无刷直流电机及其双离合变速器的制作方法

本发明涉及一种无刷直流电机及采用所述无刷直流电机的双离合变速器。

背景技术：

随着人类工业的发展，动力机械在各个生产领域中起到越来越多的作用。其中，无刷直流电机凭借其优越的动力匹配特性，在各个动力设备得到了广泛的应用。

无刷电机包括永磁转子和环绕所述永磁转子的绕线定子，所述绕线定子包括环状的定子磁芯。所述转子包括转轴、套设固定于转轴上的转子磁芯和若干永磁体。

所述永磁转子的类型有两种，一种是spm(surfacepermanentmagnetic)类型的转子，其永磁体大致沿转子的切线方向和轴向延伸，若干永磁体均匀设置于所述转子磁芯的外周面上；另一种是spoke类型的转子，其永磁体沿转子的径向和轴向延伸，若干永磁体沿圆周方向均匀分布于所述转子磁芯内部。现有的上述两种永磁转子中，转子磁芯的轴向长度等于永磁体的轴向长度，且大于所述定子磁芯的轴向长度。

对于spm类型的电机来说，上述转子磁芯的轴向长度的设置可以使所述转子磁芯到定子磁极的磁通(flux)量达到最大，但是这种类型的电机相对于spoke类型的电机本身磁通量就偏低，加上转子磁芯的轴向长度较大导致重量较重，转动惯量较高，电机存在整体性能较差的问题。

对于spoke类型的电机来说，一方面，所述转子磁芯到定子磁极的磁通(flux)量较小，另一方面，同样存在转子的重量较大，转动惯量较高，电机存在整体性能较差的问题。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种性能较佳的电机。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提供一种电机，包括定子和相对于定子转动的转子，所述定子包括定子磁芯和绕设于定子磁芯上的绕组，所述转子包括转轴、围绕所述转轴设置的转子磁芯和若干永磁体。所述转子磁芯包括沿周向均匀排列的若干收容空间，所述收容空间沿所述转子的径向和轴向延伸。所述若干永磁体设置在对应的收容空间内。所述定子包括环绕所述转子的定子磁芯。所述永磁体的轴向长度、所述转子磁芯的轴向长度、所述定子磁芯的轴向长度满足以下公式：lm>lr≥ls。

优选的，所述永磁体的轴向长度、所述转子磁芯的轴向长度以及所述定子磁芯的轴向长度满足以下公式：lr＝a(lm-ls)+ls，其中，lr表示所述转子磁芯的轴向长度，lm表示所述所述永磁体的轴向长度，ls表示定子磁芯的轴向长度，a的取值在0.4至0.8之间。

优选的，a的取值在0.5至0.7之间。

优选的，所述定子磁芯由若干铁芯片堆叠而成，包括轴向长度相同的环状轭部和若干自环状轭部的表面伸出的齿部。

优选的，所述永磁体的轴向两端超出所述转子磁芯的轴向两端，且超出部分的轴向长度相同，所述转子磁芯的轴向两端超出所述定子磁芯的轴向两端，且超出部分的轴向长度相同。

优选的，所述永磁体为长方体状。

优选的，所述永磁体的径向内壁相对于转子磁芯内突，位于转子磁芯的径向内侧。

优选的，所述转子磁芯包括若干铁芯叠片组，所述若干铁芯叠片组沿周向均匀排列，相邻的两铁芯叠片组之间形成所述收容空间。

优选的，所述转子进一步包括第一固定端板和第二固定端板，所述第一固定端板和第二固定端板上分别开设有若干凹槽，用于定位所述永磁体超出转子磁芯的部分。

优选的，所述转轴和第一固定端板通过插入注塑成型的方式制成。

优选的，所述转子还包括一转子套，所述转子套包覆在所述若干铁芯叠片组和永磁体的径向外部，所述转子套由导磁材料制成。

本发明还提供一种双离合变速器，所述双离合变速器包括上述电机。

相较于现有技术，本发明特别针对spoke类型的电机，将转子磁芯的轴向长度lr、永磁体的轴向长度lm和定子磁芯的轴向长度ls设计为lm>lr≥ls，改变了长时间以来设计者将上述三个轴向长度设计为lr＝lm>ls的思路，从电机的磁通量和转子的重量及转动惯量两个方面，整体提升电机的性能。

