CN112953152A - 一种电摩用高凸极比永磁电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电摩用高凸极比永磁电机，包括定子以及套设于定子外侧的转子，定子和转子之间设有气隙，定子通过固定支架与连接轴固定，转子包括转子铁芯以及呈周向均匀设置在转子铁芯上的多个磁钢槽组；每个磁钢槽组由两个呈V形分布的磁钢槽和一个一字形的磁钢槽组成，V形分布的两个磁钢槽的大开口朝向圆心，一字形的磁钢槽设置在V形的大开口处；每个磁钢槽均为轴向通槽，磁钢槽中内嵌有永磁体，永磁体非轴向的两个端部与磁钢槽之间存在空气间隙；V形分布的两个磁钢槽在靠近定子的一端均与气隙连通，在远离定子的一端互相独立。本发明可以解决V型槽磁桥部位磁密过饱和，铁耗高，电机效率低，以及应力集中的问题。
Description
技术领域
本发明属于电摩技术领域，尤其是涉及一种电摩用高凸极比永磁电机。
背景技术
随着新能源电动车进入大众视野，永磁轮毂电机结构紧凑，传动高效的特点更加符合电动车高效率、轻量化、智能化的发展要求。
公开号为CN 111725915 A的中国专利文献公开了一种磁阻式轮毂电机，包括转子、定子和连接轴，定子与连接轴周向定位固定，转子套设在定子外侧，转子包括轮辋、壳体、转子铁芯和永磁体，壳体和轮辋为一体结构或固定连接，转子铁芯为导磁性材料并设于壳体内侧且定位固定，转子铁芯上设有若干个磁钢槽，磁钢槽为轴向通槽，永磁体以内嵌入方式置于磁钢槽内，磁钢槽数量为偶数，每2个互成夹角且V形分布的磁钢槽构成一个磁钢槽组，磁钢槽组中的2个磁钢槽关于转子旋转圆的对称轴对称，磁钢槽组的V形分布的大开口朝向圆心，磁钢槽组呈周向均布。该电机适合弱磁提速驱动，实现高效率区间宽，续航里程长。
另外，公开机号为CN2627724Y的中国专利文献公开了一种轮毂电机外转子，包括轮毂，轮毂内表面有磁轭，磁轭圆环上有V形插孔，插孔内插有磁钢。
上述轮毂电机中，转子上都设有V形的槽孔用于放置磁钢，但是凸极比不够大，能提供的磁阻转矩有限，低速大扭矩能力仍不能满足市场需求。且上述现有技术中，V型槽隔磁桥部位磁密过饱和，导致电机铁耗增加，效率会有所降低。且磁桥部位薄，结构应力集中，有断裂的风险。
发明内容
本发明提供了一种电摩用高凸极比永磁电机，可以解决因V型槽磁桥部位磁密过饱和，铁耗高，电机效率低，以及应力集中的问题，同时解决电机扭矩输出能力不足，低速时扭矩不够大的问题。
本发明的技术方案如下：
一种电摩用高凸极比永磁电机，包括定子以及套设于定子外侧的转子，定子和转子之间设有气隙，所述的定子通过固定支架与连接轴固定，所述的转子包括转子铁芯以及呈周向均匀设置在转子铁芯上的多个磁钢槽组；
每个磁钢槽组由两个呈V形分布的磁钢槽和一个一字形的磁钢槽组成，V形分布的两个磁钢槽的大开口朝向圆心，一字形的磁钢槽设置在V形的大开口处；每个磁钢槽均为轴向通槽，磁钢槽中内嵌有永磁体，永磁体非轴向的两个端部与磁钢槽之间存在空气间隙；
V形分布的两个磁钢槽在靠近定子的一端均与气隙连通，在远离定子的一端互相独立。
本发明中，V型槽采用特殊设计，由于V形分布的两个磁钢槽在靠近定子的一端均与气隙连通，使得相邻磁钢槽组中相互靠近的两个永磁体的一端省去了磁桥，即省去了永磁体靠近定子一端的磁桥，直接采用空气隔磁，减少了漏磁，提高了永磁体的利用率，并且简化了结构。同时，在V型磁钢槽的中间设计了一字型磁钢槽，合理设计磁路，极大的增加了凸极比，增大了磁阻转矩，加强了电机的低速过载能力，适合弱磁提速的控制需求，大大的拓宽了电机的高效调速区域，同转矩和同转速时的电流更小，续航里程更长。
优选地，所述转子铁芯的外周均匀设置有多个燕尾槽，通过燕尾槽与轮毂内侧设置的燕尾块配合固定，装配简易，不会发生移位现象。
优选地，同一个磁钢槽组中，嵌入的三个永磁体极性相同，相邻两个磁钢槽组中的永磁体极性相反；永磁体均为径向充磁。
优选地，所述定子的定子铁芯采用非导磁材料，以较低铁损，进一步提升电机效率。
