电的制造方法
【专利摘要】描述了一种电机(100)。该电机(100)包括壳体(102)以及被包围在壳体(102)中的铁芯(104)。壳体(102)包括具有被布置在其上的多个鼓盖磁性元件(120)的圆柱形鼓(106)以及以轴向方向被安装在圆柱形鼓(106)的两侧上的第一盖(108)和第二盖(110)。多个盖磁性元件(122,124)被布置在第一盖(108)和第二盖(110)的每一个上。铁芯(104)包括内部构件(128)以及与内部构件(128)连接并且与之操作隔离的外部构件(130)。内部构件(128)具有面向盖磁性元件(122,124)的多个扇形磁性元件(132)。外部构件(130)具有面向鼓磁性元件(120)的多个径向磁性元件(134)。
【专利说明】电机
【技术领域】
[0001]本文所描述的主题大致涉及电机。
【背景技术】
[0002]通常，电机包括电动机和发电机。典型地，电机包括电构件，例如被称为转子的转动部分以及被称为定子的静止部分。定子与转子组合，在发电机中产生电压，或者在电动机中产生转矩。
[0003]典型地，在电机为电动机的情况下，电机的定子包括定子铁芯以及接收电流用于操作的绕组。转子装备有多个磁体。在作为电动机的电机的操作过程中，由于电流而在定子中产生的磁场与转子上的磁体的磁场相互作用。磁场的相互作用引起电磁力的产生，其进一步引起转子的旋转。另一方面，在作为发电机的电机的操作过程中，转矩被施加到转子上，以使转子相对于定子旋转。基于转子与定子之间的相对运动，与定子相联系的磁通量发生变化。因此，电动势或电压在定子中产生，其能够直接被进一步使用或者被存储用于将来使用。
【发明内容】
[0004]本文中描述了一种电机。根据一个实施例，该电机包括被形成为中空圆柱外壳的壳体以及被共轴地安置在该壳体中的铁芯，该铁芯通过大致细小的气隙与该壳体分离。壳体包括圆柱形鼓，其具有被布置在圆柱形鼓的圆周壁内侧上的多个鼓磁性元件。该壳体进一步包括第一侧盖和第二侧盖，其均被轴向安装在圆柱形鼓的任一侧。多个盖磁性元件被布置在第一盖和第二盖中的每一个上。第一盖上的多个盖磁性元件面对第二盖上的多个盖磁性元件。在所述的实施例中，铁芯包括被安装在中心轴上的内部构件以及被连接至该内部构件且可操作地与该内部构件分离的外部构件。该内部构件具有多个扇形磁性元件，其轴向延伸或伸出，并且面向盖磁性元件。外部构件被形成为中空圆柱体，其在该外部构件的圆周壁外表面上具有多个径向磁性元件。多个径向磁性元件径向延伸并且面向鼓磁性元件。
[0005]参考以下描述以及所附权利要求，将更好地理解本主题的这些或其他特征、方面和优势。本
【发明内容】
部分以简化形式引入选定的一组构思。本
【发明内容】
部分不意在确定请求保护主题的关键特征或必要特征，也不意在用于限制所要求保护主题的范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]通过以下描述、所附权利要求以及附图，将更好地理解本主题的以上或其他特征、方面和优势，其中
[0007]图1示出根据本主题的一个实施例的处于未组装状态的电机的立体图。
[0008]图2示出根据本主题的一个实施例的电机的部件的分解立体图。
[0009]图3(a)、图3(b)、图3(c)和图3(d)示出根据本主题的一个实施例的处于装配完成状态的电机的各种视图。
【具体实施方式】
[0010]根据本主题的一个实施例，本文描述的主题涉及一种电机。
[0011]通常，电机(例如电动机和发电机)获得各种应用。电机可以应用在便携式装置或应用(例如搅拌机、洗衣机、电风扇以及电动车)中或者固定式装置(例如拖拉滑轮以及备用发电机)中。在所有这种应用或装置中，电机迎合某一机械功率或电功率需求。进一步，电机能够迎合的功率需求是电机尺寸的功能。功率需求越大，机器尺寸越大。机器尺寸也影响其成本以及其所占据的空间。例如，大型电机同城被用于固定应用中。然而，用于移动应用的电机的使用通常由于空间约束而被限制为低机械或电功率输出。
[0012]根据本主题的一个实施例，本主题描述了一种电机。本文中所描述的电机具有紧凑的尺寸以及高电功率输出和机械功率输出。根据一个示例，当作为电动机操作时，具有这种紧凑尺寸的电机能够产生大致更多的转矩，并且当被使用在低转矩应用中时，其能够消耗大致低的电流。另一方面，在另一示例中，在作为发电机操作时，即使具有紧凑的尺寸，电机也能够产生大量电能，并且能够被用于高功率应用。
