电机及制造方法

专利名称：电机及制造方法
技术领域：
本发明涉及电机，如电动机、发电机以及同时具有电动机和发电 机功能的电才几。本发明还教导了制造和装配这些电机的方法。
背景技术：
存在各种类型的传统电机，其中包括电动机、发电机以及同时具 有电动才几和发电机功能的电机。采用各种公知的工程和控制原理对这 些传统电机进行设计和控制。传统电动机包括由交流电(AC)激励的 电动^/L和由直流电(DC)激励的电动^/L。 一些示例性的现有净支术的电 才几包括交流感应电动才几、》兹阻电动才几、直流电刷电动冲几和无刷交流永 磁同步电动机。通常，对传统电机进行适当的电机控制，即可使其既 可作为电动机运转，也可作为发电机运转。
传统电^几典型地包括活动部分(通常称为转子)和固定部分(通 常称为定子)。传统转子可采用本领域的公知技术形成。两种传统转子 设计包括导线鼠笼式转子(如交流感应电动机的转子)和多个永磁体 形成的转子(如无刷交流永磁同步电动机的转子)。传统定子包括多个 通常被称为极的元件。传统定子可采用本领域的公知技术形成。定子 极的端部常常被称为极面。相邻极的极面通过空气隙彼此隔开。成形 为金属线(通常被称为线圈)的导电材料缠绕于各个极上。线圏具有 外部绝缘材料，其使得电流流过线圈而不会在通过线圈时发生短路。
传统电机由电机控制器操作。传统的控制器采用本领域公知的工 程和控制原理进行设计和操作。传统上，电机线圈通过公知的设计和
技术与控制器电连接。控制器也电连接至电源和用户输入。控制器允 许线圈可选择地由来自电源的电流激励。电流以受控制的方向和大小 从电源流向线圈。按照公知的工程原理，当电流绕定子极的线圈流动 时，会产生电；兹场。在定子的极面上会产生临时的电；兹场。；兹场强度 取决于定子的材料、线圈的数量和性质以及电流的大小。如果流向线 圏的电流的方向颠倒，则磁场的磁极方向也将颠倒(如，从北极变为 南极)。如果从线圏中去除电流，则电磁场终止。因此定子极/磁场是临 时的，并且常纟皮称为电》兹体或软石兹体。
改进的控制、电子硬件、数字信号处理器(计算机)和软件已允 许电机更有效地操作，例如，通过使用电子控制的脉冲激励线圈。这 些传统技术允许灵活地控制和高效地操纵电机。典型的控制技术包括 控制来自于电源的电流的大小。此外， 一些传统的控制方法操纵电流 的以下特性中的一个或多个流向、形态、幅度、脉沖宽度、占空因 数等。通过将这种先进的电流控制技术应用于电机上，可提高电机的 性能和效率。然而，现有技术中不能满足具有改进的结构配置、设计、 制造和装配方法的电机的需要。

发明内容
本申请中描述的发明通过教导一种改进的电机设计、电机结构及 装配或制造方法，克服了现有技术中的上述缺陷。本发明的优点，至 少部分是通过开发用于将机器保持在框架上(例如将定子保持于自行 车上)的轮毂来实现的。在电机的一个发明实施方案中，电机包括由 空气隙隔开的转子和定子。转子示例性地包括多个被称作永磁体或硬 石兹体的^兹才及。所述;兹体以4及性交替的方式布置，并且与相对的定子之 间存在空气隙。定子包括缠绕有导体线圏的多个极，其被称作电磁体 或软磁体。控制器与线圏电连接。控制器控制电流流入定子线圈。转 子和定子通过电磁力相互作用。转子、定子和控制器位于具有中心孔 的同一壳体内。控制器与电源电连接。轮毂固定于定子上，并至少部 分地位于壳体内部。
对本领域:汰术人员而言，从本发明的详细描述和附图中，本文描
述的本发明其它优点将非常明显。仅仅示出和描述了本发明示例性的 实施方案，这些方案说明了发明人预期的实施本发明的最佳模式。本 领域技术人员应当理解，本发明可有一个或多个其它的实施方案。另 外，在本发明的范围内，本文描述的一个或多个元件可以变更。描述 和附图应认为是说明最佳模式，而不是不必要地限制本发明的范围。


结合

本发明的示例性实施方案。说明是示例性的，并且 是用来教导本发明的。除非特别指出，典型的实施方案不是用来限制 本发明的范围。附图中标注了标号，以指明本发明的各种元件，并协 助读者理解本发明。
图1是按照本发明的电机的示例性实施方案的透视图2是图1的立体分解图3是示例性的壳体的透视图4是与图3相反的透视图5是示例性的磁体的透视图6是示例性的背铁的透视图7是示例性的磁体保持设备的透视图8是隔离器的透视图9是图8的侧视图IO是示例性的壳体盖的透视图11是图10的侧^L图12示出了按照本发明形成的示例性的定子叠片；
