CN109980880A - 三相分离定子无轭模块化轴向磁通永磁盘式轮毂直驱电机 - Google Patents

三相分离定子无轭模块化轴向磁通永磁盘式轮毂直驱电机 Download PDF

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马泽新
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Abstract

三相分离定子无轭模块化轴向磁通永磁盘式轮毂直驱电机，属于无刷直流电机领域，本发明为解决现在轮毂电机存在的问题。本发明包括外转子、内定子和固定轴，内定子的三组定子支架并列设置在固定轴上，定子支架沿周向均布2p个铁芯安装孔，铁芯安装孔用于安装缠绕定子绕组5的定子铁芯模块；外转子的转子支架具有一个转子连接外筒和四个圆环转子背铁，形成三个环形腔区域，每个环形腔区域内容纳一组定子支架，每个环形区域的两个内端面均设置4p个永磁体，永磁体沿轴向充磁，同一端面上相邻两个永磁体充磁方向相反，同一环形腔内、两个端面的永磁体充磁方向相反，三个环形腔的永磁体周向依次相差120电角度排布。

Description

三相分离定子无轭模块化轴向磁通永磁盘式轮毂直驱电机
技术领域
本发明属于无刷直流电机领域。
背景技术
能源与环保是当今世界发展面临的重大难题，电动汽车由于具有零排放，对环境十分友好的特点，逐渐受到市场的认可，如今市场上大多数的电动汽车使用的电驱动系统主要采取的是集中式驱动系统，与传统的汽油和柴油发动机相似，将驱动电机放置于汽车地底盘上的前部或者后部，通过传动轴将动力传递到各车轮，而轮毂电机可以灵活的将驱动系统布置在汽车驱动轮上，与车轮巧妙地融为一体,可以对各个轮毂电机独立控制，使系统控制效率有效提高。
随着设计的不断进步，常规的永磁电机拓扑结构的轮毂电机已经无法完成效率，功率密度等性能指标的要求。
为了克服常规永磁轮毂电机存在的缺陷，轮毂电机设计为定子无轭模块化轴向磁通永磁电机，虽然该拓扑结构电机具有功率密度大的特性，但其三相电路相互耦合，会导致效率降低，控制成本上升。
发明内容
本发明目的是为了解决现在轮毂电机存在的问题，提供了一种三相分离定子无轭模块化轴向磁通永磁盘式轮毂直驱电机。
本发明所述三相分离定子无轭模块化轴向磁通永磁盘式轮毂直驱电机，包括外转子、内定子和固定轴1，内定子固定设置在固定轴1上，内定子设置在外转子的内部，且二者之间存在气隙，外转子与固定轴1之间通过轴承7实现转动连接；
内定子包括三组定子支架4、6p个定子绕组5和6p个定子铁芯模块6，三组定子支架4并列设置在固定轴1上，定子支架4沿周向均布2p个铁芯安装孔4-1，铁芯安装孔4-1用于安装定子铁芯模块6，每个定子铁芯模块6上缠绕一个定子绕组5，p为定子极对数；
外转子包括转子支架2和24p个永磁体3，转子支架2具有一个转子连接外筒和四个圆环转子背铁，四个圆环转子背铁垂直于转子连接外筒分割出三个环形腔区域，每个环形腔区域内容纳一组定子支架4，每个环形区域的两个内端面均设置4p个永磁体3，所述4p个永磁体3沿圆周方向均布在圆环转子背铁上，永磁体3沿轴向充磁，同一端面上相邻两个永磁体3充磁方向相反，同一环形腔内、两个端面的永磁体3充磁方向相反，三个环形腔的永磁体3周向依次相差120电角度排布。
优选地，固定轴1表面设置有轴向键槽1-1，内定子通过键销、轴向键槽1-1的配合实现与固定轴1之间的固定。
