CN204068478U - 凸极永磁电机和包括该电机的电动车辆 - Google Patents

Abstract

公开了一种凸极永磁电机，包括定子和相对于定子可旋转的转子，所述转子包括：转子环，在其内周形成有容纳粘合剂的一个或多个周向凹槽；多个极靴，它们固定于转子环的内周且沿圆周方向彼此相隔地分布，相邻极靴之间形成接纳空间；以及多个永磁体，分别安置在相应的接纳空间中，并且也固定于转子环的内周；在由极靴和永磁体限定的外周与转子环的内周之间存在间隙，所述间隙具有适于产生吸入所述粘合剂的毛细力的宽度，所述极靴和永磁体通过所述粘合剂固定在转子环的内周上。包括这种电机的电动车辆也被公开。根据本申请的电机具有高输出扭矩和大运转速度范围。

Description

凸极永磁电机和包括该电机的电动车辆

技术领域

本申请涉及一种凸极永磁电机和包括这种电机的电动车辆。

背景技术

具有凸极永磁体的无刷直流或永磁同步电机是已知的。通常，这样的电机包括内部或外部的转子叠片铁芯，磁体安置在转子叠片铁芯中的凹槽中。这种结构容易组装，但缺点在于磁通容易通过围绕磁体的叠片材料短路，结果导致磁通不能充分利用。

采用转子凸极结构，可以利用额外的磁阻转矩。可行的转子凸极磁体组装方法有夹持、形状配合、粘合等等。粘合转子凸极磁体能够避免在转子中设计专门的结构，但在沿轴向组装磁体的过程中，一部分粘合剂可能会被挤出，因而这部分粘合剂需要被擦除。

实用新型内容

本申请的一个目的是提供一种凸极永磁电机，以避免至少一些前面描述的缺点。

为此，根据本申请的一个方面，提供了一种凸极永磁电机，其包括定子和相对于定子可旋转的转子，所述转子包括：

转子环，在其内周形成有容纳粘合剂的一个或多个周向凹槽；

多个极靴，它们固定于转子环的内周且沿圆周方向彼此相隔地分布，相邻极靴之间形成接纳空间；以及

多个永磁体，分别安置在相应的接纳空间中，并且也固定于转子环的内周；

其中，在由极靴和永磁体限定的外周与转子环的内周之间存在间隙，所述间隙具有适于产生吸入所述粘合剂的毛细力的宽度，所述极靴和永磁体通过所述粘合剂固定在转子环的内周上。

在所述电机的一种可行实施方式中，所述转子环在轴向上包括第一端和相反的第二端，所述极靴和永磁体穿过所述第一端插入转子环中，所述第二端具有用于沿轴向定位极靴和永磁体的环形凸缘。

