CN105356709A - 纯电动车用永磁直流无刷电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种纯电动车用永磁直流无刷电机，属于永磁直流电机技术领域，包括定子、转子、电机轴，定子包括内侧均匀分布定子槽的定子铁芯，定子铁芯的两端设有绝缘骨架，绝缘骨架上设有电路板组件，转子包括转子铁芯和其周围均匀分布的偶数个永磁体，采用径向式转子时，永磁体的形状包括：内外两边均为弧形的长条形、双面凸出的梭形和内边平齐，外边为弧形单面凸出的长条形，可以提高永磁体的工作点和增强电机的抗退磁能力和过载能力，采用切向式转子时，转子铁芯的内部靠近电机轴处设有扇形槽，扇形槽内设有可导磁移动滑块，采用可导磁移动滑块可降低电机反电势，提高电机最高转速，满足纯电动车低负载、高转速的特殊需求。

Description

纯电动车用永磁直流无刷电机

技术领域

本发明涉及一种电机，尤其涉及一种纯电动车用永磁直流无刷电机，属于永磁直流电机技术领域。

背景技术

目前纯电动车行业使用的电机主要有直流电励磁电动机及永磁直流有刷电动机，直流电励磁电动机由于是通过励磁线圈形成转子磁场，并且使用碳刷进行换相，导致了电机体积大，效率低，结构复杂，寿命低等问题，难以满足目前纯电动车行业对电动机的高效率及高可靠性的要求；永磁直流有刷电动机虽然解决了转子励磁线圈铜耗，提高了电机效率，但使用碳刷进行换相，易损坏，在使用环境复杂，可靠性要求高的中国路况，仍然存在缺陷。目前新研制的各种纯电动车已经基本淘汰直流电励磁电动机及永磁直流有刷电动机的使用。

永磁直流无刷电机具有体积小、效率高、结构简单、用铜量少等优点，是小功率直流电动机的主要类型,永磁直流无刷电机的转子结构分为径向式和切向式两种类型，采用径向式转子时如何提高永磁体的抗退磁能力及过载能力成为目前的技术难题，采用切向式转子时电机具备较高的效率，由于永磁无刷直流电机适合长期低速运转、频繁启停的场合，在低速时如何使电机具有较大扭矩，同时，怎样降低电机反电势，提高电机最高转速成为目前的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纯电动车用永磁直流无刷电机，克服现有纯电动车用直流电励磁电动机及永磁直流有刷电动机的技术难题，具有较高的抗退磁能力和过载能力，低速时可使电机具有低速大扭矩特性，高速时可降低电机反电势，提高电机最高转速，满足纯电动车不同工况下的需求。

本发明所述的纯电动车用永磁直流无刷电机，包括连接为一体的上端盖、电机壳体和下端盖，电机壳体的内部设有定子以及设置在电机轴上与之匹配的转子、电机轴的两端设置轴承，定子包括内侧均匀分布定子槽的定子铁芯和嵌入定子槽内的绕组线圈，定子铁芯的两端设有绝缘骨架，绝缘骨架上设有电路板组件，转子包括转子铁芯和其周围均匀分布的偶数个永磁体。

连接为一体的上端盖、电机壳体和下端盖形成电机的外部整体结构，电机壳体内部的定子是电机静止不动的部分，定子的主要作用是产生旋转磁场，转子的主要作用是在旋转磁场中被磁力线切割进而产生电流，电机轴为转子关于定子转动时的转动中心，轴承位于上端盖和下端盖上以支撑电机轴，绝缘骨架用于实现电路板组件的安装定位，并使电路板组件与外部绝缘，电路板组件用于控制电机的电路驱动。

