一种电动车用永磁同步轮毂电动机及其应用的电动车的制作方法

本实用新型属于电动车领域，具体涉及了一种电动车用永磁同步轮毂电动机，本实用新型还涉及了该永磁同步轮毂电动机应用的电动车。

背景技术：

在电动车领域中，通常采用永磁同步轮毂电动机作为电动车轮毂的驱动动力源。永磁磁钢作为永磁同步轮毂电动机的重要部件，永磁磁钢充磁方向的厚度(长度)L、与其充磁方向相垂直的面积等效半径值为半径R，一般将该永磁磁钢的厚度L与半径R的比值L/R称为永磁磁钢的长径比。

现有技术中经大量实验研究分析得到验证，永磁磁钢的长径比需满足一定的数值，才能有效避免永磁同步轮毂电动机的明显退磁问题。但在另一方面，若将永磁磁钢的长径比设置的过高，不仅不再具有进一步改善永磁同步轮毂电动机退磁问题的技术效果，而且其要求较高的永磁磁钢厚度，这样必然使得永磁磁钢的材料成本负担。为了在避免退磁和成本两者之间表现上达到最佳的平衡，经过大量实验筛选、仿真软件模拟和总结后，电动车领域通常将永磁磁钢的长径比通常设置在0.22-0.24之间，永磁磁钢的厚度L一般选在2.3-2.5mm，这是电动车领域技术人员的公知常识。

目前也有一些技术方案提出缩小永磁磁钢的厚度来试图降低材料成本，如授权公告号为CN206807248U的实用新型专利公开了一种电动车轮毂电动机，其定子铁芯的内径为214-234mm，定子铁芯的外径为250mm，定子铁芯的轴向厚度为18-23mm，永磁体的厚度为2-3mm，通过增大定子铁芯的外径和内径，来减少定子铁芯的轴向厚度，进而减少铜线绕组的用量，同时还减少永磁体的厚度，如该专利在其说明书第【0006】段所述，该技术方案单方面地减少铜线绕组和永磁体厚度，当然会造成电动机性能下降，但是由于定子铁芯内外径进行了明显增加，由于重量得到明显减轻，从而可以弥补电动机性能的损失；然而该技术方案由于大幅度增加了定子铁芯内外径，到时其与现有技术中的轮毂尺寸的适配性受到极大限制，而且其要求的适配轮毂尺寸也明显增加，而引起轮毂重量的增加，进而带来新的成本负担以及相应最终应用的电动车的工作效率。

又如公开号为CN104753302A的发明专利公开了一种电动车用低成本永磁无刷直流电动机，通过设置凸形软铁制成假极来减少永磁磁钢的用量，但该电动机另一方面实质上牺牲了扭矩性能。

因此，寻求一种有效降低永磁磁钢成本且不影响电动机本身及其应用于电动车的相关性能是符合未来电动车用轮毂电动机的绿色高效发展方向，因此非常重要且极具意义。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种电动车用永磁同步轮毂电动机及其应用的电动车，通过特别设计实现了在更低永磁磁钢厚度的基础下，电动机本身及其引用于电动车的相关性能不会产生负面影响。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种电动车用永磁同步轮毂电动机，包括与电动机轴连接为一体的定子组件，与电动车轮毂连接为一体、与所述的定子组件磁耦合连接且同轴输出的永磁外转子组件，其中，

所述定子组件包括由若干个定子冲片叠压而成的定子铁芯，所述定子铁芯具有多个绕组槽，位于绕组槽内的定子绕组；

所述永磁外转子组件包括磁轭环和固定间隔设置在所述的磁轭环内侧面的若干永磁磁钢，其中，所述永磁磁钢的长径比范围为0.18-0.2。

优选地，所述永磁磁钢厚度范围为1.1-2mm。

优选地，所述永磁磁钢厚度范围为1.2-2mm。

优选地，所述永磁磁钢厚度范围为1.5-1.9mm。

优选地，所述永磁磁钢的材料为钕铁硼。

优选地，所述定子铁芯的外径范围为105-120mm或145-180mm或190-220mm或240-270mm；所述绕组槽的数量为36槽或45槽或48槽或51槽或54槽或57槽或63槽或72槽；所述永磁磁钢的数量为40-80片。

