具有同心设置的转子的电机以及具有该电机的驱动装置

摘要

本发明涉及一种具有同心设置的磁轭的电机和具有该电机的驱动装置。具体而言，本发明涉及这样一种电机，其中绕中心轴多层级设置电枢金属芯和磁轭，所述金属芯具有缠绕其上的线圈，所述磁轭具有与其连接的磁体，还涉及具有该电机的装置。根据本发明的一方面，具有同心设置的磁轭的电机包括转子和定子。转子具有在径向上多层级设置的多个圆柱形磁轭和分别固定于磁轭的多个磁体，所述磁体的极性在圆周方向上彼此交替。定子具有设置成面向各磁轭的电枢金属芯和多个缠绕在电枢芯上以面向磁体的电枢线圈。根据本发明另一方面的驱动装置包括上述电机、制动盘、和卡钳。制动盘固定地连接于电机的转子。卡钳安装在制动盘的一侧，以阻止制动盘的转动。

说明书

技术领域

本发明涉及具有同心设置的磁轭的电机，以及具有该电机的驱动装置。具体而言，本发明涉及一种电机和具有该电机的驱动装置，其中电枢金属芯和磁轭绕中心轴多层级设置，所述金属芯具有缠绕其上的线圈，所述磁轭具有与其连接的磁体。本发明可用于轴固定而电机外壳转动的轮毂类型；或用于机壳固定而轴转动的类型，这取决于其用途。

背景技术

由于空气污染和矿物原料的消耗造成的对环境的影响，人们日益重视使用电动机的驱动装置。因此，使用发动机作为主要动力源、电动机作为辅助动力源的混合动力车已经开发研制并且商业化。此外，使用电动机作为主要动力源的电动车辆也正在研发。因此，越来越需要提供更高输出功率的电动机。

图16是传统电机的示意图。传统的电机包括中心轴1、定子5、和转子3。转子3包括磁轭4和固定于磁轭4的永磁体2，通过轴承与中心轴1一起可转动地连接。永磁体2与带有相反磁性的磁轭4连接。

定子5通过绕电枢金属芯缠绕线圈形成，并且固定地连接至中心轴1。此外，如果对线圈供电，则线圈周围产生磁场。由此，线圈周围产生的磁场与永磁体2的磁场相互作用产生磁动力，该磁动力使转子3绕中心轴1转动。

发明内容

技术问题

在传统电机中，各永磁体和线圈设置在一个层级。因此，电机要具有很大的体积，以提供足够的输出功率。如果电机的体积很小，则电机提供的磁动力很小，由此提供的转矩也很小。这样，由于使用这种电机的车辆不能提供很高的输出功率，则存在很难减小车辆重量的问题。

此外，使用驱动装置中的传统电机需要附加衬盘。即，驱动装置的制动盘要连接至所述衬盘，并且所述衬盘要连接至传统电机的机壳。这种情况下，由于要准备附加衬盘，会出现这样的问题即需要有生产衬盘的过程，因此，增加了生产成本。

技术方案

根据本发明的一方面，用于实现发明目的具有同心设置的磁轭的电机包括转子和定子。转子具有多个在径向上多层级设置的圆柱形磁轭和多个分别固定于磁轭的磁体，磁体的极性在圆周方向彼此交替。定子具有设置成面向各磁轭的电枢金属芯和多个缠绕电枢芯以面向磁体的电枢线圈。磁轭和电枢金属芯在径向上多层级设置，因此，电机可具有较小的体积，并能提供较大的输出功率。

此外，在根据本发明的电机中，转子优选还包括设置在转子转动中心的固定轴。转子还具有将各磁轭可转动地连接于固定轴的转动盘。定子还包括将电枢金属芯固定地连接于固定轴的固定盘。因此，可以实现机壳进行转动的电机。