图13示出了按照本发明形成的示例性的定子；
图14是图13的侧—见图15是示例性的定子绕线架的透视图16是与图15相反的透视图17是按照本发明缠绕有线圈的示例性的定子极；
图18是按照本发明的示例性的定子轮穀的透视图19是与图18相反的透视图20是沿图19的20-20线的剖视图21是按照本发明的固定于轮毂上的定子的透视图，轮毂上具有
电机控制器；
图22是图21的电机控制器的相反侧的透视图23是按照本发明的示例性的位置传感器防护装置的透视图24是按照本发明的示例性的电子装配保持装置的透视图25是按照本发明的示例性的磁体指示器环的透视图26是按照本发明的示例性的电机安装设备的透视图27是按照本发明的电机的使用示例平面图28是按照本发明的电机的另 一种使用示例的平面图29是按照本发明用于将电机固定于车轮上的示例性设备的透
视图30是图29的设备的示例性的可拆卸部分的透视图31是按照本发明的图29的设备的开口侧的示例性盖体的透视
图32是图31所示盖体的侧视图33是按照本发明的电机的示例性控制器配置的方框设计图； 图34是示例性电连接的透视图。
具体实施例方式
图1是在本申请中描述的按照本发明的电机100的透视图，图2 是图l的分解图。电机100示例性地包括三个说明性的部分转子10 (可由包括电机壳体在内的多个元件构成)，定子60、电机控制器80、 4仑毂110和盖体18。可以理解，每个说明性的部分可包括一个以上的 零件或元件。示例性的轮毂ll(H皮示出固定于定子60上。图3-26更 详细地示出了用于形成电才几100的单个元件。为了简化"i兌明，对理解 本发明不是必须的元件(如螺钉、紧固件、重复的元件等)并未示出。
转子IO是电机IOO的转动部分。本文使用的术语"转子"通常是 指所有转动的电机元件，包括下述可选的壳体。定子60是电机的固定 部分，不会相对于转子IO转动。本文使用的术语"定子"通常是指相
对于转子固定的所有电才几元件。电^L 100示例性地固定于才几架(如电
动车辆，参见图27-28 )或固定设备(如洗衣机(未示出)或其它工业 机器上(未示出))上。
除非明确地说明，本文使用并贯穿说明书和权利要求书全文以描 述本发明的术语"电才几100"，不应当理解为以任何方式限制本发明， 术语"电机"是指采用本领域公知的电动机控制技术的可作为电动机、 发电才几或既作为电动4几，又作为发电4几运转的积4成i殳备。作为电动才几， 电机100将电能转化为机械能，例如，将来自电池的电流传输至电机 控制器、再传输至定子，以通过电磁力使转子IO转动。作为发电机， 电机100通过电；兹力将机械能转化为电能，例如，通过转动的转子， 在定子中产生电流，通过电机控制器向与电机电连接的电池充电。理 想地，采用公知的电机控制器80和工程技术，电机100可以在某些情 况作为电动机，而在另一些情况下作为发电机。
在第一示例性的使用实施方案中，采用本领域公知的技术，将电 机100作为电动机操作。电机转子10固定于轮子240上(图27-28)。 轮子240固定于车辆200、 300或车架上。电机100将来自电池的电能 转化为机械能，以使转子10转动。转子IO将转动的机械能传递至轮 子，从而采用本领域公知的技术驱动车辆。
在第二示例性的使用实施方案中，采用本领域公知的技术，将同 一电机IOO作为发电机操作。电机转子10固定于轮子上。轮子固定于 车辆或车架上。电机IOO将来自轮子的转动能转化为电能。在一个示 例性的方法中，操作者向电机控制器80发出信号，以通过产生例如操 作或操纵机械式摩擦制动器的信号而发电。当操作者应用摩擦制动器 时，电机控制器80调节电机的运转，以便以电磁方式阻止轮子的转动， 从而采用本领域/>知的^支术产生电流。电流通常供应给电池或其它合 适的设备。这种由电磁力产生电的方式通常被称作"再生"。在另一种 示例性的方法中，当电动自行车或小型摩托车的操作者释放电机的节 流阀(throttle)时可以进4亍再生。由转动的转子10和固定的定子60 之间的电^兹相互作用产生的后电磁力("EMF")可采用本领域公知的 技术通过电机控制器80转化为电能。
