一種外轉子輪轂電機的模塊化轉子的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種外轉子輪轂電機的模塊化轉子，該轉子內部設有空腔，該轉子包括設置于轉子外表面的若干轉子鐵心沖片(1)、若干永磁體(2)和隔磁區域(3)，位于轉子(1)空腔中的定子(5)、將定子(5)與其他部件隔離的接觸的氣隙(4)；若干轉子鐵心沖片(1)組成轉子本體，轉子鐵心沖片(1)設有若干通槽，若干永磁體(2)分別放置在轉子鐵心沖片(1)的通槽中，該通槽中未被永磁體填充的部分形成隔磁區域(3)。與現有的外轉子設計相比，本發明在不增加工藝難度和成本的同時，增加電機的轉矩輸出能力，提高電機設計的靈活性，在電動汽車車輪直接驅動的應用上，具有很大的優勢。
【專利說明】
-種外轉子輪穀電機的模塊化轉子
技術領域
[0001] 本發明設及一種外轉子輪穀電機的模塊化轉子設計，屬于永磁電機設計領域。
【背景技術】
[0002] 電動汽車驅動用電機廣泛采用永磁同步電機，它具有功率密度高、轉矩輸出能力 強、調速范圍寬W及效率高等優點。驅動電機在車內的放置位置，正在從間接的集中驅動的 方式向直接的、多輪控制運動的輪穀驅動的方式發展。傳統的集中驅動電機采用內轉子永 磁同步電機，若直接移植為輪穀電機，其轉矩輸出能力在車輪空間內是有限的，需要額外的 機械傳動裝置，系統復雜，不易維護。如何設計直接驅動型外轉子輪穀電機，從而有效地省 去傳統的復雜的機械傳動裝置，是目前電動汽車產業的迫切需求，也是研究領域的熱點。
[0003] 為了滿足電機的驅動要求，在有限的車輪空間內能夠提供足夠大的轉矩輸出，對 轉子結構進行設計和改良是一種非常有效、節約成本的改進措施。與圓柱體形狀的內轉子 不同，外轉子電機的轉子呈立體環形。目前，外轉子輪穀電機的轉子通過表貼的方式，將永 磁體按對排布在立體環形整體式鐵屯、的內側，形成表貼式的永磁電機結構。排布細節又可 分為永磁體問有空隙和無空隙兩種。但運類的電機，永磁體的固定不夠牢固，使得用磁體易 面臨機械碰撞退磁的風險，故障率高;表貼的方式增大了電機的等效氣隙的長度，甚至會降 低永磁體的利用率，導致成本過高。
【發明內容】
[0004] 技術問題:本發明提出一種外轉子輪穀電機的模塊化轉子，解決了傳統一體化表 貼式永磁轉子結構松散、形式單一的問題;通過內置永磁體，隔磁橋W及磁障的設計減小等 效氣隙長度，改善氣隙磁密，提高驅動電機的轉矩輸出能力；同時，通過對稱模塊的組合，降 低制造工藝難度，減少生產成本。
【發明內容】
[0005] :為解決上述技術問題，本發明提供一種外轉子輪穀電機的模塊化轉子， 該轉子內部設有空腔，該轉子包括設置于轉子外表面的若干轉子鐵屯、沖片、若干永磁體和 隔磁區域，位于轉子空腔中的定子、將定子與其他部件隔離的接觸的氣隙；
[0006] 若干轉子鐵屯、沖片組成轉子本體，轉子鐵屯、沖片設有若干通槽，若干永磁體分別 放置在轉子鐵屯、沖片的通槽中，該通槽中未被永磁體填充的部分形成隔磁區域。
[0007] 優選的，該轉子采用24極轉子。
[000引優選的，隔磁區域分布于永磁體的兩側或者永磁體的后側。
[0009] 有益效果：
[0010] (1)內置的聚磁型永磁體增強聚磁效果，增加凸極率，從而提高電動機功率密度及 轉矩密度，且有效地拓寬了電機的調速范圍，價格相對昂貴的永磁體利用率高。
[0011] (2)永磁體兩側的隔磁橋W及不對稱磁障的設置，限制了轉子漏磁，提高氣隙磁 密，從而提高電動機的輸出能力及過載能力。
[0012] (3)永磁體后側的隔磁區域，通過改變d軸磁路磁阻，提高輸出轉矩中的磁阻轉矩 分量，有效改善了電機的輸出性能，使其更適用于輪穀的應用場合。
[0013] (4)改變轉子模塊內側圓弧線性，實現非均勻氣隙的設計，能夠修正并提高了氣隙 磁密波形的正弦度，從而提高了反電動勢的正弦度，減小了轉矩脈動同時降低了電機的鐵 耗。
[0014] (5)結構緊湊牢固、設計合理，使得機械應力分布均勻，永磁體面臨機械碰撞失磁 風險大大降低。
