CN103840586B - 永磁外转子轮毂电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种永磁外转子轮毂电机，包括内定子组件和外转子组件；所述外转子组件包括转子冲片；所述转子冲片上固定有多个磁钢，多个所述磁钢均匀排列成圆环，所述圆环套设在所述内定子组件上，且所述圆环与所述内定子组件同轴；所述圆环中，相邻两个所述磁钢的磁极方向相反，且磁极方向分别指向或背离所述内定子组件的轴线；每两个相邻所述磁钢之间设置有切向磁体，每个所述切向磁体的磁极方向均与所述圆环的切线方向相同，且临近的两个所述切向磁体的磁极方向相反。本发明的电机在转子冲片上相邻两个磁钢之间设置切向磁体，从而使切向磁体与磁钢的磁力相互叠加；同时径向磁体不占用额外的体积，增加了气隙内的磁通密度，提高了电机的转矩密度。
Description
技术领域
本发明涉及分布式轮毂电机驱动技术，尤其涉及一种永磁外转子轮毂电机，属于轮毂电机制造技术领域。
背景技术
轮毂电机作为轮毂驱动系统的关键部件，需要与车轮紧密集成，轮毂电机本体设计不仅影响电机性能的综合表现，对整车的通过性、机动性甚至稳定性都有明显影响。由于轮毂电机直接与车轮连接，没有减速器进行转矩的放大，又要满足电动汽车的动力需求，所以轮毂电机必须具有大扭矩、能耗小、能量密度高和转矩密度高的特点；同时由于轮毂电机直接集成在车轮内部，所以要求轮毂电机在有限的空间内具有最高的性能，因此，轮毂电机还需具有体积小的特点。
图1为现有技术中轮毂电机的结构图；现有技术的轮毂电机包括内定子组件4和外转子组件；外转子组件包括转子冲片3；转子冲片3上固定有多个磁钢1’和磁钢1,这些磁钢排列成一个可以套设在内定子组件4上的圆环，磁钢排列成的圆环与内定子组件4同轴，即内定子组件4的径向与圆环相对应且之间具有气隙5；圆环排列的磁钢中，相邻两个磁钢1和磁钢1’的磁极方向相反（即内部磁感应线方向相反）；并且，磁钢1的磁极方向背离内定子组件4的轴线，磁钢1’的磁极方向指向内定子组件4的轴线。由于电机的气隙5的距离是恒定的，如果要增加电机的转矩密度，则必须提高气隙5内的磁通密度。
现有技术中，为提高磁通密度，一般都采用增加内定子组件4所包含的铁心厚度，或者增加磁钢的体积；但是增加铁心厚度和磁钢体积都会导致电机的体积增加，难以满足轮毂电机在较小的体积下实现转矩密度高的要求。
发明内容
为解决现有技术中轮毂电机在单位体积下电机气隙磁通密度较低、电机转矩密度过低的技术问题，本发明提供一种电机体积不增加情况下，电机气隙磁通密度较高、电机转矩密度较高的永磁外转子轮毂电机。
本发明提供的永磁外转子轮毂电机，包括内定子组件和外转子组件；所述外转子组件包括转子冲片；所述转子冲片上固定有多个磁钢，多个所述磁钢均匀排列成圆环，所述圆环套设在所述内定子组件上，且所述圆环与所述内定子组件同轴；
所述圆环中，相邻两个所述磁钢的磁极方向相反，且磁极方向分别指向或背离所述内定子组件的轴线；
每两个相邻所述磁钢之间设置有切向磁体，每个所述切向磁体的磁极方向均与所述圆环的切线方向相同，且临近的两个所述切向磁体的磁极方向相反。
本发明的永磁外转子轮毂电机，由于在转子冲片上相邻两个磁钢之间设置有切向磁体，且相邻的切向磁体的磁极方向相反，从而使切向磁体的磁力与磁钢的磁力相互叠加，磁钢端部朝向内定子组件的磁通密度即可增加；同时由于径向磁体分布在磁钢之间，不占用额外的体积，所以在电机体积不便的情况下，增加了气隙内的磁通密度，即提高了电机的转矩密度。
附图说明
图1为现有技术中轮毂电机的结构图；
图2为本发明实施例的永磁外转子轮毂电机的结构图；
图3为本发明另一实施例的永磁外转子轮毂电机的磁钢结构图；
图4为本发明另一实施例的永磁外转子轮毂电机的结构图。
具体实施方式
