件以预定的排列方式周向地附接到圆盘的内表面上。对于在高扭矩应用中使用的更大直径的轴向磁通电动机，使用金属保持架(cage)将磁体固定到圆盘的内表面上，并且圆盘由盘绕的层合硅钢带制成。诸如金属销和螺栓之类的机械紧固件径向***层合圆盘中，以增加层合圆盘的强度和抗弯性。

理想的是使用金属紧固件和金属保持架来保持层合圆盘的结构完整性。然而，由于金属紧固件刺穿层合层，层合硅钢带的绝缘性能可能会变弱。此外，当轴向磁通电动机通电时，金属紧固件和金属保持架往往会与磁通反应而产生主要的涡流回路，从而增加金属保持架和金属紧固件中的涡流损耗并增加永磁体中的铁损，导致效率降低。

因此，当高扭矩轴向磁通电动机实现其预期目的时，在将金属紧固件与磁通反应产生的主要涡流降到最低或完全消除的同时，需要坚固的金属紧固件以保持层合圆盘的结构完整性并固定磁体。

发明内容

根据若干方面，公开了一种轴向磁通电动机。轴向磁通电动机包括定子和转子，转子围绕一旋转轴线设置并与定子相邻，从而在转子与定子之间限定气隙。转子包括具有朝向定子定向的内表面和相反的外表面的圆盘；以预定的排列方式固定在圆盘内表面上的多个磁体；以及抵靠圆盘外表面的背板，其中背板包括限定多个凹口的圆周边缘表面；以及安装在内表面上的分段保持架，其中分段保持架包括多个保持肋，该多个保持肋配置成将磁体以预定的排列方式保持在圆盘的内表面上。分段保持架与背板配合以在结构上支撑二者之间的圆盘，从而防止圆盘在轴向方向上弯曲。

在本发明的附加方面，轴向磁通电动机还包括卡环，该卡环将分段保持架锁定到背板并将背板推压到圆盘的外表面上。

在本发明的另一方面，该多个保持肋包括具有轴向延伸段的保持肋，该延伸段具有***并穿过其中一个凹口中的端部部分。

在本发明的另一方面，轴向磁通电动机还包括电绝缘材料，该电绝缘材料设置在保持肋的轴向延伸段的端部部分和其中一个凹口之间。

在本发明的另一方面，圆盘包括面向旋转轴线的内孔表面和相反朝向的外圆周表面。内孔表面和外圆周表面将内表面和外表面相互连接，从而限定环形盘。分段保持架包括中心环，该中心环具有背对旋转轴线的轴向延伸圆周壁，该圆周壁部分地***内孔表面并与内孔表面干涉配合。

在本发明的另一方面，保持肋包括径向延伸段，该径向延伸段从中心环的圆周壁的端部延伸到环形盘的圆周表面并且过渡到轴向延伸段。

在本发明的另一方面，背板包括毂，该毂部分地***环形盘的孔表面中，以在它们之间提供过盈配合。

在本发明的另一方面，背板包括多根支撑肋，该支撑肋从毂的端部径向延伸，会聚成环形环，该环形环具有限定多个凹口的圆周边缘表面。

在本发明的另一方面，环形盘包括螺旋盘绕的硅钢带，其具有至少一个涂有非导电材料的表面。

在本发明的另一方面，轴向磁通电动机还包括一对沿周向延伸的肋段，该对肋段从保持肋的轴向延伸段向相反方向垂直突出。

根据若干方面，公开了一种用于轴向磁通电动机的绝缘转子。绝缘转子包括具有旋转轴线的环形盘，其中环形盘包括内部环形面、相反的外部环形面、以及将内部环形面和外部环形面相互连接的圆周表面；以预定的排列方式周向固定在内部环形面上的多个磁体；以及抵靠环形盘的外部环形面的背板，其中背板包括限定多个凹口的圆周边缘表面；以及安装在环形盘的内部环形面上将磁体保持在内部环形面上的分段保持架，其中分段保持架包括多个保持肋，该多个保持肋配置成将磁体保持在内部环形面上。