[0015] (6)單元模塊的生產符合各材料現有的加工方式。由于對稱模塊的統一性，生產過 程中每種材料只需要同一套模具，模具尺寸減小，極大地降低了成本，適合批量化生產。
[0016] (7)轉子整體上裝配更加簡單，通過永磁模塊與娃剛模塊首先形成復合模塊，再進 行復合模塊組合的方式，克服了傳統一體化轉子的永磁體難W安裝的缺陷。
[0017] (8)在電機部分發生故障情況下，模塊化轉子只需更換發生故障的模塊，更換方 便，并且不會造成有效部分的浪費。
[0018] (9)模塊數量的選取可視電機尺寸、電機極數而靈活選取，一般情況下模塊的個數 為偶數個，對于尺寸較大、極數較多的電機，使其模塊數等于極數，便于產品的運輸，降低運 輸過程對電機造成的損壞。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發明電機橫向剖面圖，
[0020] 圖2a為本發明的單層永磁轉子模塊拼接示意圖，
[0021 ]圖化為本發明的單層V型永磁后磁障轉子模塊拼接示意圖，
[0022]圖2c為本發明的雙層永磁不對稱磁障轉子模塊拼接示意圖。
[002；3]其中：1-轉子鐵屯、沖片、2-永磁體、3-隔磁區域、4-電機氣隙，5-定子，6-模塊分割 線。
【具體實施方式】
[0024] 下面結合附圖對本發明做進一步說明。
[0025] 本發明提供的外轉子永磁電機的模塊化轉子設計，其中：本發明所設計的轉子結 構整體上具有內置式永磁電機的特性，在較好地實現了永磁電動機轉矩輸出能力的提高的 同時提高永磁材料的利用率，從而有效地增加了外轉子永磁電機的轉矩密度與功率密度； 本發明所設計的轉子結構模塊采用對稱模塊，從工藝角度上降低難度、節約成本，從電機角 度上適應內置式轉子的設計需求，靈活設置隔磁橋、不對稱磁障、非均勻氣隙，能夠滿足電 機設計要求的具體變化。與現有的外轉子設計相比，本發明在不增加工藝難度和成本的同 時，增加電機的轉矩輸出能力，提高電機設計的靈活性，在電動汽車車輪直接驅動的應用 上，具有很大的優勢。
[0026] 本發明的設計原理如下:模塊化轉子設計的目的是充分利用環形外轉子的設計空 間，提高電機的輸出性能，實現低速大轉矩的效果。永磁體內置后，等效氣隙減小，氣隙磁密 得到提高。在各模塊內，永磁體采用瓦片型或V型設計具有聚磁效果，永磁體利用率較高。永 磁體周圍的隔磁橋或磁障設計，通過提高漏磁路徑的磁阻，使得磁橋達到飽和來限制產生 的漏磁，減少諧波，提高波形的正弦度，進一步提了高氣隙磁密。
[0027] 根據輸出轉矩的計算公式：
式中9為極對 數，e為定子電流向量相對于q軸的巧用，Ld、Lq分別刃巧由和q巧的電感，ia刃相電流的峰值， 入pm為永磁體產生的主磁鏈），可W看出輸出的轉矩由永磁轉矩和磁阻轉矩合成而來，Ld與Lq 的差值越大，轉矩輸出能力越強。永磁體后側中線上的對稱磁障設置，通過改變d軸的磁阻， 能夠提高兩者的差值，增加轉矩輸出。永磁體周圍的不對稱磁障設計，使得兩個轉矩分量分 別達到最大值的電流相角更加接近，使兩者疊加的矢量和得到極大的提高。總的來說，通過 模塊化轉子的設計，在電機性能上得到了氣隙磁密幅值的提高，氣隙磁密波形正弦度的改 善，W及轉矩輸出提高的同時轉矩脈動受到抑制的優良效果。
[0028] 與此同時，統一化的模塊設計簡化了制造工藝，方便永磁體的安裝，降低材料的報 廢率，同時兼顧了整體的機械強度。
[0029] 本發明公開了一種外轉子輪穀電機的模塊化轉子設計，極大地提高了驅動電機的 轉矩密度，節約成本。轉子內置有聚磁型永磁體，在永磁體周圍設置隔磁橋或不對稱磁障。 轉子通過相同模塊的組合構成整體，組合的方式可分為插入式W及拼接式，能夠保證轉子 結構的緊湊與牢固。
[0030] 轉子鐵屯、沖片1疊壓后，即可便捷地安裝對應永磁體2,構成一個轉子模塊。轉子模 塊采用嵌入的方式進行拼接，最終構成圓環狀的整體。兩個轉子鐵屯、模塊的嵌入的方式應 當考慮有平行或者垂直嵌入，W滿足轉子鐵屯、模塊上的凸槽與凹槽設計。