优选地，所述定子铁芯的外径为202-208mm；所述绕组槽的数量为54个；所述永磁磁钢的数量为60片。

优选地，所述永磁同步轮毂电动机包括通过安装轴承可相对旋转地安装在所述电动机轴两端的前端盖和后端盖，以及用于与电动车控制器电连接的霍尔组件，所述定子铁芯通过定子架与所述电动机轴固定连接；所述前端盖和后端盖分别通过螺钉固定在所述磁轭环上，所述磁轭环与所述电动车轮毂连接为一体。

优选地，一种电动车，包括永磁同步轮毂电动机，其中，所述永磁同步轮毂电动机采用如上所述的永磁同步轮毂电动机。

优选地，所述电动车为两轮式或三轮式或四轮式电动车。

本实用新型在保持现有定子铁芯结构的基础上，不需要增加定子铁芯的外径尺寸，也不需要增加电动车轮毂的尺寸和重量，通过多次实验分析后得出当永磁磁钢采用钕铁硼材料时，仅仅通过对永磁磁钢的长径比进行特定范围设计后，当明显减少永磁磁钢厚度时，可以保证永磁同步轮毂电动机的性能不会受到负面性能影响，完全满足电动车对于电动机的相关标准要求，因此本实用新型的技术方案克服了现有技术中仿真软件的局限性和本领域技术人员长久以来存在的技术偏见，可以明显减少低现有市场化永磁同步轮毂电动机的永磁磁钢的材料用量，进而显著降低了现有市场化永磁同步轮毂电动机的制造成本，同时由于本实用新型技术方案仅涉及对永磁磁钢的尺寸规格进行特别设计，方案非常简单，适合大推广规模应用实施，符合未来电动车用轮毂电动机的绿色高效发展方向。

附图说明

附图1是本实用新型具体实施方式下永磁同步轮毂电动机的结构示意图；

附图2是本实用新型具体实施方式下定子组件和永磁外转子组件的结构示意图；

附图3是附图2中A处结构放大示意图；

附图4是本实用新型具体实施方式下定子组件的结构示意图；

附图5是本实用新型具体实施方式下永磁外转子组件的结构示意图；

附图6是本实用新型实施例1与比较例1的电动机性能参数测试对比图。

具体实施方式

本实用新型实施例公开了一种电动车用永磁同步轮毂电动机，包括与电动机轴连接为一体的定子组件，与电动车轮毂连接为一体、与的定子组件磁耦合连接且同轴输出的永磁外转子组件，定子组件包括由若干个定子冲片叠压而成的定子铁芯，定子铁芯具有多个绕组槽，位于绕组槽内的定子绕组；永磁外转子组件包括磁轭环和固定间隔设置在的磁轭环内侧面的若干永磁磁钢，其中，永磁磁钢的长径比范围为0.18-0.2。

本实用新型实施例还公开了一种电动车，包括永磁同步轮毂电动机，其中，永磁同步轮毂电动机采用如上所述的永磁同步轮毂电动机。

本实用新型实施例在保持现有定子铁芯结构的基础上，不需要增加定子铁芯的外径尺寸，也不需要增加电动车轮毂的尺寸和重量，通过多次实验分析后得出当永磁磁钢采用钕铁硼材料时，仅仅通过对永磁磁钢的长径比进行特定范围设计后，当明显减少永磁磁钢厚度时，可以保证永磁同步轮毂电动机的性能不会受到负面性能影响，完全满足电动车对于电动机的相关标准要求，因此本实用新型实施例的技术方案克服了现有技术中仿真软件的局限性和本领域技术人员长久以来存在的技术偏见，可以明显减少低现有市场化永磁同步轮毂电动机的永磁磁钢的材料用量，进而显著降低了现有市场化永磁同步轮毂电动机的制造成本，同时由于本实用新型实施例技术方案仅涉及对永磁磁钢的尺寸规格进行特别设计，方案非常简单，适合大推广规模应用实施，符合未来电动车用轮毂电动机的绿色高效发展方向。