此外，在具有固定轴的电机中，优选位于磁轭之间的电枢金属芯可拆卸地连接至固定盘。由于电枢金属芯可拆卸地连接至固定盘，所以，电机很容易组装。

此外，在具有固定轴的电机中，优选位于最内侧磁轭内部的电枢金属芯固定地连接至固定轴。

同样，在具有固定轴的电机中，位于电枢金属芯之间的磁轭可拆卸地连接至转动盘。这样，电机很容易组装。

此外，在具有固定轴的电机中，各磁轭可由转动盘的一个表面延伸形成。这样，由于各磁轭与转动盘一体成形，可以消除磁轭与转动盘之间的组装误差。因此，磁轭与电枢金属芯之间的缝隙会更精确地变窄，由此，电机的输出功能会提高。

此外，在具有固定轴的电机中，优选制动盘可拆卸地连接于转动盘的另一表面。由于制动盘直接连接至转动盘的另一表面，可以省去用于连接制动盘的衬盘。

此外，在具有固定轴的电机中，各磁轭可插入并固定于转盘的一个表面，转子还包括轴向延伸转动盘的一端形成的圆筒形机壳，以在径向围绕最外侧磁轭的外圆周表面。这样，磁轭由钢制成，转动盘和圆筒形机壳由轻质金属如铝制成，因此，可以减小电机的重量。

同样，在具有固定轴的电机中，优选制动盘可拆卸地连接至转动盘的另一表面。

此外，在具有固定轴的电机中，优选电机还包括从圆筒形外壳的外圆周表面延伸的轮圈，由此轮胎可安装于轮圈。

另外，电机还包括位于转子的转动中心的转动轴。这种情况下，转子还具有将各磁轭固定地连接于转动轴的转动盘。另外，定子还具有将电枢金属芯可转动地连接于转动轴的固定盘。因此，可以实现外壳固定而轴转动的电机。

此外，在具有转动轴的电机中，优选电枢金属芯可拆卸地连接至固定盘。这样，电机更容易组装。

同样，在具有转动轴的电机中，位于电枢金属芯之间的磁轭可拆卸地连接至转动盘。由于磁轭可从转动盘上拆卸，所以，电机更容易组装。

此外，在具有转动轴的电机中，优选最内侧的磁轭固定地连接至转动轴。

同样，在具有转动轴的电机中，各磁轭可由转动盘的一个表面延伸形成。这种情况下，磁轭和转动盘一体成形，因此，可以消除磁轭与转动盘之间的装配误差。

此外，在具有转动轴的电机中，各磁轭可插入并固定于转动盘的一个表面，转子还可以包括轴向延伸转动盘的一端而形成的圆筒形外壳，以在径向围绕最外侧磁轭的外圆周表面。在这种情况下，由于磁轭由钢制成，圆筒形外壳由轻质金属如铝制成，因此，可以减小电机的重量。

此外，在具有转动轴的电机中，优选电机还包括从圆筒形外壳的外圆周表面延伸的轮圈，由此轮胎可安装于轮圈。

根据本发明另一方面的驱动装置，包括上述电机、制动盘、和卡钳。制动盘固定地连接至电机的转子。卡钳安装在制动盘的一侧，以阻止制动盘的转动。

此外，在驱动装置中，卡钳优选固定于固定轴的一侧。

对附图的简要说明

图1是根据本发明一个实施例的电机的正视图，该电机具有同心设置的磁轭；

图2是图1所示实施例的侧视图；

图3是使用图1所示电机的驱动装置的正视图；

图4是图3所示实施例的侧视图；

图5是根据本发明另一实施例的电机的正视图，该电机具有同心设置的磁轭；

图6是图5所示实施例的侧视图；

图7是根据本发明又一个实施例的电机的侧视图，该电机具有同心设置的磁轭；

图8是使用图7所示电机的驱动装置的侧视图；

图9是图8所示实施例的正视图；

图10是根据本发明再一个实施例的电机的侧视图，该电机具有同心设置的磁轭；

图11是图10所示电机的正视图；

图12是使用图10所示电机的驱动装置的侧视图；

图13是图12所示驱动装置的正视图；

图14是根据本发明还一个实施例的电机的截面图，该电机具有同心设置的磁轭；

图15是根据本发明另外一个实施例的电机的截面图，该电机具有同心设置的磁轭；

图16是传统电机的示意图。

[附图所示主要部分的附图标记的说明]