[0031] 本發明提供的一種外轉子輪穀電機的模塊化轉子，該轉子內部設有空腔，該轉子 包括設置于轉子外表面的若干轉子鐵屯、沖片1、若干永磁體2和隔磁區域3,位于轉子1空腔 中的定子5、將定子5與其他部件隔離的接觸的氣隙4;
[0032] 若干轉子鐵屯、沖片1組成轉子本體，轉子鐵屯、沖片1設有若干通槽，若干永磁體2分 別放置在轉子鐵屯、沖片1的通槽中，該通槽中未被永磁體填充的部分形成隔磁區域3。隔磁 區域可W磁橋或磁障。
[0033] 通過調整轉子1內徑和定子5外徑的長度，調整氣隙4的形狀。
[0034] 氣隙4的形狀可W不采用均勻的圓環，通過轉子模塊內側的弧度的改變，配合定子 側拓撲結構的變化，使得氣隙4呈非均勻環狀，永磁體2每一極下氣隙厚度按周期變化。
[0035] 當轉子2的內周與定子5的外周為同屯、圓時，氣隙4的形狀為均勻的圓環。否則，氣 隙形狀非均勻。通過轉子模塊內周的弧度的改變，可使得氣隙4呈非均勻環狀，永磁體2每一 極下氣隙厚度按周期變化。
[0036] 該轉子采用24極轉子。
[0037] 隔磁區域3分布于永磁體2的兩側或者永磁體2的后側。
[0038] 轉子鐵屯、沖片1的構造具有用于拼接的凸槽與凹槽。凸槽與凹槽具有相同的形狀， 使得拼裝后整體的轉子結構更加緊湊。圖2a中的凸槽與凹槽位于永磁體2后部與轉子鐵屯、 沖片1外部之間的位置。圖化中的凸槽與凹槽位于永磁體2后部，V型通槽的中線上。
[0039] 永磁體2應當考慮圖2中的多種布設方式，W應對電機性能要求不同的場合。圖2a 中采用瓦片型永磁體2,瓦片型內外弧線不與轉子內外弧線平行，選取弧度較大，能夠提高 模塊化拼接緊湊程度且具有聚磁效果。圖化在V型通槽內側布設有兩塊矩型永磁體2，聚磁 性能進一步提高。圖2c充分利用轉子空間，同時布設有瓦片型和V型永磁體2,形成雙層永磁 體結構。
[0040] 隔磁橋或磁障3分布于永磁體2的兩側或者永磁體2的后側。圖化中磁障3位于永磁 體2后側V型通槽的中線上，W月牙形對稱分布，中空或者填充隔磁材料。圖2c中隔磁橋或磁 障3不對稱分布于V型永磁體2的兩側，右側磁障3向外部延伸。
[0041] 模塊分割線6表征構成外轉子的模塊的個數。圖1中分為4個模塊，圖2中分為與電 機極數相等的24個模塊，應當指出模塊個數有最大的約束但并不固定。此外，轉子的模塊分 割應當考慮還有進一步軸向分段組合的可能。
[0042] 定子外徑和轉子內徑所形成的圓周不是均勻的圓周時，可W產生非均勻的氣隙的 形狀，不再是均勻的圓環型。通過改變氣隙形狀，調整電機的性能。改變轉子模塊下方弧線 的凹凸性，使氣隙的寬度在每一永磁體磁極下按周期非均勻地變化。應當考慮進一步非均 勻氣隙設計的可能。
[0043] W上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征W及本發明的優點，應當指出， 對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可W做出若干改 進和潤飾，運些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種外轉子輪轂電機的模塊化轉子，其特征在于，該轉子內部設有空腔，該轉子包括 設置于轉子外表面的若干轉子鐵心沖片（1)、若干永磁體(2)和隔磁區域(3)，位于轉子（1) 空腔中的定子(5)、將定子(5)與其他部件隔離的接觸的氣隙(4); 若干轉子鐵心沖片（1)組成轉子本體，轉子鐵心沖片（1)設有若干通槽，若干永磁體(2) 分別放置在轉子鐵心沖片（1)的通槽中，該通槽中未被永磁體填充的部分形成隔磁區域 ⑶。2. 根據權利要求1所述的外轉子輪轂電機的模塊化轉子，其特征在于，該轉子采用24極 轉子。3. 根據權利要求1所述的外轉子輪轂電機的模塊化轉子，其特征在于，隔磁區域(3)分 布于永磁體(2)的兩側或者永磁體(2)的后側。
【文檔編號】H02K1/27GK105846568SQ201610170184
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月23日
【發明人】樊英, 陳斯雨, 譚超
【申請人】東南大學