示例性的电才几100可固定至<壬<可适当的电源(未示出)，例如一个 或多个电池或固定的插座(例如普通的工业或住宅插座)。在典型的车 辆应用中，电源为多个电池，例如，由下列一种或多种化学物质制成 的电池锂离子、锂聚合物、镍金属氬化物或铅酸电池。在其它的应 用中，电源可以是电池和一个或多个发电机的组合。当发电机由内燃 机驱动时，其通常被称为"混合"结构，因为这种电机的电源既可以 来自电池，也可以来自发电机。无论是什么电源，应当理解，采用本 领域公知技术，将机械能/电能转化成适当的形式，如从直流电转化为 交流电都是可能的，反之亦然。
在下面的描述中，术语"转子"是指多个相互固定或支撑并在电
机操作过程中转动的元件，包括壳体20、盖体18、背铁(backiron) 30、 ^兹体37和转子隔离器50。图3和4示出了示例性的壳体20。图 中示出了壳体20和具有中心孔16的示例性的部分封闭的侧面14。示 例性的轮缘23被示出固定于环绕中心孔16的壳体20上。应当理解， 轮缘23也可包括一个或多个公知的支撑结构。多个示例性的盖体保持 元件22被示出位于壳体20的周边。所述保持元件保持转子隔离器50 和盖体18,以封住位于周边12暴露端的壳体的开口侧。多个示例性 的电才几安装结构24 (示出为孔) 一皮示出位于壳体20的部分封闭侧面 14的外部边界。多个示例性的强度元件26被示出沿着壳体20的封闭 表面设置。这些元件26增加了壳体20的强度，并.且也有助于电机运 转过程中的散热。在示例性的实施方案中，强度元件26从壳体20的 表面伸出，以增加与周围空气的接触。
应当理解，可采用公知技术在壳体20上形成任何合适的保持元件 22、安装结构24或强度元件26。在示例性的实施方案中，壳体由重 量轻但坚硬的金属(如铝)形成，但任何合适的材料均可采用。在示 例性的制造方法中，壳体20由公知的冲压或铸造工艺成形。在另一种 示例性的方法中，轮缘23作为独立的零件铸造或冲压，并采用本领域 公知的技术固定于表面14上。在另一种示例性的方法中，转动支撑设 备固定于轮缘23。
图5示出了示例性的；兹体37，其通常^^称为永,兹体。示例性的》兹 体包括NdFeB石兹体或其它合适的磁性材料。所述石兹体具有第一侧38 和第二侧39。磁体37具有在径向从一侧38指向另一侧39的磁极性。 图6示出了示例性的背铁架30 (通常称之为背铁)。磁体37采用本领 域公知的技术，沿内周边34以北极或南极磁极性交替的方式固定于背 铁30上。背铁30集中或增强磁体37的磁场。在示例性的方法中，磁 体37沿背铁架30的内侧定位，各磁体37之间存在物理间隔。背铁架 30示例性地包括4交正和间隔导槽36，以Y更于放置》兹体37。此外，还 示出了沿背铁架30外周边的一个或多个示例性的保持辅助器件或结 构部件32。通常，转子可仅包括磁体37和背铁30。转子IO进一步形 成这样的尺寸磁体37与定子60由空气隙隔开。保持紧密的空气隙 公差对最佳的电机操作来说是非常重要的。图中示出了 20个磁极。在 示例性的实施方案中，磁极数等于10n，其中n是大于0的任意整数， 例如，10、 20、 30、 40个;兹极等。
图7示出了具有中心孔41的示例性的》兹体护圈40。护圈40位于 磁体37的内周边上，并使磁体37保持顶靠背铁30。示例性的保持元 件42或轮缘或凸缘被示出与壳体20或背铁30对准。应当理解，背铁 30、；兹体37、护圈40可具有多种几何形状、》兹场性质，并且为了工 程、便于制造、生产成本和电机性能而可以采用公知技术对其进行改 变。
图8和9示出了示例性的电动机壳体隔离器50。隔离器50可由 任何合适的材料制造，如铝或塑料。可通过压铸方法，采用本领域公 知的技术，以示例性的整片或多片方式制造隔离器50。示出了示例性 的引导销56，还示出了示例性的缺口 54和局部开口 52。隔离器50 允许电机盖18示例性地固定于电机壳体20上而不破坏转子IO或定子 60。应当理解，隔离器50可配置成多种方案，甚至对于某些取决于转 子和壳体设计的电机实施方案来说可能并不需要隔离器50。也应当理 解，壳体隔离器50可仅位于壳体20的一侧。本领域技术人员应当理 解，理想状态下隔离器50仅相对于电机壳体20移动。