在本发明的附加方面，保持肋包括轴向延伸段，该轴向延伸段具有***并穿过多个凹口的端部部分；以及卡环，其接合该端部部分，从而将背板和分段保持架锁定在环形盘上。

在本发明的另一方面，磁体等距间隔开，从而在相邻磁体之间限定了多个通道，并且保持肋包括与通道对齐并***邻接相邻磁体的通道中的径向延伸段。保持肋包括宽度(W2)，该宽度足以抵靠相邻的磁体，从而使磁体保持预定的排列方式。

在本发明的另一方面，绝缘转子还包括一对沿周向延伸的肋段，该对肋段从轴向延伸段向相反方向垂直突出。每个周向延伸的肋段都包括与相邻的周向延伸肋段的远端间隔开的远端，从而在相邻的周向延伸肋段之间限定间隙。

在本发明的另一方面，环形盘包括螺旋盘绕的硅钢带，其具有至少一个涂有非导电材料的表面。

根据若干方面，公开了一种用于轴向磁通电动机的转子的非导电分段保持架。非导电分段保持架包括背板，该背板具有限定多个凹口的圆周边缘表面；具有与所述多个凹口相对应的多个保持肋的分段保持架，其中每根保持肋都包括径向延伸段，该径向延伸段过渡到轴向延伸段，轴向延伸段具有延伸穿过该多个凹口中对应的一个凹口的端部部分；以及卡环，其与轴向延伸段的端部部分接合，将背板和分段保持架推压到转子上。

在本发明的附加方面，非导电分段保持架还包括设置在轴向延伸段的端部部分和相应的凹口之间的电绝缘材料。

在本发明的另一方面，背板包括毂；以及多根支撑肋，该多根支撑肋从毂的端部径向延伸，会聚成环形环，该环形环具有圆周边缘表面。

在本发明的另一方面，每个轴向延伸段都包括一对沿周向延伸的肋段，该对肋段从每个轴向延伸段向相反方向垂直突出。

在本发明的另一方面，分段保持架包括中心环，其中径向延伸段从中心环延伸。

根据本文提供的描述，其他适用领域将变得显而易见。应该理解的是，描述和具体实例仅用于说明的目的，并不旨在限制本发明的范围。

附图说明

此处描述的附图仅起到说明的目的，并不是为了以任何方式限制本公开的范围。

图1是根据示例性实施例的轴向磁通电动机的示意图，该轴向磁通电动机具有堆叠在两个外转子之间的定子；

图2是根据一个示例性实施例的轴向磁通电动机的分解局部透视图，示出了堆叠在两个外转子之间的定子；

图3是根据一个示例性实施例的图2中两个转子之一的分解透视图；

图4是根据一个示例性实施例的图3中的转子的部分完成的层合圆盘的示意性侧视图；以及

图4A是根据一个示例性实施例的形成层合环形的涂覆金属带的示意性详细视图。

具体实施方式

以下描述仅本质上是示例性的，并不意在限制本公开、应用或用途。参考附图公开了所示实施例，其中在所有几个附图中相同的附图标记表示相应的部件。这些图不一定按比例绘制，并且一些特征可能被放大或最小化以显示特定特征的细节。所公开的具体结构和功能细节并不旨在解释为限制性的，而是作为教导本领域技术人员如何实践所公开概念的代表性基础。

参考图1，示出了轴向磁通电动机100(也称为扁平型电动机100)的示意图，其具有双外转子104A、104B。图2是图1的轴向磁通电动机100的分解示意图。在所示的实施例中，轴向磁通电动机100包括沿轴线A堆叠在第一转子104A和第二转子104B之间的定子102。转子104A和104B通过小气隙106与定子102分离并相对于固定定子102旋转。应当理解，虽然描绘了两个转子104A和104B，但轴向磁通电动机100并不限于此。应当理解，轴向磁通电动机可以具有一个转子和一个定子，一个转子和两个定子，以及多个转子和定子的各种组合。

同时参照图1和图2，定子102包括多个导电绕组108，并且转子104A、104B分别包括层合环形盘112，环形盘具有朝向定子102定向的内部环形面114和相反的外部环形面116。输出轴118旋转地耦接到每个转子，使得转子的旋转导致输出轴118旋转。输出轴118包括相反的输出轴端120。定子102和转子104A、104B可以封闭在壳体(未示出)中，输出轴端120延伸穿过限定在壳体上的轴开口。定子102可以旋转地接地到壳体，并且输出轴118可以由轴承支撑，轴承使转子相对于定子102对准，与此同时允许输出轴118旋转。