[0013]根据一个实施例，电机包括中心轴、壳体以及铁芯。铁芯与壳体共轴并且被包围在壳体中。在一种实施方式中，铁芯被固定地安装在中心轴上，并且铁芯和中心轴的组件被安置在壳体中。在所述实施方式中，壳体被可移动地安装在中心轴上，并且能够被固定到移动部分(例如车辆的车轮毂)上。在另一实施方式中，壳体能够被固定地安装在中心轴上，并且铁芯能够被可移动地安装在中心轴上。不论在哪种情况下，都能够在第一部分和第二部分之间获得相对运动。此外，在上述实施方式中，中心轴可以是固定的或可移动的部分。
[0014]进一步，在电机的装配完成状态中，铁芯通过气隙与壳体分离。壳体能够由两个部件形成——圆柱形鼓以及覆盖圆柱形鼓的任一轴向端(即，圆柱形鼓在轴向方向上的端部)的两个盖。圆柱形鼓可以具有多个鼓磁性元件，其被布置在圆柱形鼓的内部圆周表面上。在一种实施方式中，鼓磁性兀件可以是永久磁体。在另一实施方式中，鼓磁性兀件可以是通过将线圈围绕鼓磁性元件中的每一个缠绕并通过提供电能激励线圈而形成的电磁体。
[0015]在所述的实施例中，铁芯包括内部构件，结构构件以及外部构件。根据所述的实施例，内部构件被形成为多个扇形磁性元件。在所述的实施例中，扇形磁性元件可以被形成为相对于电机以轴向方向延伸的扇形突起。结构构件可以被布置在内部构件的扇形磁性元件之间的间隙空间中。
[0016]进一步，外部构件可以被形成为具有多个径向磁性元件的中空圆柱体。径向磁性元件可以被形成为以径向方向从中空圆柱体的圆周壁的外表面延伸的突起。在一种实施方式中，径向磁性元件可以是永久磁体。在另一实施方式中，径向磁性元件可以是具有围绕突起中的每一个缠绕的线圈的电磁体。外部构件可以通过结构构件被连接至内部构件，以形成刚性连接。
[0017]根据本主题的一个方面，在电机的装配完成状态中，壳体的鼓磁性元件靠近铁芯的外部构件上的径向磁性元件，两者通过气隙分离。此外，壳体上的盖磁性元件靠近铁芯的内部构件上的扇形磁性元件。应当理解为，盖磁性元件和扇形磁性元件也通过气隙分离。在电机的操作期间，鼓磁性元件与径向磁性元件配合，并且盖磁性元件与扇形磁性元件配合。获得鼓磁性元件与径向磁性元件之间的磁通量配合以及盖磁性元件与扇形磁性元件之间的磁通量配合，用于电机的操作。
[0018]从前述描述应当理解，电机可以被理解为具有至少两个子机器。在一个示例中，电机可以具有两个子机器，即第一子机器，其通过鼓磁性元件与径向磁性元件之间的配合形成；第二子机器，其通过位于电机的两个轴向端上的盖磁性元件与扇形磁性元件之间的配合形成。在另一示例中，通过改变绕组的配置，电机可以具有三个子机器，第一个由鼓磁性元件与径向磁性元件形成，第二个形成在电机的一个轴向端上扇形磁性元件与盖磁性元件之间，以及第三子机器可以被形成在电机的另一轴向端上相互靠近的另一组扇形磁性元件与盖磁性元件之间。
[0019]此外，在电机的操作期间，外部构件的圆周壁的部分或全部防止与铁芯上的径向磁性元件和扇形磁性元件相联系的磁通量的通过。例如,外部构件的圆周壁的内表面防止来自径向磁性元件和扇形磁性元件的磁通量的通过。因此，铁芯的内部构件和外部构件是操作上分离的，并且能够作为独立部件操作。所以，根据本主题所描述的电机具有紧凑的尺寸、刚性结构，并且能够产生高机械能和电能。
[0020]在一种实施方式中，内部构件在结构构件处被固定地安装在轴上，并且因此，根据所述实施方式，铁芯被固定地安装在中心轴上。应当理解为，在所述的实施方式中，铁芯形成定子。根据所述的实施方式，例如，当电机作为电动机操作时，在电机的操作期间，结构构件能够为铁芯提供强度，以抵抗可能被施加在铁芯和中心轴上的任何反作用转矩。进一步，根据所述实施方式，壳体可以是旋转元件，即，电机的转子。在一个实施例中，壳体可以通过多个轴承被安装在中心轴上，并且可以相对于由铁芯形成的定子旋转。然而，应当理解为，在另一实施方式中，壳体可以是定子，并且铁芯可以是电机的转子。
[0021]根据一个方面，将内部构件和外部构件连接并且还帮助将铁芯安装在中心轴上的结构构件能够帮助限制磁通量通过径向和扇形磁性元件，并且还帮助操作地分离内部和外部构件。因此，在一个实施方式中，结构构件可以由非磁体材料形成。在所述实施方式中，结构构件能够通过大致减小在围绕扇形磁性元件的区域中产生的涡电流效应来帮助电机的有效操作。在一个示例中，结构构件能够被形成为由塑料制成的单片部件。在所述示例中，结构构件不容许由于围绕扇形磁性元件的涡电流而导致的通量环的形成。
