CN101478213A - 一种无刷直流轮毂电机及其摩托车、汽车、坦克 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮毂电机和使用该轮毂电机的摩托车、汽车、坦克，该轮毂电机包括外转子和内转子，外转子和定子为少槽少极结构。由于轮毂电机采用少槽少极结构的永磁无刷直流电机作为动力源，该电机的体积小，结构和生产工艺简单，可以实现低速大转矩工作，能使纯电动和混合动力的电动摩托车、电动汽车的稳定性大大提高，对于作为特殊运输工具的坦克而言，还可以在其动力系统中设有上述轮毂电机，由于该轮毂电机能够实现低速大转矩工作，为坦克在起动和低速行驶过程中减少坦克的油耗，提高了其连续行驶的能力。

Description

一种无刷直流轮毂电机及其摩托车、汽车、坦克

技术领域

本发明涉及一种轮毂电机结构及其使用用具，特别是无刷直流轮毂电机及使用该轮毂电机的纯电动或者混合动力的电动摩托车、电动汽车和坦克。

背景技术

“轮毂电机”可以直接安装在交通和运输工具的车轮之上，它能为交通工具提供瞬时的扭力，同时大大提高动力效率。

然而，目前用于各种交通和运输工具中的轮毂电机，一般都存在电机转矩不足，一次充电后连续行驶里程短，而且在长时间有载运行中电机易发热，永磁体磁性能弱化等缺点，制约了纯电动或者混合动力交通和运输工具的发展。

其中，电单车、摩托车作为一种便利的交通工具，在当今的社会发展中仍然得到广泛的使用。目前的摩托车一般是以汽油发动机作为动力源，但是，随着石油资源的日益减少，不但使用成本日益增加，而且燃烧汽油、柴油所排放出来的废气会对环境造成较大的污染，不能满足现代社会的要求。

在此情况下，广大的厂企开始研制采用电动机作为动力源的电动摩托车，一般是利用蓄电池中的电能来驱动轮毂转动，不依赖石油制品作为燃料，是一种无污染、噪音低、能效高、操作和维修方便的“绿色车辆”，如使用在电动摩托车中，电动摩托车与燃油车相比，可减少排污量97％，能源利用率高，是改善城市环境污染和节能的理想工具。而电动摩托车的性能优劣主要取决于电池系统和电机及其控制系统两方面的技术，其中，电机要求瞬时功率大、过载能力强、加速性能好和使用寿命长。然而，一般都存在电机转矩不足，一次充电后连续行驶里程短，而且在长时间有载运行中电机易发热，永磁体磁性能弱化等缺点，制约了纯电动或者混合动力交通和运输工具的发展。

目前的电动摩托车或者混合动力摩托车轮毂电机，其转子磁路结构的其中一种是外转子磁极数为46极，定子槽数为51槽，在上述结构中，存在如下不足，其漏磁严重，并且由于设计理论及实践中存在着技术偏见，都采用多槽多极结构，但是，实际上这样的多槽多极结构在生产过程中存在工艺复杂的问题，并且会造成电动摩托车在行驶中性能不稳定，因而不能达到最佳的使用效果。并且该电机还存在自身体积大、成本高的缺点，同时还需要减速箱的配合使用，因而使得电动摩托车的成本不能进一步降低。

另外，结构相对简单的少槽少极则一直以来只用于功率为500W以下的小型、微型电机中，如在2006年12月出版的，第26卷、第24期的《中国电机工程学报》中，在“小型无刷直流电动机振动与噪声的研究”一文中，介绍了在小型无刷直流电动机的设计中，定子常采用9槽结构，永磁转子的极数可考虑6极、8极、10极、12极结构。从上述可知，低速大转矩电机通常是采用结构相对复杂的多槽多极结构，而结构相对简单的少槽少极结构一般只用于小型、微型电机上，而在低速大转矩电机上并没有使用和尝试。

从以上内容可知，由于存在上述的技术偏见，直至目前，少槽少极结构并没有出现在低速大转矩的永磁电机的设计与制造上，更没有用于电动摩托车上，因而目前的电动摩托车技术有待改进。

另外，上述情况同样存在纯电动和混合动力的电动汽车中，制约了轮毂电机在电动汽车中的进一步应用。

还有，对于重型的车辆，如坦克，由于其重量大，在起步阶段的低速行驶过程中，此时其驱动机构需要比平常工作时更大的扭矩输出，目前的现有燃油驱动系统在此工况下极为耗费燃料，减少了连续行驶里程，坦克的作用范围受到了极大的限制，使用不够理想。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、性能可靠、使用效果好的无刷直流轮毂电机。

