CN102324818A - 多磁路盘式电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多磁路盘式电动机，其包括：端盖（6）、转子主轴（1）、(m-1)个转子（3）、m个定子绕组（4），m是大于2的正整数；(m-1)个转子（3）均与转子主轴（1）连接固定，转子与定子绕组间隔排列，最外侧的两个定子绕组分别与其相邻的端盖连接固定；其中，转子包括转子盘和多个磁钢，每个磁钢均贯穿转子盘，使得每个磁钢的两个磁极分别暴露于该转子盘的两侧，各磁钢在该转子盘的同一侧以磁极交替的方式布置于该转子盘上；定子绕组包括绕组盘和线圈阵列。本发明通过使一个定子绕组对其两侧的转子均发挥作用的设计，使得定子绕组的数量减少，并且由于本发明的定子绕组没有采用硅钢片缠绕线圈的结构，进一步降低了生产成本。

Description

多磁路盘式电动机

 

技术领域

本发明涉及一种盘式电动机，并且特别是涉及一种多磁路盘式电动机。

 

背景技术

随着电动机的发展，人们认识到普通圆柱式电动机存在如铁芯利用率低等问题，而盘式电动机以其效率高、重量轻、运转平稳等特点，获得了市场认可，得到广泛应用。

 申请号为201010000675.8的中国发明专利申请公开了一种轴向磁场盘式电动机，其将金属导线紧密且整齐排列绕制成独立线圈，将多个独立线圈沿圆轴方向嵌锁排列成一个圆形电磁阵列，使用添加导热体的树脂材料将圆形电磁阵列整体固封成型，形成独立线圈嵌锁电磁阵列环，使用该电磁阵列环作为轴向磁场盘式电动机定子。电动机转子是由嵌入轭铁的永磁材料组成的固定在一个连接输出轴上的圆盘。顺序或成组顺序对独立线圈嵌锁电磁阵列环施加电流，转子上成对的磁场在洛伦兹力的作用下连续旋转。然而，该轴向磁场盘式电动机的电动机转子必须包括轭铁，将永磁材料嵌入轭铁中，其仅利用了永磁材料的单面磁性，致使电磁利用率不高，而且，整个定子绕组重，体积大。另外，该专利文献未考虑同时将多个盘式电动机组合使用的情况。

申请号为200810228120.1的中国发明专利申请公开了一种多盘式永磁同步电动机，其至少设有一组由单转子盘和设在该转子盘两侧的双定子盘组成的盘式结构，其中定子盘和转子盘之间的轴向距离即为电动机的气隙长度。两个定子盘分别固定在前端盖和后端盖上，转子盘固定在电动机转轴上，且定子盘为硅钢片卷绕成圆环形柱体，定子盘上面均匀分布定子槽，转子的磁路结构采用每极下2块永磁体，这样的结构可以提高电动机的体积密度，提高硅钢片的利用率，降低电动机损耗，且有利于电动机定子盘的冷却。另外，这类多盘式电动机可以任意组合，组合后的电动机增强了可靠性，即若其中一组电动机出现故障，其余电动机仍然能够继续工作，不致引起系统的瘫痪。该多盘式永磁同步电动机考虑到了使用转子的双面磁性以及多个盘式电动机组合使用的情况，然而，在该多盘式永磁同步电动机中，其定子由硅钢片及其槽内卷绕的线圈构成，磁损耗较大，而且每组电动机中仍然采用的是每个定子盘均受到一个转子的单面磁性的影响，因此，该多盘式永磁同步电动机存在磁损耗较大、制作工艺复杂、体积大、效率不高的问题。

 

发明内容

本发明的目的在于避免上述现有技术的不足，提供一种高效节能的多磁路盘式电动机，其能够真正做到结构简单、体积小、效率高、运行可靠且磁损耗小。

根据本发明的一个优选实施方式，本发明提供一种多磁路盘式电动机，其包括：外壳5、底座7、端盖6、转子主轴1、轴承2、(m-1)个转子3、m个定子绕组4，m是大于2的正整数；外壳5与底座7连接固定，端盖6与所述外壳5连接固定，转子主轴1与端盖6通过所述轴承2装配；(m-1)个转子3均与转子主轴1连接固定，转子与定子绕组间隔排列，最外侧的两个定子绕组分别与其相邻的端盖连接固定；其中，所述转子包括转子盘和多个磁钢，每个磁钢均贯穿转子盘，使得每个磁钢的两个磁极分别暴露于该转子盘的两侧，各磁钢在该转子盘的同一侧以磁极交替的方式布置于该转子盘上；所述定子绕组包括绕组盘和线圈阵列。