优选地，所述的转子铁芯由冲片叠压而成。
优选地，V形分布的两个磁钢槽的夹角为60°～85°。
优选地，一字形磁钢槽内的永磁体距离转子的内圆为0.3～1.5mm。进一步优选，一字型磁钢槽内的永磁体距离转子的内圆为0.8mm。
进一步地，所述转子的外径为220～235mm。
进一步地，所述定子的外径为195～210mm，定子的内径为140～160mm，定子的齿宽度为4～10mm，定子2的轭部厚度为3～8mm。
进一步优选，定子2内径为145～155mm，定子的齿宽为4～7mm，定子2的轭部厚度为3.5～6mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明将传统轮滚电机的永磁体表贴式结构和V型结构改进为内嵌式V字形和一字型组合的结构。此优化方案提高了凸极比，增加了磁阻转矩，加强了电机的过载能力，有效的降低了电机的铁损，提升电机的输出效率，使电机具有高凸极比、转矩密度大、效率高、低速大扭矩能力强的优异性能。
2、通过在V型布置的永磁体中间开口处设置一字型的永磁体，还增大了d轴电感，提高了弱磁效率和弱磁提速后的控制质量和稳定性，电机输出效率提升了4个百分点左右。此方案既保证了电机具备高速的高效率输出特性，也保留了电机本身的低速大扭矩输出特性，使电机的高效范围拓宽，电机的续航里程提升。
3、本发明中，V型槽采用特殊结构设计，V形分布的两个磁钢槽在靠近定子的一端均与气隙连通。省去了永磁体靠近定子一端的磁桥的磁桥，直接采用空气隔磁，减少了漏磁，提高了磁钢利用率，并且优化了结构，避免现有技术中磁桥位置磁密过饱和现象所导致的铁损增大，进一步提升了电机效率。
4、转子铁芯的外周均匀设置有多个燕尾槽，通过燕尾槽直接与轮毂燕尾块啮合固定，装配简易，连接稳固，不会发生移位现象。
附图说明
图1为本发明一种电摩用高凸极比永磁电机的整体结构示意图；
图2为图1中区域A的局部放大图。
图中：1-转子，2-定子，3-气隙，4-轮毂，5-固定支架，6-永磁体，7-燕尾槽，8-空气间隙，9-永磁体，10-转子铁芯。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
本实施例以10寸电动机用外转子内置式高凸极比的轮毂电机为例，如图1所示，包括转子1和定子2，转子1套设于定子的外侧，定子2和转子1之间设有气隙3。定子2通过固定支架5与连接轴固定。
如图2所示，转子1包括转子铁芯10以及呈周向均匀设置在转子铁芯10上的多个磁钢槽组。本实施例中，共48个磁钢槽组。
每个磁钢槽组由两个呈V形分布的磁钢槽和一个一字形的磁钢槽组成，V形分布的两个磁钢槽的大开口朝向圆心，一字形的磁钢槽设置在V形的大开口处，每个磁钢槽均为轴向通槽。磁钢槽组中的3个磁钢槽关于转子旋转圆的对称轴对称。
V形分布的两个磁钢槽中内嵌有永磁体6，一字形布置的磁钢槽中内嵌有永磁体9。永磁体非轴向的两个端部与磁钢槽之间存在空气间隙8。
本发明的电机结构，在V型磁钢槽中间，设计了一字型磁钢槽，合理设计磁路，极大的增加了凸极比，增大了磁阻转矩，加强了电机的低速过载能力。适合弱磁提速的控制需求，大大的拓宽了电机的高效调速区域，同转矩和同转速时的电流更小，续航里程更长。同时，定子铁芯采用非导磁性材料，以较低铁损，进一步提升电机效率。
如图2所示，V形分布的两个磁钢槽在靠近定子2的一端均与气隙3连通，在远离定子2的一端互相独立。本发明中，V型槽采用特殊设计，省去了永磁体6靠近定子一端的磁桥，直接采用空气隔磁，减少了漏磁，提高了永磁体的利用率，并且简化了结构。可以避免现有技术中磁桥位置磁密过饱和所导致的铁损增大问题。
另外，转子铁芯10的外周均匀设置有多个燕尾槽7，通过燕尾槽7与轮毂4内侧设置的燕尾块配合固定。
本实施例中，转子1的外径为226.6mm，V形分布的两个永磁体6的夹角为65°，一字型布置的永磁体9距离转子铁芯10的内圆为0.8mm。此角度和此距离配合本实施例的定子，电机性能最优。
