结构紧凑并具有高功率密度的永磁同步轮毂电动机的制作方法

本项发明属于电动汽车技术领域，具体涉及一种结构紧凑并具有高功率密度永磁同步轮毂电动机。

背景技术：

随着新能源汽车的发展，不少汽车采用电力驱动方式，减少尾气排放和污染，还可用于提供起步、急加速的助力以及刹车时的制动力，有的还可以实现能量的回收与利用。

轮毂电机必将成为电驱动汽车的终极解决方案，创造性地将动力、传动和制动装置整合到轮毂上，变中央式驱动为分布式驱动，省掉了传动轴、差速器等传动部件，实现了新能源汽车发动机、变速机构的一体化。既可减少80％的传动机构，减少30％的自身重量，又可极大程度提高电池能效，延长续驶里程。具有高效、节能、轻量化、小型化等诸多优点，这也是目前国内电动汽车(ev)所不能达到的。轮毂电机技术催生的电驱动系统，必将以解决新能源汽车成本、能耗、污染等问题的最佳方案而一枝独秀。

轮毂电机具有多种型式，据统计，在2017年第一批推荐目录中有150款车型配置了永磁同步电机(pmsm)，占比81％；搭配交流异步电机(acam)的有33款，占比18％；目前国外知名的车企，如宝马的activehybrid与i3；丰田的pruis与leaf；teaslamodel3；本田civichybrid；雪佛兰volt等都是采用pmsm。此外，开关磁组电机(srm)，结构和控制简单，出力大，可靠性高，成本低，启动性能好，但是缺点是脉动转矩大、噪音大、非线性严重等，故未能推广应用电动汽车上，尚处于继续研发和探索之中。

pmsm功率密度高、功率因数高、转速范围宽，调速控制性能优。而且，无励磁损耗和散热问题，电磁结构简单，对比功率am，体积小15％以上。故本发明的轮毂电机采用的是pmsm。

技术实现要素：

本实用新型采用了外转子型永磁同步电动机，其特点除功率密度高、转动力矩大以外，而且其结构更便于与汽车的轮毂连接。

外转子型pmsm主要由定子、转子、端盖三部分组成。具体结构(参见图1)包括：定子铁心5、定子绕圈4、定子的空心固定轴6和空心固定轴内压套的实心轴8，实心轴8压套在汽车的后桥内；还有转子铁心2、转子磁钢3，磁钢3为20块极性(n、s)相间、圆周均布的磁极，设置于转子的内圆周；还有转子两侧固接于一体的左右端盖形成的外转子(端盖材质为镁铝合金)；以及端盖固定轴之间安装的轴承等部件。本电机整体结构紧凑、坚固，且其簧下质量最轻，全部性能适合于电动汽车的轮毂驱动。

附图说明

图1为外转子型永磁同步(pmsm)轮毂电机的总装配图。图中，(1)-端盖；(2)-转子铁心；(3)-转子磁钢；(4)-定子线圈；(5)-定子铁心；(6)-空心固定轴；(7)-轴承(31308)；(8)一实心轴；(9)一轴承(32012)；(10)一气隙。

图2为永磁同步轮毂电机的定子/转子结构图。

图中，(2)一转子铁心；(3)一转子磁钢；(4)一定子线圈；(5)一定子铁心。

图3为永磁同步轮毂电机在汽车车轮内和后桥上的装配位置。图中，(11)一汽车车轮；(12)一轮毂；(13)一pmsm轮毂电机；(14)一制动卡钳；(15)一制动盘；(16)一汽车后桥；(8)一实心轴。

