CN105846568A - 一种外转子轮毂电机的模块化转子 - Google Patents

一种外转子轮毂电机的模块化转子 Download PDF

Info

Publication number
CN105846568A
CN105846568A CN201610170184.5A CN201610170184A CN105846568A CN 105846568 A CN105846568 A CN 105846568A CN 201610170184 A CN201610170184 A CN 201610170184A CN 105846568 A CN105846568 A CN 105846568A
Authority
CN
China
Prior art keywords
rotor
permanent magnet
motor
magnetic
stator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610170184.5A
Other languages
English (en)
Inventor
樊英
陈斯雨
谭超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201610170184.5A priority Critical patent/CN105846568A/zh
Publication of CN105846568A publication Critical patent/CN105846568A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2786—Outer rotors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Abstract

本发明公开了一种外转子轮毂电机的模块化转子，该转子内部设有空腔，该转子包括设置于转子外表面的若干转子铁心冲片(1)、若干永磁体(2)和隔磁区域(3)，位于转子(1)空腔中的定子(5)、将定子(5)与其他部件隔离的接触的气隙(4)；若干转子铁心冲片(1)组成转子本体，转子铁心冲片(1)设有若干通槽，若干永磁体(2)分别放置在转子铁心冲片(1)的通槽中，该通槽中未被永磁体填充的部分形成隔磁区域(3)。与现有的外转子设计相比，本发明在不增加工艺难度和成本的同时，增加电机的转矩输出能力，提高电机设计的灵活性，在电动汽车车轮直接驱动的应用上，具有很大的优势。