根据本发明的另一优选实施方式，所述磁钢为截面是圆形或扇形或矩形或其它规则或不规则形状的柱状永磁体，所述每个转子盘上的磁钢数量为偶数。

根据本发明的又一优选实施方式，所述转子、定子采用树脂材料或其它合适的材料制成。

根据本发明的又一优选实施方式，所述树脂材料包括BMC（团状模塑料）、环氧树脂或其他具有电绝缘性的树脂材料。

根据本发明的又一优选实施方式，所述转子盘与所述绕组盘的形状相同。

根据本发明的又一优选实施方式，所述转子盘和所述绕组盘可以形成为圆盘、扇形盘、平行四边形盘、椭圆形盘、或盘面为其它规则或不规则形状的盘。

根据本发明的又一优选实施方式，所述磁钢和所述线圈的数量相同。

根据本发明的又一优选实施方式，所述线圈阵列是由一根或多根漆包线绕制成的多个线圈组所组成，再用树脂材料包覆压制该线圈阵列形成定子绕组。

根据本发明的又一优选实施方式，所述树脂材料包括BMC（团状模塑料）、环氧树脂或其他具有电绝缘性的材料。

根据本发明的又一优选实施方式，所述电动机的输出功率适用于驱动电动车。

本发明的多磁路盘式发电动机结构简单紧凑、体积小且重量轻、运行可靠、效率高、磁损耗小，又可形成批量生产，大大降低了生产成本。

 

附图说明

从下列结合附图的详细说明中将更充分地理解本发明，该附图是示意性的，并未按照实际情况示出所有部件，并且出于清楚目的未按照比例绘制，其中：

图1举例说明了本发明的多磁路盘式电动机，其中具有3个定子绕组和2个转子；

图2举例说明了本发明的多磁路盘式电动机的核心部件结构立体示意图，其中具有4个定子绕组和3个转子；

图3是举例说明电动机转子的结构图；

图4 举例说明定子绕组的结构图。

在图中：1——转子主轴，2——轴承，3、3-1、3-2——转子，4、4-1、4-2、4-3……4-m——定子绕组，5——外壳，6——端盖，7——底座，8、8-1a、8-2a、8-1b——磁钢，9、9-1、9-2——转子盘，10-1a、10-1b——线圈组，11-1——绕组盘。

 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施方式作进一步说明。

图1和图2示出了本发明的多磁路盘式电动机。本发明的多磁路盘式电动机包括：外壳5、底座7、端盖6、转子主轴1、轴承2、多个转子3、多个定子绕组4；外壳5与底座7连接固定，端盖6与所述外壳5连接固定，多个定子绕组4与端盖6连接固定，转子主轴1与端盖6通过所述轴承2装配，转子3和转子主轴1连接固定。各部件可按照传统的方式来连接固定，例如螺栓等。其输入和输出部分分别可以连接现有的电源和现有的做功装置，例如电动车。

其中，图1示出了具有两个转子和三个定子绕组的情况，图2示出了具有三个转子和四个定子绕组的情况。如图2所示，本发明的多路盘式电动机具有四个定子绕组4和三个转子3，最左侧的定子绕组4-1与左侧端盖6连接固定，最右侧的定子绕组4-4与右侧端盖6连接固定，转子3-1夹于定子绕组4-1、4-2之间，转子3-2夹于定子绕组4-2、4-3之间，转子3-3夹于定子绕组4-3、4-4之间。即，定子绕组和转子从左侧端盖开始到右侧端盖按照如下顺序排列：定子绕组4-1、转子3-1、定子绕组4-2、转子3-2、定子绕组4-3、转子3-3、定子绕组4-4。

如图所示，以转子3-1、转子3-2为例，转子3-1和转子3-2上的磁钢分别贯穿转子盘9-1、9-2，因此在装配时，不同转子盘中的磁钢靠彼此之间的磁极相互作用（即同极相斥、异极相吸）而自动对准并保持同步转动。举例来说，由于磁钢8-1a在转子盘9-1的左侧暴露出S极、在转子盘9-1的右侧则暴露出N极，并且磁钢8-2a在转子盘9-2的左侧暴露出S极、在转子盘9-2的右侧暴露出N极，因此，在磁极相互作用下，转子盘9-1上的磁钢8-1a（其左侧为S极、右侧为N极）自动与转子盘9-2上的磁钢8-2a（其左侧为S极、右侧为N极）对准并保持同步转动。由此可知，来自转子3-1上的磁钢8-1a和与之相对应的转子3-2的磁钢8-2a的磁力线方向是一致的。图中虽仅标出了转子3-1、3-2及其上磁钢8-1a、8-2a，但应当知道，转子3-3及其上磁钢也遵循上述规律，在使用多于三个转子时，其余转子及其上磁钢也是如此。