[0022]在另一情况中，为了成本减少和高强度，结构构件可以由金属合金(例如，铝合金)形成。在所述示例中，少量涡电流在结构构件中产生，因为结构构件是金属的。为了减轻由于围绕扇形磁性元件的涡电流引起的效应，在另一实施方式中，结构构件被形成为具有两个部分一第一部分和第二部分，两个部分是操作上隔离的。第一部分和第二部分之间操作的隔离可以被理解为磁隔离和电隔离。结构构件的第一部分和第二部分的磁隔离帮助大致减小围绕扇形磁性元件产生的通量环。在一种实施方式中，结构构件的第一部分和第二部分可以通过由非磁性材料(例如云母或搪瓷)制成的分离器分离。在另一实施方式中，结构构件的第一部分和第二部分能够通过气隙隔离，以提供磁隔离。
[0023]由于围绕扇形磁性元件的涡电流的减小，在电机的操作期间，与电机的内部构件相关联的涡流损耗也大大减少。此外，在结构构件是金属的情况下，在内部构件中产生的热量由于涡电流也大大减少，帮助有效且持久的电机操作。
[0024]图1示出根据本主题的一个实施例的处于未装配状态的电机100的立体图。根据本主题的所述实施例，电机100包括壳体102以及铁芯104。壳体102包括圆柱形鼓106、第一盖108以及第二盖110。第一盖108和第二盖110以轴向方向覆盖圆柱形鼓106的开口。根据一个实施例，第一盖108和第二盖110通过连接构件(例如螺丝钉、栓钉、螺栓和铆钉)被连接至圆柱形鼓106。
[0025]根据所述实施例，第一盖108和第二盖110均装备有多个孔112 (未显示在第二盖110上)，其靠近盖108和110的周边边缘。在一种实施方式中，第一盖108上的孔112布置为彼此之间等距，并且与第一盖108的中心等距。进一步，圆柱形鼓106装备有多个相应的孔114,其在圆周壁的任一侧上以轴向方向延伸。圆柱形鼓106中的孔114可以作为盲孔或通孔被提供。因此，在装配完成状态中，壳体102形成中空圆柱形外壳。此外，第一盖108和第二盖110分别具有中心孔116和118。进一步，包括圆柱形鼓106、第一盖108和第二盖110的壳体102可以由磁性材料(例如，钢材)制成。
[0026]根据本主题的一个方面，多个鼓磁性元件120被布置在圆柱形鼓106中，并且多个盖磁性兀件122和124被布置在第一盖108和第二盖110中的每一个上，用于电机的操作。鼓磁性元件120可以是永久磁体或者形成电磁体构件。类似地，盖磁性元件122和124均可以是永久磁体或者形成电磁体。圆柱形鼓106中的鼓磁性元件120被连接为彼此之间等距，并且在圆柱形鼓106的圆周壁的内表面上排列成行。因此，鼓磁性元件120相对于壳体102的中心纵轴提供径向方向磁场。
[0027]第一盖108和第二盖110上的盖磁性元件122和124分别被布置在盖108和110的表面上，从而使得在壳体102的装配完成状态中，盖磁性元件122和124相互面对，并且位于由壳体102形成的中空圆柱形外壳的内部。盖磁性元件122中的每一个被连接为在第一盖108上彼此之间等距，并且类似地，盖磁性元件124中的每一个被连接为在第二盖110上彼此之间等距。然而，应当理解为，磁体120、122和124能够以不同的距离被布置。因此，应当理解为，盖磁性元件122和124提供轴向方向(即，沿壳体102的中心纵轴的方向)磁场。
[0028]进一步,根据一个方面，圆柱形鼓106中的鼓磁性兀件120、第一盖上的盖磁性兀件122以及第二盖110上的盖磁性元件124以偶数提供，并且被布置，从而使得在圆柱形鼓106、第一盖108和第二盖110的每一个上的每一交替的磁体120、122和124在外露面上具有相反极性。
[0029]进一步，电机100的铁芯104包括中心轴126、被安装在中心轴126上的内部构件128以及被连接至内部构件128上的外部构件130。根据一个实施例，内部构件128通过例如按压配合或与内部构件128 —体形成被固定地安装在中心轴126上。因此，应当理解为，在所述实施例中，铁芯104被固定地安装在中心轴126上。在一个实施例中，内部构件128能够被形成为中空圆柱形圆盘，其具有多个扇形磁性元件132，扇形磁性元件132在内部构件128的任一侧上以轴向方向延伸。可以看出，扇形磁性元件132被形成为扇形形状的独立的突起，其宽度从铁芯104的圆周向其中心纵轴逐渐减小(未显示在图1中)。根据一种实施方式，扇形磁性元件132可以是永久磁体或被形成为电磁体。
[0030]进一步，在一种实施方式中，外部构件130被形成为中空圆柱体，并且在外部构件130的圆周壁的外表面具有多个径向磁性元件134。外部构件130的径向磁性元件134相对于铁芯104的中心纵轴以径向方向延伸。与扇形磁性元件132相似，径向磁性元件134可以是永久磁体或被形成为电磁体。