实施例1：

请参见图1所示的一种永磁同步轮毂电动机100，包括与电动机轴10连接为一体的定子组件20，与电动车轮毂30连接为一体、与定子组件20磁耦合连接且同轴输出的永磁外转子组件40，通过安装轴承可相对旋转地安装在电动机轴两端的前端盖50和后端盖60，以及用于与电动车控制器电连接的霍尔组件，请进一步参见图2、图3、图4和图5所示，定子组件20包括由若干个定子冲片叠压而成的定子铁芯21，定子铁芯21具有多个绕组槽22，位于绕组槽22内的定子绕组；永磁外转子组件40包括磁轭环41和固定间隔设置在的磁轭环41内侧面的若干永磁磁钢42；定子铁芯21通过定子架23与电动机轴10固定连接；前端盖50和后端盖60分别通过螺钉固定在磁轭环上，磁轭环41与电动车轮毂30连接为一体；

优选地，定子铁芯的外径范围为105-120mm或145-180mm或190-220mm或240-270mm；绕组槽的数量为36槽或45槽或48槽或51槽或54槽或57槽或63槽或72槽；永磁磁钢的数量为40-80片；在本实用新型实施例中，电动机的定子铁芯的外径、绕组槽的数量以及永磁磁钢的数量等参数选择可以根据现有技术中的电动机规格来进行设定，这些不属于本实用新型所要改进的技术内容，因此，本领域技术人员可依据现有市场的实际需求情况来在如上优选范围中来选择具体电动机的规格，这些不同规格电动机均可实施本实用新型的技术方案，本实用新型对其不做特别限定。

优选地，永磁磁钢42的材料为钕铁硼；定子铁芯21的外径范围为190-220mm，且永磁磁钢42厚度范围为1.1-2mm；且永磁磁钢42的长径比范围为0.18-0.2；优选地，永磁磁钢42厚度范围为1.2-2mm，更进一步优选地，永磁磁钢42厚度范围为1.5-1.9mm。

具体优选地，在本实施方式中，定子铁芯21的外径为205.3mm；绕组槽22的数量为54个，磁轭环41的内径为210mm；永磁磁钢42的数量为60片，即为60极磁极结构；永磁磁钢42厚度为1.9mm，半径为9.647，长径比的值为0.2；

本实施例还提出了一种电动车，包括永磁同步轮毂电动机，其中，永磁同步轮毂电动机采用如上所述的永磁同步轮毂电动机100。

本实用新型实施例的电动车可以为两轮式或三轮式或四轮式电动车，具体地，在本实施方式中，电动车为两轮式电动车，当然地，在其他实施方式中，电动车采用三轮式或四轮式电动车，也可以获得本实用新型所要实现的技术效果。

比较例1：

采用现有市场上同规格的永磁同步轮毂电动机，永磁磁钢厚度为2.3mm，半径为10.398，长径比的值为0.22，其余电动机设计参数基本相同。

请参见图6所示，经过申请人采用电动机性能测试软件对上述实施例1和比较例1进行了电动机性能进行分析(主要为转矩-工作电流曲线以及转矩-工作效率曲线)，发现本实施例1完全达到与比较例1基本相同的性能，完全满足电动车对于电动机的相关性能标准需求(包括退磁率应小于5％的要求)，而且由于有效减少了永磁磁钢的用量，因此本实施例1的永磁磁钢制造成本相对于比较例1降低了至少15％以上。

实施例2：

本实施例2的其余技术方案与实施例1相同，区别仅在于：在本实施例2中，定子铁芯的外径为208mm；绕组槽的数量为54个，磁轭环的内径为213mm；永磁磁钢的数量为60片，即为60极磁极结构；永磁磁钢厚度为1.6mm，半径为8.889mm，长径比的值为0.18。