10：固定轴；          20：转子；

21：第一磁轭；        23：第二磁轭；

25：第一磁体；        27：第二磁体；

29：第三磁体；        31：转动盘；

33：轴承；            35：螺栓；

40：定子；            41：电枢金属芯对；

43：第三电枢金属芯；  45：第一电枢线圈；

47：第二电枢线圈；    49：第三电枢线圈；

51：固定盘；          53：螺栓；

55：制动盘；          57：卡钳；

60：电机；            61：轮圈；

210：固定轴；         220：转子；

221：磁轭；           223：磁轭；

225：第一磁体；       227：第二磁体；

229：第三磁体；       231：转动盘；

236：连接孔；240：定子；241：第一电枢金属芯；243：第二电枢金属芯；

245：第一电枢线圈；247：第二电枢线圈；249：第三电枢线圈；

251：固定盘；      255：制动盘；      257：卡钳；

259：螺栓；        260：电机；

261：轮圈；        263：轮胎；

310：固定轴；      320：转子；

321：第一磁轭；    323：第二磁轭；

325：第一磁体；    327：第二磁体；

329：第三磁体；331：转动盘；336：连接孔；340：定子；341：第一电枢金属芯；343：第二电枢金属芯；

355：制动盘；  357：卡钳；

359：螺栓；    360：电机；

361：轮圈；    363：轮胎。

实施本发明的最佳方式

首先，将介绍根据本发明的电机的一个实施例。

图1是根据本发明一个实施例的电机的正视图，该电机具有同心设置的磁轭，图2是图1所示实施例的侧视图。

图1所示的电机60，是具有转动机壳类型的，包括固定轴10、转子20、和定子40。

转子20包括磁轭21和23，磁体25、27和29，以及转动盘31。转动盘31通过轴承33与固定轴10可转动地连接。磁轭21和23具有圆柱形状，并在径向设置成两个层级。就是说，磁轭由具有较大直径的第一磁轭21和具有较小直径的第二磁轭23组成。另外，各磁轭21或23的一侧与转动盘31的一个表面连接。同时，第一磁轭21由转动盘31的圆周延伸形成，第二磁轭23通过螺栓35可拆卸地连接于转动盘31。磁轭21和23在其他实施例中也可设置成两个或多个层级。磁体由第一磁体25、第二磁体27、和第三磁体29组成。多个第一磁体25沿圆周方向固定于第一磁轭21的内圆周表面，多个第二磁体27沿圆周方向固定于第二磁轭23的外圆周表面，多个第三磁体29沿圆周方向固定于第二磁轭23的内圆周表面。四十个第一、第二、或第三磁体25、27、或29以规则间距沿磁轭21或23的圆周方向固定，因此，磁体的极性彼此交替。尽管在第一实施例中，第一、第二、和第三磁体25、27或29的数量是四十个极性，但是，该数值可以改变，例如三十六个。同样，在该实施例中，磁体25、27和29以规则间距彼此间隔地固定在磁轭21和23的圆周表面，但是，也可以毫无间隙地进行连续固定。

定子40包括固定盘51，电枢金属芯41和43，以及电枢线圈45、47和49。固定盘51固定于固定轴10。电枢金属芯由第一电枢金属芯41和第二电枢金属芯43组成。第一电枢金属芯41设置在第一磁轭21与第二磁轭23之间，通过螺栓53可拆卸地固定在固定盘51的一个表面上。另外，第一电枢金属芯41的外侧41a和内侧41b形成有沟槽，由此第一和第二电枢线圈45和47分别卷绕其上。第二电枢金属芯43设置在第二磁轭23的内部，并固定于固定轴10。此外，第二电枢金属芯43的外部形成有沟槽，由此第三电枢线圈49卷绕其上。电枢金属芯41和43由层压薄硅钢板形成，以允许磁力线容易穿过，并且能减少涡流。电枢线圈由第一电枢线圈45、第二电枢线圈47、和第三电枢线圈49组成。第一电枢线圈45卷绕在形成于第一电枢金属芯41外侧41a的沟槽，因此面向第一磁体25。第二电枢金属芯47卷绕在形成于第一电枢金属芯41内侧41b的沟槽，因此面向第二磁体27。第三电枢金属芯49卷绕在形成于第二电枢金属芯43外侧的沟槽，因此面向第三磁体29。电枢线圈45、47和49串联或平行连接，或采用配线或采用Y配线。

