專利名稱：多相交流車輛馬達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于驅(qū)動(dòng)車輛的多相交流馬達(dá)。本發(fā)明尤其涉及一種設(shè)計(jì)緊湊且轉(zhuǎn)矩提高了的多相交流車輛驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。
背景技術(shù)：
多相交流車輛驅(qū)動(dòng)馬達(dá)是已知的，它用于許多不同類型車輛的驅(qū)動(dòng)，比如自行車、摩托車、汽車和小型卡車。典型的馬達(dá)設(shè)計(jì)具有轉(zhuǎn)子和定子。轉(zhuǎn)子固定連接于車輛的輪子上，從而和輪子一起旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子還帶有多個(gè)永磁體，這些永磁體以預(yù)定的磁性方向圍著轉(zhuǎn)子的圓周安裝。定子固定安裝于車架上并帶有多個(gè)電磁體，這些電磁體靠近轉(zhuǎn)子永磁體分布。電磁體的線圈與一多相交流驅(qū)動(dòng)回路連接，該回路通常為三相或Y字形布置。驅(qū)動(dòng)回路的電能由諸如鉛酸性蓄電池組之類的直流電源以及用于將來自電池組的直流電轉(zhuǎn)換成交流電的直流-交流變流回路?？扇斯げ僮鞯目刂苹芈肥菇涣黩?qū)動(dòng)回路的頻率有所不同，這就可通過電磁體產(chǎn)生的交變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來將轉(zhuǎn)子以不同的轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)。已知的多相交流車輛驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的例子在美國專利6100615、6276475和6617746以及美國專利申請(qǐng)公開2002/0135220A1中示出，這些公開文件結(jié)合于此作為參考。
一些已知的多相交流車輛驅(qū)動(dòng)馬達(dá)使用空心圓柱定子和置于定子中的環(huán)形轉(zhuǎn)子。其它馬達(dá)使用實(shí)心圓柱內(nèi)定子和外環(huán)形轉(zhuǎn)子。使這兩種設(shè)計(jì)類型都受困繞的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)子的永磁體必須沿定子的圓周放置(在第一種類型中沿外圓周放置，在第二種類型中沿內(nèi)圓周放置)，用以與定子線圈所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)強(qiáng)烈作用。這樣，對(duì)于一組給定的物理尺寸，安裝在轉(zhuǎn)子上的永磁體數(shù)量以及由馬達(dá)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩受轉(zhuǎn)子圓周表面所能提供的表面空間量的限制。這就會(huì)過度地限制已有多相交流車輛驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括多相交流車輛驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，它沒有上述已有馬達(dá)設(shè)計(jì)的限制，且可以產(chǎn)生要比具有同樣整體尺寸的已有多相交流車輛驅(qū)動(dòng)馬達(dá)大得多的轉(zhuǎn)矩。
在最廣泛的方面，本發(fā)明包括多相交流車輛馬達(dá)，該車輛馬達(dá)包括具有外緣和沿基本上為圓形的軌道分布的多個(gè)永磁體的轉(zhuǎn)子盤，軌道位于外緣以內(nèi)；以及置于轉(zhuǎn)子盤側(cè)面的一對(duì)定子子組件。每個(gè)定子子組件具有安裝板、多個(gè)在安裝板上沿基本上為圓形的軌道分布的極片以及各自圍著多個(gè)極片中對(duì)應(yīng)的一個(gè)而布置的多個(gè)線圈。
多個(gè)永磁體可以沿轉(zhuǎn)子盤中兩個(gè)或更多基本為圓形的軌道分布；且每個(gè)定子子組件中的多個(gè)極片和線圈可以沿安裝板對(duì)應(yīng)于多個(gè)永磁體分布。
本發(fā)明可以構(gòu)造成單個(gè)轉(zhuǎn)子盤帶有一對(duì)定子子組件；以及構(gòu)造成多個(gè)轉(zhuǎn)子盤和諸對(duì)定子子組件互相側(cè)向間隔。
較佳地，車輛馬達(dá)安裝在用于車輛馬達(dá)的支承件上，并設(shè)置至少一個(gè)用于將轉(zhuǎn)子盤可旋轉(zhuǎn)地支承在支承件上的軸承件。每個(gè)安裝板固定在支承件上以防止在支承件上的各個(gè)定子子組件旋轉(zhuǎn)。
