一种外转子轮毂电机的模块化转子的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种外转子轮毂电机的模块化转子，该转子内部设有空腔，该转子包括设置于转子外表面的若干转子铁心冲片(1)、若干永磁体(2)和隔磁区域(3)，位于转子(1)空腔中的定子(5)、将定子(5)与其他部件隔离的接触的气隙(4)；若干转子铁心冲片(1)组成转子本体，转子铁心冲片(1)设有若干通槽，若干永磁体(2)分别放置在转子铁心冲片(1)的通槽中，该通槽中未被永磁体填充的部分形成隔磁区域(3)。与现有的外转子设计相比，本发明在不增加工艺难度和成本的同时，增加电机的转矩输出能力，提高电机设计的灵活性，在电动汽车车轮直接驱动的应用上，具有很大的优势。
【专利说明】
-种外转子轮穀电机的模块化转子
技术领域
[0001] 本发明设及一种外转子轮穀电机的模块化转子设计，属于永磁电机设计领域。
【背景技术】
[0002] 电动汽车驱动用电机广泛采用永磁同步电机，它具有功率密度高、转矩输出能力 强、调速范围宽W及效率高等优点。驱动电机在车内的放置位置，正在从间接的集中驱动的 方式向直接的、多轮控制运动的轮穀驱动的方式发展。传统的集中驱动电机采用内转子永 磁同步电机，若直接移植为轮穀电机，其转矩输出能力在车轮空间内是有限的，需要额外的 机械传动装置，系统复杂，不易维护。如何设计直接驱动型外转子轮穀电机，从而有效地省 去传统的复杂的机械传动装置，是目前电动汽车产业的迫切需求，也是研究领域的热点。
[0003] 为了满足电机的驱动要求，在有限的车轮空间内能够提供足够大的转矩输出，对 转子结构进行设计和改良是一种非常有效、节约成本的改进措施。与圆柱体形状的内转子 不同，外转子电机的转子呈立体环形。目前，外转子轮穀电机的转子通过表贴的方式，将永 磁体按对排布在立体环形整体式铁屯、的内侧，形成表贴式的永磁电机结构。排布细节又可 分为永磁体问有空隙和无空隙两种。但运类的电机，永磁体的固定不够牢固，使得用磁体易 面临机械碰撞退磁的风险，故障率高;表贴的方式增大了电机的等效气隙的长度，甚至会降 低永磁体的利用率，导致成本过高。
【发明内容】
[0004] 技术问题:本发明提出一种外转子轮穀电机的模块化转子，解决了传统一体化表 贴式永磁转子结构松散、形式单一的问题;通过内置永磁体，隔磁桥W及磁障的设计减小等 效气隙长度，改善气隙磁密，提高驱动电机的转矩输出能力；同时，通过对称模块的组合，降 低制造工艺难度，减少生产成本。
【发明内容】
[0005] :为解决上述技术问题，本发明提供一种外转子轮穀电机的模块化转子， 该转子内部设有空腔，该转子包括设置于转子外表面的若干转子铁屯、冲片、若干永磁体和 隔磁区域，位于转子空腔中的定子、将定子与其他部件隔离的接触的气隙；
[0006] 若干转子铁屯、冲片组成转子本体，转子铁屯、冲片设有若干通槽，若干永磁体分别 放置在转子铁屯、冲片的通槽中，该通槽中未被永磁体填充的部分形成隔磁区域。
[0007] 优选的，该转子采用24极转子。
[000引优选的，隔磁区域分布于永磁体的两侧或者永磁体的后侧。
[0009] 有益效果：
[0010] (1)内置的聚磁型永磁体增强聚磁效果，增加凸极率，从而提高电动机功率密度及 转矩密度，且有效地拓宽了电机的调速范围，价格相对昂贵的永磁体利用率高。
[0011] (2)永磁体两侧的隔磁桥W及不对称磁障的设置，限制了转子漏磁，提高气隙磁 密，从而提高电动机的输出能力及过载能力。
[0012] (3)永磁体后侧的隔磁区域，通过改变d轴磁路磁阻，提高输出转矩中的磁阻转矩 分量，有效改善了电机的输出性能，使其更适用于轮穀的应用场合。
[0013] (4)改变转子模块内侧圆弧线性，实现非均匀气隙的设计，能够修正并提高了气隙 磁密波形的正弦度，从而提高了反电动势的正弦度，减小了转矩脉动同时降低了电机的铁 耗。
[0014] (5)结构紧凑牢固、设计合理，使得机械应力分布均匀，永磁体面临机械碰撞失磁 风险大大降低。
