具有多段壳体的模块式电机的制作方法

本发明涉及能使机械能转化为电能、或电能转化为机械能的电机领域，具体涉及一种具有多段壳体的模块式电机。

背景技术：

现有的电机包括能将机械能转化为电能的发电机、及能将电能转化为机械能的电动机，现有电机的转子为一个整体模块，相应的定子也为一个整体模块，因此电机的额定功率是恒定不变的，另外，电机的定子与转子往往均设置成整体为柱状的结构，且其轴线与电机的主动力轴的轴线重合，定子为空心的柱状结构，转子套置于柱状的定子内，转子与主动力轴固定并可随其转动，从而定子可以切割磁力线产生电流，如公开号为cn108352755a的电动机即公开了该种传统结构的电机。此种结构的电机因其转子和定子均为整体模块因而其额定功率不可能进行调整以适配不同应用场景的外部动力或对功率的不同需求；另外，现有电机的定子与转子结构、位置及配合关系还有待进一步优化以实现单位时间内磁通量变化的最大化，因此现有电机对能量的转化率并不高，运行效率并不理想。

技术实现要素：

针对上述现有技术问题，本发明提供了一种额定功率可调整、能量转化率高的模块式电机，该模块式电机还具有与之匹配的能极大提高安装精度和安装效率的多段分壳体。本发明的具体技术方案如下。

具有多段壳体的模块式电机，其特征在于包括：

电机壳体，电机的主动力轴；

依次串接在所述主动力轴上的多个电机模块，每个电机模块包括一个单元磁体部和一个单元线圈部；所述单元磁体部可与主动力轴同步转动构成电机的转子，所述单元线圈部构成电机的定子；

每个所述单元磁体部包括两个相对设置并具有一定间隙的磁体盘，所述单元线圈部位于所述间隙内；所述磁体盘的端面与所述单元线圈部的端面实质平行且与主动力轴的轴线实质垂直；所述磁体盘的外周壁与所述电机壳体的内周壁之间具有一定的空隙。

所述电机壳体包括多段沿所述主动力轴的轴线方向依次布置的分壳体，每个所述单元线圈部分别对应有一段分壳体。

所述主动力轴贯穿电机的外壳并与外壳两端通过轴承固定，多个电机模块是指两个或两个以上的可独立运行的电机模块，每个电机模块分别具有各自的额定功率，通常各电机模块的额定功率是相同的，电机的额定功率是各电机模块的额定功率相加之和。多个电机模块依次串接在主动力轴上是指多个电机模块依次顺序布置在主动力轴上。由于每个电机模块具有各自独立的、可通电的单元线圈部，且其单元磁体部分别与主动力轴固定连接同步转动，因此每个电机模块可独立运行并可分别与主动力轴相互作用。本发明的电机因为是由串接在主动力轴上的、容纳在电机壳体内的、可分别独立运行的多个电机模块组合而成，因此本发明电机相当于壳体内包含了多个小的电机，因而可以根据不同应用场景的实际需要调整、变换电机模块的运行数量，从而可以根据外界状况或负载所需调整电机的额定功率，以适配外界动力大小状况或负载所需。譬如，将本发明电机用于风力发电机，可以根据外界风力和动力输入的大小调整参与发电的电机模块的数量，当外界风力较大时，可以控制较多数量的电机模块参与发电，当外界风力和动力输入较小时可以控制较少数量的电机模块参与发电，这样就可以使得发电机的功率始终匹配外界风力的大小，从而使得发电机可以在不同的风力作用下均可正常发电。将本发明应用于电动机，当应用场景需要大功率的电动机时，则可以让较多数量的电机模块运行以输出与外界所需相匹配的驱动功率，反之，则可以使得较少数量的电机模块运行以输出匹配外界负载的较小驱动功率，这样，一台电动机相当于多台电动机。