实施例3：

本实施例3的其余技术方案与实施例1相同，区别仅在于：在本实施例3中，定子铁芯的外径为215mm；绕组槽的数量为54个，磁轭环的内径为213mm；永磁磁钢的数量为60片，即为60极磁极结构；永磁磁钢厚度为1.5mm，半径为7.895mm，长径比的值为0.19。

实施例4：

本实施例4的其余技术方案与实施例1相同，区别仅在于：在本实施例4中，定子铁芯的外径为220mm；绕组槽的数量为54个，磁轭环的内径为225.7mm；永磁磁钢的数量为60片，即为60极磁极结构；永磁磁钢厚度为1.7mm，半径为8.5mm，长径比的值为0.2。

本实施例2-4可以获得与实施例1基本相同的电动机性能，而且永磁磁钢制造成本相对于比较例1降低了至少20％以上。

实施例5：

本实施例5的其余技术方案与实施例1相同，区别仅在于：在本实施例5中，定子铁芯的外径为200mm；绕组槽的数量为54个，磁轭环的内径为215.5mm；永磁磁钢的数量为60片，即为60极磁极结构；永磁磁钢厚度为1.4mm，半径为7.368mm，长径比的值为0.19。

实施例6：

本实施例6的其余技术方案与实施例1相同，区别仅在于：在本实施例6中，定子铁芯的外径为195.4mm；绕组槽的数量为54个，磁轭环的内径为200mm；永磁磁钢的数量为60片，即为60极磁极结构；永磁磁钢厚度为1.3mm，半径为7.222mm，长径比的值为0.18。

实施例7：

本实施例7的其余技术方案与实施例1相同，区别仅在于：在本实施例7中，定子铁芯的外径为190mm；绕组槽的数量为54个，磁轭环的内径为195mm；永磁磁钢的数量为60片，即为60极磁极结构；永磁磁钢厚度为1.2mm，半径为6mm，长径比的值为0.2。

本实施例5-7获得了与实施例1基本相近的电动机性能，电动机效率上略低于实施例1，但仍然满足电动车对于电动机的相关性能标准需求，而且永磁磁钢制造成本相对于比较例1降低了至少40％以上。

实施例8：

本实施例8的其余技术方案与实施例1相同，区别仅在于：在本实施例8中，永磁磁钢厚度为1.1mm，半径为5.5mm，长径比的值为0.2。

本实施例8电动机性能表现明显要差于实施例1，而且不利于永磁磁钢的加工工艺，建议不再继续降低永磁磁钢厚度，本实施例8仍然满足能够满足电动车对于电动机的相关性能基本标准需求，而且永磁磁钢制造成本相对于比较例1降低了至少50％以上。

实施例9：

本实施例9的其余技术方案与实施例1相同，区别仅在于：在本实施例9中，永磁磁钢厚度为2mm，半径为11.111mm，长径比的值为0.18。

本实施例9可以获得与实施例1基本相同的电动机性能，而且永磁磁钢制造成本相对于比较例1降低了12％左右，但建议不再继续增加永磁磁钢厚度，因为对于降低永磁磁钢成本的效果不再明显。