多个定子绕组的阳极、阴极首尾相连构成串联通路后将其接入电源，各个定子绕组均产生方向相同的电磁转矩，由于转子3-1上的各个磁钢贯穿转子盘9-1并且每个磁钢的两个磁极均暴露于转子盘的两个侧面，因此，其能够同时受到位于其两侧的定子绕组4-1和定子绕组4-2的电磁转矩的影响而在两个定子绕组的磁场作用下发生旋转。同样，转子3-2也同时受到位于其两侧的定子绕组4-2和定子绕组4-3的电磁转矩的影响而发生旋转。以此类推。

图3举例说明电动机转子3-1的结构。如图所示，转子3-1包括转子盘9-1和均匀布置在转子盘9-1内的多个磁钢8-1a、8-1b……，磁钢的数量应为偶数个，各个磁钢为横截面是圆形或扇形或矩形或其它规则或不规则几何形状的柱状永磁体，均贯穿转子盘9-1，使得每个磁钢的两个磁极分别暴露于转子盘9-1的两个侧面，从而能够使用每个磁钢的双面磁性。以磁钢8-1a为例，其在转子盘9-1的左侧面暴露出S极，在转子盘9-1的右侧面暴露出N极。并且，各磁钢在转子盘9-1的同一侧以N极和S极交替的方式沿圆周方向均匀布置在转子盘9-1上。举例来说，磁钢8-1a在转子盘9-1的一个侧面暴露出S极，则磁钢8-1b在同一侧面暴露出N极，以此类推。此外，需要注意的是，对于多磁路盘式电动机而言，其多个转子盘（在本例中为转子盘9-1、9-2……）的形状相同，其上磁钢的数量相同，且磁钢的位置也彼此对应。转子盘可以采用树脂材料制成，例如BMC（团状模塑料）、环氧树脂或其他具有电绝缘性的材料。

虽然图2、3中示出的转子盘为圆盘，然而其同样可以为扇形盘、平行四边形盘、椭圆形盘、或盘面为各种规则、不规则几何形状的盘。并且，虽然在图2和图3中示出的磁钢数为12个，然而本领域技术人员可以理解，其数量可以更多或更少，但应为偶数个。

图4举例说明定子绕组4-1的结构。如图所示，定子绕组4-1包括绕组盘11-1和均匀布置于绕组盘11-1中的扇形线圈阵列，该扇形线圈阵列为由一根漆包线绕制而成的多个扇形线圈组10组成，如10-1a、10-1b……。每个线圈组都由多个线圈组成，每个线圈组都是从绕组盘的一面延伸到另一面，即，从绕组盘两侧都可以看到同一线圈组。该漆包线的两端从绕组盘11-1引出，作为阳极和阴极。对于多磁路盘式电动机而言，其多个定子绕组（在本例中为定子绕组4-1、4-2、4-3、4-4）的形状相同，其上扇形线圈的数量相同且线圈的位置也彼此对应。

在示出的最佳实施方式中，扇形线圈组的数量与转子盘上的磁钢数量相同，且位置相对应（如图4所示，从线圈中心可透视到磁钢）。

在制作时，先使得扇形线圈组沿圆周方向均匀布置，再通过绝缘材料，如BMC（团状模塑料），包覆压制制成定子绕组。

此外，虽然图中示出的定子绕组4-1、4-2、4-3、4-4为圆盘，然而其同样可以为扇形盘、平行四边形盘、椭圆形盘或盘面为各种规则、不规则几何形状的盘，但优选的是形状与转子盘形状相同。

虽然在图中示出的线圈组的数量为12个，然而本领域技术人员可以理解，其数量可以更多或更少，但优选的是与磁钢的数量相一致。

虽然本例中扇形线圈阵列由一根漆包线绕制而成，然而本领域技术人员可以理解，可以采用现有技术的其他绕制方式，例如用两根或者多个漆包线绕制。

绕组盘可以采用树脂材料制成，除了上面提到的BMC之外，还可以采用环氧树脂或其他具有电绝缘性的材料。

 

