CN212366954U - 一种磁阻式轮毂电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及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。本发明的有益效果是：本发明的电机适合弱磁提速驱动，既保证了电机低速大扭矩特性，又能实现的高速高效率输出，高效率区间宽，续航里程长。

Description

一种磁阻式轮毂电机

技术领域

本发明涉及电动车技术领域，特别是涉及一种磁阻式轮毂电机。

背景技术

现有技术的电动车用电机都是轮毂式结构，由于轮毂式电机的扁平空间，导致外转子直径普遍较大，为适应大直径的导磁环结构，相较于传统的内转子电机，轮毂电机一般会设置较多磁极呈圆周排布，而且考虑到电机的使用状况、制造技术和控制技术的限制，均采用的是磁极表贴方式，而表贴式的电机理论上d轴和q轴电感比值为1，即电机的凸极率为1，此类型电机不适合做弱磁提速控制方案，因此其调速空间不大且电机的高效率区间较窄，另外，表贴式的轮毂电机，气隙磁密分布的正弦型较差，导致电机匹配方波控制器的输出效率偏低。

为解决现有技术问题，本领域的技术人员致力于开发一种适用于弱磁提速控制方式的且能有效减少电机极对数的轮毂电机，寻求如何提高电机的凸极率，拓宽电机的高效调速区间，并优化电机的气隙磁密分布的正弦特性，提高电机的效率和输出扭矩是本发明的创研动机。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种永磁体内置、适用于弱磁提速控制方式、极对数较少、凸极率大于1且正弦特性较优、高效调速区间宽、工作效率高、输出扭矩大的磁阻式轮毂电机。本发明提供的磁阻式轮毂电机，通过将永磁体内置于导磁性材料内部，大大的减少了电机的极对数，便于稳定控制。本发明的电机由于永磁体的内置式且导磁性材料和磁钢、空气的磁导率存在差异，通过合理设计电机的磁路，得到的电机凸极率大于1，高效调速范围较宽，既保证了电机能有高效的高速输出特性，又保持了电机低速较小电流输入且较大扭矩输出的工作特性。

为实现上述目的，本发明提供的一种电动车用轮毂电机的定子，其技术方案为：

一种磁阻式轮毂电机，包括转子、定子和连接轴，所述定子与所述连接轴周向定位固定，所述转子套设在所述定子外侧，所述转子包括轮辋、壳体、转子铁芯和永磁体，所述壳体和所述轮辋为一体结构或固定连接，其特征在于：所述转子铁芯为导磁性材料并设于所述壳体内侧且定位固定，所述转子铁芯上设有若干个磁钢槽，所述磁钢槽为轴向通槽，所述永磁体以内嵌入方式置于所述磁钢槽内，所述磁钢槽数量为偶数，每2个互成夹角且V形分布的所述磁钢槽构成一个磁钢槽组，所述磁钢槽组中的2个所述磁钢槽关于所述转子旋转圆的对称轴对称，所述磁钢槽组的V形分布的大开口朝向圆心，所述磁钢槽组呈周向均布。此设计方案的结构，打破了现有技术的轮毂电机永磁体表贴的模式，以V型永磁体布局，合理设计磁路，有效的减少了电机的极对数，电机驱动控制稳定性更好，较少的极对数，降低了电机的铁损，提升了电机的效率，且V型的永磁体分布，构成了电机的磁阻转矩，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，同转矩和同时速电流减小，续航里程加长。

本发明提供一种磁阻式轮毂电机，其还具备如下附属技术方案：

其中，磁钢槽组的2个磁钢槽各自独立且中间设有磁桥，磁桥为转子铁芯本体材料构成，永磁体两端处留有端面空隙。此设计方案的磁桥设置，有效的提高了电机的d轴电感，大大提高了电机的弱磁提速效率，即通过很小的d轴电流的增加，可明显的提升电机的速度，弱磁提速稳定性好，电机的高效速度区间大大拓宽。端面空隙结构用于减少永磁体的端部漏磁，降低转子铁芯结构的局部磁密饱和度，提高电机效率。

其中，磁钢槽组的2个磁钢槽内设有永磁体，永磁体为长方体，在同一个磁钢槽组中呈V形分布的永磁体朝向圆心的侧面为相同磁极性。此设计方案的磁钢极性设置方式，形成了电机的磁阻转矩，适于弱磁提速。