在所述电机的一种可行实施方式中，所述转子环在其内周靠近第二端形成有用于接纳空气和过量粘合剂的周向缓冲槽。

在所述电机的一种可行实施方式中，所述转子环包括用于将极靴相对于转子环定位和保持的定位保持机构。

在所述电机的一种可行实施方式中，所述极靴包括用于将永磁体保持在所述接纳空间中的约束机构。

本申请的应用可以拓展到电动车辆，尤其是轻型电动车辆，例如电动摩托车、电动自行车、电动三轮车、电动四轮车等等，其包括前面描述的凸极永磁电机。

在电动车辆的一种可行实施方式中，所述转子环构成电动车辆的驱动轮的轮毂。

根据本申请，能够以简单且可靠的方式制造凸极永磁电机。没有粘合剂会被挤出，因而擦除步骤被省略。

此外，根据本申请的电机中避免了短路路径，因而磁通损失可以避免。

此外，根据本申请的电机由于利用了更多的磁通而具有更高的输出扭矩、由于采用了转子凸极结构而实现加大的运转速度范围。

附图说明

图1是根据本申请的一种可行实施方式的凸极永磁电机的示意性正视图，其中为了清楚将一些元件去除；

图2是图1中的电机中所用极靴的侧面视图；

图3是图2中的极靴的主视图；

图4是图1中的电机中的转子环的剖视图；

图5是制造图1中的电机时可能使用的夹具的剖视图；以及

图6至10是制造图1中的电机时的各个步骤的剖视图。

具体实施方式

下面参照附图描述本申请的优选实施方式。

根据本申请的一种可行实施方式，提供了一种如图1所示的凸极永磁电机。该凸极永磁电机主要包括定子和转子。定子和转子具有公共的中心轴线，其也是电机的中心轴线。

在所示的实施例中，定子包括定子叠片铁芯1，其安装在支架(未示出)上。定子叠片铁芯1通过一组钣金成型的叠片叠加而形成，并且包括定子环1a和定子齿1b，这些定子齿从定子环1a径向向外延伸，并且优选沿圆周方向彼此等距布置，每个定子齿1b上缠有线圈(未示出)。凹槽1c形成在各定子齿1b之间以容置线圈。

转子主要包括：转子环2，其由非导磁材料、例如铝形成，并且围绕着定子；多个极靴3，它们固定地附着于转子环2的径向内周，并且优选沿圆周方向彼此等距布置；以及多个永磁体4，每个永磁体分别安置在相应的一对相邻极靴3之间形成的接纳空间内，并且也固定地附着于转子环2的径向内周。

凹槽1c和极靴3的数量不同，并且凹槽-极靴的拓扑学关系根据特定的应用而选择。

如图2和3所示，每个极靴3由导磁材料(叠片、软磁性化合物、粉末金属等)形成。举例而言，极靴3可通过叠加多个叠片而形成。在附着于转子环2上的状态下，极靴3沿着平行于电机中心轴线的纵向从前表面3a延伸至后表面3b。极靴3具有外表面3c、内表面3d和连接在外表面3c和内表面3d之间的彼此相反的侧表面3e。

外表面3c具有符合于转子环2内周的轮廓，以使得极靴3能够牢固地固定于转子环2。随着接近于内表面3d，每个极靴3的侧表面3e之间的周向距离减小，以使得相邻极靴3的对置侧表面3e之间的周向距离在不同的径向位置处保持基本恒定。这样，呈大致长方体形状且在圆周方向具有一厚度的每个永磁体4可被紧密地保持在相应的接纳空间中。

周向向外的凸缘3f沿着每个侧表面3e与内表面3d之间的边缘形成。每对相邻极靴3的对置凸缘3f构成约束机构，用于将相应磁体4保持在一对相邻极靴3之间形成的接纳空间中。

可以理解，约束机构可以采用其它形式，只要能够将磁体4保持在接纳空间中以防止磁体4朝向定子移动即可。此外，约束机构也并不总是必需的。在没有提供约束机构的情况下，磁体4需要被固定于极靴3，例如通过形状配合、粘合、借助摩擦力等等。

在固定于转子环2的状态下，各极靴3和磁体4形成连续圆环体，其以小的空气间隙面对着定子齿1b，如图1所示。

根据本申请，极靴3和磁体4通过粘合组装工艺固定于转子环2。该粘合组装工艺属于本申请的电机制造方法的一部分。

如图4所示，转子环2被构造成适合于这种粘合组装工艺。具体地讲，转子环2限定的内径略大于极靴3和磁体4构成的连续圆环体的外径，从而粘合剂间隙形成于转子环2的内周与极靴3和磁体4构成的连续圆环体的外周之间。

此外，转子环2具有第一端面2a，其在粘合组装工艺中定向为上端，和第二端面2b，其在粘合组装工艺中定向为下端。此外，转子环2在其内周形成有一个或多个周向凹槽2c。周向凹槽2c的数量取决于转子的轴向长度。对于短的转子，仅一个周向凹槽2c就够用了，而对于长的转子，需要采用沿轴向彼此分隔的两个或更多个周向凹槽2c。

此外，靠近第二端面2b，转子环2形成有周向缓冲槽2d。

此外，转子环2在其第二端面2b处包括向内的环形凸缘2e。

根据本申请，可选的夹具5被专门设计成用于在组装工艺中定位和保持极靴3和磁体4，如图5所示。所述夹具5包括筒形本体5a，从筒形本体5a的下端径向向外延伸的翻边5b，和一体地形成在筒形本体5a的外周和翻边5b的前表面5d之间的环形台阶5c。

