一种转子及轮毂电机的制作方法

本发明涉及电机领域，具体涉及一种转子及轮毂电机。

背景技术：

电动车轮毂电机在电动自行车上使用非常广泛，随处可见，但是多见于一些速度低得电动自行车，很少能使用到电动摩托车上，主要原因是轮毂电机的特性问题，摩托车上使用通常车速较高，需要电机转速高，而电机速度高以后会出现低速无力的情况，如果要低速有力需要强行灌入超大电流，而此时效率极低，热量巨大，而且特别耗能，造成续航里程大幅降低，另外还需要配置大电流的控制器，这也增加了成本。

为解决上述问题，本领域技术人员想到通过弱磁控制来提升电机的最高转速，但是轮毂电机为表贴的，d轴和q轴电感完全相等(即凸极率等于1)，造成弱磁特性很差，强行增加d轴负电流的时候会造成电机效率明显下降，而且转速提升非常有限，通常最多提高20％左右就非常难提高了，所以找到一种凸极率高的方案是解决这个问题的关键。目前有些文献有写到一些提高轮毂电机凸极率的方法，基本都是按照现有内转子电机的形式参考过去的，做成v型磁钢或者切向磁钢，这个方法确实可以得到较高的凸极率，但是带来了极大的工艺难度和成倍增加的成本。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的轮毂电机弱磁效果差，工艺难、成本高的技术问题，本发明提出了一种转子及轮毂电机，解决了上述技术问题。本发明的技术方案如下：

一种转子，包括转子铁芯和永磁体，若干个所述永磁体均匀分布在所述转子铁芯的内周面上，转子铁芯的内周面上还均匀分布有导磁凸台，相邻的两个所述导磁凸台之间存在隔磁区，所述导磁凸台与所述永磁体在轴向方向上对应排列。

本发明的转子，通过在永磁体的轴向方向上对应排列导磁凸台，当导磁凸台与永磁体轴向相对配置时，其可减小d轴上的气隙，使得电机的d轴磁链磁阻大幅减小，从而增加d轴电感ld，凸极率ρ＝lq/ld<1，实现反凸极效果，凸极率ρ小于1时，不仅使电机在恒转矩区域输出转矩增大，同时可改善电机的弱磁调速性能；当导磁凸台与相邻永磁体的分割线轴向相对配置时，其可减小q轴上的气隙，使得电机的q轴磁链磁阻大幅减小，从而增加q轴电感lq，凸极率ρ＝lq/ld>1，实现正凸极效果，凸极率ρ大于1时，不仅使电机在恒转矩区域输出转矩增大，同时可改善电机的弱磁调速性能。相邻的两个导磁凸台之间存在隔磁区，如此导磁凸台仅改变d轴电感ld或仅改变q轴电感lq，进而改变凸极率。

根据本发明的一个实施例，每个永磁体在轴向上被缩减以使所述转子铁芯的内周面形成未被所述永磁体覆盖的环形区，所述导磁凸台分布在所述环形区内。

根据本发明的一个实施例，所述永磁体的至少轴向一侧或轴向中部被缩减。

根据本发明的一个实施例，所述导磁凸台与所述永磁体轴向相对配置；或者，所述导磁凸台与相邻永磁体的分割线轴向相对配置。

根据本发明的一个实施例，所述导磁凸台的周向长度小于所述永磁体的周向长度。

根据本发明的一个实施例，所述永磁体表贴在所述转子铁芯的内表面，所述导磁凸台与永磁体的轴向侧壁相贴。

根据本发明的一个实施例，所述导磁凸台的内表面凸出于所述永磁体的内表面，所述导磁凸台与定子之间存有径向间隙。

根据本发明的一个实施例，所述导磁凸台与所述转子铁芯一体成型。

一种轮毂电机，包括：上述的转子，所述转子的外周可装配轮毂；定子，所述定子位于所述转子的内周。

根据本发明的一个实施例，还包括轴，所述定子固定装配在所述轴上，所述转子转动装配在所述轴上。

基于上述结构，本发明所能实现的技术效果为：

1.本发明的转子，通过在永磁体的轴向方向上对应排列导磁凸台，当导磁凸台与永磁体轴向相对配置时，其可减小d轴上的气隙，使得电机的d轴磁链磁阻大幅减小，从而增加d轴电感ld，凸极率ρ