图10和图11示出了用于壳体20的示例性的盖体18。盖体18具 有与壳体的中心孔16对准的中心孔17。类似于上面关于壳体20的描
述，盖体18也可具有多个保持元件19、强度元件26和轮缘结构23。 盖体18可采用本领域公知的技术，由各种材料，以各种几何形状制成。 盖体18可通过在隔离器50中示出的局部开口 52固定于壳体20上。
也可能在某些实施方案中(未示出)，转子10和壳体20由多个单 独的元件或部件形成，并可组装成电机的一个完整的被称为转子的子 组件。在示例性的实施方案中，转子具有至少一个部分封闭的侧面14 和至少一个部分开口的侧面。如图27-28示例性示出的那样，人们相 信该实施方案能为轮内(in-wheel)车辆应用提供坚固的结构。在这种 配置中，可采用本领域公知的技术将盖体18固定于转子开口侧面的上 方，从而基本覆盖定子的两侧。示例性地示出了转子10和盖体18中 的中心孔16、 17。在第二种实施方案(未示出)中，转子10可成形 为两侧都有开口的环形，并且每侧都有盖体18。定子60位于壳体20 的内部，这一点将在下面进行充分的描述。
图12示出了用于形成图13的定子60的示例性的方法。采用本领 域公知的技术，由电炉钢或其它类似材料形成层状的定子叠片61。示 例性的定子叠片61为具有中心孔65的环形。在内周边上成形有多个 示例性的保持元件64,以附接轮毂80。轮毂80将在图18-19中示出。 沿定子叠片61外周边形成有单独的槽或定子极66。定子叠片61的外 周边包括多个极面53。极面通常比槽的主要部分宽。相邻的极面63 由空气隙62隔开。电机IOO被示出具有24个极。，在示例性的实施方 案中，定子极的数量等于12n,其中n为大于0的任意整数，例如， 12、 24、 36、 48个极等。
图13示出了示例性的定子60，定子60是采用本领域公知的技术 通过将多个定子叠片61相互固定而形成的。定子叠片61的示例性材 料具有位于定子叠片61各侧的电磁绝缘涂层，以便将磁场引导至各个 定子叠片61的槽面63。
图14示出了相互固定的多个定子叠片61,从而形成厚度为N的 定子，其中N为所采用的定子叠片61的数量。图12-14中示出的定子 60提供了 一项电机制造优点仅仅通过增加或减少用于满足预期性能 和制造成本要求的定子叠片61的数量N,即可用同样尺寸的定子叠片
61形成各种功率、重量或尺寸要求的电机。因此可用普通叠片61构
建各种电才几100。应当理解，可以改变其它因素，例如定子叠片61的 直径、槽66和极面的形状等，以采用该项技术设计和制造出各种电机。
图15和16示出了示例性的绕线架57,绕线架57固定于定子60 的外周边。绕线架57使环绕定子极66的导线的缠绕更方便。绕线架 57的外表面被示出具有示例性的导线支架58。绕线架的内表面被示出 具有示例性的保持元件59。保持元件59将绕线架57与定子60固定 并与之对准。绕线架57可由任何合适的非导电材料构成，并可采用本 领域公知的技术固定于定子60和线圈上。
图17示出了示例性的缠绕有被称作线圈的导线68的定子极66。 线圏68上覆盖有绝缘材料，因而电流以受控制的方向，沿着环绕极 66的圆形路径而非短路的路径流过线圈。为便于理解，仅示出了单个 定子66，并省略了绕线架57。线圏68通常不延伸至极面63，而是仅 在如虚线67下方的区域所示的极的主要部分上，位于极面63下方。 应当理解，极的尺寸(宽度w和高度h等)是可以改变的。此外，可 采用本领域公知的技术和工程原理改变极面63的形状，以满足所需的 电机性能和成本规范。
图18-20示出了用于将电机固定于另一设备(如车辆，图27-28) 上的示例性的轮毂110。在示例性的设计中，轮穀110由非铁磁材料
示例性的轮毂110由具有良好导热性的材料形成。轮毂IIO被示出具 有示例性的保持装置116、 117，例如用于将其固定于定子60的螺钉 或螺栓孔。示出了示例性的中心轴112，其对于车辆应用来说是非常 有益的。中心轴112示例性地具有一个或多个空腔或缺口 121，以允 许容易沿中心轴112的侧面固定电缆(未示出)。在第一轮毂侧面，设 有两个示例性的散热片113。如果散热片113位于电机100的内部， 则其被示例性地定位成可从控制器80有效地散出热量。在第二侧面， 设有各种散热结构119。通常，可采用以任意数量组合的任何散热结 构或技术，例如在保持期望的外径的同时增加中心轴112的总的表面 积。所示轮毂的中心轴112在理想情况下是与壳体的孔16、定子的孔 65、盖体的孔17和控制器的孔91对准的。还示出了中心轴112的示 意性的中空区域122。