較佳地，本發(fā)明還包括馬達(dá)外殼，它具有一對(duì)側(cè)向放置的端壁和在兩端壁之間延伸以將轉(zhuǎn)子盤和定子子組件包覆起來的閉合壁，轉(zhuǎn)子盤同外殼連接。馬達(dá)外殼的端壁通過多個(gè)軸承件可旋轉(zhuǎn)地支承在支承件上，從而使馬達(dá)外殼隨著轉(zhuǎn)子盤旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于各種車輛上，比如汽車、自行車、摩托車等。由于可安裝在給定尺寸的馬達(dá)外殼中的磁性元件的數(shù)量要大得多，根據(jù)本發(fā)明制造的圓盤馬達(dá)組件可為給定尺寸的馬達(dá)產(chǎn)生要比傳統(tǒng)馬達(dá)大得多的轉(zhuǎn)矩。此外，本發(fā)明可使多相交流馬達(dá)構(gòu)造成尺寸比同類的傳統(tǒng)馬達(dá)要小得多，而同時(shí)又可提供相同的輸出轉(zhuǎn)矩。另外，本發(fā)明的設(shè)計(jì)還要比傳統(tǒng)的多相交流驅(qū)動(dòng)馬達(dá)簡(jiǎn)單得多。再有，本發(fā)明可以通過改變每個(gè)環(huán)形軌道中磁性元件的數(shù)量、改變環(huán)形軌道的數(shù)量以及改變安裝在馬達(dá)外殼中的圓盤轉(zhuǎn)子和定子的數(shù)量來定制，以滿足任何給定應(yīng)用場(chǎng)合中的驅(qū)動(dòng)要求。
為了充分理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)結(jié)合附圖來閱讀下述的詳細(xì)描述。


圖1是本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的截面圖；圖2是圖1所示實(shí)施例的轉(zhuǎn)子盤的正視圖；圖3是沿圖2中的線3-3截取的截面圖；圖4是圖1所示實(shí)施例中兩個(gè)定子中的一個(gè)的正視圖；圖5是沿圖4中的線5-5截取的放大截面圖；圖6是示出連接于定子線圈的交流電的簡(jiǎn)化線路圖；圖7是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的截面圖；圖8是本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例的截面圖；圖9是圖7所示實(shí)施例的結(jié)構(gòu)截面圖，適于汽車輪子；圖10是圖7所示實(shí)施例的結(jié)構(gòu)截面圖，適于與有輪輻的輪子一起使用；圖11是與圖3類似的截面圖，它示出了永磁體的另一種安裝布置。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，圖1是本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的截面圖。如在該圖中所看到的，通常用標(biāo)號(hào)10表示的圓盤馬達(dá)組件包括圓盤轉(zhuǎn)子組件20和定子組件30。圓盤轉(zhuǎn)子組件包括中心圓盤件21，它通過標(biāo)準(zhǔn)低摩擦軸承22安裝在安裝軸40上。軸40固定在車輛的車架上(未示出)并充當(dāng)圓盤馬達(dá)組件10的安裝支承。例如，軸40可以包括汽車的軸頭。多個(gè)永磁體25i固定在圓盤件21相對(duì)的兩面上。圓盤件21由非磁性材料制成，比如迭爾林(聚甲醛樹酯)、尼龍、鋁或任何其它較硬的非磁性材料?？墒褂酶鞣N已知技術(shù)中的一種來將永磁體25i固定在圓盤件21的兩面，比如用固結(jié)劑(例如環(huán)氧樹脂粘合劑)粘結(jié)、加熱粘結(jié)、焊接或等效方法。
定子組件30包括兩個(gè)基本相同的子組件30L和30R。每一個(gè)子組件包括安裝板32L、32R，多個(gè)極片34Li、34Ri，以及各自圍著相關(guān)的極片34Li、34Ri的外圓周布置的多個(gè)線圈35Li、35Ri。極片34Li、34Ri由易受磁力影響的合適材料制成(較佳的是硅鋼)，并使用任何合適的粘結(jié)技術(shù)(比如強(qiáng)力粘結(jié)劑、焊接等)安裝在各自的安裝板32L、32R上。安裝板32L、32R固定安裝于軸40上，從而使定子組件30不會(huì)在軸40上移動(dòng)。