具体实施方式

本实用新型为实现高功率密度，定子铁心采用厚度0.5mm的dw360-50冷轧硅钢片冲压叠置而成。铁心上开有槽型特殊设计的21个线槽，每槽的导体数16，线径为0.63mm。电枢绕组的匝数56，并联支路数为1。三相双层绕组在21槽中的排列如下：abybybybczczczcaxaxax。定子与转子的最小气隙g＝1.2mm，以确保符合优化设计的气隙磁密。每个磁极的磁钢型号为38uh(br＝1.25t，hcj＝1990ka/m，(bh)max＝38mgoe)。轮毂电机应用于电动汽车上，除确保电机的各项主要性能参数，如额定功率、转矩、过载倍率、效率等以外，还有一个重要指标就是簧下质量，这对电动机的操控性能影响很大，要求该值愈小愈好。因此，我们选用了能满足强度和刚度、重量又最轻的镁铝合金作为端盖材料，在最大功率18kw下重量＜20kg，故本轮毂电机的功率密度高。

本实用新型的结构特点之一是采用了空心轴与实心轴结合的主轴结构。定子内径压套在空心轴的最大外圆上，空心轴的内径又压套在实心轴的外径上。实心轴的一端再插入汽车的后桥内孔中，因此实现了定子固定在后桥上的目的，而外转子(端盖)则通过两侧轴承，驱动轮毂正常运转。这一结构规避了将轮毂电机装入车轮内部的诸如结构复杂、空间受限、效率降低、散热困难等很多弊端。

本实用新型的另一结构特点是与汽车轮毂的装配连接最简单，仅用4只双头螺栓，穿过外转子轮毂电机的一侧端盖与汽车轮毂上原开出的4个孔，把紧固定即可。

技术特征：

1.一种结构紧凑并具有高功率密度的永磁同步轮毂电动机，包括端盖(1)、转子铁心(2)、转子磁钢(3)、定子线圈(4)、定子铁心(5)、定子的空心固定轴(6)、实心轴(8)、轴承(7、9)，其特征在于转子磁钢(3)为20块n、s极性相间、圆周均布的磁极，设置于转子铁心(2)的内圆周，磁钢的材料为n38uh。

2.根据权利要求1所述的结构紧凑并具有高功率密度的永磁同步轮毂电动机，其特征在于定子内径压套在空心固定轴(6)的最大外圆上，空心轴的内径又压套在实心轴的外圆周上；实心轴的一端再插入汽车的后桥内孔中。

3.根据权利要求1所述的结构紧凑并具有高功率密度的永磁同步轮毂电动机，其特征在于本永磁同步轮毂电动机与轮毂的装配连接，是用4个双头螺栓穿过轮毂电动机的一侧端盖和汽车轮毂上原开出的4个孔。

4.根据权利要求1所述的结构紧凑并具有高功率密度的永磁同步轮毂电动机，其特征在于定子铁心采用厚度0.5mm的dw360-50冷轧硅钢片冲压叠制而成，铁心上开有21个线槽，每槽的导体数16，线径0.63mm，电枢绕组匝数56，并联支路数为1，三相双层绕组在21槽中的排列为：abybybybczczczcaxaxax。

技术总结
本实用新型涉及一种结构紧凑并具有高功率密度的永磁同步轮毂电动机，包括端盖(1)、转子铁心(2)、转子磁钢(3)、定子线圈(4)、定子铁心(5)、定子的空心固定轴(6)、实心轴(8)、轴承(7)和(9)，其特征在于转子磁钢(3)为20块N、S极性相间、圆周均布的磁极，设置于转子铁心(2)的内圆周，磁钢的材料为N38UH。定子内径压套在空心固定轴(6)的最大外圆上，空心轴的内径又压套在实心轴的外圆周上；实心轴的一端再插入汽车的后桥内孔中；轮毂电动机与轮毂的装配连接，是由双头螺栓穿过轮毂电动机的一侧端盖与汽车轮毂上原开出的孔，把紧螺栓而固定为一体，形成结构紧凑、功率密度高的永磁同步轮毂电动机。

技术研发人员：邓隐北;梅更德;王志英;谢志平
受保护的技术使用者：孙永德
技术研发日：2019.08.06
技术公布日：2020.06.05