因为每个单元磁体部包括两个相对设施的磁体盘，且两个磁体盘之间具有一定的间隙，则单元线圈部设于相对布置的两个磁体盘的间隙内被两个磁体盘夹在中间(当然单元线圈部端面与磁体盘端面存在空隙以确保二者在相对转动时不会产生摩擦)，通常单元线圈部为与磁体盘形状及大小匹配的盘状结构，磁体盘的端面上按照n极、s极交错布置有若干永磁磁体，所述磁体盘的端面与所述单元线圈部的端面实质平行且与主动力轴的轴线实质垂直，这种结构使得磁体盘和单元线圈部均同时垂直于主动力轴的轴线，而磁体盘与单元线圈部平行，这样在单元线圈部与磁体部作切割磁力线时可以实现单位时间内磁通量的变化量是最大的，极大的提高了能量的转化效率。在生产中因为工艺上存在不可避免的精度误差，从而使得磁体盘的端面、单元线圈部的端面不一定完全垂直于主动力轴的轴线但基本上是垂直的，磁体盘的端面与所述单元线圈部的端面不一定完全平行但基本上是平行的，因此，所谓的实质垂直、实质平行是指基本上、大致上是垂直的、平行的，从而允许存在不可避免的工艺上的细微偏差。基于磁体盘的结构，当其与主动力轴同步转动时，可能会摩擦到电机的壳体内周壁，因此，在所述磁体盘的外周壁与所述电机壳体的内周壁之间具有一定的空隙，从而确保磁体盘转动时不会与电机壳体摩擦。因为电机模块为多个，每个电机模块及电机模块各组件之间的间距、磁体盘与壳体的空隙均需保持一个非常精准的尺寸，否则，就有可能使磁体盘在转动时严重磨损单元线圈部，或者与电机壳体产生摩擦，这样的后果是非常严重的，如果磨损了单元线圈部则会导致电机模块的报废，如果磨损了电机外壳则会影响损坏电机外壳和磁体盘并产生大量热量和噪音，同时，这样的摩擦、磨损会浪费大量的能量。

为了满足电机生产组装时对各组件之间尺寸的精度要求，本发明的电机壳体由多段沿所述主动力轴的轴线方向依次布置的分壳体组合而成，每个所述单元线圈部分别对应有一段分壳体，组装电机时，可以先将各电机模块的磁体盘、单元线圈部分别与各段分壳体对准、安装结合，并可方便的精准调整磁体盘、单元线圈部、电机壳体彼此之间的间距和空隙，确保各电机模块与电机壳体结合的精度，然后将组装好的各电机模块通过螺杆等结构连接固定成一个电机整体，完成电机整体的拼装。因此，将电机壳体设置为多段分壳体可以在组装电机时有效的、高精度的控制电机各组件之间的间距，确保电机的使用寿命和运行的安全性。

作为优选，所述单元线圈部具有环形的外部框架，该外部框架直接构成电机壳体的一段分壳体。这种结构使得单元线圈部的外部框架可以作为电机的壳体直接暴露在外界空气中，进而使得单元线圈部产生的热量可以直接传导至外界，可以极大提高电机的散热效果，更进一步的可以在单元线圈部的外部框架上设置多个散热鳍片以提高散热效果。

当然，作为另一种选择，所述单元线圈部具有环形的外部框架，该外部框架固定在与其对应的一段分壳体上。这种结构的单元线圈部被收纳于电机壳体内部，从而相对前一种单元线圈部的结构在散热效果上稍微差一点，但也是一种可选方案，并且，可以将单元线圈部的外部框架与其对应的一段分壳体紧密贴合，从而单元线圈部产生的热量也可以直接的传导至对应的分壳体上，散热效果也可以保障。

为了生产和安装的方便，各单元线圈部和与其相邻的一个磁体盘或两个磁体盘对应同一段分壳体。也就是说，各单元线圈部对应的一段分壳体同时对应、覆盖与其相邻的一个磁体盘或者两个磁体盘，这样可以减少壳体组装的连接点和组装环节，节约生产成本，组装更为方便、高效。