如圖2和3中最清楚地看到的那樣，永磁體25i圍著圓盤件21的兩個(gè)主要的相對(duì)面呈圓形布置。在圖1-5所示實(shí)施例中，在圓盤件21每一個(gè)主面上放置有兩排同心圓形列永磁體25i。在圓盤件21的一面上每一列中的永磁體25i排列成每一列中相鄰的磁體具有磁極相反的磁性方向。此外，安裝在圓盤件21的相對(duì)兩側(cè)成對(duì)的磁體25i具有極性疊加的磁性方向。再有，圓盤件21的同一面上不同列中相鄰的磁體25i也排列成具有相反極性的磁性方向。例如圓盤件21上外列中的相鄰磁體25-12、25-1和25-2具有南(S)-北(N)-南(S)的磁性方向(見圖2)。在圓盤件21相對(duì)兩側(cè)上外列中的磁體25-1和25-25具有疊加的N-S磁性方向(見圖3)。圓盤件21的外列中的磁體25-1和圓盤件21同一側(cè)的內(nèi)列中的磁體25-13具有N-S磁性方向。
圖2和3所示的磁體25i的磁性方向以及所標(biāo)識(shí)的N或S表示每個(gè)磁體25i外表面處的磁場(chǎng)極性。為了說明，圖3顯示磁體25-1具有N方向，而磁體25-25具有S方向。對(duì)于磁體25-1，N表示磁體25-1的外表面是磁體的北極，而磁體25-1的南極在內(nèi)表面上，面對(duì)著圓盤件21的外表面。類似地，對(duì)于磁體25-25，S表示磁體25-1的外表面是磁體的南極，而磁體25-25的北極在內(nèi)表面上，面對(duì)著圓盤件21的外表面。這樣，這兩個(gè)磁體以磁性疊加的形式布置。
圖4和5示出了左定子子組件30L的極片34Li和線圈35Li的排列。右定子子組件具有相同的布置。如在該圖中可以看到的，極片34Li在安裝板32L上以兩個(gè)同心圓的形式分布，以與轉(zhuǎn)子盤21上磁體25i的分布匹配。在優(yōu)選實(shí)施例中，極片34i的數(shù)量和線圈35Li的數(shù)量與所面對(duì)的轉(zhuǎn)子盤21上磁體25i的數(shù)量相等。對(duì)于右定子子組件30R上的極片34Ri的數(shù)量和線圈35Ri的數(shù)量也是一樣的。
如圖4中最清楚地看到的那樣，線圈35Li組成用于電氣連接的三組A組、B組和C組。例如，在外圈中，線圈35L1、35L4、35L7和35L10為A組線圈；線圈35L2、35L5、35L8和35L11為B組線圈；而線圈35L3、35L6、35L9和35L12為C組線圈。在內(nèi)圈中，線圈35L13、35L16、35L19和35L22為A組線圈；線圈35L14、35L17、35L20和35L23為B組線圈；而線圈35L15、35L18、35L21和35L24為C組線圈。右定子子組件30R的線圈30Ri也類似地分組。
圖6示出三相交流電與線圈組的電氣連接。A組中的線圈35Li、35Ri連接于輸入端子a和b之間；B組中的線圈35Li、35Ri連接于輸入端子a和c之間；而C組中的線圈35Li、35Ri連接于輸入端子b和c之間。當(dāng)在圖6所示的三相模式下工作時(shí)，轉(zhuǎn)子盤的角速度通過改變交流電輸入驅(qū)動(dòng)電壓的頻率而變化。這用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知的傳統(tǒng)電路就可以做到。
圖7是使用單個(gè)轉(zhuǎn)子盤21的中心盤馬達(dá)的截面圖。如從該圖中看到的，轉(zhuǎn)子盤21固定于外殼50，該外殼具有一對(duì)端板51、52和與端板51、52連接的閉合壁53。轉(zhuǎn)子盤21通過低摩擦軸承22C可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于支承軸40上。類似地，端板51、52通過低摩擦軸承22L、22R分別連接于軸40。定子安裝板32L、32R牢固地固定于軸40上、以防止定子子組件的旋轉(zhuǎn)。在此實(shí)施例中，在第三環(huán)形軌道上另外設(shè)有磁體25i、極片34i和線圈35i。與上述兩環(huán)形軌道的實(shí)施例相比較，這一實(shí)施例可提供額外的轉(zhuǎn)矩。
圖8是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的截面圖，它具有三個(gè)轉(zhuǎn)子組件20L、20C和20R，以及三個(gè)相應(yīng)的定子組件30L、30C和30R。每一個(gè)圓盤轉(zhuǎn)子和定子組件與以上參考圖1-7所述的組件是一樣的。該實(shí)施例為馬達(dá)提供相當(dāng)大的額外轉(zhuǎn)矩。在此實(shí)施例中，使用低摩擦軸承22L、22R將端板51、52可旋轉(zhuǎn)地安裝在支承軸40上；使用低摩擦軸承22ML、22C和22MR將轉(zhuǎn)子盤21L、21C可旋轉(zhuǎn)地安裝在軸40上；且所有的定子安裝板32i都牢固地固定于軸40上、以防止定子組件30i的旋轉(zhuǎn)。
圖9是圖7的實(shí)施例的截面圖，適于作為具有充氣輪胎60的汽車的輪子驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。如在該圖中可以看到的，圓盤馬達(dá)10與輪胎60同心地放置，并為輪子提供驅(qū)動(dòng)力。閉合壁53可以形成輪緣整體的一部分?；蛘唛]合壁可以以同心的方式與輪子連接。
