CN203774916U - 永磁同步电机及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种永磁同步电机，包括定子和转子，其中，所述定子包括支架和安装在支架上的铁芯片，所述转子为外转子，其包括外环、极靴和永磁体，其特征在于，所述极靴沿圆周方向固定在外环的内表面上，相邻的极靴之间设有沿径向延伸的凹穴，所述永磁体被固定在所述凹穴中。本实用新型通过对永磁体在转子上的合理布置，改善了电机特性，并降低了电机成本，减小了电机的体积。本实用新型还公开了包括上述永磁同步电机的车辆。

Description

永磁同步电机及车辆

技术领域

本实用新型涉及一种永磁同步电机。本实用新型还涉及具有该永磁同步电机的车辆。

背景技术

电动车辆正以各种形式走进千家万户。大到电动汽车，小到电动三轮车、电动摩托车、电动自行车等，都以其使用电能的零排放、无污染的绿色出行而受到越来越多的关注。而在城市交通中，电动摩托车、电动自行车等又因其快速性、便捷性而使骑行者免受堵车的困扰，因而逐渐成为中、短距离交通时首选的代步工具。

永磁同步电机由于具有高效率、高输出转矩、高功率密度以及良好的动态性能，而被越来越多的行业所广泛采用。在电动车辆领域中，永磁同步电机作为行驶驱动电机的应用尤为普遍。

目前用于电动车辆驱动电机的永磁同步电机的常见结构如图1所示。其中，通常呈瓦片形的永磁体2沿圆周方向被粘贴在大致圆环形的背铁1的内表面上，从而构成电机的外转子；铁芯片3安装在支架4上，构成电机的定子。将该外转子与轮毂相结合，即构成一种直接驱动式轮毂电机，从而转子的转动可以对车辆的驱动轮直接进行驱动。由于免去了减速机构，使得驱动***结构简单、紧凑，轴向尺寸小，因而被广泛采用。

然而，从电动车辆的角度来说，用户总是希望获得进一步提高的电机性能以满足其骑行或乘用的需求，而对于上述结构的电机来说，其性能的提高则需要使用更多的永磁体，这会带来成本和体积的增加。并且，作为一种表面式永磁同步电机，该电机无法施加可增大输出转矩的额外的磁阻转矩。此外，由于永磁体需要采用胶粘剂等物质而被固定在转子的内表面上，这使得其机械强度较弱，特别是在高速运行期间，留下了一定的安全隐患。

实用新型内容

鉴于现有技术中用作电动车辆驱动电机的永磁同步电机存在上述问题，本实用新型的主要目的是提供一种永磁同步电机的新拓扑结构，其能够比其它的常规驱动电机提供更优良的性能。本实用新型的另一目的是提供具有该新拓扑结构的永磁同步电机的车辆。

根据本实用新型的一方面，提供了一种永磁同步电机，其包括定子和转子，其中，所述定子包括支架和安装在所述支架上的铁芯片，所述转子为外转子，其包括外环、极靴和永磁体，其中，所述极靴沿圆周方向固定在外环的内表面上，相邻的极靴之间设有沿径向延伸的凹穴，所述永磁体被固定在所述凹穴中。

在一实施方式中，在所述外环与所述极靴之间还设置有与所述外环固定连接的内环，所述内环的内表面上设有径向向内的凸伸部，所述极靴中设有与所述凸伸部形状相似的凹形部，所述凹形部的侧壁上设有齿状部，利用所述齿状部，所述极靴被压配合至内环上的所述凸伸部上。

可选地，所述转子不包括内环，所述凸伸部直接设置在所述外环的内表面上。

在一实施方式中，所述极靴利用胶粘剂被直接粘贴在所述外环的内表面上。

在一实施方式中，所述外环的内表面上设有径向向内的凸伸部，所述凸伸部的径向末端的宽度大于其根部的宽度，所述极靴上设有底端与所述凸伸部形状配合的凹形部。

优选地，所述凸伸部径向末端和/或所述凹形部底端的截面形状是圆形，燕尾形，多边形，或倒T形。

在一实施方式中，所述极靴与所述外环之间存在间隙，所述间隙中灌注有树脂，固化后的树脂将所述极靴和所述外环固定到一起。

优选地，所述树脂为环氧树脂。

根据本实用新型的优选方面，所述极靴的数目为50，所述铁芯片中的槽的数目为45。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种车辆，其包括上述的永磁同步电机。