图2为本发明实施例的永磁外转子轮毂电机的结构图，本实施例的永磁外转子轮毂电机，包括内定子组件4和外转子组件；外转子组件与电机的机壳固定连接，电机机壳即为车轮的轮毂，电机运行时直接带动车轮转动，外转子组件包括转子冲片3；内定子组件4在径向上设置有多个均匀分布的线槽40，线槽40内设置有绕组线圈，绕组线圈的周围设置有用来增加磁力强度的铁心。转子冲片3上固定有多个磁钢1’和磁钢1,磁钢1’和磁钢1交替排列成一个可以套设在内定子组件4上的圆环，磁钢排列成的圆环与内定子组件4同轴，即内定子组件4的径向与圆环内侧相对应且之间具有气隙5；圆环排列的磁钢中，相邻两个磁钢1和磁钢1’的磁极方向相反（即内部磁感应线方向相反）；并且，如图2中箭头方向所示，相邻两个磁钢中，磁钢1的磁极方向背离内定子组件4的轴线，磁钢1’的磁极方向指向内定子组件4的轴线。内定子组件4所包含的绕组线圈在通电之后，外转子组件即在磁钢的磁力作用下开始转动。
在本实施例中，每两个相邻磁钢之间（即磁钢1和磁钢1’之间）设置有切向磁体2或2’，每个切向磁体2或2’的磁极方向均与磁钢组成的圆环的切线方向相同（即切向磁体的磁极方向均与磁钢组成的圆环相切，或者说垂直于圆环的半径），且临近的两个切向磁体（切向磁体2和切向磁2’）的磁极方向相反。由于每个切向磁体的两侧均有两个磁极方向不同的磁钢，从而使每个切向磁体的磁力与磁钢的磁力相叠加，增加了磁钢与内定子组件4之间磁通密度，即气隙5内的磁通密度增加。
在本实施例的永磁外转子轮毂电机，由于在转子冲片3上的相邻两个磁钢之间设置有切向磁体，且相邻的切向磁体的磁极方向相反，从而使切向磁体的磁力与磁钢的磁力相互叠加，磁钢端部朝向内定子组件的磁通密度增加；同时，径向磁体分布在磁钢之间，不占用额外的体积，所以在电机体积不便的情况下，增加了气隙5内的磁通密度，即提高了电机的转矩密度。同样，在轮毂电机最大扭矩密度不变的情况下，采用本实施例轮毂电机的结构，电机内定子组件的轴向尺寸（即内定子组件上磁轭部的铁心尺寸）可以缩小，电机的体积可以更小。另外需要说明的是，由于相邻两个磁钢之间设置有切向磁体，每个磁钢背离内定子组件4的方向上的磁通密度降低，也减少了对其他部件的电磁影响。
图3为本发明另一实施例的永磁外转子轮毂电机的磁钢结构图。在上述实施例的基础上，本实施例中每个磁钢包括：两个径向磁体，这两个径向磁体为一组，均固定在转子冲片3上；每组中的径向磁体沿圆环的切线方向排列在相邻两个切向磁体之间，即每两个相邻的切向磁体之间均设置有一组径向磁体；每个磁钢所包括的两块径向磁体的磁极方向与该磁钢的磁极方向一致，即径向磁体的磁极方向在内定子组件的径向上。一般情况下，每个磁钢都沿径向被平均分割为两块。即如图3所示，磁钢1包括两块径向磁体10，径向磁体10的磁极方向与磁钢1相同；磁钢1’包括两块径向磁体10’，径向磁体10’与磁钢1’磁极方向相同；径向磁体10或10’都固定在转子冲片3上。如图3，每个磁钢1所包括的两个径向磁体10，它们的磁极方向一致且背离内定子组件4的轴线；每个磁钢1’所包括的两个径向磁体10’，它们的磁极方向也一致且朝向内定子组件4的轴线。另外，每组径向磁体中，每个径向磁体的一侧与该径向磁体相邻的切向磁体相抵靠，该径向磁体的另一侧与该组中的另一个径向磁体相抵靠；或者说，相邻两个切向磁体之间紧密排列有两块径向磁铁。以图3为例，每个磁钢1’中，径向磁体10’和径向磁体10’相互抵靠，径向磁体10’与切向磁体2相接触，另一个径向磁体10’与切向磁体2’相接触。由于每个磁钢被分割为两个径向磁体，从而是每个切向磁体可以与两端相邻的径向磁体紧密接触，从而使三个磁体整体的磁通密度a在径向磁体朝向内定子组件4的方向得到增强；另外，由于每个磁钢被分割为两个径向磁体，每个径向磁体的排列可以更加自由。
在上述实施例的基础上，转子冲片3上设置有多个便于磁钢1或1’进行定位的定位齿30，每个磁钢所包括的两个径向磁体分别与定位齿30相接触；每个定位齿30位于每组径向磁体中的两个径向磁体之间，即两个径向磁体10分别位于定位齿30的两侧，两个径向磁体10’分别位于定位齿30的两侧。每个径向磁体的一侧与定位齿30相接触，另一侧与切向磁体2或2’相接触。定位齿30可以采用冲压的方式突出于转子冲片3上。由于磁钢磁力大，而且相邻的两块磁钢磁极方向不一致，所以轮毂电机在制造时，磁钢难以固定在转子冲片3上。当转子冲片3上设置有定位齿30，每个磁钢所包括的两个径向磁体均可以依靠定位齿30进行定位和排列，方便了外转子组件的装配和制造，提高了电机的生产效率。定位齿30可以采用三角形定位齿，也可以采用其它利于固定径向磁体的形状，如内圆弧形。