[0015] (6)单元模块的生产符合各材料现有的加工方式。由于对称模块的统一性，生产过 程中每种材料只需要同一套模具，模具尺寸减小，极大地降低了成本，适合批量化生产。
[0016] (7)转子整体上装配更加简单，通过永磁模块与娃刚模块首先形成复合模块，再进 行复合模块组合的方式，克服了传统一体化转子的永磁体难W安装的缺陷。
[0017] (8)在电机部分发生故障情况下，模块化转子只需更换发生故障的模块，更换方 便，并且不会造成有效部分的浪费。
[0018] (9)模块数量的选取可视电机尺寸、电机极数而灵活选取，一般情况下模块的个数 为偶数个，对于尺寸较大、极数较多的电机，使其模块数等于极数，便于产品的运输，降低运 输过程对电机造成的损坏。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明电机横向剖面图，
[0020] 图2a为本发明的单层永磁转子模块拼接示意图，
[0021 ]图化为本发明的单层V型永磁后磁障转子模块拼接示意图，
[0022]图2c为本发明的双层永磁不对称磁障转子模块拼接示意图。
[002；3]其中：1-转子铁屯、冲片、2-永磁体、3-隔磁区域、4-电机气隙，5-定子，6-模块分割 线。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0025] 本发明提供的外转子永磁电机的模块化转子设计，其中：本发明所设计的转子结 构整体上具有内置式永磁电机的特性，在较好地实现了永磁电动机转矩输出能力的提高的 同时提高永磁材料的利用率，从而有效地增加了外转子永磁电机的转矩密度与功率密度； 本发明所设计的转子结构模块采用对称模块，从工艺角度上降低难度、节约成本，从电机角 度上适应内置式转子的设计需求，灵活设置隔磁桥、不对称磁障、非均匀气隙，能够满足电 机设计要求的具体变化。与现有的外转子设计相比，本发明在不增加工艺难度和成本的同 时，增加电机的转矩输出能力，提高电机设计的灵活性，在电动汽车车轮直接驱动的应用 上，具有很大的优势。
[0026] 本发明的设计原理如下:模块化转子设计的目的是充分利用环形外转子的设计空 间，提高电机的输出性能，实现低速大转矩的效果。永磁体内置后，等效气隙减小，气隙磁密 得到提高。在各模块内，永磁体采用瓦片型或V型设计具有聚磁效果，永磁体利用率较高。永 磁体周围的隔磁桥或磁障设计，通过提高漏磁路径的磁阻，使得磁桥达到饱和来限制产生 的漏磁，减少谐波，提高波形的正弦度，进一步提了高气隙磁密。
[0027] 根据输出转矩的计算公式：
式中9为极对 数，e为定子电流向量相对于q轴的巧用，Ld、Lq分別刃巧由和q巧的电感，ia刃相电流的峰值， 入pm为永磁体产生的主磁链），可W看出输出的转矩由永磁转矩和磁阻转矩合成而来，Ld与Lq 的差值越大，转矩输出能力越强。永磁体后侧中线上的对称磁障设置，通过改变d轴的磁阻， 能够提高两者的差值，增加转矩输出。永磁体周围的不对称磁障设计，使得两个转矩分量分 别达到最大值的电流相角更加接近，使两者叠加的矢量和得到极大的提高。总的来说，通过 模块化转子的设计，在电机性能上得到了气隙磁密幅值的提高，气隙磁密波形正弦度的改 善，W及转矩输出提高的同时转矩脉动受到抑制的优良效果。
[0028] 与此同时，统一化的模块设计简化了制造工艺，方便永磁体的安装，降低材料的报 废率，同时兼顾了整体的机械强度。
[0029] 本发明公开了一种外转子轮穀电机的模块化转子设计，极大地提高了驱动电机的 转矩密度，节约成本。转子内置有聚磁型永磁体，在永磁体周围设置隔磁桥或不对称磁障。 转子通过相同模块的组合构成整体，组合的方式可分为插入式W及拼接式，能够保证转子 结构的紧凑与牢固。
[0030] 转子铁屯、冲片1叠压后，即可便捷地安装对应永磁体2,构成一个转子模块。转子模 块采用嵌入的方式进行拼接，最终构成圆环状的整体。两个转子铁屯、模块的嵌入的方式应 当考虑有平行或者垂直嵌入，W满足转子铁屯、模块上的凸槽与凹槽设计。