Description

一种外转子轮毂电机的模块化转子
技术领域
本发明涉及一种外转子轮毂电机的模块化转子设计，属于永磁电机设计领域。
背景技术
电动汽车驱动用电机广泛采用永磁同步电机，它具有功率密度高、转矩输出能力强、调速范围宽以及效率高等优点。驱动电机在车内的放置位置，正在从间接的集中驱动的方式向直接的、多轮控制运动的轮毂驱动的方式发展。传统的集中驱动电机采用内转子永磁同步电机，若直接移植为轮毂电机，其转矩输出能力在车轮空间内是有限的，需要额外的机械传动装置，系统复杂，不易维护。如何设计直接驱动型外转子轮毂电机，从而有效地省去传统的复杂的机械传动装置，是目前电动汽车产业的迫切需求，也是研究领域的热点。
为了满足电机的驱动要求，在有限的车轮空间内能够提供足够大的转矩输出，对转子结构进行设计和改良是一种非常有效、节约成本的改进措施。与圆柱体形状的内转子不同，外转子电机的转子呈立体环形。目前，外转子轮毂电机的转子通过表贴的方式，将永磁体按对排布在立体环形整体式铁心的内侧，形成表贴式的永磁电机结构。排布细节又可分为永磁体问有空隙和无空隙两种。但这类的电机，永磁体的固定不够牢固，使得用磁体易面临机械碰撞退磁的风险，故障率高；表贴的方式增大了电机的等效气隙的长度，甚至会降低永磁体的利用率，导致成本过高。
发明内容
技术问题：本发明提出一种外转子轮毂电机的模块化转子，解决了传统一体化表贴式永磁转子结构松散、形式单一的问题；通过内置永磁体，隔磁桥以及磁障的设计减小等效气隙长度，改善气隙磁密，提高驱动电机的转矩输出能力；同时，通过对称模块的组合，降低制造工艺难度，减少生产成本。
发明内容：为解决上述技术问题，本发明提供一种外转子轮毂电机的模块化转子，该转子内部设有空腔，该转子包括设置于转子外表面的若干转子铁心冲片、若干永磁体和隔磁区域，位于转子空腔中的定子、将定子与其他部件隔离的接触的气隙；
若干转子铁心冲片组成转子本体，转子铁心冲片设有若干通槽，若干永磁体分别放置在转子铁心冲片的通槽中，该通槽中未被永磁体填充的部分形成隔磁区域。
优选的，该转子采用24极转子。
优选的，隔磁区域分布于永磁体的两侧或者永磁体的后侧。
有益效果：
(1)内置的聚磁型永磁体增强聚磁效果，增加凸极率，从而提高电动机功率密度及转矩密度，且有效地拓宽了电机的调速范围，价格相对昂贵的永磁体利用率高。
(2)永磁体两侧的隔磁桥以及不对称磁障的设置，限制了转子漏磁，提高气隙磁密，从而提高电动机的输出能力及过载能力。
(3)永磁体后侧的隔磁区域，通过改变d轴磁路磁阻，提高输出转矩中的磁阻转矩分量，有效改善了电机的输出性能，使其更适用于轮毂的应用场合。
(4)改变转子模块内侧圆弧线性，实现非均匀气隙的设计，能够修正并提高了气隙磁密波形的正弦度，从而提高了反电动势的正弦度，减小了转矩脉动同时降低了电机的铁耗。
(5)结构紧凑牢固、设计合理，使得机械应力分布均匀，永磁体面临机械碰撞失磁风险大大降低。
(6)单元模块的生产符合各材料现有的加工方式。由于对称模块的统一性，生产过程中每种材料只需要同一套模具，模具尺寸减小，极大地降低了成本，适合批量化生产。
(7)转子整体上装配更加简单，通过永磁模块与硅刚模块首先形成复合模块，再进行复合模块组合的方式，克服了传统一体化转子的永磁体难以安装的缺陷。
(8)在电机部分发生故障情况下，模块化转子只需更换发生故障的模块，更换方便，并且不会造成有效部分的浪费。
(9)模块数量的选取可视电机尺寸、电机极数而灵活选取，一般情况下模块的个数为偶数个，对于尺寸较大、极数较多的电机，使其模块数等于极数，便于产品的运输，降低运输过程对电机造成的损坏。
附图说明
图1为本发明电机横向剖面图，
图2a为本发明的单层永磁转子模块拼接示意图，
图2b为本发明的单层V型永磁后磁障转子模块拼接示意图，
图2c为本发明的双层永磁不对称磁障转子模块拼接示意图。
其中：1-转子铁心冲片、2-永磁体、3-隔磁区域、4-电机气隙，5-定子，6-模块分割线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明提供的外转子永磁电机的模块化转子设计，其中：本发明所设计的转子结构整体上具有内置式永磁电机的特性，在较好地实现了永磁电动机转矩输出能力的提高的同时提高永磁材料的利用率，从而有效地增加了外转子永磁电机的转矩密度与功率密度；本发明所设计的转子结构模块采用对称模块，从工艺角度上降低难度、节约成本，从电机角度上适应内置式转子的设计需求，灵活设置隔磁桥、不对称磁障、非均匀气隙，能够满足电机设计要求的具体变化。与现有的外转子设计相比，本发明在不增加工艺难度和成本的同时，增加电机的转矩输出能力，提高电机设计的灵活性，在电动汽车车轮直接驱动的应用上，具有很大的优势。
本发明的设计原理如下：模块化转子设计的目的是充分利用环形外转子的设计空间，提高电机的输出性能，实现低速大转矩的效果。永磁体内置后，等效气隙减小，气隙磁密得到提高。在各模块内，永磁体采用瓦片型或V型设计具有聚磁效果，永磁体利用率较高。永磁体周围的隔磁桥或磁障设计，通过提高漏磁路径的磁阻，使得磁桥达到饱和来限制产生的漏磁，减少谐波，提高波形的正弦度，进一步提了高气隙磁密。