[0031]根据一个实施例，内部构件128和外部构件130能够被形成为独立的元件并且相互连接。在一个示例中，内部构件128和外部构件130可以利用多个连接元件(例如螺钉、铆钉和螺柱)互相连接，或者可以通过焊接或粘合被固定。在另一实施例中，内部构件128和外部构件130可以相对与彼此一体形成。在一种实施方式中，包括内部构件128和外部构件130的铁芯104可以由磁体材料的层压层形成，例如软铁、铁氧体材料或钢。在另一实施方式中，铁芯104可以被形成为磁体材料的固体部件。
[0032]图2示出根据本主题的一个实施例的电机100的分解视图，以立体视图显示壳体102和铁芯104的各种部件。从右开始可以看出，图2示出第一盖108、第一盖的多个盖磁性元件122、第一轴承136、外部构件130、内部构件128、圆柱形鼓106的多个鼓磁性元件120、中心轴126、圆柱形鼓106、第二轴承138、第二盖110的多个盖磁性元件124和第二盖110。如之前所述，第一盖108、第二盖110、圆柱形鼓106、多个盖磁性元件120和122以及多个鼓磁性元件120形成壳体的部分，而中心轴126、内部构件128以及外部构件130形成铁芯104的部分。
[0033]在一种实施方式中，每个鼓磁性元件120的形状和尺寸可以被形成为与圆柱形鼓106的圆周壁的内表面相对应。由此,每个鼓磁性兀件120可以在表面上沿某一方向有轻微的弯曲，鼓磁性元件120在该方向上被顺序地连接至圆柱形鼓106。在所述的实施方式中，所有鼓磁性元件120具有大致相同的尺寸。然而，应当理解为，不同尺寸的鼓磁性元件也可以被使用。另一方面，盖磁性元件122和124中的每一个可以被形成为扇形形状。因此，当盖磁性元件122和124分别被连接至第一盖108和第二盖110的表面上，扇形的磁体122和124分别覆盖盖122和124的整个圆形表面。
[0034]此外，第一轴承136和第二轴承138作为支撑，用于将壳体102安装在中心轴126上。在一种实施方式中，壳体102能够通过第一轴承136和第二轴承138被可旋转地安装在中心轴126上。电机100根据壳体102和铁芯104的操作参考图3 (a) ,3(b) ,3(c)和3 (d)更具体地描述。在一种实施方式中，第一轴承136的内环直径大于第二轴承138的内环直径。进一步，在一种实施方式中，第一轴承136可以是滚珠轴承，而第二轴承138可以是圆柱滚子轴承。在一个示例中，第二轴承138是推力轴承。
[0035]进一步，根据一种实施方式，中心轴126沿长度具有变化的外直径。在所述实施方式中，中心轴126具有第一轴承部分140和第二轴承部分142 (在图2中部分地显示)，并且第一轴承部分140通过轴环144和一个步骤与第二轴承部分142分离。因此,第一轴承部分140具有与第二轴承部分142不同的外直径。在一个示例中，第一轴承部分140大致延伸中心轴126的长度的一半，并且第二轴承部分142大致延伸中心轴126的长度的另一半。
[0036]进一步，中心轴126可以是部分中空的。例如，第一轴承部分140延伸的中心轴126的长度可以是中空的，并且第二轴承部分142延伸的其余的长度可以是实心的。然而，整个长度是中空的中心轴126也可以被使用，其减少了与材料相关的成本。中心轴126的中空区域被提供用于被连接至电源(未显示)的电线(未显示)通过中心轴126的通道。
[0037]如前所述，在一种实施方式中，铁芯104的内部构件128以圆盘的形状被形成，其在表面上具有扇形磁性元件132并且以径向方向延伸。如从图2中可见，图2示出了根据一个实施例的电机100的装配完成状态，内部构件128包括结构构件146。在一种实施方式中，结构构件146被布置在多个扇形磁性元件132之间的间隙空间，并且形成电机100的盘形部件。在所述实施方式中，如图2所示，结构构件146可以形成多个突起，其以径向方向相对于电机100的中心纵轴154延伸。在一个示例中，结构构件146的突起可以是T形的，并且可以沿内部构件128的边缘的周边被等距分配。进一步，内部构件128可以在结构构件146处被安装在中心轴126上。结构构件146的具体结构和功能参考图3 (a)、3 (b)、3 (c)和3(d)以及电机100的操作来说明。