＝lq/ld<1，实现反凸极效果，凸极率ρ小于1时，不仅使电机在恒转矩区域输出转矩增大，同时可改善电机的弱磁调速性能；当导磁凸台与相邻永磁体的分割线轴向相对配置时，其可减小q轴上的气隙，使得电机的q轴磁链磁阻大幅减小，从而增加q轴电感lq，凸极率ρ＝lq/ld>1，实现正凸极效果，凸极率ρ大于1时，不仅使电机在恒转矩区域输出转矩增大，同时可改善电机的弱磁调速性能。相邻的两个导磁凸台之间存在隔磁区，如此导磁凸台仅改变d轴电感ld或仅改变q轴电感lq，进而改变凸极率；

2.本发明的转子，导磁凸台的周向长度小于永磁体的轴向长度，相邻导磁凸台之间存有间隙，再通过对导磁凸台的排布，导磁凸台与永磁体轴向相对配置时，导磁凸台的周向两端均不超出对应永磁体周向范围；导磁凸台与相邻永磁体的分割线轴向相对配置时，导磁凸台的周向两端均不超出相邻永磁体的中点之间的周向范围，如此导磁凸台的设置仅改变d轴电感ld或仅改变q轴电感lq，进而改变凸极率，改善电机的弱磁调速性能；

3.本发明的转子，永磁体的至少轴向一侧或轴向中部被缩减以使转子铁芯的内周面形成未被永磁体覆盖的环形区，以容纳导磁凸台，永磁体的轴向尺寸缩减以形成环形区，环形区可为一个，一个环形区可位于永磁体的轴向一侧，还可位于永磁体的轴向中部，导磁凸台均匀排布在环形区内且与相邻的永磁体的轴向侧壁相贴；环形区还可设置为两个，两个环形区可分别设置在永磁体的轴向两侧，两个环形区内的导磁凸台的排布方式相同。即永磁体和导磁凸台的配合方式有多种，且不增加转子的轴向体积；

4.本发明的轮毂电机，采用上述的转子，并采用外转子内定子的结构，转子可与轮毂连接，直接带动轮毂转动。本发明的轮毂电机可实现前述的正凸极效果和反凸极效果，进而改善电机的弱磁调速能力，如此，在较小的弱磁电流下，电机的转速可得到有效提高，电机整体的高效区域大幅增加。

附图说明

图1为本发明的实施例一中转子的结构示意图；

图2为图1的a部放大图；

图3为实施例一中转子的主视图；

图4为图3的b-b截面图；

图5为实施例一中轮毂电机的结构示意图；

图6为轮毂电机的主视图；

图7为图6的c-c截面图；

图8为本发明的实施例二中转子的结构示意图；

图9为实施例二中转子的主视图；

图10为图9的d-d截面图；

图11为本发明的实施例三中转子的结构示意图；

图12为实施例三中转子转子的主视图；

图13为图12的e-e截面图；

图14为本发明的实施例四中转子的结构示意图；

图15为图14的f部放大图；

图中：1-转子；11-转子铁芯；111-导磁凸台；112-隔磁区；12-永磁体；13-环形区；2-定子；3-轴；4-端盖；5-定子支架；6-轴承。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例一

如图1-7所示，本实施例提供了一种转子1，包括转子铁芯11和设置在转子铁芯11上的永磁体12，永磁体12为若干个，若干个永磁体12均匀分布在转子铁芯11的内周面上，相较于现有技术中，永磁体12在轴向上覆盖转子铁芯11的内周面，本实施例中，永磁体12在轴向上被缩减以使转子铁芯11的内周面形成环形区13，环形区13用于容纳导磁凸台111。

转子铁芯11呈圆环状，永磁体12可成方形，若干个永磁体12在周向上拼接设置在转子铁芯11的内周面上，永磁体12的轴向宽度小于转子铁芯11的内周面的轴向宽度，以使转子铁芯11的内表面上形成未被永磁体12覆盖的环形区13。本实施例中，永磁体12的轴向两侧均缩减形成有环形区13；优选地，永磁体12设置在转子铁芯11的轴向中部，永磁体12两侧的环形区13对称。