附图说明

图1是本发明一实施例的无刷直流电机的径向剖视图。

图2是本发明一较佳实施例的无刷直流电机的轴向剖视图。

图3是图1所示的电机的磁通量随所述转子磁芯的轴向长度lr变化而变化的波形图。

图4是本发明另一较佳实施例的无刷直流电机的轴向剖视图。

图5是图1所示无刷直流电机的转子的立体示意图。

图6是图5所示电机转子的分解示意图。

图7是图5所示转子的第一固定端板的结构示意图。

图8是图5所示转子的第二固定端板的结构示意图。

图9是图3所示电机转子的径向剖视图。

具体实施方式

本发明将参照附图以各种实施例的方式进行说明。在说明书附图中，具有类似结构或功能的元件将用相同的元件符号表示。附图中的部件大小和特点只是为了便于说明和揭示本发明的各个实施例，并不是要对本发明进行穷尽性的说明，也不是对本发明的范围进行限制。

图1本发明一实施例的无刷直流电机1的径向剖视图。所述电机1包括一定子2及相对定子2转动的转子5。所述定子1包括定子磁芯和绕设于定子磁芯的绕组23。所述定子磁芯21可以由若干铁芯片堆叠而成，包括一环状轭部21和若干自环状轭部21的内表面伸出的齿部210。若干齿部210的径向内表面(即极面)与转子5的外表面之间形成一间隙3，该间隙3的设置用于确保转子5能够顺利旋转。

请一并参阅图2，图2是本发明一较佳实施例的无刷直流电机的轴向剖视图。所述定子磁芯的环状轭部21和若干齿部210的轴向长度相同。所述转子5为spoke类型的转子，包括转轴50、围绕所述转轴50设置的转子磁芯51和若干永磁体52。所述转子磁芯51包括沿圆周方向均匀排列的若干收容空间(未标号)。所述收容空间沿所述转子5的径向和轴向延伸。所述永磁体52的形状与收容空间的形状大致一致，固定设置在对应的收容空间内。所述转子磁芯51可以是一个完整的铁芯叠片组，也可以由多个在圆周方向上分离的铁芯叠片组组成。所述永磁体52可以大致为长方体形状。本实施例中，所述定子1的齿部210的个数为12，所述永磁体52的个数为8。可以理解，齿部210和永磁体52的个数可以根据需求设置为其他。

所述转子磁芯51的轴向长度lr、所述永磁体52的轴向长度lm和所述定子磁芯的轴向长度ls满足以下条件：lm>lr>ls。优选的，lr＝0.4～0.8*(lm-ls)+ls，lr＝0.5～0.7*(lm-ls)+ls最佳。所述永磁体52轴向两端超出所述转子磁芯51的轴向两端，优选的，轴向两端超出的部分等长。所述转子磁芯51轴向两端超出所述定子磁芯51的轴向两端，优选的，轴向两端超出的部分等长。

请一并参阅图3，图3示出了在定子磁芯51的轴向长度ls小于永磁体52的轴向长度lm且两者都固定的情况下，转子磁芯51的轴向长度lr由ls逐渐增加至lm，磁通量随所述转子磁芯51的轴向长度lr变化而变化的波形图。从图3可以看出，磁通量的变化曲线并非是线性增大或者减小，而是类似抛物线的曲线。

因此，本发明特别针对spoke类型的电机，通过设置lm>lr>ls，一方面可以增大spoke类型的电机1的磁通量；另一方面可以降低转子5的重量和转动惯量，有利于电机1的启动，从两个方面整体提升电机1的性能。