根据输出转矩的计算公式：(式中p为极对数，β为定子电流向量相对于q轴的夹角，Ld、Lq分别为d轴和q轴的电感，Ia为相电流的峰值，λpm为永磁体产生的主磁链)，可以看出输出的转矩由永磁转矩和磁阻转矩合成而来，Ld与Lq的差值越大，转矩输出能力越强。永磁体后侧中线上的对称磁障设置，通过改变d轴的磁阻，能够提高两者的差值，增加转矩输出。永磁体周围的不对称磁障设计，使得两个转矩分量分别达到最大值的电流相角更加接近，使两者叠加的矢量和得到极大的提高。总的来说，通过模块化转子的设计，在电机性能上得到了气隙磁密幅值的提高，气隙磁密波形正弦度的改善，以及转矩输出提高的同时转矩脉动受到抑制的优良效果。
与此同时，统一化的模块设计简化了制造工艺，方便永磁体的安装，降低材料的报废率，同时兼顾了整体的机械强度。
本发明公开了一种外转子轮毂电机的模块化转子设计，极大地提高了驱动电机的转矩密度，节约成本。转子内置有聚磁型永磁体，在永磁体周围设置隔磁桥或不对称磁障。转子通过相同模块的组合构成整体，组合的方式可分为插入式以及拼接式，能够保证转子结构的紧凑与牢固。
转子铁心冲片1叠压后，即可便捷地安装对应永磁体2，构成一个转子模块。转子模块采用嵌入的方式进行拼接，最终构成圆环状的整体。两个转子铁心模块的嵌入的方式应当考虑有平行或者垂直嵌入，以满足转子铁心模块上的凸槽与凹槽设计。
本发明提供的一种外转子轮毂电机的模块化转子，该转子内部设有空腔，该转子包括设置于转子外表面的若干转子铁心冲片1、若干永磁体2和隔磁区域3，位于转子1空腔中的定子5、将定子5与其他部件隔离的接触的气隙4；
若干转子铁心冲片1组成转子本体，转子铁心冲片1设有若干通槽，若干永磁体2分别放置在转子铁心冲片1的通槽中，该通槽中未被永磁体填充的部分形成隔磁区域3。隔磁区域可以磁桥或磁障。
通过调整转子1内径和定子5外径的长度，调整气隙4的形状。
气隙4的形状可以不采用均匀的圆环，通过转子模块内侧的弧度的改变，配合定子侧拓扑结构的变化，使得气隙4呈非均匀环状，永磁体2每一极下气隙厚度按周期变化。
当转子2的内周与定子5的外周为同心圆时，气隙4的形状为均匀的圆环。否则，气隙形状非均匀。通过转子模块内周的弧度的改变，可使得气隙4呈非均匀环状，永磁体2每一极下气隙厚度按周期变化。
该转子采用24极转子。
隔磁区域3分布于永磁体2的两侧或者永磁体2的后侧。
转子铁心冲片1的构造具有用于拼接的凸槽与凹槽。凸槽与凹槽具有相同的形状，使得拼装后整体的转子结构更加紧凑。图2a中的凸槽与凹槽位于永磁体2后部与转子铁心冲片1外部之间的位置。图2b中的凸槽与凹槽位于永磁体2后部，V型通槽的中线上。
永磁体2应当考虑图2中的多种布设方式，以应对电机性能要求不同的场合。图2a中采用瓦片型永磁体2，瓦片型内外弧线不与转子内外弧线平行，选取弧度较大，能够提高模块化拼接紧凑程度且具有聚磁效果。图2b在V型通槽内侧布设有两块矩型永磁体2，聚磁性能进一步提高。图2c充分利用转子空间，同时布设有瓦片型和V型永磁体2，形成双层永磁体结构。
隔磁桥或磁障3分布于永磁体2的两侧或者永磁体2的后侧。图2b中磁障3位于永磁体2后侧V型通槽的中线上，以月牙形对称分布，中空或者填充隔磁材料。图2c中隔磁桥或磁障3不对称分布于V型永磁体2的两侧，右侧磁障3向外部延伸。
模块分割线6表征构成外转子的模块的个数。图1中分为4个模块，图2中分为与电机极数相等的24个模块，应当指出模块个数有最大的约束但并不固定。此外，转子的模块分割应当考虑还有进一步轴向分段组合的可能。
定子外径和转子内径所形成的圆周不是均匀的圆周时，可以产生非均匀的气隙的形状，不再是均匀的圆环型。通过改变气隙形状，调整电机的性能。改变转子模块下方弧线的凹凸性，使气隙的宽度在每一永磁体磁极下按周期非均匀地变化。应当考虑进一步非均匀气隙设计的可能。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种外转子轮毂电机的模块化转子，其特征在于，该转子内部设有空腔，该转子包括设置于转子外表面的若干转子铁心冲片(1)、若干永磁体(2)和隔磁区域(3)，位于转子(1)空腔中的定子(5)、将定子(5)与其他部件隔离的接触的气隙(4)；
若干转子铁心冲片(1)组成转子本体，转子铁心冲片(1)设有若干通槽，若干永磁体(2)分别放置在转子铁心冲片(1)的通槽中，该通槽中未被永磁体填充的部分形成隔磁区域(3)。
2.根据权利要求1所述的外转子轮毂电机的模块化转子，其特征在于，该转子采用24极转子。
3.根据权利要求1所述的外转子轮毂电机的模块化转子，其特征在于，隔磁区域(3)分布于永磁体(2)的两侧或者永磁体(2)的后侧。
CN201610170184.5A 2016-03-23 2016-03-23 一种外转子轮毂电机的模块化转子 Pending CN105846568A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610170184.5A CN105846568A (zh) 2016-03-23 2016-03-23 一种外转子轮毂电机的模块化转子