优选地，中间两个圆环转子背铁设置有轴向气隙腔9。
优选地，还包括轴承盖8，用于保护设置于外侧的两个轴承7。
优选地，转子支架2由多块扇形结构拼接成圆环结构。
优选地，每组定子支架4上的2p个定子绕组5作为一相绕组独立供电。
本发明的有益效果：本发明提供了一种三相分离定子无轭模块化永磁盘式轮毂直驱电机。电机采用外转子结构，可直接与汽车轮胎结合，进行直驱驱动，可减少电驱系统在汽车内部的空间占有率，从而给电池留有更多空间，提升整车续航里程。本发明的电机采用表贴式永磁体，轴向磁通路径，电机内部空间利用率高，相比与径向磁路的电机，在有限的空间内装有更多永磁体，有利于提升功率密度，转矩密度。定子绕组采用三相独立供电，消除三相之间的互感，从而进一步提高电机效率。
定子采用无轭模块化设计，定子模块间缝隙较大，有利于通风散热，有效降低永磁体表面温度，极大的降低损耗，减小永磁体退磁风险，使电机长时间保持高功率状态运行。
电机共有三个磁通路径，对应三组永磁体排列，每组永磁体排列相差120°电角度，保证电机平稳运行。
附图说明
图1是本发明所述三相分离定子无轭模块化轴向磁通永磁盘式轮毂直驱电机的外部结构示意图；
图2是图1的左视图；
图3是图1的轴剖图；
图4是固定轴的结构示意图；
图5是定子支架的结构示意图；
图6是内定子中的定子铁芯模块缠绕定子绕组的结构示意图；
图7是定子铁芯模块的结构示意图；
图8是定子绕组的结构示意图；
图9是永磁体排布图；
图10是外转子的结构示意图；
图11是组成外转子的单块结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
参见图1至图11，本实施方式所述三相分离定子无轭模块化轴向磁通永磁盘式轮毂直驱电机包括外转子、内定子和固定轴1，内定子固定设置在固定轴1上，内定子设置在外转子的内部，且二者之间存在气隙，外转子与固定轴1之间通过轴承7实现转动连接；
内定子包括三组定子支架4、6p个定子绕组5和6p个定子铁芯模块6，三组定子支架4并列设置在固定轴1上，定子支架4沿周向均布2p个铁芯安装孔4-1，铁芯安装孔4-1用于安装定子铁芯模块6，每个定子铁芯模块6上缠绕一个定子绕组5，p为定子极对数；
外转子包括转子支架2和24p个永磁体3，转子支架2具有一个转子连接外筒和四个圆环转子背铁，四个圆环转子背铁垂直于转子连接外筒分割出三个环形腔区域，每个环形腔区域内容纳一组定子支架4，每个环形区域的两个内端面均设置4p个永磁体3，所述4p个永磁体3沿圆周方向均布在圆环转子背铁上，永磁体3沿轴向充磁，同一端面上相邻两个永磁体3充磁方向相反，同一环形腔内、两个端面的永磁体3充磁方向相反，三个环形腔的永磁体3周向依次相差120电角度排布。
由于定子铁芯采用模块化设计，电机的定子铁芯模块6间可以留有较大的空隙，从而实现良好的通风效果，有效降低永磁体表面温度，减小退磁风险，使电机长时间保持高功率状态运行。
参见图1、2和4，固定轴1表面设置有轴向键槽1-1，内定子通过键销、轴向键槽1-1的配合实现与固定轴1之间的固定。
参见图11，中间两个圆环转子背铁设置有轴向气隙腔9。是为了防止三组模块的磁路相互干扰。
参见图3，还包括轴承盖8，用于保护设置于外侧的两个轴承7。
参见图10和11，转子支架2由多块扇形结构拼接成圆环结构。
每组定子支架4上的2p个定子绕组5作为一相绕组独立供电，由于电机采用每组模块单相通电，从而消除绕组间的互感。
下面给出本实施方式电机的组装过程：