本发明的参数的设置改变了长时间以来设计者将两种不同类型转子的转子磁芯的轴向长度lr、永磁体的轴向长度lm和定子磁芯的轴向长度ls都设计为lr＝lm>ls的思路。现有技术中认为，转子磁芯的轴向长度lr越大，转子磁芯到定子磁极的磁通(flux)量就越大，因此通常将转子磁芯的轴向长度lr设置为与永磁体的轴向长度lm相同，使磁通(flux)量最大化。事实上，对于spm类型的转子，确实是这样。但是，对于spoke类型的转子，将转子磁芯51的轴向长度lr增大到与永磁体52的轴向长度lm相同，不仅会降低磁通量，还会增加转子磁芯51的重量，增加转动惯量，影响转子5启动，整体上降低电机1的性能。本发明特别针对spoke类型的电机，设置lm>lr>ls，从增大电机的磁通量和降低转子的重量和转动惯量两个方面，整体提升电机的性能。

请参阅图4，是本发明另一较佳实施例的无刷直流电机的轴向剖视图。本实施例的电机与图2所示的电机的区别在于，所述转子磁芯51的轴向长度lr、所述永磁体52的轴向长度lm和所述定子磁芯的轴向长度ls满足以下条件：lm>lr＝ls。本实施例中，所述转子5的重量和转动惯量最小，最有利于电机的启动。并且，所述电机的磁通量与现有技术lr＝lm时的磁通量相似。因此，本实施例的电机也具有较高的性能。

图5至图8是图1所示无刷直流电机1的转子5的立体示意性结构。在该实施例中，转子5预组装成为一个组件，整体设置在电机1的定子2中。所述转子磁芯51包括多个铁芯叠片组70。所述铁芯叠片组70和永磁体52沿周向交替设置，共同构成一圆柱体。所述转子5进一步包括固定端板40与60、及转子套30。固定端板40与60分别设置于圆柱体的两端，转子套30则环套所述圆柱体，转轴50沿轴向穿过所述圆柱体。

其中，所述转子套30由导磁材料制成，优选地为导磁不锈钢。本实施例中，所述转子套30是一中空圆筒状的筒体。优选的，所述转子套30还包括自筒体的两轴向末端分别沿径向向内延伸的法兰32。法兰32抵压所述固定端板40、50，筒体套设于铁芯叠片组70和永磁体52外围，从而将其预组装为一个整体。在其他实施例中，所述转子套30也可以为两个，每一转子套包括中空圆筒状的筒体及自筒体的一轴向末端沿径向向内延伸的一法兰。所述两个转子套分别从两端一起套住转子5的铁芯叠片组70(芯片组)和永磁体52(见图4)。较佳地，在所述转子套30的内壁和/或铁芯叠片组70与永磁体52的外壁涂有胶体，将其固定连接为一体。

图7是图5所示转子5的第一固定端板40的示意性结构。在该实施例中，第一固定端板40包括端板主体部42、第一较短固定柱44、第一较长固定柱46和端板轴套48。其中，端板主体部42大致呈圆盘状，其端面开设有若干凹槽43，用于定位所述永磁体52超出转子磁芯51的部分，所述凹槽43与永磁体52优选紧配。第一较短固定柱44和第一较长固定柱46以均匀围绕轴心方式固定设置在端板主体部42的端面上相邻凹槽43之间的部分，并以垂直端板主体部42的方向从端板主体部42的端面伸出。端板主体部42轴心部分设置端板轴套48。同时参阅图9，端板轴套48的横截面大致为棱柱形，在本实施例中端板轴套48的横截面近似正八边形，轴套48的每个侧壁面481与一永磁体52接触，每个顶角处与一铁芯叠片组70接触，所述顶角处相对正八边形的结构沿径向向外突出并沿轴向形成一棱柱482。端板轴套48中间设置轴孔，其间穿过转轴50。