导磁凸台111与永磁体12轴向相对配置，具体地，两个环形区13内均容纳有导磁凸台111，导磁凸台111的数量为永磁体12的数量的两倍，每个永磁体12的轴向两侧均设置有导磁凸台111。本实施例中，导磁凸台111呈方形，导磁凸台111的周向长度小于永磁体12的周向长度，相邻的两个导磁凸台111之间存在轴向间隙，以形成隔磁区112，每个永磁体12两侧的导磁凸台111的周向两端均不超出对应所述永磁体的周向范围。优选地，同一环形区13内的导磁凸台111沿周向均匀分布，周向上相邻的两个导磁凸台111之间存在间隙，两个环形区13中的导磁凸台111对称分布。优选地，导磁凸台111与转子铁芯11一体成型，导磁凸台111的内表面凸出于永磁体12的内表面，但在与定子配合时，导磁凸台111与定子之间存有径向间隙；导磁凸台111与相邻的永磁体12的轴向侧壁相贴。

本实施例还提供了一种轮毂电机，包括转子1、定子2和轴3，转子1转动设置在轴3上，定子2固定装配在轴3上，转子1可相对于定子2转动。转子1的外周可装配轮毂。具体地，转子铁芯111的两端固定连接有端盖4，端盖4径向延伸，端盖4的内端通过轴承6转动安装在轴3上，定子2位于转子1的内周，定子2通过定子支架5固定装配在轴3上。

基于上述结构，本实施例中的转子和轮毂电机，通过在永磁体12的轴向两侧形成环形区13，以容纳导磁凸台111，导磁凸台111与永磁体12轴向相对配置，导磁凸台12的设置减小了d轴上的气隙，使得电机的d轴磁链磁阻大幅减小，从而增加d轴电感ld，凸极率ρ＝lq/ld<1，实现反凸极效果；而凸极率ρ小于1时，不仅使电机在恒转矩区域输出转矩增大，同时可改善电机的弱磁调速性能。通过测试，本实施例中的轮毂电机取得了0.28的反凸极率，在很小的弱磁电流下，电机转速提高了126％(从380rpm转提升到860rpm)，电机的整体高效区域大幅增加。

实施例二

如图8-10所示，本实施例与实施例一基本相同，区别仅在于，导磁凸台111被配置为与相邻永磁体12的分割线轴向相对，永磁体12两侧的导磁凸台111的分布对称。优选地，相邻永磁体12的分割线经过导磁凸台111的中心处，如此，导磁凸台111的周向两端均不超出相邻永磁体12的中点之间的周向范围，每个永磁体12的中心处没有轴向对应导磁凸台111，即本实施例的转子1，可减小q轴上的气隙，使得电机的q轴磁链磁阻大幅减小，从而增加q轴电感lq，而d轴上的气隙不变，凸极率ρ＝lq/ld>1，实现正凸极效果，不仅使电机在恒转矩区域输出转矩增大，同时可改善电机的弱磁调速性能。

通过测试，本实施例中的轮毂电机取得了3.5的正凸极率，在很小的弱磁电流下，电机转速提高了126％(从380rpm转提升到739rpm)，电机的整体高效区域大幅增加。

实施例三

如图11-13所示，本实施例与实施例二基本相同，区别仅在于，本实施例中，永磁体12的轴向一侧缩减，以使转子铁芯11的内表面上形成环形区13，即永磁体12的轴向一侧设置有导磁凸台111，导磁凸台111与相邻永磁体12的分割线轴向相对配置。

实施例四

如图14-15所示，本实施例与实施例一基本相同，区别仅在于，永磁体12的轴向中部缩减，以使转子铁芯11的内表面上形成环形区13，导磁凸台111与永磁体12轴向相对配置，即导磁凸台111位于永磁体12的轴向中部，导磁凸台111的轴向两侧均与永磁体12的形成环形区13的两个侧壁相贴。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明的宗旨的前提下做出各种变化。