所述夹具5可以包括辅助定位机构，用于辅助定位和保持极靴3和磁体4。在可行的实施方式中，每个极靴具有沿纵向穿通极靴3形成的定位孔(未示出)，所述夹具5包括固定于环形台阶5c上的多个定位销(未示出)，这些定位销从环形台阶5c沿轴向延伸，并且分布在圆周方向上，优选彼此等距。

定位销被构造成适于插入极靴3的定位孔中，从而极靴3与保持在它们之间的磁体4一起形成前述连续圆环体。

环形台阶5c限定了轴向前端面5e和径向外周5f，所述前端面5e与翻边5b的前表面5d之间的轴向距离等于转子环2的向内环形凸缘2e的轴向高度，并且所述径向外周5f的外径等于环形凸缘2e的内径。

此外，筒形本体5a的外径设置成等于极靴3和磁体4构成的连续圆环体的内径，并且筒形本体5a的轴向高度设计成能够稳定地定位和保持极靴3。

为了将极靴3和磁体4组装到转子环2上，首先，如图6中所示，适宜类型的粘合剂6被分配到转子环2的周向凹槽(一个或多个)2c中。粘合剂6从转子环2的内周向内突出到一定程度。

然后，如图7中所示，所述夹具5(如果有的话)被定向成使其翻边5b位于底部，并且，将转子环2组装到所述夹具5上，使得夹具5的筒形本体5a插入转子环2内，夹具5的环形台阶5c配合在转子环2的向内环形凸缘2e中，且转子环2的第二端面推抵于夹具5的前表面。圆环形凹槽7限定在筒形本体5a和转子环2之间。

然后，如图8中所示，各极靴3分别被部分地插入到前述圆环形凹槽7中(可能通过夹具5的定位销插入极靴3的定位孔中)，并将磁体4安置在各极靴3之间，以形成它们的连续圆环体。所述连续圆环体在其底端被夹具5的环形台阶5c和转子环2的向内环形凸缘2e支撑(所述环形台阶5c和向内环形凸缘2e大致彼此平齐)，并且在其内周被夹具5的筒形本体5a限制住。可以理解，这样的辅助定位机构并不总是必需的。另外，其它形式的辅助定位机构可被用于极靴3的定位，以取代定位销和定位孔。

形成在转子环2的内周和连续圆环体的外周之间的粘合剂间隙在图8中以附图标记8表示。可以理解，为了清楚地显示，粘合剂间隙8的尺寸被放大了，在实际应用中要小得多。

然后，如图9中所示，使得粘合剂在毛细力作用下(并且可能在重力作用下)离开周向凹槽2c并且流入粘合剂间隙8中。可以理解，粘合剂间隙8的径向宽度被最优化以便产生这种毛细力。转子环2中的周向缓冲槽2d可吸收空气和过量粘合剂。还可理解，对于本申请中使用的某些特定粘合剂，图8所示步骤中形成的组件需要被加热到一温度，在该温度，粘合剂的粘度降低到使得粘合剂能够流入粘合剂间隙8中的程度；对于另外一些粘合剂，可通过其它手段有助于它们流入粘合剂间隙8中，而不必被加热。

然后，粘合剂被固化，例如，在环境温度下。

对于本申请中使用的某些特定粘合剂，组件被进一步加热到粘合剂的固化温度，由此使得粘合剂固化。然后，组件被冷却到适于搬送的安全温度。

然后，如图10中所示，所述夹具5被移除，留下转子环2以及通过固化的粘合剂固定在其上的极靴3和磁体4。

可以理解，所述夹具5被设计成用于将极靴3和磁体4相对于转子环2定位和保持。也可以采用其它用于极靴3的定位保持机构，以取消所述夹具5。举例而言，形状配合结构(未示出)可以形成在转子环2和极靴3之间，用于将极靴3以及磁体4定位和保持在转子环2中。在这种状况下，所述夹具5就不需要采用了，并且前面描述的粘合组装工艺中的各种特征，除了与夹具5相关的那些外，同样适用于不带夹具的实施例。