所述的永磁体径向充磁，永磁体为内外两边均为弧形的长条形或双面凸出的梭形或内边平齐，外边为弧形单面凸出的长条形。

定子与转子同轴安装，形成径向定转子气隙，通过改变永磁体的形状提高永磁体的工作点和增强电机的抗退磁能力和过载能力，在本领域内，永磁体的长度L除以厚度D的值越大，抗退磁能力及过载能力越低，当永磁体的形状为内外两边均为弧形的长条形时，永磁体的厚度D不变的前提下，减小了永磁体的长度L，永磁体的长度L除以厚度D的值减小，抗退磁能力及过载能力显著增强；当永磁体的形状为双面凸出的梭形时，在永磁体长度L不变的前提下，增加了永磁体的厚度D，永磁体的长度L除以厚度D的值减小，进一步增强了永磁体的抗退磁能力及过载能力；当永磁体的形状为内边平齐，外边为弧形单面凸出的长条形，原理与上述一致，在达到提高永磁体的工作点和增强电机的抗退磁能力和过载能力的前提下，更加方便永磁体的安装与定位。同时在同样的反向磁场作用下，上述3种形状的永磁体可提供更高的气隙磁密Br，进而提高电机的永磁体的工作点和提高过载能力，增强抗退磁能力。

所述的转子铁芯是切向式转子结构，转子铁芯上设有沿圆周均匀分布的永磁体槽，永磁体位于永磁体槽内，永磁体切向充磁，转子铁芯的内部设有扇形槽，扇形槽位于永磁体槽的里侧，扇形槽内设有可导磁移动滑块。

在本领域内，转子为切向式结构时，可具有更高的电机效率、转矩/电流比、转矩/体积比等特性，扇形槽位于永磁体槽的里侧靠近电机轴的位置，可导磁移动滑块在扇形槽的内部可以自由移动，在转子低速运转时，可导磁移动滑块的里侧与电机轴侧贴合，另一侧不与永磁体槽侧贴合，不影响电机低速大扭矩特性，当转子高速运转时，可导磁移动滑块在自身离心力的作用下往转子外表面移动，可导磁移动滑块与永磁体槽侧贴合，由于可导磁移动滑块可以导通磁场，使永磁体的N、S极导通，形成磁路短路，可降低电机反电势，提高电机最高转速，满足纯电动车低负载、高转速的特殊需求。

所述的可导磁移动滑块与永磁体槽之间设有可变形恢复装置，这样在转子恢复低速时，可导磁移动滑块在可变形恢复装置变形力的作用下回到扇形槽内与电机轴侧贴合。

所述的可导磁移动滑块的宽度H与永磁体槽的宽度W满足以下关系：H/W≥1.5，只有存在H/W≥1.5时，使一个永磁体内的N、S极导通效果越明显，形成磁路短路越大，漏磁越大，减少电机的反电势效果才能明显。

所述的电路板组件包括PCB电路板、PCB电路板上的霍尔位置传感器和安装孔，PCB电路板为现有的电路板，用于控制电机的电路驱动，霍尔位置传感器用于进行转子位置的判断，安装孔用于实现电路板组件的安装定位。

所述的绝缘骨架的架体上设有向上凸出的柱形构件，柱形构件的大小与电路板组件上的安装孔相配，电路板组件通过安装孔与绝缘骨架上向上凸出的柱形构件相互配合实现电路板组件在绝缘骨架上的安装固定，固定方式简单牢固，或将PCB电路板通过绑扎线直接与绕组线圈捆绑固定。

所述的定子槽的槽口处或定子铁芯的齿顶处设有与霍尔位置传感器相配的凹槽，可以牢固固定住霍尔位置传感器，生产批量一致性好，便于电动车驱动控制。

所述的转子铁芯的外部圆周上设有燕尾齿，永磁体位于2个燕尾齿之间的开口槽内，转子铁芯的中间部分设有扇形减重槽，转子铁芯的内圆上设有防滑构件，转子铁芯外圆上设有2p个均匀分布的燕尾齿，p为电机极对数，永磁体安装在2个燕尾齿之间的槽内，这样可以在周向和径向方向固定住永磁体，比胶水粘接的表贴式转子结构更可靠、牢固，适用于更高转速的使用环境，扇形减重槽可以减少转子的转动惯量，并节省成本，内圆用于穿过电机轴，防滑构件可以防止电机轴与转子铁芯之间的打滑现象。