优选地，所述车辆为电动车辆，所述永磁同步电机为轮毂电机。

另外优选地，所述车辆为作业车辆，所述永磁同步电机为作业驱动电机。

本实用新型所提供的永磁同步电机，将现有技术中的表面式永磁同步电机的外转子的构造进行改进，使永磁体埋置于极靴内部，从而构成内置式外转子永磁同步电机，为其带来了凸极效应，能够产生磁阻转矩并进行弱磁控制，同时还减小了电机的体积，增大了电机的转矩，节省了成本，并且保持了电机的其它特性。另一方面，采用上述电机进行驱动的电动车辆，与现有技术相比，结构更为紧凑，行驶特性更为优越，因而更为经济实用。

附图说明

本实用新型的前述及其它方面将通过下面参照附图所做的详细介绍而被更完整地理解和了解，在附图中：

图1为现有技术的电动车辆驱动电机的示意性局部视图；

图2为根据本实用新型的一个实施方式的驱动电机的示意性局部视图；

图3为根据本实用新型的另一个实施方式的驱动电机的示意性局部视图；

图4为根据本实用新型的又一个实施方式的驱动电机的示意性局部视图；并且

图5为根据本实用新型的再一个实施方式的驱动电机的示意性局部透视图。

具体实施方式

参见图2-5，根据本实用新型的一种永磁同步电机，其包括定子和转子，其中，所述定子包括支架4和安装在支架4上的铁芯片3，所述转子为外转子，其包括外环11、21、31、41，极靴13、23、33、43和永磁体14，并且，所述极靴13、23、33、43沿圆周方向固定在外环11、21、31、41的内表面上，相邻的极靴之间设有沿径向延伸的凹穴，所述永磁体14被固定在所述凹穴中。

当上述电机用作电动车辆的驱动电机时，将外环与车辆驱动轮的轮毂相结合，即可构成轮毂电机而实现对驱动轮的直接驱动，应用十分便捷。

参见图2，在一个实施方式中，极靴13通过压配合而被固定到外环11上。具体地，为了实现极靴13到外环11的压配合，设置有与外环11固定连接的内环12。内环12的内表面上设有径向向内的凸伸部16，极靴13中设有与凸伸部16形状相似的凹形部17（在图示的实例中，凹形部17的形状为U形），凹形部17的侧壁上设有齿状部15，利用该齿状部15，极靴13被压配合至内环12上的凸伸部16上。通过这种方式，极靴13与外环11之间实现稳固的连接，从而确保了被固定在相邻极靴之间的凹穴内的永磁体14被可靠地与外环相连接。

可以理解的是，内环12并不是必须的，例如，与极靴13上的凹形部17相配合的凸伸部可以直接加工在外环的内表面上，从而省略该内环12。电机的性能基本不会因此发生改变。然而，在设置内环时，可以选择不同硬度的材料来制作外环和内环，例如选择更适合与齿状部进行压配合的材料制作内环，可以方便极靴的安装。

图3为本实用新型的另一个实施方式，其中示出了极靴与外环之间的另一种连接方式。与图2的实施方式不同的是，本实施方式中，外环21与极靴23之间没有设置内环，极靴23被直接粘贴在外环的内表面上。与图2的实施方式相比，由于节省了设有凸伸部的内环的加工，并且极靴的形状更简单，因此可减少电机的制造成本。同样可以理解的是，也可以设置内环，极靴23通过粘贴在内环的内表面上而被间接地固定至外环21的技术方案也是可行的。本领域的技术人员容易对此做出适当的选择。

图4为本实用新型的又一个实施方式，其中示出了极靴与外环之间的另外一种连接方式。与图2的实施方式不同的是，本实施方式中，极靴33通过形状锁合的方式被固定到外环31上。具体地，外环31的内表面上设有径向向内的凸伸部36，凸伸部36的径向末端35的宽度大于其根部的宽度，极靴33上设有与凸伸部形状配合的凹形部。进一步地，该凸伸部36末端35和/或所述凹形部底端的截面形状可以是圆形，燕尾形，多边形，倒T形，或其它合适的形状。在具体实施时，也可以同时利用形状锁合及极靴凹形部产生的弹性力夹紧力来进一步保证连接的牢固程度。

此外，可以理解的是，凸伸部36同样可以像图2的实施方式那样设置在单独的内环上，从而借由内环与外环之间的连接而将极靴间接地固定至外环。本领域的技术人员可以从加工成本的角度容易地对此做出选择。

图5为本实用新型的再一个实施方式，其中示出了极靴与外环之间的再另外一种连接方式。本实施方式中，极靴43没有与外环41直接连接，而是在两者之间存在间隙42。该间隙42中灌注有树脂44，诸如环氧树脂等，在该树脂44固化后，极靴43和外环41即被稳固地连接到一起。与图3的实施方式相比，固化后的树脂的机械强度和热稳定性更高，因而在高速运行期间更加安全可靠。