[0038]内部构件128中结构构件146的提供为铁芯104提供了强度，并且同时大致减小了制造铁芯104的成本。根据一种实施方式，结构构件146可以由与内部构件128其余部分的材料不同的材料形成。根据所述实施方式，结构构件146可以由非磁性材料(例如，铝合金或塑料材料)制成。由此，比内部构件128和外部构件130的其余部分的材料更便宜的材料可以被用于结构构件146，以降低成本，而不会破坏铁芯104的强度。
[0039]进一步，如前所述，外部构件130被形成为中空圆柱体，其具有多个径向磁性元件134，该径向磁性元件134以背离电机100的中心纵轴154的方向从外部构件的圆周壁的外表面径向延伸。进一步，外部构件130可以包括连接器152。在一种实施方式中，电机100的连接器152被形成为外部构件130的圆周壁的内表面上的多个突起。由此，应当理解为，在所述实施方式中，连接器152被形成为以与径向磁性元件134相反的方向延伸的突起。在一种实施方式中，连接器152可以由与内部构件128相同的材料形成。
[0040]在一种实施方式中，内部构件128和外部构件130 —体形成。在所述实施方式中，通过提供用于连接的突起表面，外部构件130的连接器152能够帮助内部构件128和外部构件130之间的有效结合。根据另一实施方式，内部构件128的结构构件146能够被连接至外部构件130的连接器152上，以形成铁芯104。应当理解为，在一个示例中，形成连接器152的突起是T形的，并且配合形成第一结构构件146的T形突起。
[0041]图3(a)、3(b)、3(c)和3 (d)示出根据本主题的一个实施例的电机100的各种视图。图3(a)显示截面侧视图。图3(b)显示截面前视图，图3(c)显示截面俯视图，以及图3(d)显示装配中的电机100的四分之一截面立体图。为了简要描述，图3(a) ,3(b) ,3(c)和3(d) —起描述。
[0042]如图可见，根据所述实施例，铁芯104被固定地安装在中心轴126上。在一种实施方式中，铁芯104的内部构件128的结构构件146被按压配合在中心轴126的轴环144上(例如，借助于按键)。在所述示例中，可以在轴环144和结构构件146上布置互补的槽，以接受按键。在另一实施方式中，铁芯104可以通过花键被安装在轴环144上。在所述的实施方式中，可以在轴环144上提供外部花键，并且可以在结构构件146上提供内部花键，用于有效安装。在又一实施方式中，结构构件146与内部构件128的其余部分可以一起与中心轴126 —体形成。
[0043]此外，根据所述实施例，壳体102被安装在中心轴126上并且包围铁芯104。可以在壳体102与铁芯104之间提供小的气隙(未显示)，以电隔离这两个组件。
[0044]进一步，根据一种实施方式，壳体102被第一轴承136和第二轴承138支撑。在一种实施方式中，第一轴承136被布置在第一盖108的中心孔116中。在一个示例中，第一轴承可以被按压配合或胶合在第一盖108的中心孔116中。同样地，第二轴承138可以被布置在第二盖110的中心孔118中(例如通过按压配合或固定)。因此，壳体102能够通过第一轴承136和第二轴承138被可旋转地安装在中心轴126上且被支撑在中心轴126上。进一步，第一轴承136可以在第一轴承部分140处被安装在中心轴126上，并且第二轴承138可以在第二轴承部分142处被安装在中心轴126上。
[0045]根据所述实施例，壳体102可以为转子，并且铁芯104可以为电机100的定子。如前所述，为了操作，壳体102装备有作为圆柱形鼓106内衬的鼓磁性兀件120、被布置在第一盖108上的盖磁性元件122以及被布置在第二盖110上的盖磁性元件124。在所述实施例中，由于壳体102形成转子，鼓磁性元件120以及盖磁性元件122和124可以被形成为永久磁体。如前所述，在其他实施例中，鼓磁性元件120以及盖磁性元件122和124可以被形成为电磁体。在这种情况下，磁性元件120、122和124上的绕组与相应的磁性元件120、122和124是电绝缘的，其结果是能够获得鼓磁性元件120与盖磁性元件122和124之间的电隔离。
[0046]如前所述，在所述实施例中，铁性104形成定子，并且可以被形成为电磁体。在这种情况下，电绕组(图中未显示)被布置在铁芯104中，用于电机100的操作。因此，径向磁性元件134和扇形磁性元件132被形成为电磁体。为此，在一种实施方式中，径向绕组绕外部构件130上(例如，在连续的径向磁性元件134之间的多个狭缝中)的径向磁性元件134缠绕。进一步，轴向绕组被布置为在被形成在扇形磁性元件132之间的多个狭缝中绕内部构件128上的扇形磁性元件132缠绕。然而，应当理解为，在其他实施例中，如前所述，定子上的磁性元件与转子上的磁性元件可以是永久磁体或者可以被形成为电磁体。