所述的防滑构件的形状为沿内圆径向向内凸出的凸齿形或沿内圆径向向内平齐的直线形，防止电机轴与转子铁芯之间的打滑现象，适应各种恶劣的使用环境。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

提供一种纯电动车用永磁直流无刷电机，克服现有纯电动车用直流电励磁电动机及永磁直流有刷电动机的技术难题，采用径向式转子时对永磁体的形状进行改进，使电机具有较高的抗退磁能力和过载能力，采用切向式转子时，在保持电机较高效率的前提下，可具有更大的转矩/电流比、转矩/体积比和电机效率特性，低速时可使电机具有低速大扭矩特性，高速时可降低电机反电势，提高电机最高转速，满足纯电动车不同工况下的需求，同时整体结构简单紧凑，便于生产，制造成本低，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1的总体结构示意图；

图2为本发明实施例2转子的结构示意图；

图3为本发明实施例3转子的结构示意图；

图4为本发明实施例4转子的结构示意图；

图5为防滑构件另一种结构的示意图；

图6为实施例3中的永磁体、实施例4中的永磁体和一般永磁体在同样的使永磁体的磁化强度降为零所需施加的反向磁场强度的作用下气隙磁密的数值对比曲线图；

图7为实施例5切向式转子的结构示意图；

图8电路板组件的结构示意图；

图9为绝缘骨架的结构示意图；

图10为本发明中定子的结构示意图；

图11为本发明中定子的另一种结构示意图；

图中：1、定子；2、电机壳体；3、绝缘骨架；4、电机轴；5、转子；6、轴承；7、下端盖；8、上端盖；9、电路板组件；11、定子铁芯；31、柱形构件；51、转子铁芯；52、永磁体；53、燕尾齿；54、扇形减重槽；55、内圆；56、防滑构件；57、永磁体槽；58、扇形槽；59、可导磁移动滑块；60、可变形恢复装置；91、PCB电路板；92、霍尔位置传感器；93、安装孔；111、定子槽；112、绕组线圈；113、凹槽；114、齿顶。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：

实施例1:

如图1所示，本发明所述的纯电动车用永磁直流无刷电机，包括连接为一体的上端盖8、电机壳体2和下端盖7，电机壳体2的内部设有定子1以及设置在电机轴4上与之匹配的转子5、电机轴4的两端设置轴承6，电机轴4为转子5关于定子1转动时的转动中心，轴承6位于上端盖8和下端盖7上以支撑电机轴4，定子1包括内侧均匀分布定子槽111的定子铁芯11和嵌入定子槽111内的绕组线圈112，定子铁芯11的两端设有绝缘骨架3，绝缘骨架3上设有电路板组件9，转子5包括转子铁芯51和其周围均匀分布的偶数个永磁体52。

为进一步说明上述整体结构，如图8所示，电路板组件9包括PCB电路板91、焊接在PCB电路板91上的多个霍尔位置传感器92和安装孔93，PCB电路板91为现有的电路板，用于控制电机的电路驱动，霍尔位置传感器92用于进行转子5位置的判断，安装孔93用于实现电路板组件9的安装定位。

为进一步说明上述整体结构，如图9所示，绝缘骨架3的架体上设有向上凸出的柱形构件31，柱形构件31的大小与电路板组件9上的安装孔93相配，安装电路板组件9时，通过电路板组件9上的安装孔93与绝缘骨架3上的向上凸出的柱形构件31配合实现电路板组件9的安装固定，或将PCB电路板91通过绑扎线直接与绕组线圈112捆绑固定，此结构简单可靠，安装方便。

为进一步说明上述整体结构，如图10-11所示，定子槽111的槽口处或定子铁芯11的齿顶114处设有与霍尔位置传感器92相配的凹槽113，可以灵活的安装并牢固固定住霍尔位置传感器92，便于电动车驱动控制。

实施例2:

如图2所示，在实施例1的基础上，转子5采用径向式结构，转子5包括转子铁芯51和其周围均匀分布的偶数个永磁体52，永磁体52径向充磁，转子铁芯51的外部圆周上设有燕尾齿53，转子铁芯51外圆上设有2p个均匀分布的燕尾齿53，p为电机极对数，永磁体52位于2个燕尾齿53之间的开口槽内，即每个永磁体52的两边都有相同的燕尾齿53，可以在周向和径向方向固定住永磁体52，比胶水粘接的表贴式转子结构更可靠、牢固，适用于更高转速的使用环境，转子铁芯51的中间部分设有扇形减重槽54，扇形减重槽54可以减少转子5的转动惯量，并节省成本，转子铁芯51的内圆55上设有防滑构件56，防滑构件56的形状沿内圆55径向向内凸出的凸齿形或沿内圆55径向向内平齐的直线形，防滑构件56可以防止电机轴4与转子铁芯51之间的打滑现象，适应各种恶劣的使用环境，永磁体52的形状为内外两边均为弧形的长条形，在本领域内，永磁体52的长度L除以厚度D的值越大，抗退磁能力及过载能力越低，当永磁体52的形状为内外两边均为弧形的长条形时，减小了永磁体52的长度，永磁体52的厚度D不变，永磁体52的长度L除以厚度D的值增大，抗退磁能力及过载能力显著增强。

实施例3:

如图3所示，在实施例1的基础上，转子5采用径向式结构，转子5的结构与实施例2中的描述一致，永磁体52的形状为双面凸出的梭形，在永磁体52长度不变的前提下，增加了永磁体52的厚度，进一步增强了永磁体52的抗退磁能力及过载能力，同时在同样的反向磁场作用下，永磁体52可提供更高的气隙磁密Br，进而提高电机的永磁体52的工作点和提高过载能力，增强抗退磁能力。

实施例4:

如图4所示，在实施例1的基础上，转子5采用径向式结构，转子5的结构与实施例2和实施例3中描述的一致，永磁体52的形状为内边平齐，外边为弧形单面凸出的长条形，在永磁体52长度不变的前提下，增加了永磁体52的厚度，进一步增强了永磁体52的抗退磁能力及过载能力，同时在同样的反向磁场作用下，永磁体52可提供更高的气隙磁密Br，进而提高电机的永磁体52的工作点和提高过载能力，增强抗退磁能力，同时在达到提高永磁体52的工作点和增强电机的抗退磁能力和过载能力的前提下，更加方便永磁体52的安装与定位。

如图6所示，在图6中，1：实施例3中的永磁体52、2：实施例4中的永磁体52、3：一般永磁体52、Br：气隙磁密、Hcj(A/m)：使永磁体52的磁化强度降为零所需施加的反向磁场强度；在图6中可以清晰的看出实施例3中的永磁体52和实施例4中的永磁体52和一般永磁体52相比，在同样的反向磁场强度下，实施例3中的永磁体52和实施例4中的永磁体52气隙磁密的值显著高于一般永磁体52，进而提高电机的永磁体52的工作点和提高过载能力，增强抗退磁能力。

实施例5:

如图7所示，在实施例1的基础上，转子5采用切向式结构，转子5可具有更高的电机效率、转矩/电流比、转矩/体积比等特性，转子铁芯51上设有沿圆周均匀分布的永磁体槽57，永磁体52位于永磁体槽57内，永磁体52切向充磁，转子铁芯51的内部靠近电机轴4处设有扇形槽58，扇形槽58位于永磁体槽57的里侧，扇形槽58内的最里侧设有可导磁移动滑块59，可导磁移动滑块59在扇形槽58的内部可以自由移动，可导磁移动滑块59在转子5低速运转时，在扇形槽58内与电机轴4侧贴合，不影响电机低速大扭矩特性，当转子5高速运转时，可导磁移动滑块59在自身离心力的作用下往转子5外表面移动，与永磁体槽57侧贴合，使永磁体52的N、S极导通，形成磁路短路，可降低电机反电势，提高电机最高转速，满足纯电动车低负载、高转速的特殊需求。