图21中示出，轮毂110固定于定子60上，而示例性的电机控制 器80环绕中心轴112。应当理解，控制器80也可位于电才几100的外 部(未示出该实施方案)。控制器的第一侧面是可见的，其上安装有位 置传感器82。
图22示出了按照本发明的用于电机100的第一示例性的控制器 80。本领域技术人员应当理解，控制器可以有多种可能的结构。控制 器被示出采用本领域公知的技术部分地形成于印刷电路板(PCB) 81 上。该板具有示例性的中心孔91，以允许其套在中心轴112上。示例 性的电子装配元件包括MOSFETS 86、电容85和位置传感器82。还 示出了示例性的外部电缆83。 MOSFETS是控制器80的主要的热量产 生来源。位于轮毂110上的散热片被设计成与控制器80的热量产生元 件对准，以便进行有效的散热，从而提高电机的性能。
图23示出了示例性的位置传感器防护装置82。该防护装置包括 多个腔93,腔93允许霍耳效应装置(未示出)放入其内，以进行保 护。对无刷交流永磁体同步电动机而言，霍耳效应传感器(由转子的 永磁体的运动触发)提供了与线圈的激励同步的有效手段。可选的位 置传感器为一种光学设备，其检测转子、盖体或附接在转子上的机械
现成可用的位置传感器而工作。
图24示出了用于固定控制器80的一个或多个MOSFETS 86的设 备87。设备87固定于板81上。该设备使得MOSFETS 86位于直接的 热通道上，同时散热片元件位于轮毂110上。
图25示出了示例性的指示器磁环94。磁环94示例性地固定于盖 体18上。》兹环94^皮示出具有环形形状。/磁环94具有同等凄丈量的北核^ 96和南极97的极性区域，并且这一数量与转子磁体的数量和位置相 等。磁环94也采用公知的技术进行调准。石兹环94是该结构的 一项优 点，因为它给磁体定位提供更好的位置信号，尽管其距离位置传感器 82要近得多。
图26示出了将电机100固定于框架(如轻便电动车200)上的示 例性的扭杆400。示例性的扭杆400具有至少一个保持结构410,用于 将第一端固定于框架上。第二保持结构420被配置用来将424固定于 电机上，以防止在车辆运转过程中电机转动。扭杆400具有扩口区域 (flared area) 422 ，以允许电机的电源线可方便地通过该扭杆插入。
图27-28示出了示例性的轻便电动车200(如电动自行车或小型摩 托车)中的电机IOO。该电动车具有框架280、座位270、把手275、 固定于电机100上的两个轮胎240以及电源210。该电动车具有节流 阀220和显示器276,以控制电机100和电源210。应当理解，电机 100能够补充像脚踏板250和链条260那样的人力能源系统、乃至内 燃才几。电机100可通过任何适当的互连结构和轴承(如自由飞4仑、齿 轮等)与车辆或机器耦合。轴可固定于转子上也在本发明之内。
图28示出了示例性的轻便电动车300 (如电动小型摩托车或包括 内燃机的混合电动小型摩托车)中的电机100。该电动车包括框架380、 座位330、把手340 (节流阀未示出)和两轮胎310。电机100通过悬 臂320固定于轮胎310和电源上。该电动车具有节流阀(未示出)和 显示器(未示出)，以控制电机100和电源。应当理解，电机100可单 独为车辆提供动力或者补充混合配置中的内燃机。而且，该电动车可 在一个轮子或两个轮子上具有电机100。