当给电枢线圈45、47和49供电时，会产生磁场。由电枢线圈45、47和49产生的磁场与磁体25、27和29产生的磁场相互作用，由此产生转动力。这样，转子20绕着固定轴10转动。同时，电机60还可作为发电机使用。也就是说，如果转子20转动，由于固定于转子20的磁体25、27和29，在电枢线圈45、47和49内产生感应电流。

图5是根据本发明另一实施例的电机的正视图，该电机具有同心设置的磁轭，图6是图5所示实施例的侧视图。

图5所示的电机，是具有转动轴的类型，包括转动轴110、转子120、和定子140。

转子120包括转动盘131，磁轭121、123和124，以及磁体125、127、129和130。转动盘131固定于转动轴110。磁轭121、123和124设置在径向上。磁轭根据其半径由第一磁轭121、第二磁轭123、以及第三磁轭124组成。第一磁轭121由转动盘131的圆周表面延伸而形成。第二磁轭123通过第一磁轭121的螺栓133可拆卸地连接于转动盘131的表面。第三磁轭124与转动轴110一体成形。

磁体由第一磁体125、第二磁体127、第三磁体129、以及第四磁体130组成，分别固定于磁轭121、123、124的内圆周表面和外圆周表面，且极性彼此交替。

定子140包括固定盘151，电枢金属芯141和143，以及电枢线圈145、147、149和150。固定盘151通过轴承155连接于转动轴110。电枢金属芯由第一电枢金属芯141和第二电枢金属芯143组成。第一电枢金属芯141的外侧141a和内侧141b形成有沟槽，以使电枢线圈145和147分别卷绕其上。第二电枢金属芯143的外侧143a和内侧143b形成有沟槽，以使电枢线圈149和150分别卷绕其上。各电枢金属芯141或143的一侧固定连接于固定盘151的表面。电枢金属芯141和143通过螺栓可拆卸地固定于固定盘151。另外，电枢线圈由第一电枢线圈145、第二电枢线圈147、第三电枢线圈149、以及第四电枢线圈150组成。第一电枢线圈145和第二电枢线圈147卷绕在第一电枢金属芯141的外侧141a和内侧141b。第三电枢线圈149和第四电枢线圈150卷绕在第二电枢金属芯143的外侧143a和内侧143b。

如果对电机的电枢线圈145、147、149和150供电，所产生的转矩使转子120转动。这样，固定于转子120的转动轴110进行转动。

图7是根据本发明又一实施例的电机的侧视图，该电机具有同心设置的磁轭。

图7所示的电机包括固定轴210、转子220、和定子240，与图1所示的电机相似。

转子220包括磁轭221和223，磁体225、227和229，以及转动盘231。在图7所示的电机中，连接制动盘255的连接孔236(将在下文介绍)形成在转动盘231的一个表面上，这是与图1所示的电机不同的地方。因此，制动盘255能直接与转动盘231连接。

定子240包括固定盘251，电枢金属芯241和243，以及电枢线圈245、247和249。在图1所示的电机中，分别准备固定盘51和固定轴10，然后，绕固定轴10安装固定盘51，并与其固定连接。但是，在图7的电机中，固定盘251和固定轴210一体成形。

图10是根据本发明再一个实施例的电机的侧视图，该电机具有同心设置的磁轭，图11是图10所示电机的正视图。

图10中的电机360包括固定轴310、转子320、和定子340。

转子320包括磁轭321和232，转动盘331，以及磁体325、327和329。在图7所示的电机中，磁轭223可拆卸地连接于转动盘231的另一表面。但是，在图10的电机中，磁轭321和323由转动盘331的表面延伸形成。因此，磁轭321和323与转动盘331一体成形。在分别生产磁轭223与转动盘231并像图7所示的电机那样装配时，可能发生装配误差。因此，考虑到发生装配误差，设计电机时在磁轭223与电枢金属芯241和243之间留有足够的缝隙。但是，因为磁体225、227和229与电枢线圈245、247和249之间的缝隙增大了，电机的输出功率就减小了。在图10所示的电机中，所有的磁轭321和323都与转动盘331一体成形。因此，由于没有装配误差产生，磁轭321和323与电枢金属芯341和343之间的缝隙可精确地变窄。因此，图10中的电机比图7中的电机可提高输出功率。