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610170184.5A CN105846568A (zh) 2016-03-23 2016-03-23 一种外转子轮毂电机的模块化转子

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105846568A true CN105846568A (zh) 2016-08-10

Family

ID=56584417

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610170184.5A Pending CN105846568A (zh) 2016-03-23 2016-03-23 一种外转子轮毂电机的模块化转子

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105846568A (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107947405A (zh) * 2016-10-13 2018-04-20 华晨汽车集团控股有限公司 一种t型4/2结构开关磁阻电机
WO2018138187A1 (de) * 2017-01-30 2018-08-02 Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag Blechpaketscheibe mit einer mehrzahl von blechpaketscheibensegmenten sowie rotor
CN109149816A (zh) * 2018-09-28 2019-01-04 苏州润吉驱动技术有限公司 一种拼接式永磁电机外转子
CN110365132A (zh) * 2019-07-02 2019-10-22 武汉研道科技有限公司 一种电动汽车用变支路模块化永磁内置式外转子轮毂电机
CN110690803A (zh) * 2019-09-23 2020-01-14 江苏大学 一种电动车驱动用低成本交替极永磁轮毂电机
WO2020016320A3 (de) * 2018-07-17 2020-03-26 Thyssenkrupp Ag Rotor für einen elektromotor, verfahren zur herstellung eines rotors, sowie elektromotor
CN110971029A (zh) * 2018-09-28 2020-04-07 佛山市威灵洗涤电机制造有限公司 转子冲片、转子和电机

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002010602A (ja) * 2000-06-19 2002-01-11 Toshiba Digital Media Engineering Corp 永久磁石形モータ及びエレベータ装置
JP2002233122A (ja) * 2001-02-05 2002-08-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd アウターロータモータ、アウターロータモータの製造方法、及びアウターロータモータを組み込んだ電気自動車
CN1389359A (zh) * 2001-05-31 2003-01-08 本田技研工业株式会社 电动辅助自行车
JP2004350380A (ja) * 2003-05-21 2004-12-09 Honda Motor Co Ltd 永久磁石式回転子およびブラシレスモータ
CN1581638A (zh) * 2003-08-01 2005-02-16 日产自动车株式会社 旋转电机
CN2730002Y (zh) * 2004-02-27 2005-09-28 杨雪梅 稀土永磁电动机
JP2010233370A (ja) * 2009-03-27 2010-10-14 Toshiba Corp 永久磁石モータおよび洗濯機
CN102570753A (zh) * 2011-12-29 2012-07-11 中国科学院深圳先进技术研究院 一种永磁谐波电机
CN103795210A (zh) * 2012-10-26 2014-05-14 西门子公司 永磁激励同步电机
CN103840586A (zh) * 2014-02-27 2014-06-04 上海中科深江电动车辆有限公司 永磁外转子轮毂电机
JP2015002565A (ja) * 2013-06-13 2015-01-05 株式会社豊田中央研究所 回転電機
CN104659938A (zh) * 2013-11-25 2015-05-27 三星电子株式会社 电机
CN105048671A (zh) * 2015-08-19 2015-11-11 武汉迈信电气技术有限公司 一种不对称v型转子冲片以及使用其的内置式永磁电机