图29-30示出了用于将电机100固定于车轮上的示例性的设备 500、 510。图中示出了电机100的安装设备500。设备500的一侧具 有凸缘504，而另一侧是平坦的，并具有示例性的轮缘506。设备500 为具有中心孔502的环形。电机100在轮缘506 —侧放置于安装设备 500内部，与凸缘504相对。图29示出了位于轮缘506 —侧与凸缘504 相对的安装设备500。图29示出了具有凸缘514的安装设备500的盖 体510。电机100可容易地从车4仑组件(未示出)上拆下，以便进4亍 维修或更换。另外，采用设备500、 510可以将电机100固定于除车轮 之外的更广范围的设备上。示出的实施方案仅仅是示例性的。利用本 领域公知的技术，可采用辐条(未示出)或其它合适的装置将所述安 装设备的部件507固定于车胎的轮缘上。图31-32示出了示例性的盖体530，盖体530可与图29-30所示的 安装设备500 —起使用。盖体530可放置在电机和安装设备凸缘504、 514之间，以至少部分地覆盖中心孔502。盖体530可用于定制所需要 的不同的颜色方案、图案或标记532和商标的电动;f几。盖体530示例 性地具有中心孔，以安装在轮毂中心轴112的一些部分上。
图33是示出控制器80的示例性元件及其与电机100、电源和车 辆部件电连接的方框图。在第一示例性的结构中，控制器80的所有元 件位于壳体20的内部。然而，在其它实施方案中，所述元件中的一个 或多个也可位于电机壳体的外部。下面描述各主要元件。本领域技术
人员应当理解，也可使用各种替换的电子元件，以实现基本相同的功
沐 目匕。
图中示出，示例性的数字通讯接口 601将输入命令608传送至凄丈 字信号处理器(DSP )603。该通讯协议可由单个或多个协议(如RS485、 12C、 CAN、 RS232等)组成。这些在本领域内都是/>知的。
还示出了示例性的模拟多路复用器602，其用于一个或多个模拟 或数字输入。该多路复用器可降低控制器80的成本。数字控制器由于 增加了输入和输出端口的数量，因而增加了成本和尺寸。作为一种选 择，可以使用模拟多路复用器。模拟多路复用器602可用于数字或模 拟输入、或者模拟与数字结合输入。在示例性的结构中，模拟多路复 用器602可由一种结构中的DSP 603直接控制，从而一次向DSP 603 传输一个输入(来自多个数字或模拟输入)。
控制器的DSP 603起到电机的主要处理元件的作用。示例性的 DSP 603包4舌Texas Instruments的TMS320LF2401A、 Microchip的孩吏 控制器PIC 16F873或ON Semi的MC33033或任何其它合适的DSP。 示例性的DSP具有输出开关模式的脉宽调制信号和/或接收许多数字 输入和/或模拟输入和/或数字输出的能力。
还示出了示例性的功率处理模块604。在某些工业参考文献中它 也被称为功率放大器。模块604通常放大DSP的PWM信号，以向线 圈提供合适的电流。典型的功率处理模块604可由例如金属氧化物半 导体场效应晶体管(MOSFETs)的元件组成。MOSFET应以与DSP 603
的PWM输出相同的速率切换。
尽管本说明书全文所示的电机100是作为无刷交流永i兹电动机而
进行示例性地描述的，但图33所示的控制器80也可用于直流电刷电 动机。对无刷电动机而言，相数可以为n,其中n总是大于l， n可以 为2、 3、 4、 5、 6、 7等。无刷交流电动机的反电动势具有正弦曲线形 状。直流电刷电动机的反电动势具有梯形形状。
还示出了示例性的电机传感器606,其典型地为温度传感器。传 感器606典型地监控电机的一个或多个运转因素，例如它的运转温度。 传感器606传递信号至DSP 603。在示例性的结构中，传感器测量温 度。对于相数等于n的交流无刷永磁电动机而言，温度传感器的个数 K才要照下列等式确定的值^是供k = n-l。因此对于3相电动才几而言， 应当有3-1= 2个温度传感器。对于相数为n的直流无刷电机而言，k 应当等于2。对直流电刷电动机而言，k应当等于l。位置或速度传感 器607与上述传感器类似。
还示出了用于电机的示例性的输入命令608 。输入命令可以是位 置命令、速度命令、或扭矩命令。事实上，该命令可以是模拟或数字 命令。示出的示例性的电源609可以是直流电源(如电池)或任何合 适电压的交流电源。
图34示出了电机100的电相位的示例性的导线结构。示出的结构 用于三相电动机、或者电极数等于3的整数倍的电动机。
在本发明的详细描述中，仅仅示出和描述了本发明示例性的实施 方案和它的优点的一些例子。应当理解，本发明可用于各种组合和环 境中，并可在本文描述的本发明范围内变换和改进。
权利要求