优选地，根据本实用新型的永磁同步电机，极靴的数目可以为50，铁芯片中的槽的数目可以为45。因此，对于该凸极式永磁同步电动机而言，槽极数之比为45比50。容易理解的是，根据具体的设计要求及相应的工况，本领域的技术人员容易对槽极数之比做出其他的具体选择。

采用上述新拓扑结构的永磁同步电机，由于永磁体被埋置于极靴的内部，其相比于现有技术中的表面式永磁同步电动机，至少具有下列明显优点：在机械方面，其在高速运行期间比表面式永磁同步电动机更牢固；在电气方面，作为内置式永磁同步电机，其相对高的电感值适合于通过弱磁控制而在高速区域运行。由于永磁体和极靴至铁芯的距离不同，导致直轴和交轴的有效气隙不同，从而产生凸极效应，并且由于永磁体和极靴的导磁率有很大差异，因此可以通过额外的磁阻转矩来增大最大转矩，即在永磁转矩的基础上叠加磁阻转矩，从而提高电机的过载能力和功率密度，并且具有更宽的恒功率范围。

此外，该设计还减小了电机的体积并且因此永磁体的成本更低。

根据试验结果，本实用新型的新拓扑结构的电机的性能与图1所示的表面式永磁同步电机几乎相同，但转矩增大了5%。另外，本实用新型的电机减少了大约50%的永磁体。

由于上述优点，本实用新型的永磁同步电机非常适用于车辆环境中，既能满足在启动、低速或爬坡时输出大转矩，在高速时输出大功率，并可提供宽调速范围和高可靠性的运行要求，又能满足小型化、轻型化以及布置空间有限等方面的结构要求。

因此，该电机可以用作电动自行车、电动摩托车、电动三轮车等轻型电动车辆的驱动电机，也可以用作电动汽车、混合动力汽车、以及其它各种新能源汽车的驱动电机，例如，用来构成上述车辆的轮毂电机。

此外，本实用新型的永磁同步电机还可以用作作业车辆的车载作业驱动电机，例如，用来构成城市道路清扫车辆的清扫驱动电机等。

当然，本领域的技术人员容易理解，本实用新型的永磁同步电机不局限于上述的在车辆中的应用，而是可以应用至任何对电机有相同或类似需求的场合。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本实用新型的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本实用新型的权利要求范围内。

Claims (12)

1.一种永磁同步电机，包括定子和转子，其中，所述定子包括支架和安装在所述支架上的铁芯片，所述转子为外转子，其包括外环、极靴和永磁体，其特征在于，所述极靴沿圆周方向固定在外环的内表面上，相邻的极靴之间设有沿径向延伸的凹穴，所述永磁体被固定在所述凹穴中。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于，在所述外环与所述极靴之间还设置有与所述外环固定连接的内环，所述内环的内表面上设有径向向内的凸伸部，所述极靴中设有与所述凸伸部形状相似的凹形部，所述凹形部的侧壁上设有齿状部，利用所述齿状部，所述极靴被压配合至内环上的所述凸伸部上。

3.根据权利要求2所述的永磁同步电机，其特征在于，所述转子不包括内环，所述凸伸部直接设置在所述外环的内表面上。

4.根据权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于，所述极靴利用胶粘剂被直接粘贴在所述外环的内表面上。

5.根据权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于，所述外环的内表面上设有径向向内的凸伸部，所述凸伸部的径向末端的宽度大于其根部的宽度，所述极靴上设有底端与所述凸伸部形状配合的凹形部。

6.根据权利要求5所述的永磁同步电机，其特征在于，所述凸伸部径向末端和/或所述凹形部底端的截面形状是圆形，燕尾形，多边形，或倒T形。

7.根据权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于，所述极靴与所述外环之间存在间隙，所述间隙中灌注有树脂，固化后的树脂将所述极靴和所述外环固定到一起。

8.根据权利要求7所述的永磁同步电机，其特征在于，所述树脂为环氧树脂。

9.根据权利要求1-8之一所述的永磁同步电机，其特征在于，所述极靴的数目为50，所述铁芯片中的槽的数目为45。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的永磁同步电机。

11.根据权利要求10所述的车辆，其特征在于，所述车辆为电动车辆，所述永磁同步电机为轮毂电机。

12.根据权利要求10所述的车辆，其特征在于，所述车辆为作业车辆，所述永磁同步电机为作业驱动电机。