其中，转子的磁极性以“N”极和“S”极周向间隔排布。

其中，定子设有36个开口槽匹配转子设有16对磁极，或定子设有36个开口槽匹配转子设有20对磁极，或定子设有48个开口槽匹配转子设有22对磁极，或定子设有48个开口槽匹配转子设有26对磁极，或定子设有54个开口槽匹配转子设有30对磁极，或定子设有54个开口槽匹配转子设有24对磁极。此设计方案，拓展了电机的极槽数选择方案。

其中，转子铁芯为整体结构或由若干块首尾连接而成。此设计方案中的分体式首尾连接的转子铁芯结构，降低了转子铁芯的制造成本，提高了生产效率。

其中，定子外径为190~245mm，定子的齿筋宽度为5.5~11mm，定子的轭部厚度为3.5~8mm，定子内径为155~175mm。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。

进一步的，本发明还提出了一种电动车，包括所述的磁阻式轮毂电机。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是：

本发明提供的磁阻式轮毂电机，用导磁性材料来设计转子铁芯，同时将传统轮毂电机的永磁体表贴式结构调整为内嵌式，此优化方案适当的减少轮毂电机的极对数，极对数的降低可有效的降低电机的工作频率，即可降低铁损，提升电机的输出效率。

本发明提供的磁阻式轮毂电机，将永磁体设计成同极性的V形分布，此方案的转子存在磁阻转矩，便于电机的弱磁提速的控制方式，且V型中间设有磁桥，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，且磁阻转矩的存在，匹配合理的磁路设计，电机输出效率提升2-4个百分点，电机高速通过弱磁实现，电机本来速度保持低速，如此方案，既保证了电机具备高速的高效率输出特性，由保留了电机本身的低速大扭矩输出特性，电机的高效调试适用范围拓宽，电机的续航里程得到提升。

本发明提供的磁阻式轮毂电机，优化了极槽组合，槽型面积大，可以放置更大截面积的导体，电机可承载电流增大，电机的功率密度提高。

附图说明

图1为本发明磁阻式轮毂电机的结构示意图。

图2为图1中A处放大结构示意图。

图3为本发明磁阻式轮毂电机的转子铁芯结构示意图。

图4为图3中B处放大结构示意图。

图中，1、转子；2、定子；11、轮辋；12、壳体；13、气门芯孔；14、转子铁芯；15、永磁体；21、定子铁芯；22、定子支架；141、磁钢槽组；142、磁钢槽；143、转子铁芯分体；144、端面空隙；145、磁桥。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图对本发明的技术方案作进一步的详细说明，需要说明的是，所描述的实施例仅旨在便于本领域技术人员对本发明的理解，而对本发明的保护范围不起任何限定作用。

实施例1：

如图1至图4所示，本实施例提供的一种10寸电动车用磁阻式轮毂电机，包括转子1和定子2，转子包括轮辋11、壳体12、转子铁芯14以及永磁体15，轮辋11部分开设有气门芯孔13，本实施例中的轮辋11和壳体12为一体压铸成型，电机选用36槽匹配16对极，转子铁芯上设有以每2个磁钢槽142以一定夹角组成一个磁钢槽组141，转子铁芯14上的磁钢槽142，以一个V型分布的磁钢槽组141为以单位做圆周均布，本实施例中的转子1外径为220~230mm，优选的，转子1外径为223~224mm。

特别的是，本实施例中的转子铁芯14由8块转子铁芯分体143首尾连接构成，所有转子铁芯分体143的形状结构均相同，由同一副模具制成，加工工艺简单，产品一致性好，制造成本低。磁钢槽组141的2个磁钢槽142各自独立且中间设有磁桥145，磁桥145为转子铁芯14本体材料构成，永磁体15两端处留有端面空隙144。

进一步，本实施例的转子1的磁钢槽组141的2个磁钢槽142各自独立且中间设有磁桥145，磁桥145为转子铁芯14本体材料构成。此结构意在提高d轴电感，利于弱磁提速控制，提高了弱磁提速的效率。转子1在装入永磁体15后，在永磁体15的两个端部附近还留有多余的端面空隙144，此结构优化磁路，减少了永磁体15的端部漏磁，降低了转子铁芯14的局部磁密饱和度。