[0031] 本发明提供的一种外转子轮穀电机的模块化转子，该转子内部设有空腔，该转子 包括设置于转子外表面的若干转子铁屯、冲片1、若干永磁体2和隔磁区域3,位于转子1空腔 中的定子5、将定子5与其他部件隔离的接触的气隙4;
[0032] 若干转子铁屯、冲片1组成转子本体，转子铁屯、冲片1设有若干通槽，若干永磁体2分 别放置在转子铁屯、冲片1的通槽中，该通槽中未被永磁体填充的部分形成隔磁区域3。隔磁 区域可W磁桥或磁障。
[0033] 通过调整转子1内径和定子5外径的长度，调整气隙4的形状。
[0034] 气隙4的形状可W不采用均匀的圆环，通过转子模块内侧的弧度的改变，配合定子 侧拓扑结构的变化，使得气隙4呈非均匀环状，永磁体2每一极下气隙厚度按周期变化。
[0035] 当转子2的内周与定子5的外周为同屯、圆时，气隙4的形状为均匀的圆环。否则，气 隙形状非均匀。通过转子模块内周的弧度的改变，可使得气隙4呈非均匀环状，永磁体2每一 极下气隙厚度按周期变化。
[0036] 该转子采用24极转子。
[0037] 隔磁区域3分布于永磁体2的两侧或者永磁体2的后侧。
[0038] 转子铁屯、冲片1的构造具有用于拼接的凸槽与凹槽。凸槽与凹槽具有相同的形状， 使得拼装后整体的转子结构更加紧凑。图2a中的凸槽与凹槽位于永磁体2后部与转子铁屯、 冲片1外部之间的位置。图化中的凸槽与凹槽位于永磁体2后部，V型通槽的中线上。
[0039] 永磁体2应当考虑图2中的多种布设方式，W应对电机性能要求不同的场合。图2a 中采用瓦片型永磁体2,瓦片型内外弧线不与转子内外弧线平行，选取弧度较大，能够提高 模块化拼接紧凑程度且具有聚磁效果。图化在V型通槽内侧布设有两块矩型永磁体2，聚磁 性能进一步提高。图2c充分利用转子空间，同时布设有瓦片型和V型永磁体2,形成双层永磁 体结构。
[0040] 隔磁桥或磁障3分布于永磁体2的两侧或者永磁体2的后侧。图化中磁障3位于永磁 体2后侧V型通槽的中线上，W月牙形对称分布，中空或者填充隔磁材料。图2c中隔磁桥或磁 障3不对称分布于V型永磁体2的两侧，右侧磁障3向外部延伸。
[0041] 模块分割线6表征构成外转子的模块的个数。图1中分为4个模块，图2中分为与电 机极数相等的24个模块，应当指出模块个数有最大的约束但并不固定。此外，转子的模块分 割应当考虑还有进一步轴向分段组合的可能。
[0042] 定子外径和转子内径所形成的圆周不是均匀的圆周时，可W产生非均匀的气隙的 形状，不再是均匀的圆环型。通过改变气隙形状，调整电机的性能。改变转子模块下方弧线 的凹凸性，使气隙的宽度在每一永磁体磁极下按周期非均匀地变化。应当考虑进一步非均 匀气隙设计的可能。
[0043] W上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征W及本发明的优点，应当指出， 对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可W做出若干改 进和润饰，运些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种外转子轮毂电机的模块化转子，其特征在于，该转子内部设有空腔，该转子包括 设置于转子外表面的若干转子铁心冲片（1)、若干永磁体(2)和隔磁区域(3)，位于转子（1) 空腔中的定子(5)、将定子(5)与其他部件隔离的接触的气隙(4); 若干转子铁心冲片（1)组成转子本体，转子铁心冲片（1)设有若干通槽，若干永磁体(2) 分别放置在转子铁心冲片（1)的通槽中，该通槽中未被永磁体填充的部分形成隔磁区域 ⑶。2. 根据权利要求1所述的外转子轮毂电机的模块化转子，其特征在于，该转子采用24极 转子。3. 根据权利要求1所述的外转子轮毂电机的模块化转子，其特征在于，隔磁区域(3)分 布于永磁体(2)的两侧或者永磁体(2)的后侧。
【文档编号】H02K1/27GK105846568SQ201610170184
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】樊英, 陈斯雨, 谭超
【申请人】东南大学