1.一种电机，包括转子，其中所述转子包括多个极性交替的磁体；定子，其中所述定子包括多个缠绕有导电线圈的极，其中所述转子和定子由空气隙隔开；控制器，其中所述控制器与所述定子的线圈电连接，并且其中所述控制器进一步包括控制所述电机运转的软件编码。
2. 根据权利要求1所述的电机，还包括电源，其中所述控制器与 所述电源电连接。
3. 根据权利要求3所述的电机，其中所述电源是从电池、发电机 和固定电网中选择的至少一种。
4. 根据权利要求1所述的电机，还包括轮毂，其中所述轮敎与所 述定子相互固定。
5. 根据权利要求2所述的电机，其中所述定子和所述转子成形为 环形。
6. 根据权利要求1所述的电机，所述定子、所述转子和所述控制 器位于壳体内。
7. 根据权利要求6所述的电机，其中所述轮穀的至少某一部分位 于所述电机的壳体内。
8. 根据权利要求1所述的电机，其中所述磁体为永磁体。
9. 根据权利要求1所述的电机，其中所述磁体是不弯曲的。
10. 根据权利要求1所述的电机，其中所述控制器可使所述电机 作为电动机和发电才几运转。
11. 根据权利要求1所述的电机，其中所述磁体在空气隙一侧具 有一个石兹极，而在相对的一侧具有与之相对的一个;兹极，从而在径向 形成;兹4及定<立。
12. 根据权利要求1所述的电机，其中所述定子的极具有基本垂 直于所述转子;兹体的极面。
13. 根据权利要求12所述的电机，其中相邻的极面由空气隙彼此隔开。
14. 根据权利要求1所述的电机，还包括壳体，所述壳体为环形， 并且具有至少一个开口的侧面。
15. 根据权利要求1所述的电机，其中所述壳体具有一个开口的 侧面和 一 个部分去于闭的侧面。
16. 根据权利要求15所述的电机，其中所述部分封闭的侧面具有 至少一个中心孔。
17. 根据权利要求16所述的电机，其中至少一个轮缘部分地环绕 所述中心孔。
18. 根据权利要求1所述的电机，其中所述磁体至少部分地固定 于背铁的内周边。
19. 根据权利要求1所述的电机，其中所述背铁具有防止相邻的磁体相互接触的元件。
20.(删除首次列出的权利要求20 )20. 根据权利要求1所述的电机，还包括位于所述空气隙和所述磁体之间的磁体保持装置，其中所述磁体保持装置中的至少某一部分 环绕所述磁体的某 一 轴向部分延伸。
21. 根据权利要求20所述的电机，其中所述磁体保持装置的内径小于所述背铁。
22. 根据权利要求4所述的电机，其中所述轮毂具有中心轴，所 述中心轴具有中心孔。
23. 根据权利要求22所述的电机，其中所述中心轴具有用于至少 一根电缆的至少一个周边结构。
24. 根据权利要求1所述的电机，其中所述控制器还包括多个霍 耳效应位置传感器。
25. 根据权利要求2所述的电机，其中所述控制器形成于印刷电 路板上，其中所述印刷电路板具有中心孔，所述中心孔具有适于套在 所述轮毂的所述中心轴上的尺寸。
26. 根据权利要求24所述的电机，还包括霍耳传感器防护装置。
27. 根据权利要求26所述的电机，其中所述霍耳传感器防护装置具有用于每一所述霍耳传感器的保护结构。
28. 根据权利要求27所述的电机，其中所述保护结构包括允许装配者检验所述霍耳传感器的定位和布置的检验元件。
29. 根据权利要求1所述的电机，其中所述控制器包括一个或多 个电子元件保持设备。
30. 根据权利要求29所述的电机，其中所述电子元件保持设备固 定于所述电路板上。
31. 根据权利要求30所述的电机，所述电子元件保持设备的尺寸 适于使至少一个所述电子元件保持设备固定在所述印刷电路板上。
32. 根据权利要求4所述的电机，其中所述轮毂在至少一侧包括 至少一个散热片结构。
33. 根据权利要求32所述的电机，其中所述轮毂的所述至少一个 散热片结构的尺寸和定位使其能够与所述控制器的至少一个电子元件 形成面接触。
34. 根据权利要求1所述的电机，还包括至少一个操作者输入设备。
35. 根据权利要求1所述的电机，还包括至少一个操作者显示器。
36. 根据权利要求4所述的电机，还包括至少一个扭杆，所述扭 杆的定位和尺寸使其能够保持所述轮毂的至少 一个侧面。
37. 根据权利要求1所述的电机，其中所述壳体的轮缘还包括转 动轴承装置。
38. 根据权利要求1所述的电机，还包括磁体指示器，所述磁体指示器为环形的，并具有小于所述转子的磁体的直径。