作为另一种选择，还可以设置为每个所述磁体盘分别对应另一段分壳体，也就是说，各单元线圈部各对应有一段分壳体，而每个磁体盘则分别对应有另一段分壳体，电机壳体整体看就相当于一段单元线圈部的分壳体、一段磁体盘的分壳体、再一段线圈的分壳体，以此交替依次拼接而成。该结构无疑增加了组装时各分壳体的连接点和组装环节，但该结构将单元线圈部对应的分壳体与磁体盘对应的分壳体分开制造，因而可以简化单元线圈部的制造工艺，提高其制造效率，并提高电机组装的精度。因此该结构相比前一种结构各有优劣，制造者可以更加实际情况自由选择。

进一步，相邻的两个所述电机模块共用一个磁体盘，在该磁体盘的两个端面上按照n极、s极交错布置有若干永磁磁体。这样可以在不影响电机功效的情况下节约了磁体盘的数量，降低了生产成本，更重要的是使得电机的结构更加紧凑以减小其体积和空间占用。

进一步，所述单元磁体部相对设置的两个磁体盘上相对布置的磁体磁极相反。这样使得两个磁体盘之间的磁场强度最大，从而可以极大提高能量的转化效率。

所述电机模块共有四个，如电机模块太多则可能会使得有些电机模块处于长期闲置的状态，浪费了成本并加大了电机的整体体积，如果电机模块太少则无法满足外界不同应用场景的需要，因此四个电机模块为最佳选择。所述电机壳体还包括前端壳体和后端壳体，其分别固定在电机的两端；各分壳体之间具有密封圈并通过紧固件与前端壳体、后端壳体拼合成电机壳体的整体。

作为优选，所述单元线圈部的外径大于所述磁体盘的外径。这种结构使得电机组装后在单元线圈部外周壁与电机壳体紧密贴合或直接作为电机外壳的情况下，可以确保磁体盘的外周壁与电机壳体的内周壁之间具有一定的空隙而不至于接触，从而可以确保磁体盘转动时不至于摩擦到电机壳体的内周壁。

本发明相比现有技术的有益技术效果是：电机由多个依次串接在主动力轴上的、可独立运行的电机模块组成，每个电机模块分别具有各自的额定功率，因此电机额定功率可随外界环境的变化而调整，从而可以适用于不同的应用场景；本发明的单个电机模块采用两个磁体盘将一个单元线圈部夹在中间、且磁体盘和单元线圈部均实质垂直于主动力轴的轴线，因而单个电机模块的能量转化率高，则电机的整体转化率高；同时，本发明电机壳体由多段分壳体组合而成，在组装时可以先将各电机模块分别组装然后组合成电机整体，从而可以极大提高电机安装的精度和安装效率。

本发明既可以广泛应用于发动机，也可以广泛应用于发电机。

附图说明

图1为本发明电机实施例的立体结构示意图；

图2为本发明电机实施例中单元磁体部的一个磁体盘的结构示意图；

图3为本发明电机实施例的剖视图；

图4为本发明电机实施例的立体分解图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：电机壳体1、主动力轴2、前端壳体13、后端壳体14、分壳体(111、112、113、114)、电机模块3、单元磁体部31、磁体盘311、单元线圈部32、螺杆15、外部框架321、散热鳍片322。

实施例1，本实施例具有多段壳体的模块式电机，基本如附图1～4所示：

包括电机壳体1、前端壳体13、后端壳体14、主动力轴2、依次串接在主动力轴2上的四个电机模块3，主动力轴2通过轴承固定在前端壳体13、后端壳体14上。每个电机模块3均包括一个单元磁体部31和一个单元线圈部32，具体的，每个单元磁体部31包括两个相对设置的磁体盘311，且两个相对设置的磁体盘311之间具有一定的间隙，若干永磁磁体按照n极、s极交错布置在磁体盘311上，且两个相对设置的磁体盘311上相对布置的磁体的磁极相反；在本实施例中，相邻的两个单元磁体部31共用一个磁体盘311，或者说相邻的两个电机模块(3)共用一个磁体盘(311)，在该磁体盘311的两个端面上按照n极、s极交错布置有若干永磁磁体譬如钕铁硼磁体。