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002010602A (ja) * 2000-06-19 2002-01-11 Toshiba Digital Media Engineering Corp 永久磁石形モータ及びエレベータ装置
JP2002233122A (ja) * 2001-02-05 2002-08-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd アウターロータモータ、アウターロータモータの製造方法、及びアウターロータモータを組み込んだ電気自動車
CN1389359A (zh) * 2001-05-31 2003-01-08 本田技研工业株式会社 电动辅助自行车
JP2004350380A (ja) * 2003-05-21 2004-12-09 Honda Motor Co Ltd 永久磁石式回転子およびブラシレスモータ
CN1581638A (zh) * 2003-08-01 2005-02-16 日产自动车株式会社 旋转电机
CN2730002Y (zh) * 2004-02-27 2005-09-28 杨雪梅 稀土永磁电动机
JP2010233370A (ja) * 2009-03-27 2010-10-14 Toshiba Corp 永久磁石モータおよび洗濯機
CN102570753A (zh) * 2011-12-29 2012-07-11 中国科学院深圳先进技术研究院 一种永磁谐波电机
CN103795210A (zh) * 2012-10-26 2014-05-14 西门子公司 永磁激励同步电机
JP2015002565A (ja) * 2013-06-13 2015-01-05 株式会社豊田中央研究所 回転電機
CN104659938A (zh) * 2013-11-25 2015-05-27 三星电子株式会社 电机
CN103840586A (zh) * 2014-02-27 2014-06-04 上海中科深江电动车辆有限公司 永磁外转子轮毂电机
CN105048671A (zh) * 2015-08-19 2015-11-11 武汉迈信电气技术有限公司 一种不对称v型转子冲片以及使用其的内置式永磁电机

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107947405A (zh) * 2016-10-13 2018-04-20 华晨汽车集团控股有限公司 一种t型4/2结构开关磁阻电机
WO2018138187A1 (de) * 2017-01-30 2018-08-02 Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag Blechpaketscheibe mit einer mehrzahl von blechpaketscheibensegmenten sowie rotor
WO2020016320A3 (de) * 2018-07-17 2020-03-26 Thyssenkrupp Ag Rotor für einen elektromotor, verfahren zur herstellung eines rotors, sowie elektromotor
CN112823464A (zh) * 2018-07-17 2021-05-18 蒂森克虏伯股份公司 用于电动机的转子、用于制造转子的方法以及电动机
CN109149816A (zh) * 2018-09-28 2019-01-04 苏州润吉驱动技术有限公司 一种拼接式永磁电机外转子
CN110971029A (zh) * 2018-09-28 2020-04-07 佛山市威灵洗涤电机制造有限公司 转子冲片、转子和电机
CN110365132A (zh) * 2019-07-02 2019-10-22 武汉研道科技有限公司 一种电动汽车用变支路模块化永磁内置式外转子轮毂电机
CN110365132B (zh) * 2019-07-02 2021-10-29 武汉研道科技有限公司 一种电动汽车用变支路模块化永磁内置式外转子轮毂电机
CN110690803A (zh) * 2019-09-23 2020-01-14 江苏大学 一种电动车驱动用低成本交替极永磁轮毂电机

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105846568A (zh) 一种外转子轮毂电机的模块化转子
CN102005838B (zh) 大功率永磁电机转子,该转子的安装方法及该转子永磁体的充磁方法
CN104779758B (zh) 基于单双层混合绕组的模块化多相永磁同步电机
CN105978199B (zh) 永磁游标电机
CN105990967A (zh) 轴向间隙型旋转电机
CN101277053A (zh) 混合励磁型磁通切换电机
CN101980433B (zh) 周向移相轴向分段的楔形定子铁芯外永磁转子同步电机
CN103296798B (zh) 一种双速绕组定子表面贴装式双凸极永磁电机
CN107579636A (zh) 一种轴向并列式混合转子电机
CN101741197B (zh) 磁通切换型聚磁式横向磁通永磁风力发电机
CN202085046U (zh) 平滑转矩输出的轴向磁场永磁无刷电机
CN106451967A (zh) 电机
CN103269133A (zh) 一种环体盒结构横向磁通永磁或磁阻永磁电机
CN201188558Y (zh) 适于高速运行的磁通切换电机
CN204205765U (zh) 电机转子及具有其的电机
CN204103629U (zh) 内嵌式永磁电机用的转子铁芯
CN106451855A (zh) 一种交替极永磁电机
CN101494395A (zh) 定子内永磁电机
CN201536282U (zh) 一种具有磁场调节能力的磁通反向电机
CN103368292A (zh) 一种新型永磁电机的转子冲片结构
CN105656267A (zh) 双极性横向磁通永磁同步电机
CN102647055A (zh) 大功率永磁电机转子的安装方法
CN106100272B (zh) 一种少稀土齿轭互补的双凸极磁通可控电机
CN203377700U (zh) 一种新型的永磁电机转子
CN105958788A (zh) 同步磁阻电机

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160810