为进一步说明实施例5，可导磁移动滑块59与永磁体槽57之间设有可变形恢复装置60，这样在转子5恢复低速时，可导磁移动滑块59在可变形恢复装置60变形力的作用下回到扇形槽58内与电机轴4侧贴合，可变形恢复装置60可以为弹簧等弹性形变装置。

为进一步说明实施例5，可导磁移动滑块59的宽度H与永磁体槽57的宽度W满足以下关系：H/W≥1.5，只有存在H/W≥1.5时，使一个永磁体52内的N、S极导通效果越明显，形成磁路短路越大，漏磁越大，减少电机的反电势效果才能明显。

采用以上结合附图描述的本发明的实施例的纯电动车用永磁直流无刷电机，使电机具有较高的抗退磁能力和过载能力，采用切向式转子时，在保持电机较高效率的前提下，可具有更大的转矩/电流比、转矩/体积比和电机效率特性，但本发明不局限于所描述的实施方式。在不脱离本发明的原理和精神的情况下这些对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种纯电动车用永磁直流无刷电机，包括连接为一体的上端盖(8)、电机壳体(2)和下端盖(7)，电机壳体(2)的内部设有定子(1)以及设置在电机轴(4)上与之匹配的转子(5)、电机轴(4)的两端设置轴承(6)，其特征在于：所述的定子(1)包括内侧均匀分布定子槽(111)的定子铁芯(11)和嵌入定子槽(111)内的绕组线圈(112)，定子铁芯(11)的两端设有绝缘骨架(3)，绝缘骨架(3)上设有电路板组件(9)，转子(5)包括转子铁芯(51)和其周围均匀分布的偶数个永磁体(52)。

2.根据权利要求1所述的纯电动车用永磁直流无刷电机，其特征在于：所述的永磁体(52)径向充磁，永磁体(52)为内外两边均为弧形的长条形或双面凸出的梭形或内边平齐，外边为弧形单面凸出的长条形。

3.根据权利要求1所述的纯电动车用永磁直流无刷电机，其特征在于：所述的转子铁芯(51)是切向式转子结构，转子铁芯(51)上设有沿圆周均匀分布的永磁体槽(57)，永磁体(52)位于永磁体槽(57)内，永磁体(52)切向充磁，转子铁芯(51)的内部设有扇形槽(58)，扇形槽(58)位于永磁体槽(57)的里侧，扇形槽(58)内设有可导磁移动滑块(59)。

4.根据权利要求3所述的纯电动车用永磁直流无刷电机，其特征在于：所述的可导磁移动滑块(59)与永磁体槽(57)之间设有可变形恢复装置(60)。

5.根据权利要求3或4所述的纯电动车用永磁直流无刷电机，其特征在于：所述的可导磁移动滑块(59)的宽度H与永磁体槽(57)的宽度W满足以下关系：H/W≥1.5。

6.根据权利要求1所述的纯电动车用永磁直流无刷电机，其特征在于：所述的电路板组件(9)包括PCB电路板(91)、PCB电路板(91)上的霍尔位置传感器(92)和安装孔(93)。

7.根据权利要求1或6所述的纯电动车用永磁直流无刷电机，其特征在于：所述的绝缘骨架(3)的架体上设有向上凸出的柱形构件(31)，柱形构件(31)的大小与电路板组件(9)上的安装孔(93)相配。

8.根据权利要求1或6所述的纯电动车用永磁直流无刷电机，其特征在于：所述的定子槽(111)的槽口处或定子铁芯(11)的齿顶(114)处设有与霍尔位置传感器(92)相配的凹槽(113)。

9.根据权利要求1或2所述的纯电动车用永磁直流无刷电机，其特征在于：所述的转子铁芯(51)的外部圆周上设有燕尾齿(53)，永磁体(52)位于2个燕尾齿(53)之间的开口槽内，转子铁芯(51)的中间部分设有扇形减重槽(54)，转子铁芯(51)的内圆(55)上设有防滑构件(56)。

10.根据权利要求9所述的纯电动车用永磁直流无刷电机，其特征在于：所述的防滑构件(56)的形状为沿内圆(55)径向向内凸出的凸齿形或沿内圆(55)径向向内平齐的直线形。