单元线圈部32位于单元磁体部31的两个相对设置的磁体盘311之间的间隙内，夹在两个磁体盘311中间；单元线圈部32的端面与磁体盘311的端面之间具有一定的间距以避免磁体盘311在转动时摩擦单元线圈部32；单元线圈部32内部由多个小线圈包按顺序排列组成，整体构成与所述磁体盘311形状匹配的线圈盘，单元线圈部32的外径略大于所述磁体盘311的外径，小线圈包由漆包铜线绕制而成，小线圈包的数量可以根据需求和电机的功率决定；每个单元线圈部32分别对应有一段分壳体(111、112、113、114)，本实施例中，每个单元线圈部32具有环形的外部框架321，该外部框架321直接构成电机壳体的一段分壳体(111、112、113、114)，因此图4中单元线圈部32外周环形的外部框架321与电机壳体的各分壳体(111、112、113、114)指代的是同一个构件，二者为一体，在通过螺杆15将各分壳体(111、112、113、114)拼合后，单元线圈部32的外部框架321被牢靠的固定，因而单元线圈部32构成电机的定子，各分壳体(111、112、113、114)之间具有密封圈并通过紧固件与前端壳体13、后端壳体14拼合成电机壳体1的整体。单元线圈部32的外部框架321上还设置有齿状的散热鳍片322，以便于将单元线圈部32产生的热量传导出去。所述磁体盘311的端面与所述单元线圈部32的端面实质平行且与主动力轴2的轴线实质垂直。各单元磁体部31的磁体盘311分别与所述主动力轴2通过键槽固定连接并可随主动力轴2转动构成电机的转子。所述磁体盘311的外周壁与所述电机壳体1的内周壁之间具有一定的空隙。在单元磁体部31随主动力轴2转动时单元线圈部32可以切割两个相对设置的磁体盘311之间的磁力线。

本实施例中，各单元线圈部32和与其相邻的一个磁体盘311或两个磁体盘311对应同一段分壳体，也就是共用一段分壳体，具体的，第一个单元线圈部32与其前面(即右侧)相邻的一个磁体盘311对应于同一段分壳体111，第二个单元线圈部32与其前面相邻的一个磁体盘311对应于同一段分壳体112，第三个单元线圈部32与其前、后相邻的两个磁体盘311共同对应于同一段分壳体113；第四个单元线圈部32与其后面(即左侧)相邻的一个磁体盘311对应于同一段分壳体114。前述四段分壳体(111、112、113、114)沿主动力轴2的轴线方向依次布置。

每个电机模块3分别具有各自的额定功率，本实施例中各电机模块3的额定功率是相同的，电机的额定总功率是各电机模块3的额定功率相加之和。

与电机的运行相配合的设备有电源开关、显示器以及plc控制器、电源指示灯、信号采集传输模块，信号采集传输模块可与控制器信号连接，显示器与控制器信号连接，显示器有操作界面便于设定控制器内的控制参数。关于电机的电路在此不予展开。

当然，在本实施例中，单元线圈部32的外部框架321与对应的分壳体(111、112、113、114)可以分别独立设置而不为一体，外部框架321通过螺钉或卡槽固定在与其对应的一段分壳体上。

实施例2

本实施例与实施例1的区别仅在于，每个磁体盘311分别单独对应另一段分壳体(图中未示出)，从而并不与单元线圈部32对应有同一段分壳体，在实施例1中，因为各单元线圈部32与各磁体盘311共用分壳体的原因，分壳体总共只有四段，而在实施例2中，因为磁体盘311对应有其各自单独的分壳体，因而实施例2的分壳体总共分为八段。这种结构虽然使组装变得复杂，但其优势在于可以更好的加工单元线圈部。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。