图14是根据本发明还一个实施例的电机的截面图。在图10所示的实施例中，圆柱形磁轭321和323由转动盘331的表面延伸形成。磁轭由铁制成，以便限定磁路。因此，在图10所示的实施例中，由于转动盘331和圆柱形磁轭321及323一体成形，它们全部都由铁制成。这样，电机会很重。然而，在图14所示的实施例中，圆柱形磁轭421和423插入并固定于转动盘431的一个表面。因此，圆柱形磁轭421和423与转动盘431是分开成型的。这样，圆柱形磁轭421和423由铸铁形成，转动盘431由铝或类似物形成，从而减小了电机的重量。另外，为了更安全地固定第一磁轭421，外壳筒432由转动盘431的圆周表面延伸形成，以包围第一磁轭421。就是说，圆柱形磁轭421和423由铸铁或类似物形成。此外，在圆柱形磁轭421和423固定后，转动盘431和外壳筒432通过注模铝或类似物形成。由此，可以减小电机的重量。

图15是根据本发明另外一个实施例的电机的截面图。与图14所示的实施例相比，图15所示的实施例还包括从外壳筒462的外圆周表面延伸的轮圈455。这样，在图15所示的实施例中，轮胎可以直接安装在电机的外圆周表面。现在，根据本发明的另一方面将介绍具有电机的驱动装置。

图3是使用图1所示电机的驱动装置的正视图，图4是图3所示实施例的侧视图。

图3和4所示的驱动装置包括图1所示的电机60、制动盘55、和卡钳57。制动盘55固定在电机60的转动盘31的另一表面。此外，卡钳57安装在制动盘55的一侧，并有一侧固定于固定轴10。如果电机60的转子20固定于轮胎63的轮圈61，如图3和4所示，则可用作汽车、运输工具、或摩托车的驱动装置。这样，如果对电枢线圈45、47和49供电，由于转子20转动使轮胎63转动，如果使用卡钳57挤压制动盘55，则转子20停止转动。

图8是使用图7所示电机的驱动装置的侧视图，图9是图8所示实施例的正视图。

图8所示的驱动装置包括图7所示的电机260、制动盘255、和卡钳257。制动盘255固定于电机260的转动盘231的表面。转动盘231的表面形成有连接孔236，以便能连接螺栓259。因此，制动盘255通过螺栓259可拆卸地连接至转动盘231的表面。

卡钳257安装在制动盘255的一侧，并有一侧固定于固定轴210。

图12是使用图10所示电机的驱动装置的侧视图，图13是图12所示实施例的正视图。

图12所示的驱动装置包括图10所示的电机360、制动盘355、和卡钳357。制动盘355固定于电机360的转动盘331的另一表面。在转动盘331的另一表面形成有连接孔336，以便能连接螺栓359。这样，制动盘355通过螺栓359可拆卸地连接于转动盘331的另一表面。

卡钳357安装在制动盘355的一侧，并有一侧固定于固定轴310。

工业实用性

根据本发明，提供了具有多层级电枢线圈和磁体的电机，因此，电机具有较小的体积并能产生较大的转矩。

此外，根据本发明，提供了制动盘直可接连接于转动盘的电机，因此，可以减少电机的零件数量，并且缩短装配过程。

同时，本发明提供了转动盘和磁轭一体成形的电机，因此，可以缩短装配过程。同样，电枢线圈与磁体之间的缝隙也较小了，因此，可以提高电机的输出功率。

此外，根据本发明，提供了一种电机，其转动盘由比磁轭更轻质的材料制成，因此，可以减小电机的重量。

另外，本发明提供了使用上述电机的驱动装置，因此，可以使汽车、运输工具、或摩托车具有优越的性能。

上面介绍的以及在附图中所示的实施例不应解释为对本发明技术原理的限制。本发明的保护范围仅由权利要求书限定，本领域的技术人员可以对其进行各种变化和改进。如果这种变化或改进对本领域的技术人员而言是显而易见，也落入本发明的保护范围内。