定子102的多个导电绕组108可以由铜线形成，铜线可以工作以与位于转子上的具有交替磁极的多个永磁体122的磁场相互作用。定子102的不同区域可以选择性地通电以在转子104A、104B上施加旋转力，使得转子104A、104B以及旋转地耦接的轴118在旋转轴线A上旋转。具有单个定子102和两个转子104A、104B的轴向磁通电动机100可用于高扭矩应用，例如用于电动或混合动力车辆的推进。壳体可以固定到车架上，并且至少一个输出轴端120耦接到减速齿轮箱或直接耦接到车辆驱动轮。轴向磁通电动机100在车辆中的应用是作为示例性实施例，而不是起到限制性作用。

参考图2，第一转子104A和第二转子104B基本相似，因此应理解，以下对具有非导电分段保持架136的示例性转子104(也称为绝缘转子104)的描述性公开既适用于第一转子104A，也适用于第二转子104B。图3示出了具有层合环形盘112的绝缘转子104的分解图。环形盘包括面向轴线A的内孔表面124和相反的外圆周表面126。孔表面124和外圆周表面126将内部环形面114和外部环形面116相互连接。内部环形面114和外部环形面116显示为垂直于轴线A。

图4示出了部分完成的层合环形盘112的示意性侧视图，其特征被放大以示出细节。层合环形盘112由金属带128形成，优选硅钢带，其厚度约小于0.3mm，并具有预定宽度(W1)。预定宽度(W1)是圆周表面126沿轴线A的宽度。通过螺旋地卷绕金属带128来堆叠金属带128，以形成层合的环形盘112。参考图4A，金属带128包括至少一个金属带表面130，该表面涂覆有非导电材料132，以增加叠层之间的电阻，从而减小涡流并提供抗腐蚀性或防锈性。根据AISI-ASTM A 976-9标准，非导电材料132可以是C5A或C6绝缘等级的非导电材料。

在一个替代实施例中，圆盘可以由非导电材料制成，例如软磁复合材料(SMC)，其是具有电绝缘特性的混合粉末，在模具中压制以形成环形盘形状或任何其它形状，这取决于成型模具。

再次参考图3，多个永磁体122沿周向等距地定位在内部环形面114上并用粘合剂固定在适当位置。每个永磁体122都与相邻的永磁体122间隔开，在它们之间限定了通道134。在所示的实施例中，通道134显示为从孔表面124径向延伸到环形盘112的圆周表面126，以在圆周上产生多个磁极。在替代实施例中，可以添加额外的通道135，其在与孔表面124同心的内表面上周向延伸，以分割每个磁极，从而进一步减少磁体中的磁芯损耗。转子104包括非导电分段保持架136，以便以预定的排列方式保持永磁体122并且增强层合环形盘112的结构完整性。

非导电分段保持架136包括抵靠环形盘112的外部环形面116的背板138、安装在通道134之间的内部环形面114上的分段保持架140、以及将背板138和分段保持架140锁定在层合环形盘112上的卡环142。背板138与分段保持架140配合以对其间的环形盘112提供结构上的支撑，从而防止层合的环形盘112在轴向上挠曲或弯曲以及在径向上分层。背板138还与分段保持架140配合，以将磁体122保持在环形盘112内表面上的固定位置。背板138和分段保持架140可以由钢、铝和/或复合材料(例如碳纤维)制成。

背板138包括毂144，毂144部分地***层合环形盘112的孔表面124，以在它们之间提供过盈配合。在所示的实施例中，毂144包括沿轴线A延伸的圆柱形表面146。圆柱形表面146包括第一端148和相反的第二端152，其中第一端148具有垂直于轴线A的环形端表面150。多个等间隔的支撑肋154从圆柱形表面146的第二端152径向延伸并会聚成环形环156。环形环156包括限定多个凹口160的圆周边缘表面158。