[0047]绕组可以由金属丝(例如铜丝)形成。在一种实施方式中，径向绕组和轴向绕组为三相绕组；然而，在另一实施方式中，绕组可以是单相绕组。进一步，轴向绕组通过绝缘材料(例如瓷漆或纸)与内部构件128上的扇形磁性元件132电绝缘。同样地，径向绕组可以在相同或不同的绝缘材料的帮助下与外部构件130的径向磁性元件134电绝缘。轴向和径向绕组电绝缘的结果是，内部构件128的扇形磁性元件132与外部构件130的径向磁性元件134电绝缘。
[0048]进一步，形成绕组的金属丝可以与电源(例如电池)连接，用于向绕组提供励磁。绕组的金属丝可以穿过被形成在中心轴126中的中空凹槽(例如前参照图2所描述的)。如前所述，中心轴126的长度可以是中空的，并且可以作为铁芯104的绕组的金属丝的通道，用于连接电源，其中第一轴承部分延伸中心轴126的长度。进一步，轴向绕组与电源的连接以及径向绕组与电源的连接可以是独立的。因此，两种绕组的励磁可以以不同的方式被提供，即，可以向两种绕组(轴向和径向)供应不同的励磁电流。根据一种实施方式，绕组可以通过控制器(未显示)被连接至电源，控制器可以改变供应给轴向和径向绕组的励磁电流。
[0049]在操作期间，在一种实施方式中，电机100可以起到电动机的作用。在另一实施方式中，电机100可以起到发电机的作用。在前一实施方式中，铁芯104中的绕组通过从电源供应电能被励磁。励磁的结果是，径向磁性元件134上的径向绕组能够在相对于电机100的中心纵轴154的径向方向上产生磁场。另一方面，扇形磁性元件132上的轴向绕组能够在轴向方向上产生磁场。径向绕组的径向磁场干扰由鼓磁性兀件120产生的径向磁场,其结果是壳体102受到切线方向上的磁力，并且在第一轴承136和第二轴承138上相对于铁芯104旋转。
[0050]此外，轴向绕组的轴向磁场与盖磁性元件122的轴向磁场以及盖磁性元件124的轴向磁场冲突。因此，壳体102进一步受到与由于冲突的径向磁场导致的磁力方向相同方向上的磁力。因此，由电机100产生的转矩相当大。根据一种实施方式，电机100的扭矩与质量比为大约15牛顿米每千克(Nm/kg)，其与类似尺寸的常规电机的扭矩与质量比相比是相当大的。类似尺寸的常规电机的扭矩与质量比为大约5Nm/kg。此外，本文中所述的电机100可以承受峰值转矩大约10至20秒。
[0051]进一步，在扇形磁性元件132和径向磁性元件134被形成为电磁体的所述实施例中，轴向和径向绕组与相应的磁性元件132和134是电绝缘的。这就帮助了扇形磁性元件132与径向磁性元件134之间的电隔离。
[0052]在电机100作为电动机操作期间，如上所述，径向绕组和轴向绕组可以独立于彼此被操作和控制，并且提供在径向和轴向绕组中的励磁电流可以是不同的或相等的。因此，电机100可以具有两个子设备，第一个由铁芯104上的径向磁性元件134以及壳体102上的鼓磁性元件形成，并且第二个由壳体102上的盖磁性元件以及铁芯104上的扇形磁性元件形成。此外，基于电能需要，供应给轴向绕组或径向绕组中的一个的电流可以被切断。例如，当电机100起到电动机的作用且在部分负荷条件下操作时，电流被供给除了这两种之外在操作中更加有效的那些绕组。在这种示例中，可以向径向绕组提供来自电源的励磁电流，用于以部分负荷操作电机100。此外，供给轴向绕组和径向绕组的不同电流可以基于与相应的磁体120、122和124结合的绕组的运算曲线被供应。
[0053]在另一实施方式中，在铁芯104的一个轴向端上的扇形磁性元件132上的径向绕组能够独立于在铁芯104的另一轴向端上的径向磁性元件134上的径向绕组操作。因此，通过与上述方式相同的方式，电机100具有被形成在壳体102的圆周上的第一转子以及被形成在铁芯104的圆周上的相应的第一定子，两者作为第一子设备共同工作。进一步，电机100的第二定子可以被形成在铁芯104的一个轴向端上，并且相应的第二转子可以被形成在壳体102的相同端上，两者作为第二子设备工作。此外，第三定子被形成在铁芯104的其他轴向端上，并且相应的第三转子被形成在壳体102的这一端上，两者起到第三子设备的作用。因此，应当理解为，电机100可以具有独立操作的三个子设备。