另一个目的在于提供一种性能可靠、使用效果好的使用无刷直流轮毂电机的电动摩托车和混合动力摩托车。

再一个目的在于提供一种性能可靠、使用效果好的使用无刷直流轮毂电机的电动汽车和混合动力汽车。

再一个目的在于提供一种其轮毂电机能够瞬间提供大扭矩，性能可靠、使用效果好的坦克。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种无刷直流轮毂电机，该电机包括外转子和内转子，外转子和定子为少槽少极结构。

一种摩托车，其电动体系包括摩托车车体、安装在摩托车车体上的前轮和后轮，前轮和/或者后轮连接有驱动其转动的轮毂电机，轮毂电机连接有安装在摩托车车体上的电池组件，所述的轮毂电机为无刷直流电机，该电机包括外转子和内转子，外转子和定子为少槽少极结构。

一种汽车，其电动体系包括汽车车体、安装在汽车车体上的前轮组和后轮组，前轮组和/或者后轮组连接有驱动其转动的轮毂电机，轮毂电机连接有安装在汽车车体上的电池组件，所述的轮毂电机为无刷直流电机，该电机包括外转子和内转子，外转子和定子为少槽少极结构。

一种坦克，其电动体系包括坦克壳体、安装在坦克壳体上的驱动轮组，驱动轮组连接有驱动其转动的轮毂电机，轮毂电机连接有安装在坦克壳体内的电池组件，所述的轮毂电机为无刷直流电机，该电机包括外转子和内转子，外转子和定子为少槽少极结构。

另外，在上述轮毂电机及摩托车、汽车和坦克中，优选方案是所述定子为12槽结构，外转子为8极或者10极结构，该结构有充足的绕线空间，有条件采用增加绕组匝数，在相同转速转矩情况下，单位电流可以获得最大的力矩。

另外，所述的定子也可以为9槽结构，外转子为8极或者10极结构。

所述外转子为环状体，外转子的每一极的磁钢分别由铷铁硼磁块粘接而成，磁极间有隔离块，背部有隔磁紫钢箔粘接在外转子环状体内。减少了漏磁现象，强化了永磁体性能作用，磁钢不会因外部磁场冲击而弱化。

本发明的有益效果是：由于轮毂电机采用少槽少极结构的永磁无刷直流电机作为动力源，该电机的体积小，结构和生产工艺简单，可以实现低速大转矩工作，能使纯电动和混合动力的摩托车、汽车的稳定性大大提高，并且无需采用齿轮箱进行减速输出，使电动或混合动力摩托车、汽车的生产成本能够有效降低，满足广大消费者的需求。另外，对于作为特殊运输工具的坦克而言，还可以在其动力系统中设有上述轮毂电机，由于该轮毂电机能够实现低速大转矩工作，可以在坦克低速的时候提供大转矩工作，使用效果好，减少坦克的油耗，提高了其连续行驶的能力。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明轮毂电机的实施方式一的结构示意图；

图2是本发明轮毂电机的实施方式二的结构示意图；

图3是本发明轮毂电机的实施方式三的结构示意图；

图4是本发明摩托车的结构示意图；

图5是本发明摩托车的原理框图；

图6是本发明汽车的结构示意图；

图7是本发明汽车的原理框图；

图8是本发明坦克的结构示意图；

图9是本发明坦克的原理框图。

具体实施方式

参照图1、图2和图3，本发明的一种无刷直流轮毂电机，该电机包括外转子1和内转子2，外转子1和定子2为少槽少极结构，外转子1上设有磁钢3，定子2上设有线圈绕组4。

作为优选实施方式，其中，如图1所示，所述的定子为12槽结构，外转子1为8极或者10极结构，该结构有充足的绕线空间，有条件采用增加绕组3的匝数，在相同转速转矩情况下，单位电流可以获得最大的力矩。

当然，上述电机的结构也可以如图2所示，所述定子为9槽，外转子为8极结构，也可以如图3所示定子为9槽，外转子1为10极结构。

另外，进一步，所述外转子1为环状体，外转子1的每一极的磁钢3分别由厚度为3mm的铷铁硼磁块粘接而成，磁极间有隔离块，背部有厚度为0.1mm隔磁紫钢箔粘接在外转子环状体内。减少了漏磁现象，强化了永磁体性能作用，磁钢不会因外部磁场冲击而弱化。