比较例2：

本比较例2的其余技术方案与实施例1相同，区别仅在于：在本比较例2中，永磁磁钢厚度为2mm，半径为9.524mm，长径比的值为0.21。

比较例3：

本比较例3的其余技术方案与实施例1相同，区别仅在于：在本比较例3中，永磁磁钢厚度为1.9mm，半径为8.636mm，长径比的值为0.22。

比较例4：

本比较例4的其余技术方案与实施例1相同，区别仅在于：在本比较例4中，永磁磁钢厚度为1.8mm，半径为7.5mm，长径比的值为0.24。

比较例5：

本比较例5的其余技术方案与实施例1相同，区别仅在于：在本比较例5中，永磁磁钢厚度为1.5mm，半径为6.818mm，长径比的值为0.22。

比较例6：

本比较例6的其余技术方案与实施例1相同，区别仅在于：在本比较例6中，永磁磁钢厚度为0.8mm，半径为4mm，长径比的值为0.2。

比较例7：

本比较例7的其余技术方案与实施例1相同，区别仅在于：在本比较例7中，永磁磁钢厚度为1mm，半径为5.556mm，长径比的值为0.18。

比较例8：

本比较例8的其余技术方案与实施例1相同，区别仅在于：在本比较例8中，永磁磁钢厚度为1.9mm，半径为11.176mm，长径比的值为0.17。

上述比较例2-比较例8的电动机性能表现均明显差于实施例1(主要包括了电动机退磁性能率明显大于5％以上，进而影响了电动机的效率和使用寿命)，不能满足电动车对于电动机的相关性能标准需求，虽然这些比较例中的永磁磁钢制造成本相对于比较例1也有明显降低，但是无法实现在电动车行业中的应用。

比较例9：

本比较例9的其余技术方案与实施例1-实施例9相同，区别仅在于：在本比较例9中，永磁磁钢的材料为铁氧体。

上述比较例9的电动机性能表现明显差于实施例1，不能满足电动车对于电动机的相关性能标准需求(主要表现为电动机的退磁率明显大于5％以上或电动机效率明显变得较差)。

本领域技术人员可以根据本实用新型以上实施例的技术方案，将本实用新型实施应用于现有技术中其他不同规格的电动车用永磁同步轮毂电动机中，例如现有技术的定子铁芯外径范围规格通常为105-120mm或145-180mm或190-220mm或240-270mm；绕组槽的数量为36槽或45槽或48槽或51槽或54槽或57槽或63槽或72槽；永磁磁钢的数量为40-80片；更加具体来说，例如：54槽48极磁极结构、或48槽42极磁极结构、或48槽52极磁极结构、或63槽56极磁极结构、或36槽40极磁极结构、或45槽50极磁极结构、或51槽64极磁极结构、或57槽60极磁极结构、或72槽80极磁极结构、或任意一种现有技术中其他数量绕组槽加其他数量磁极结构，本领域技术人员均可以基于本实用新型提出的核心技术思路将其应用于这些不同规格的电动车用永磁同步轮毂电动机中，不须对电动机的其他性能和结构做牺牲改变，本实用新型组合应用实施后得到的电动机产品相对于其相同规格的现有市场上的电动机产品，可以获得与本实用新型实施例1-9基本相似的技术效果改进水平，也就是说，在不须牺牲电动车行业标准所要求的电动机性能的前提下，可以有效降低永磁磁钢厚度，进而显著降低电动机的制造成本，因此这些组合应用均被视为本实用新型的保护范围。

由本实用新型的大量实施例和比较例对比实施后令人惊喜地发现了突出的技术效果，即：本实用新型实施例在保持现有定子铁芯结构的基础上，不需要增加定子铁芯的外径尺寸，也不需要增加电动车轮毂的尺寸和重量，更不需要牺牲电动机的其他性能，通过多次实验分析后得出当永磁磁钢采用钕铁硼材料时，仅仅通过对永磁磁钢的长径比进行特定范围设计(即将永磁磁钢的长径比范围设定在0.18-0.2)后，当明显减少永磁磁钢厚度时，可以保证永磁同步轮毂电动机的性能不会受到负面性能影响，完全满足电动车对于电动机的相关标准要求，因此本实用新型实施例的技术方案克服了现有技术中仿真软件的局限性和本领域技术人员长久以来存在的技术偏见，可以明显减少低现有市场化永磁同步轮毂电动机的永磁磁钢的材料用量(至少可减少永磁磁钢成本10％以上，优化实施的条件下，永磁磁钢成本仅为现有技术的50-60％左右，极大地节约了电动机的制造成本)，进而显著降低了现有市场化永磁同步轮毂电动机的制造成本，同时由于本实用新型实施例技术方案仅涉及对永磁磁钢的尺寸规格进行特别设计，方案非常简单，适合大推广规模应用实施，符合未来电动车用轮毂电动机的绿色高效发展方向。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。