第一步：将图8所示定子绕组5安装在图7所示的定子铁芯模块6上，安装完成后如图6所示。
第二步：将图6中的定子铁芯安装模块6在图5所示的定子支架4中，一共安装三组。
第三步：将第一组定子支架4安装在固定轴1上指定位置，并将定子绕组5引出线放置在定子绕组引出线槽内。并将定子支架4焊在固定轴1上。
第四步：分别在已固定的定子支架4两侧安装一个轴承7。
第五步：分别在左侧轴承的左侧、右侧轴承的右侧安装在第二步中完成装配的第二组、第三组定子支架4，并将定子绕组5引出线放置在定子绕组引出线槽内，将定子支架4焊在固定轴1上。
第六步：分别在第二组定子支架的左侧、第三组定子支架的右侧放置一个轴承7。
第七步:分别将外转子的圆环转子背铁安装在轴承上，并将四块圆环转子背铁用转子连接外筒焊在一起。
第八步：分别将两个轴承盖8安装在外侧轴承的两侧，并将轴承盖8焊在转子支架2上。
第九步：将定子绕组引出线粘在定子绕组引出线槽内，以保证定子绕组引出线的固定。
电机共有三个磁通路径，对应三组永磁体排列。本实施方式电机具有功率密度的大的优势，并且减小电机温升，减小电机内永磁体收到温度影响造成不可逆退磁的风险。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.三相分离定子无轭模块化轴向磁通永磁盘式轮毂直驱电机，其特征在于，包括外转子、内定子和固定轴(1)，内定子固定设置在固定轴(1)上，内定子设置在外转子的内部，且二者之间存在气隙，外转子与固定轴(1)之间通过轴承(7)实现转动连接；
内定子包括三组定子支架(4)、6p个定子绕组(5)和6p个定子铁芯模块(6)，三组定子支架(4)并列设置在固定轴(1)上，定子支架(4)沿周向均布2p个铁芯安装孔(4-1)，铁芯安装孔(4-1)用于安装定子铁芯模块(6)，每个定子铁芯模块(6)上缠绕一个定子绕组(5)，p为定子极对数；
外转子包括转子支架(2)和24p个永磁体(3)，转子支架(2)具有一个转子连接外筒和四个圆环转子背铁，四个圆环转子背铁垂直于转子连接外筒分割出三个环形腔区域，每个环形腔区域内容纳一组定子支架(4)，每个环形区域的两个内端面均设置4p个永磁体(3)，所述4p个永磁体(3)沿圆周方向均布在圆环转子背铁上，永磁体(3)沿轴向充磁，同一端面上相邻两个永磁体(3)充磁方向相反，同一环形腔内、两个端面的永磁体(3)充磁方向相反，三个环形腔的永磁体(3)周向依次相差120电角度排布。
2.根据权利要求1所述三相分离定子无轭模块化轴向磁通永磁盘式轮毂直驱电机，其特征在于，固定轴(1)表面设置有轴向键槽(1-1)，内定子通过键销、轴向键槽(1-1)的配合实现与固定轴(1)之间的固定。
3.根据权利要求1所述三相分离定子无轭模块化轴向磁通永磁盘式轮毂直驱电机，其特征在于，中间两个圆环转子背铁设置有轴向气隙腔(9)。
4.根据权利要求1所述三相分离定子无轭模块化轴向磁通永磁盘式轮毂直驱电机，其特征在于，还包括轴承盖(8)，用于保护设置于外侧的两个轴承(7)。
5.根据权利要求1所述三相分离定子无轭模块化轴向磁通永磁盘式轮毂直驱电机，其特征在于，转子支架(2)由多块扇形结构拼接成圆环结构。
6.根据权利要求1所述三相分离定子无轭模块化轴向磁通永磁盘式轮毂直驱电机，其特征在于，每组定子支架(4)上的2p个定子绕组(5)作为一相绕组独立供电。
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