圖10是與圖9類似的截面圖，但是示出的是本發(fā)明在具有輪輻的輪子61上的應(yīng)用，比如用在自行車和摩托車上的。如在該圖中可以看到的，輪子61具有多個(gè)連接于輪緣63和圓盤馬達(dá)外殼50之間的輪輻62。圓盤馬達(dá)組件10相對(duì)于輪子61同心地安裝，且可形成輪轂。軸40可與車輛的叉形接頭連接。
可以在轉(zhuǎn)子盤上設(shè)置諸磁體孔、并將一個(gè)厚度大于轉(zhuǎn)子盤的磁體安裝在給定的孔中而使磁體的每個(gè)極表面伸出轉(zhuǎn)子盤表面的平面，從而替代在轉(zhuǎn)子盤相對(duì)的兩面上設(shè)置獨(dú)立的永磁體。圖11示出了這一個(gè)替代的實(shí)施例。如在該圖中可以看到的，改型后的轉(zhuǎn)子盤21具有多個(gè)形成于其中的孔23i?？?3i具有同將要安裝在其中的永磁體一樣的幾何形狀。例如，對(duì)于圖2所示的梯形磁體25i，孔23i具有相應(yīng)的梯形。在本實(shí)施例中，磁體25i具有的厚度大于轉(zhuǎn)子盤21a，從而磁體25i向外伸出圓盤21a的表面一個(gè)預(yù)選的量。這一布置基本上減少了所需磁體的個(gè)數(shù)并簡(jiǎn)化了對(duì)準(zhǔn)磁體的過程。
就如現(xiàn)在將要變得清楚的那樣，由于可安裝在給定尺寸的馬達(dá)外殼中的磁性元件的數(shù)量要多得多，根據(jù)本發(fā)明制造的圓盤馬達(dá)組件可為給定尺寸的馬達(dá)產(chǎn)生比傳統(tǒng)馬達(dá)要大得多的轉(zhuǎn)矩。此外，本發(fā)明可使多相交流馬達(dá)可以構(gòu)造成尺寸比同類的傳統(tǒng)馬達(dá)要小得多，而同時(shí)又可提供相同的輸出轉(zhuǎn)矩。另外，本發(fā)明的設(shè)計(jì)基本上要比傳統(tǒng)的多相交流驅(qū)動(dòng)馬達(dá)簡(jiǎn)單。再有，本發(fā)明可以通過改變每個(gè)環(huán)形軌道中磁性元件的數(shù)量、改變環(huán)形軌道的數(shù)量以及改變安裝在馬達(dá)外殼中的圓盤轉(zhuǎn)子和定子的數(shù)量來定制，以滿足任何給定應(yīng)用中的驅(qū)動(dòng)要求。這樣，本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于各種車輛上，包括(但不限于)汽車、卡車、自行車和摩托車。
雖然已經(jīng)參考具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是可以采用各種變型、替換結(jié)構(gòu)和等效方式而不背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)。例如，雖然本發(fā)明中描述的是使用兩個(gè)和三個(gè)同心磁性元件環(huán)形軌道，但其它的結(jié)構(gòu)形式也可以采用一個(gè)或多于三個(gè)的環(huán)形軌道。此外，安裝在馬達(dá)外殼中的圓盤轉(zhuǎn)子組件和定子組件可以按需要超出而三個(gè)。因此，以上所述不應(yīng)被理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明的范圍應(yīng)由所附權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種多相交流車輛馬達(dá)，包括一轉(zhuǎn)子盤，該轉(zhuǎn)子盤具有外緣和沿基本上為圓形的軌道分布的多個(gè)永磁體，所述軌道位于所述外緣以內(nèi)；以及置于轉(zhuǎn)子盤側(cè)面的一對(duì)定子子組件，每個(gè)所述定子子組件具有安裝板；多個(gè)極片，該極片在所述安裝板上沿基本上為圓形的軌道分布；以及多個(gè)線圈，該線圈各自圍著所述多個(gè)極片中對(duì)應(yīng)的一個(gè)布置。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于，沿所述基本上為圓形的軌道的相鄰磁體以相反的磁極布置。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子盤具有一表面；且所述永磁體粘結(jié)在所述表面上。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于，所述圓盤具有形成于其上的多個(gè)通孔；且所述永磁體安裝在相關(guān)的所述多個(gè)通孔中。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于，所述多個(gè)永磁體沿所述轉(zhuǎn)子盤中至少兩個(gè)基本為圓形的軌道分布；且每個(gè)所述定子子組件中的所述多個(gè)極片和線圈沿所述安裝板對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)永磁體分布。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)明，其特征在于，沿每個(gè)所述至少為兩個(gè)的、基本上為圓形的軌道的相鄰磁體以相反的磁極布置；且相鄰軌道上的相鄰磁體以相反的磁極布置。