在一个较佳实施例中，端板主体部42、较短固定柱44、较长固定柱46和端板轴套48通过注塑方式一体成型，同时，转轴50和第一固定端板40以插入注塑(insertmolding)的方式制为一体，转轴50固定在端板轴套48内与第一固定端板40一起转动。本领域的技术人员可以理解，端板主体部42、较短固定柱44、较长固定柱46和端板轴套48也可以分体制成再通过各种方式固定在一起。

在本实施例中，较短固定柱44和较长固定柱46的横截面形状均为椭圆形，椭圆的长边朝向轴心径向设置。较短固定柱44和较长固定柱46各为四个，彼此间隔设置。

图5是图3所示转子5的第二固定端板60的示意性结构。在该实施例中，第二固定端板60包括端板主体部62、第二较长固定柱64、第二较短固定柱66和端板轴套68。其中，端板主体部62同样大致呈圆盘状，其端面开设有若干凹槽63，用于定位所述永磁体52超出转子磁芯51的部分，所述凹槽63与永磁体52优选紧配。第一较短固定柱64和第一较长固定柱66同样以均匀围绕轴心方式固定设置在端板主体部62的端面上相邻凹槽63之间的部分，并以垂直端板主体部62的方向从端板主体部62的端面伸出。其中，较长固定柱64与第一固定端板40中的较短固定柱44位置对应，较短固定柱66与第一固定端板40中的较长固定柱46位置对应。端板轴套68的形状与第一固定端板40中的端板轴套48一致，区别在于轴套68长度显著较短，以便与第一固定端板40中的端板轴套48配合共同固定转轴20。较长固定柱64和较短固定柱66的横截面形状同样均为椭圆形，椭圆的长边朝向轴心径向设置。

第一固定端板40和第二固定端板60从转轴20两端对应装配，第一较短固定柱44和第二较长固定柱64同轴，第一较长固定柱46和第二较短固定柱66同轴，对准铁芯叠片组70中的通孔。在一个较佳实施例中，通孔的横截面形状与固定柱44、46、54、56的横截面形状一致。

铁心叠片组70大致呈扇形柱状，通孔贯穿铁心叠片70的轴向方向。铁心叠片70的径向外壁为光滑圆柱曲面的一部分，与转子套30的内壁的形状匹配。铁心叠片70的两个侧壁为光滑平面。所述永磁体52在其外边缘位置处形成有倒角，与铁芯叠片组70相间隔，如此可减小磁漏，进一步提高电机1的性能。

每一永磁体52大致为对称的长方体状，与铁心叠片组70交替设置，并与铁心叠片70组成转子5的圆柱体。转子套30从转轴20一端压入，套住端板40、60、铁心叠片70和永磁体52组成的圆柱体。在一个较佳实施例中，永磁体52可以是铁氧体磁铁。本实施例中，径向截面上，永磁体52的宽度与相邻的铁芯叠片组70的周向距离大致相当，磁体52的径向长度则略大于铁芯叠片组70的径向长度。

铁芯叠片组70围绕转轴20均匀设置，相邻两个铁芯叠片组70之间形成空间，所述空间大致呈长方体状，以容纳永磁体52。本实施例中，所述永磁体52的外壁与铁芯叠片组70的外壁大致位于同一圆柱面上，与转子套30的内壁相贴，永磁体52的内壁则相对铁芯叠片组70内突，位于铁芯叠片组70的径向内侧，有效增加相邻两铁芯叠片组70内端之间的距离，从而降低漏磁。

第一固定端板40和第二固定端板60套在转轴20两端，并各自延伸出固定柱44、46、64、66插入铁芯叠片组70的轴向通孔中。在本实施例中，第一固定端板40中的较短固定柱44与第二固定端板60中的较长固定柱64长度互补，插入至同一通孔内。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定。说明书和权利要求书中的用词，如“包括”、“包含”、“具备”等具有非排它性的含义，仅出于陈述内容的目的进行描述，并不排斥其它附加的涵义。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。