与现有技术中仅使用磁钢的单面磁性的电动机相比，本发明通过利用磁钢的双面磁性使得磁钢的两个磁极均能受到通电磁场的影响，从而提高了磁钢的利用率并获得更大的转子转矩。

与现有技术中虽使用磁钢的双面磁性但每组转子配有两个定子绕组的电动机相比，本发明通过这种定子绕组、转子间隔排列并且两个转子之间仅夹有一个定子绕组的结构，充分利用了定子绕组通电产生的电磁转矩，并且通过使一个定子绕组能够对其两侧的转子均发挥作用的设计，使得定子绕组的数量减少，节省了成本，并且，由于本发明的定子绕组没有采用传统定子的硅钢片缠绕线圈的结构，进一步降低了生产成本。

 

本发明不限于上述两个转子对应三个定子绕组的情况，其可以根据所需的输出转矩而进行组合，例如按照如上述优选实施例的布置方式而设置的三个转子对应四个定子绕组的电动机、四个转子对应五个定子绕组的电动机……可以具有m个定子绕组和(m-1)个转子，其中m是大于2的正整数，最左侧的定子绕组4-1与左侧端盖6连接固定，最右侧的定子绕组4-m与右侧端盖6连接固定，各定子绕组和各转子间隔排列。各定子绕组通电后，夹于两个定子绕组的转子同时受到其左右两侧的定子绕组的电磁转矩的影响而发生旋转。

本领域普通技术人员应该理解，本发明并不限制于特别示出并如上详细描述的内容。而是，本发明的范围包括如上所述的各种特征的组合和变形以及本领域普通技术人员在阅读了前述说明以及现有技术中没有的内容后能够想到的修改和替换。

此外，本领域技术人员也可以预见，该电动机可以应用到各个需要的领域，例如用于电动车中。

 

特别说明

本申请人于本申请同日对同样的发明创造既申请实用新型又申请了发明专利。

Claims (10)

1.一种多磁路盘式电动机，其包括：外壳（5）、底座（7）、端盖（6）、转子主轴（1）、轴承（2）、(m-1)个转子（3）、m个定子绕组（4），m是大于2的正整数；所述外壳（5）与所述底座（7）连接固定，所述端盖（6）与所述外壳（5）连接固定，转子主轴（1）与端盖（6）通过所述轴承（2）装配；所述的(m-1)个转子（3）均与所述的转子主轴（1）连接固定，所述转子与所述定子绕组间隔排列，最外侧的两个定子绕组分别与其相邻的端盖连接固定；其中，所述转子包括转子盘和多个磁钢，每个磁钢均贯穿转子盘，使得每个磁钢的两个磁极分别暴露于该转子盘的两侧，各磁钢在该转子盘的同一侧以磁极交替的方式布置于该转子盘上，并在装配时自动与相邻转子中磁钢的相对应磁极对准，从而使得转子相互定位；所述定子绕组包括绕组盘和线圈阵列，所述线圈阵列包括多个线圈组。

2.根据权利要求1所述的多磁路盘式电动机，其中所述磁钢为截面是圆形或扇形或矩形或其它规则或不规则形状的柱状永磁体，所述每个转子盘上的磁钢数量为偶数。

3.根据权利要求1所述的多磁路盘式电动机，其中所述转子盘、绕组盘采用树脂材料或其它合适材料制成。

4.根据权利要求3所述的多磁路盘式电动机，其中所述树脂材料包括团状模塑料、环氧树脂或其他具有电绝缘性的树脂材料。

5.根据权利要求1所述的多磁路盘式电动机，其中所述转子盘与所述绕组盘的形状相同。

6.根据权利要求5所述的多磁路盘式电动机，其中所述转子盘和所述绕组盘可以形成为圆盘、扇形盘、平行四边形盘、椭圆形盘、或盘面为其它规则或不规则形状的盘。

7.根据权利要求1所述的多磁路盘式电动机，其中所述磁钢和所述线圈组的数量相同。

8.根据权利要求1所述的多磁路盘式电动机，其中所述线圈阵列是由一根或多根漆包线绕制成的多个线圈组所组成，再用树脂材料包覆压制该线圈阵列形成定子绕组。

9.根据权利要求8所述的多磁路盘式电动机，其中所述树脂材料包括团状模塑料、环氧树脂或其他具有电绝缘性的材料。

10.根据权利要求1所述的多磁路盘式电动机，其特征在于，该电动机的输出功率适用于驱动电动车。

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