定子2外径为205.3mm，定子2的齿宽为4.5～5.5mm，定子2的轭部厚度为5～5.5mm，定子2的内径为150mm。此设计方案，适用于大部分轮毂电机的市场需求，且足够的槽面积可以放置更多的导体，电机的电流过载能力提升，进一步提高了电机的功率密度。
相对于传统表贴式和V字型永磁电机而言，本发明的永磁电机，新增了一字型的永磁体设计，形成V一型永磁体结构，且V型槽采用新设计，省去了磁桥，磁钢端部直接通过空气隔磁；优化了磁路，提升了电机的磁阻转矩，增加了凸极比；避免了传统磁桥部位应力集中和磁密过饱和现象。且定子铁芯采用非导磁材料，有效的降低了定子铁耗，提升了电机效率。在整体上，电机的功率密度得到了提升，低速时转矩输出能力更强，高效区域广。
为验证本发明的效果，将本实施例的电机与相同参数的V字型永磁电机进行对比试验。其中，V字型永磁电机的磁钢槽组由两个呈V形分布的磁钢槽组成，相邻两个永磁体的端部均为磁桥连接，磁桥的材料和为转子铁芯本体材料构成。试验结果如下表1所示。
表1
| 电机性能参数 | 本实施例的电机 | 相同参数的V字型电机 |
| 功率(W) | 470 | 470 |
| 额定转矩(Nm) | 10 | 10 |
| 磁阻转矩占比(％) | 20％ | 13％ |
| 凸极比 | 1.9 | 1.5 |
| d轴电感(uH) | 530 | 490 |
| 铁损(W) | 17 | 23 |
| 额定工况效率(％) | 92 | 88 |
| 低速(120rpm)扭矩(Nm) | 80 | 70 |
从上表可以看出，本发明的电机在磁阻转矩占比、凸极比、d轴电感、额定工况效率、低速扭矩等指标上均优于相同参数的V字型电机，且具有更小的铁损。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种电摩用高凸极比永磁电机，包括定子(2)以及套设于定子(2)外侧的转子(1)，定子(2)和转子(1)之间设有气隙(3)，其特征在于，所述的定子(2)通过固定支架(5)与连接轴固定，所述的转子(1)包括转子铁芯(10)以及呈周向均匀设置在转子铁芯(10)上的多个磁钢槽组；
每个磁钢槽组由两个呈V形分布的磁钢槽和一个一字形的磁钢槽组成，V形分布的两个磁钢槽的大开口朝向圆心，一字形的磁钢槽设置在V形的大开口处；每个磁钢槽均为轴向通槽，磁钢槽中内嵌有永磁体，永磁体非轴向的两个端部与磁钢槽之间存在空气间隙(8)；
V形分布的两个磁钢槽在靠近定子(2)的一端均与气隙(3)连通，在远离定子(2)的一端互相独立。
2.根据权利要求1所述的电摩用高凸极比永磁电机，其特征在于，所述转子铁芯(10)的外周均匀设置有多个燕尾槽(7)，通过燕尾槽(7)与轮毂(4)内侧设置的燕尾块配合固定。
3.根据权利要求1所述的电摩用高凸极比永磁电机，其特征在于，同一个磁钢槽组中，嵌入的三个永磁体极性相同，相邻两个磁钢槽组中的永磁体极性相反；永磁体均为径向充磁。
4.根据权利要求1所述的电摩用高凸极比永磁电机，其特征在于，所述定子(2)的定子铁芯采用非导磁材料。
5.根据权利要求1所述的电摩用高凸极比永磁电机，其特征在于，所述的转子铁芯(10)由冲片叠压而成。
6.根据权利要求1所述的电摩用高凸极比永磁电机，其特征在于，V形分布的两个磁钢槽的夹角为60°～85°。
7.根据权利要求1所述的电摩用高凸极比永磁电机，其特征在于，一字形的磁钢槽内的永磁体距离转子的内圆为0.3～1.5mm。
8.根据权利要求1所述的电摩用高凸极比永磁电机，其特征在于，转子(1)的外径为220～235mm。
9.根据权利要求1所述的电摩用高凸极比永磁电机，其特征在于，所述定子(2)的外径为195～210mm，定子(2)的内径为140～160mm，定子(2)的齿宽度为4～10mm，定子(2)的轭部厚度为3～8mm。
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