通过采用上述粘合组装工艺，能够以简单且可靠的方式制造图1所示的转子。由于粘合剂在毛细力作用下流入粘合剂间隙中，因此没有粘合剂会被挤出，也就不需要擦除步骤了。

可以理解，在一些情况下，转子环可直接构成外转子型电机的电机壳体。此时，本申请的技术可以用于将极靴粘合在电机壳体中。

此外，在根据本申请制造的电机中，磁体切向(周向)布置在彼此分开的极靴之间，各极靴之间没有连接关系，因此短路路径可以避免。这样，没有经过桥接部的磁通损失，因而电机性能可以提高。

此外，在本申请的粘合组装工艺中，各极靴以及磁体被粘合于转子环的内周，这使得生产过程得到简化。另外，极靴和磁体构成的圆环体的圆度导致的公差可被粘合剂间隙吸收。

可以理解，本申请的粘合组装工艺可适用于电机的外转子和内转子，因此本申请的凸极永磁电机既可以是外转子型电机、也可以是内转子型电机。

本申请在其另一个方面涉及电动车辆。外转子直接驱动的电子换向电机已知被用于为电动车辆提供动力。在本行业中，转子直接连接到轮毂并且因此构成车辆驱动轮的一部分。在这个技术领域中，磁体通常布置在钢制转子环的内表面上，这不能或难以实现凸极结构。

为此，根据本申请的进一步的实施方式，上面描述的凸极永磁电机被应用于电动车辆，尤其是轻型电动车辆，例如电动摩托车、电动自行车、电动三轮车、电动四轮车等等，其中，外转子的转子环构成电动车辆的驱动轮的轮毂。这样，凸极转子设计不但能够利用车辆电机的额外磁阻转矩以提高输出扭矩，而且还支持电机弱磁控制方案(通过采用相应的控制技术)，这能够拓宽电机在给定电压下的运转速度范围。

虽然前面描述了一些实施方式，这些实施方式仅以示例的方式给出，而不意于限制本申请的范围。所附的权利要求及其等同替换意在涵盖本申请范围和主旨内做出的所有修改、替代和改变。

Claims (8)

1.一种凸极永磁电机，包括定子和相对于定子可旋转的转子，所述转子包括：

转子环，在其内周形成有容纳粘合剂的一个或多个周向凹槽；

多个极靴，它们固定于转子环的内周且沿圆周方向彼此相隔地分布，相邻极靴之间形成接纳空间；以及

多个永磁体，分别安置在相应的接纳空间中，并且也固定于转子环的内周；

其特征在于，在由极靴和永磁体限定的外周与转子环的内周之间存在间隙，所述间隙具有适于产生吸入所述粘合剂的毛细力的宽度，所述极靴和永磁体通过所述粘合剂固定在转子环的内周上。

2.如权利要求1所述的凸极永磁电机，其特征在于，所述转子环在轴向上包括第一端和相反的第二端，所述极靴和永磁体穿过所述第一端插入转子环中，所述第二端具有用于沿轴向定位极靴和永磁体的环形凸缘。

3.如权利要求2所述的凸极永磁电机，其特征在于，所述转子环在其内周靠近第二端形成有用于接纳空气和过量粘合剂的周向缓冲槽。

4.如权利要求1至3中任一项所述的凸极永磁电机，其特征在于，所述转子环包括用于将极靴相对于转子环定位和保持的定位保持机构。

5.如权利要求1至3中任一项所述的凸极永磁电机，其特征在于，所述极靴包括用于将永磁体保持在所述接纳空间中的约束机构。

6.一种电动车辆，其特征在于，包括如权利要求1至5中任一项所述的凸极永磁电机。

7.如权利要求6所述的电动车辆，其特征在于，所述转子环构成电动车辆的驱动轮的轮毂。

8.如权利要求6或7所述的电动车辆，其特征在于，所述电动车辆为电动摩托车、电动自行车、电动三轮车或电动四轮车。