[0054]在电机100起到发电机作用的后一实施方式中，壳体102被布置为相对于铁芯104相对运动。因此，鼓磁性元件120以及盖磁性元件122和124也相对于铁芯104上的径向和轴向绕组移动。由于磁性元件120、122、124以及在磁性元件120、122、124附近的相应的绕组之间的相对运动，与绕组相关的磁通量变化，其结果是电动势(emf)或电压在线圈中产生。由此产生的电压可以被存储在电源中。因此，应当理解为，电源是可再充的电源(例如可再充电的电池)。
[0055]进一步，通过提供与由盖磁性元件122和124产生的轴向磁场配合工作的轴向绕组以及与由鼓磁性元件产生的径向磁场配合工作的径向绕组，电机100能够产生高磁通量密度并且由此产生高功率密度。因此，在起到电动机作用时，电机100的起始转矩非常大，并且为大约130Nm。另一方面，在起到发电机作用时，由于高磁通量密度，高电压能够从电机100产生。
[0056]如前所述，内部构件128包括结构构件146，其由非磁性材料制成。根据一个实施例，结构构件146可以被形成为单个连续的部件。在一个示例中，结构构件146可以由塑料制成，并且能够通过阻止内部构件128中涡电流环的形成容许电机100的有效运行。
[0057]在另一示例中，由于考虑到成本，结构构件146可以由铝合金形成。在所述实施方式中，结构构件146可以被形成为两个部分一第一部分148和第二部分150。此外，为了电机100的有效操作，在一种实施方式中，结构构件146的第一部分148和第二部分150是操作上隔离的。如前所述，第一部分148和第二部分150的操作隔离可以被理解为包括第一部分148和第二部分150在操作期间的磁隔离以及电隔离。第一部分148和第二部分150的磁隔离防止磁通量通过结构构件146从内部构件128到外部构件130的通过。此外，获得这种操作隔离防止结构构件146中的电流绕内部构件128的扇形磁性元件132循环。因此，操作期间内部构件128的热量被大大减少。因此，电机100能够长时间有效操作。
[0058]在一个示例中，结构构件146的第一部分148和第二部分150通过用于操作隔离的分离器156被连接。在所述示例中，分离器156可以由非磁性且非导电性的材料(例如，云母或瓷漆)制成。在另一示例中，结构构件146的第一部分148和第二部分150可以通过气隙156被分离，以获得操作隔离。在又一示例中，第一部分148和第二部分150可以通过气隙以及分离器156被分离。
[0059]此外，如前所述，结构构件146可以由比内部构件128的其余部件的材料更强的材料制成。因此，在电机100作为电动机操作期间，结构构件146承受施加在铁芯104上的大量反作用转矩。应当理解为，在结构构件146由第一部分148和第二部分150形成的情况下，铁芯104在第一部分148处被安装在中心轴126上。此外，在这种情况下，内部构件128与外部构件130在结构构件146的第二部分150处连接。
[0060]进一步，根据本主题的一个方面，外部构件130帮助获得内部构件128与外部构件130的磁隔离。在一种实施方式中，外部构件130的内圆周壁(也称为背板)大致防止与鼓磁性元件120和径向磁性元件134相关的磁通量以及与扇形磁性元件132和盖磁性元件122、124相关的磁通量之间的干扰。因此，根据之前的描述，应当理解为，根据本主题的一个方面，内部构件128和外部构件130彼此之间是操作隔离的。在一个示例中，操作隔离可以被理解为磁以及电隔离。
[0061]进一步，根据本主题所提供的电机100具有紧凑的结构，其具有低重量，并且与具有类似转矩或尺寸的规格的常规电机相比，其具有相对大的驱动转矩。由于紧凑的结构，电机100可以被用在混合驱动汽车或电动车辆中(例如两轮车、三轮车或四轮车)。在一个实施方式中，电机100的壳体102可以被安装在车辆驱动构件上(例如，车轮的毂或驱动轴)，并且铁芯104被安装在车辆的固定构件上。固定构件可以是支撑车辆的车轮的轴。在所述实施方式中，电机100可以操作为电动机，并且壳体102可以向用于推进车辆的车轮提供驱动。
[0062]在另一实施方式中，电机100可以在车辆的发动机曲轴上被实施。在一个示例中，壳体102可以被固定地安装在曲轴上，并且铁芯104可以被固定地安装在发动机的曲轴箱上。在另一示例中，电机100可以通过齿轮传动与曲轴连接，以控制电机100的壳体102的旋转速度。在所述实施方式中，电机100可以被操作为发动机的起动发电机，其可以操作为用于起动发动机的电动机，并且可以在发动机运行时操作为发电机。电机100的紧凑结构容许电机100在发动机的机体中容易地封装，并且由于电机具有低重量，发动机的效率不受影响。