7.如權(quán)利要求5所述的發(fā)明，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子盤具有一表面；且所述永磁體粘結(jié)在所述表面上。
8.如權(quán)利要求5所述的發(fā)明，其特征在于，所述圓盤具有形成于其上的多個(gè)通孔；且所述永磁體安裝在相關(guān)的所述多個(gè)通孔中。
9.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子盤具有第一和第二面；且所述多個(gè)永磁體的第一子部分沿所述第一面上基本上為圓形的軌道分布，且所述多個(gè)永磁體的第二子部分沿所述第二面上基本上為圓形的軌道分布。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)明，其特征在于，所述第一子部分中的所述磁體與所述第二子部分中的磁體對(duì)準(zhǔn)；沿每一所述面上所述基本上為圓形的軌道的相鄰磁體以相反的磁極布置；且在所述第一和第二子部分中對(duì)準(zhǔn)的磁體以磁極疊加的形式布置。
11.如權(quán)利要求9所述的發(fā)明，其特征在于，所述永磁體粘結(jié)在所述第一和第二面上。
12.如權(quán)利要求9所述的發(fā)明，其特征在于，所述圓盤具有形成于其上的多個(gè)通孔；且所述永磁體安裝在相關(guān)的所述多個(gè)通孔中。
13.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于，還包括互相側(cè)向間隔的多個(gè)轉(zhuǎn)子盤和諸對(duì)定子子組件。
14.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于，還包括用于支承所述車輛馬達(dá)的支承件、以及用于將所述轉(zhuǎn)子盤可旋轉(zhuǎn)地支承在所述支承件上的至少一個(gè)軸承件；且每個(gè)所述安裝板固定在所述支承件上、以防止在所述支承件上的各個(gè)所述定子子組件旋轉(zhuǎn)。
15.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于，還包括馬達(dá)外殼，該外殼具有一對(duì)側(cè)向間隔的端壁、以及在所述端壁之間延伸以將所述轉(zhuǎn)子盤和所述定子子組件包覆起來的閉合壁，所述轉(zhuǎn)子盤同所述外殼連接。
16.如權(quán)利要求15所述的發(fā)明，其特征在于，還包括用于所述車輛馬達(dá)的支承件、以及用于將所述轉(zhuǎn)子盤和所述端壁可旋轉(zhuǎn)地支承在所述支承件上的多個(gè)軸承件；且每個(gè)所述安裝板固定在所述支承件上、以防止在所述支承件上的各個(gè)所述定子子組件旋轉(zhuǎn)。
17.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于，所述馬達(dá)連接到車輛的輪子上。
18.如權(quán)利要求17所述的發(fā)明，其特征在于，所述車輛為汽車。
19.如權(quán)利要求17所述的發(fā)明，其特征在于，所述車輛為自行車。
20.如權(quán)利要求17所述的發(fā)明，其特征在于，所述車輛為摩托車。
全文摘要
一種多相交流車輛馬達(dá)，它具有一個(gè)或更多圓盤轉(zhuǎn)子組件和諸對(duì)定子子組件。每個(gè)圓盤轉(zhuǎn)子組件具有一個(gè)圓盤和多個(gè)永磁體，永磁體沿轉(zhuǎn)子外緣以內(nèi)的一個(gè)或更多圓形軌道分布。每個(gè)定子子組件具有沿著在對(duì)應(yīng)圓形軌道中的安裝板分布的對(duì)應(yīng)數(shù)量極片和線圈。該圓盤可旋轉(zhuǎn)地安裝在支承件上，而定子子組件固定在支承件上。
文檔編號(hào)H02K5/00GK1967972SQ200510125048
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月17日
發(fā)明者朱生勃, 黃世雄 申請(qǐng)人:硅谷微M股份有限公司