在上述实施例的基础上，每个切向磁体与该切向磁体两端的两个径向磁体，共同形成一个拱形结构；例如，切向磁体2、径向磁体10’和径向磁体10共同形成一个拱形结构；该拱形结构的内圆弧朝向内定子组件4的轴线。每个切向磁体与其该切向磁体两端的两个径向磁体共同形成一个拱形结构时，三者均为圆弧形结构，或者每个径向磁体与定位齿30的接触部分均设置有倒角，一般优选采用圆弧倒角，这样就能够使两个相邻的定位齿30之间的三个磁体形成拱形结构，这样就增强了电机可靠性与安全性。如图3，所有切向磁体和所有径向磁体均采用圆弧形结构时，所有切向磁体和所有径向磁体能够形成一个无间隙的圆环，大大减小了外转子组件的径向体积。
本实施例中的拱形结构磁体的排列与上述实施例相结合，使得本发明轮毂电机性能优越、转矩密度高、广域高效、体积小、重量轻、结构紧凑；同时制作工艺简单，运行稳定可靠，适于大规模推广应用，可产生巨大的社会效益和经济效益。
图4为本发明另一实施例的永磁外转子轮毂电机的结构图，在上述实施例的基础上，进一步的，内定子组件4在径向上设置有多个均匀分布且用于容纳绕组线圈的线槽40，每个线槽40内设置的绕组线圈与磁钢组成的圆环相对应；即线槽40的端部朝向磁钢；磁钢与线槽40的数量分别为8：9的整数倍。由于每个磁钢所包含两个径向磁体，且两个径向磁体又依靠定位齿30定位，所以定位齿30与线槽40的数量比也为8：9；或者说轮毂电机的极槽配合为8/9的整数倍。8/9的极槽配合有效的平衡了轮毂电机的不平衡磁拉力。优选方案为，磁钢的数量为32个，线槽40的数量为36个；在这样的具体数量比下，能够取得最好的平衡效果，并且齿槽转矩和转矩脉动小，改善了轮毂电机的动态性能，可实现高精度的私服驱动。
内定子组件4上设置有多个沿半径方向分布的线槽40，线槽40为定子叠片槽，每个线槽40内的绕组线圈为三相分数槽双层集中绕组，绕组线圈位于定子叠片槽内分为双层并沿轴向分布。三相分数槽双层集中绕组可以减少内定子组件4的端部跨距，节省了线槽40端部空间，减少了电机轴向尺寸，这样削弱了电机的反电势齿谐波，改善了反电势波形，也相应的提高了内定子组件4中线槽40的利用率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种永磁外转子轮毂电机，其特征在于，包括内定子组件和外转子组件；所述外转子组件包括转子冲片；所述转子冲片上固定有多个磁钢，多个所述磁钢均匀排列成圆环，所述圆环套设在所述内定子组件上，且所述圆环与所述内定子组件同轴；
所述圆环中，相邻两个所述磁钢的磁极方向相反，且磁极方向分别指向或背离所述内定子组件的轴线；
每两个相邻所述磁钢之间设置有切向磁体，每个所述切向磁体的磁极方向均与所述圆环的切线方向相同，且临近的两个所述切向磁体的磁极方向相反；
每个所述磁钢包括两个固定在所述转子冲片上的径向磁体，所述两个径向磁体为一组，每组中的所述径向磁体沿所述圆环的切线方向排列在相邻两个所述切向磁体之间；每组径向磁体中，每个径向磁体的一侧与该径向磁体相邻的所述切向磁体相抵靠，另一侧与该组中的另一个径向磁体相抵靠；每个所述磁钢所包括的两个径向磁体的磁极方向与该磁钢的磁极方向一致。
2.根据权利要求1所述的永磁外转子轮毂电机，其特征在于，所述转子冲片上设置有多个用于对所述径向磁体进行定位的定位齿；每个所述定位齿位于所述每组径向磁体中的两个径向磁体之间。
3.根据权利要求2所述的永磁外转子轮毂电机，其特征在于，每个所述切向磁体与该切向磁体两端相接触的两个所述径向磁体，共同形成一个拱形结构；所述拱形结构的内圆弧朝向所述内定子组件的轴线。
4.根据权利要求1-3任一所述的永磁外转子轮毂电机，其特征在于，所述内定子组件在径向上设置有多个均匀分布且用于容纳绕组线圈的线槽，所述磁钢与所述线槽的数量分别为8：9的整数倍。
5.根据权利要求2所述的永磁外转子轮毂电机，其特征在于，所述定位齿为三角形定位齿。
6.根据权利要求3所述的永磁外转子轮毂电机，其特征在于，每个所述切向磁体与该切向磁体两端相接触的两个所述径向磁体，三者均为圆弧形结构。
7.根据权利要求4所述的永磁外转子轮毂电机，其特征在于，所述磁钢的数量为32个，所述线槽的数量为36个。
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