进一步，定子2外径为190~245mm，进一步优选，定子2外径为195~205mm，本实施例的定子2外径为210.2~210.5mm；定子2的齿筋宽度为5.5~11mm，进一步优选，定子2的齿筋宽度为6.5~8mm，本实施例定子2的齿筋宽度为7.0~8.0mm；定子2的轭部厚度为3.5~8mm，进一步优选，定子2的轭部厚度为3.5~5.5mm，本实施例定子2的轭部厚度为3.5~4.5mm；定子2内径为155~175mm，进一步优选，定子2内径为155~160mm，本实施例定子2内径为157mm。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。

实施例2：

本实施例中的技术方案与实施例1的技术方案大部分相同，本实施例仅对不相同的部分进行详述，本实施例与实施例1相同的部分不再赘述。

本实施例中的转子1的外径为265~275mm，优选的，转子1的外径为265~270mm；定子2外径为190~245mm，进一步优选，定子2外径为225~230mm，本实施例的定子2外径为227mm；定子2的齿筋宽度为5.5~11mm，进一步优选，定子2的齿筋宽度为8.5~9.5mm，本实施例定子2的齿筋宽度为9.0~9.5mm；定子2的轭部厚度为3.5~8mm，进一步优选，定子2的轭部厚度为5.5~7mm，本实施例定子2的轭部厚度为6.0~6.5mm；定子2内径为155~175mm，进一步优选，定子2内径为160~165mm，本实施例定子2内径为163mm。

以上所述实施例仅为本发明的优选实施例，仅用以说明本发明的技术方案，并非是对本发明的专利范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容对本发明的技术方案进行修改或等同替换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

尽管本文较多地使用了转子1、定子2、轮辋11、壳体12、气门芯孔13、转子铁芯14、永磁体15、定子铁芯21、定子支架22、磁钢槽组141、磁钢槽142、转子铁芯分体143、端面空隙144、磁桥145等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (8)

1.一种磁阻式轮毂电机，包括转子、定子和连接轴，所述定子与所述连接轴周向定位固定，所述转子套设在所述定子外侧，所述转子包括轮辋、壳体、转子铁芯和永磁体，所述壳体和所述轮辋为一体结构或固定连接，其特征在于：所述转子铁芯为导磁性材料并设于所述壳体内侧且定位固定，所述转子铁芯上设有若干个磁钢槽，所述磁钢槽为轴向通槽，所述永磁体以内嵌入方式置于所述磁钢槽内，所述磁钢槽数量为偶数，每2个互成夹角且V形分布的所述磁钢槽构成一个磁钢槽组，所述磁钢槽组中的2个所述磁钢槽关于所述转子旋转圆的对称轴对称，所述磁钢槽组的V形分布的大开口朝向圆心，所述磁钢槽组呈周向均布。

2.根据权利要求1所述的磁阻式轮毂电机，其特征在于：所述磁钢槽组的2个所述磁钢槽各自独立且中间设有磁桥，所述磁桥为转子铁芯本体材料构成，所述永磁体两端处留有端面空隙。

3.根据权利要求1所述的磁阻式轮毂电机，其特征在于：所述磁钢槽组的2个所述磁钢槽内设有所述永磁体，所述永磁体为长方体，在同一个所述磁钢槽组中呈V形分布的所述永磁体朝向圆心的侧面为相同磁极性。

4.根据权利要求3所述的磁阻式轮毂电机，其特征在于：所述转子的磁极性以“N”极和“S”极周向间隔排布。

5.根据权利要求3所述的磁阻式轮毂电机，其特征在于：所述定子设有36个开口槽匹配所述转子设有16对磁极，或所述定子设有36个开口槽匹配所述转子设有20对磁极，或所述定子设有48个开口槽匹配所述转子设有22对磁极，或所述定子设有48个开口槽匹配所述转子设有26对磁极，或所述定子设有54个开口槽匹配所述转子设有30对磁极，或所述定子设有54个开口槽匹配所述转子设有24对磁极。

6.根据权利要求1所述的磁阻式轮毂电机，其特征在于：所述转子铁芯为整体结构或由若干块首尾连接而成。

7.根据权利要求1所述的磁阻式轮毂电机，其特征在于：所述定子外径为190~245mm，定子的齿筋宽度为5.5~11mm，定子的轭部厚度为3.5~8mm，定子内径为155~175mm。

8.一种电动车，其特征在于：包括如权利要求1-7任一项所述的磁阻式轮毂电机。

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