分段保持架140包括中心环162，中心环162具有背对轴线A的轴向延伸圆周壁164。圆周壁164部分地***环形盘112的孔表面124并与孔表面干涉配合。圆周壁164包括第一端166和相反的第二端168。具有径向延伸段172的多个等间隔的保持肋170从中心环162的圆周壁164的第二端168径向延伸到转子104的圆周表面126，并且过渡到轴向延伸段174，该轴向延伸段174朝背板138轴向延伸并延伸超出背板138。等间隔的保持肋170的数量等于等间隔的凹口160的数量，这两个数量等于相邻的永磁体122对之间的通道134的数量。保持肋170包括宽度(W2)，当***相应的通道134中时，该宽度足以抵靠相邻的永磁体122对。

保持肋170还包括一对沿周向延伸的肋段176，该对肋段从轴向延伸段174向相反方向垂直突出。每个周向延伸的肋段176都包括与相邻的周向延伸肋段176的远端178间隔开的远端178，从而在周向延伸肋段176之间限定间隙180。

保持肋170的轴向延伸段174与凹口160对齐，使得轴向延伸段174的端部部分182***背板138的圆周边缘表面158上限定的多个凹口160中的一个。轴向延伸段包括卡环槽184。一旦组装好，卡环142便被压缩并释放到卡环槽184中。卡环将背板138推压到外部环形面116上并将分段保持架140推压到内部环形面114上，从而压缩其间的环形盘112并提供结构支撑。可以在凹口160和轴向延伸段174之间的配合界面处应用电绝缘材料188，例如电绝缘纸、树脂、玻璃等。

本发明的描述本质上仅是示例性的，并且没有偏离本发明主旨的变化意在落入本发明的范围内。这种变化不应被视为背离了本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种轴向磁通电动机，包括：

定子；

转子，其设置为围绕一旋转轴线并与所述定子相邻从而在定子和转子之间限定气隙，其中所述转子包括：

具有朝向所述定子的内表面和相反的外表面的圆盘；

以预定的排列方式固定到所述圆盘内表面上的多个磁体；

抵靠所述圆盘外表面的背板，其中所述背板包括限定多个凹口的圆周边缘表面；和

安装在内表面上的分段保持架，其中所述分段保持架包括多个保持肋，配置成将所述磁体以预定的排列方式保持在所述圆盘的内表面上；

其中所述分段保持架与所述背板配合以在结构上支撑其间的圆盘，从而防止所述圆盘在轴向方向上弯曲。

2.根据权利要求1所述的轴向磁通电动机，还包括将所述分段保持架锁定到所述背板并将所述背板推压到所述圆盘外表面上的卡环。

3.根据权利要求2所述的轴向磁通电动机，其中所述多个保持肋包括具有轴向延伸段的保持肋，所述延伸段具有***其中一个凹口的端部部分。

4.根据权利要求3所述的轴向磁通电动机，还包括电绝缘材料，所述电绝缘材料设置在所述保持肋的轴向延伸段的端部部分和所述其中一个凹口之间。

5.根据权利要求3所述的轴向磁通电动机，其中：

所述圆盘包括面向所述旋转轴线的内孔表面和相反的外圆周表面，其中所述内孔表面和所述外圆周表面将所述内表面和所述外表面相互连接，从而限定一环形盘；以及

所述分段保持架包括中心环，该中心环具有背对所述旋转轴线的轴向延伸圆周壁，该圆周壁部分地***所述内孔表面并与所述内孔表面干涉配合。

6.根据权利要求5所述的轴向磁通电动机，其中所述保持肋包括径向延伸段，该径向延伸段从所述中心环的所述圆周壁的端部延伸到所述环形盘的所述圆周表面并且过渡到所述轴向延伸段。

7.根据权利要求5所述的轴向磁通电动机，其中所述背板包括毂，该毂部分地***所述环形盘的所述孔表面，以在它们之间提供过盈配合。

8.根据权利要求7所述的轴向磁通电动机，其中所述背板包括多根支撑肋，该多根支撑肋从所述毂的端部径向延伸，会聚成环形环，该环形环具有限定所述多个凹口的圆周边缘表面。

9.根据权利要求5所述的轴向磁通电动机，其中所述环形盘包括螺旋盘绕的硅钢带，其具有至少一个涂有非导电材料的表面。

10.根据权利要求3所述的轴向磁通电动机，还包括一对沿周向延伸的肋段，所述一对肋段从所述保持肋的轴向延伸段向相反方向垂直突出。

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