39. 根据权利要求4所述的电机，其中所述磁体指示器具有大于 所述轮敎的中心轴的直径。
40. 根据权利要求39所述的电机，其中所述磁体指示器的尺寸使 其能够与所述位置传感器对准。
41. 根据权利要求39所述的电机，其中所述磁体指示器固定于所 述电才几的盖体上。
42. 根据权利要求39所述的电机，其中所述磁体指示器具有至少 一个对准结构，以便将所述转子的磁体的极性与所述磁体指示器的极 性对准。
43. 根据权利要求1所述的电机，其中所述磁体为线性的。
44. 根据权利要求19所述的电机，其中所述背铁包括形状和尺寸 与所述》兹体的形状和尺寸相配的线性表面。
45. 根据权利要求7所述的电机，还包括固定于所述壳体的所述 开口端的隔离器。
46. 根据权利要求45所述的电机，其中所述盖体至少部分地固定 至所述隔离器。
47. 根据权利要求45所述的电机，其中所述隔离器包括至少一个 壳体对准结构。
48. 根据权利要求6所述的电机，其中所述盖体包括至少一个轮
49. 根据权利要求48所述的电机，其中所述盖体的所述轮缘包括 支撑设备。
50. 根据权利要求1所述的电机，其中所述定子还包括位于其各 个侧面的绕线架。
51. 根据权利要求34所述的电机，其中所述控制器与电源和所述 操作者输入设备电连接。
52. 根据权利要求7所述的电机，其中所述壳体包括一个或多个 强度结构。
53. 根据权利要求1所述的电机，其中所述电机通过扭杆至少部 分地固定于车架上。
54. 根据权利要求1所述的电机，其中所述电机至少部分地驱动 电动车。
55. 根据权利要求1所述的电机，其中所述电机至少部分地为电 动设备提供机械动力。
56. 根据权利要求34所述的电机，其中辅助控制器基于对用户输
57. 根据权利要求7所述的电机，其中所述控制器具有小于所述 壳体的直径。
58. 根据权利要求7所述的电机，其中能够在不拆卸所述转子和定子的情况下从所述壳体上拆下所述控制器。
59. 根据权利要求1所述的电机，其中所述电机固定至环形的保 持轮缘。
60. 根据权利要求59所述的电机，其中所述环形的保持轮缘通过 多根辐条固定于轮胎轮缘上。
61. 根据权利要求59所述的电机，其中所述保持轮缘具有大于所 述壳体外径的直径。
62. 根据权利要求59所述的电机，其中所述轮缘在至少一侧具有 可分离的周边。
63. 根据权利要求59所述的电机，还包括薄板，其中所述薄板具 有小于所述保持轮缘的直径，并具有直径大于所述轮穀的中心轴的中 心孔。
64. 根据权利要求1所述的电机，其中所述控制器包括数字信号 处理器和操作所述电机的软件。
65. 根据权利要求1所述的电机，其中所述电机还包括自由轮安 装设备。
66. 根据权利要求1所述的电机，其中磁环以与所述转子的磁体 相同的速度转动。
67. 根据权利要求66所述的电机，其中所述磁环包括交替的极性 区域，所述交替的极性区域的排列和极性与所述转子的永磁体相同。
68. 根据权利要求1所述的电机，其中所述电机包括12n个定子极，10n个转子磁体，其中n为大于0的任意整数。
69. 根据权利要求1所述的电机，其中所述电机具有大于93%的绕线系数。
70. 根据权利要求1所述的电机，其中所述电机包括3n个电相位， 其中n是大于0的任意整数。
全文摘要
本发明公开了一种电机(100)。该电机(100)包括转子部分(10)和定子部分(60)。转子部分(60)包括多个磁体(37)。定子部分(60)包括位于其外周边的多个电磁极(57)。导体线圈(68)缠绕于定子极(57)上。理想情况下，定子(60)是由层合基材形成的环形。转子(10)和定子(60)位于普通的壳体(20)内。轮毂(110)将定子(60)保持在框架上。当导体线圈(57)由电流激励时，定子磁极(57)周围会产生临时磁极。转子(10)与定子(60)对应地定位，并由空气隙隔开。转子(10)在电磁力作用下绕定子(60)转动。电机控制器(80)控制电机(100)的运转。
文档编号H02K21/12GK101208853SQ200680009572
公开日2008年6月25日 申请日期2006年3月23日 优先权日2005年3月23日
发明者安东尼·德安德烈, 拉克什·达万, 法拉德·哈比比 申请人:波峰实验室责任有限公司