[0063]尽管针对电机100(其中壳体102形成转子且铁芯104形成定子)提供了之前的描述，应当理解为，电机100可以具有各种其他配置，以提供壳体102与铁芯104之间的相对运动。在一个示例中，壳体102可以被固定地安装在固定的中心轴126上，并且铁芯104能够在两个或多个轴承的帮助下被可旋转地安装在中心轴126上。在另一示例中，中心轴126可以是可旋转的，并且铁芯104可以被安装在中心轴126上，而壳体102可以被安装在车轮毂上，以在与铁芯104相对的方向上旋转。
[0064]尽管已经针对其中的某些实施例相当具体地描述了本主题，其他的实施例也是可能的。应当理解为，所附权利要求并不必须限于本文中所描述的特征。确切地说，这些特征作为电机100的实施例被公开。
【权利要求】
1.一种电机(100),其包括: 被形成为中空圆柱外壳的壳体(102)，所述壳体(102)包括， 圆柱形鼓(106)，其具有多个鼓磁性元件(120)，所述多个鼓磁性元件(120)被布置在所述圆柱形鼓(106)的圆周壁的内侧；以及 第一盖(108)和第二盖(110)，其均以轴向方向被安装在所述圆柱形鼓(106)的两侧，其中多个盖磁性兀件(122，124)被布置在第一盖(108)和第二盖(110)的每一个上,位于所述第一盖(108)上的所述多个盖磁性元件(122)面向位于所述第二盖(110)上的所述多个盖磁性元件(124);以及 被同轴地包围在所述壳体(102)中且通过气隙与所述壳体(102)分离的铁芯(104)，所述铁芯(104)包括， 被安装在中心轴(126)上的内部构件(128)，所述内部构件(128)具有多个扇形磁性元件(132)，所述扇形磁性元件(132)以轴向方向延伸，并且面向所述盖磁性元件(122，124)；以及 与所述内部构件(128)连接且与所述内部构件(128)操作隔离的外部构件(130)，所述外部构件(130)被形成为中空圆柱体，其具有位于所述外部构件的圆周壁的外表面上的多个径向磁性元件(134)，所述多个径向磁性元件(134)以径向方向延伸，并且面向所述鼓磁性元件(120) ο
2.如权利要求1所述的电机(100)，其中所述铁芯(104)进一步包括结构构件(146)，所述结构构件(146)以圆盘形状被布置在所述多个扇形磁性元件(132)之间的间隙空间中。
3.如权利要求2所述的电机(100)，其中所述结构构件(146)被形成为单件。
4.如权利要求2所述的电机(100)，其中所述结构构件(146)包括， 第一部分(148)，其被安装在所述中心轴(126)上，用于安装所述铁芯(104);以及 第二部分(150)，其与所述外部构件(130)连接，用于将所述内部构件(128)与所述外部构件(130)连接，其中所述第一部分(148)和所述第二部分(150)是操作隔离的。
5.如权利要求4所述的电机(100)，其中所述第一部分(148)和所述二部分(150)通过分离器(156)和气隙(156)中的至少一个操作隔离。
6.如权利要求1所述的电机(100)，其中所述铁芯(104)是所述电机(100)的定子，并且所述壳体(102)是所述电机(100)的转子。
7.如权利要求6所述的电机(100),其中位于所述壳体(102)上的所述鼓磁性兀件(120)和所述盖磁性元件(122，124)被形成为永久磁体，并且所述扇形磁性元件(132)和所述径向磁性元件(134)被形成为电磁体。
8.如权利要求6所述的电机(100)，其中所述铁芯(104)被安装在车辆的固定部分上，并且所述壳体(102)与车辆的曲轴以及车辆的驱动构件中的一个连接。
9.如权利要求1所述的电机(100)，其中所述铁芯(104)被固定地安装在所述中心轴(126)上。
10.如权利要求1所述的电机(100)，其中所述壳体(102)被可旋转地安装在所述中心轴(126)上，并且其中所述壳体(102)的所述第一盖(108)通过第一轴承(136)被支撑在所述中心轴(126)上，并且所述壳体(102)的第二盖(110)通过第二轴承(138)被支撑在所述中心轴(126)上。
11.如前述权利要求中的任一项所述的电机(100)，其在电动车辆和混合驱动车辆中的一个中被实施。
【文档编号】H02K1/27GK104247232SQ201380018368
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年1月30日 优先权日:2012年1月31日
【发明者】S·J·迪纳加尔, S·S·耐尔, S·那拉卡斯 申请人:Tvs电机股份有限公司