参照图4、5，本发明的一种电动和混合动力摩托车，其电动体系包括摩托车车体10、安装在摩托车车体10上的前轮11和后轮12，前轮11和/或者后轮12连接有驱动其转动的轮毂电机5，轮毂电机5连接有安装在摩托车车体10上的电池组件13，结合图1、2、3，所述的轮毂电机5为无刷直流电机，该电机包括外转子1和内转子2，外转子1和定子2为少槽少极结构，由于采用少槽少极结构，该轮毂电机不但性能稳定、输出转矩大，而且耗电量低，蓄电池的供电时间能够有效延长。

同样，作为优选实施方式，所述的定子2为12槽结构，外转子1为8极或者10极结构，该结构该结构有充足的绕线空间，有条件采用增加绕组匝数，在相同转速转矩情况下，单位电流可以获得最大的力矩，并且体积小，十分适合于结构紧凑、体积小的纯电动或者混合动力的电动摩托车上。

当然，所述的定子2也可为9槽结构，外转子1为8极或者10极结构。

另外，作为优选实施方式，同样，所述外转子1的每一极的磁钢3分别由厚度为3mm的铷铁硼磁块粘接而成，磁极间有隔离块，背部有隔磁紫钢箔粘接在外转子环状体内。

参照图6、图7，本发明的一种电动或者混合动力汽车，其电动体系包括汽车车体20、安装在汽车车体20上的前轮组21和后轮组22，前轮组21和/或者后轮组22连接有驱动其转动的轮毂电机5，轮毂电机5连接有安装在汽车车体20上的电池组件23，结合图1、2、3，所述的轮毂电机5同理为上述结构的少槽少极电机。其使用效果好，续航时间长。另外，同样，该轮毂电机结构可以是所述的定子2为12槽结构，外转子1为8极或者10极结构。或者所述的定子2为9槽结构，外转子1为8极或者10极结构。进一步，优选方案是所述外转子1的每一极的磁钢3分别由厚度为3mm的铷铁硼磁块粘接而成，磁极间有隔离块，背部有隔磁紫钢箔粘接在外转子环状体内。

参照图8、图9，本发明的一种坦克，其电动体系包括坦克壳体30、安装在坦克壳体30上驱动轮组31，驱动轮组31连接有驱动其转动的轮毂电机5，轮毂电机5连接有安装在坦克壳体30上的电池组件32，结合图1、2、3，所述的轮毂电机5为无刷直流电机，该电机包括外转子1和内转子2，外转子1和定子2为少槽少极结构。作为优选方案，所述的定子2为12槽结构，外转子1为8极或者10极结构。所述的定子2为9槽结构，外转子1为8极或者10极结构。

另外，作为优选实施方式，同样，所述外转子1的每一极的磁钢3分别由厚度为3mm的铷铁硼磁块粘接而成，磁极间有隔离块，背部有隔磁紫钢箔粘接在外转子环状体内。

本发明坦克的轮毂电机结构在使用时，坦克在起动和低速行的过程中，在上述电机系统的作用下可以低速大转矩输出，使得坦克的能源消耗小，坦克的续航时间长。

另外，在上述轮毂电机中，作为位置传感器的霍尔元件的优选几何角度为α＝120°，而绕组匝数可以根据控制电压和力矩的需求来调整，具有最大限度地开发磁能的条件。

本发明的轮毂电机由控制器控制运行，通过控制器将输入到轮毂电机中的电压相应调整，可以实现车辆的高低速运转和切换。

本发明的特点是轮毂电机采用永磁无刷直流低速大扭矩电机，该电机为少槽少极结构，具有大功率密度和大转矩等极为突出的优点，而且结构简单、整机重量和体积小，能耗低和效率高，因而使得所应用该轮毂电机的工具具有节能省耗、效率高、使用可靠、能有效降低成本的优点。

当然，本发明除了上述实施方式之外，其它等同技术方案也应当在其保护范围之内。

Claims (16)

1、一种无刷直流轮毂电机，该电机包括外转子(1)和内转子(2)，其特征在于：外转子(1)和定子(2)为少槽少极结构。

2、根据权利要求1所述的一种无刷直流轮毂电机，其特征在于：所述的定子为12槽结构，外转子(1)为8极结构或者10极结构。

3、根据权利要求1所述的一种无刷直流轮毂电机，其特征在于：所述的定子为9槽结构，外转子(1)为8极或者10极结构。

4、根据权利要求1、2或者3所述的一种无刷直流轮毂电机，其特征在于：所述外转子(1)为环状体，外转子(1)的每一极的磁钢(3)分别由铷铁硼磁块粘接而成，磁极间有隔离块，背部有隔磁紫钢箔粘接在外转子环状体内。

5、一种摩托车，其电动体系包括摩托车车体(10)、安装在摩托车车体(10)上的前轮(11)和后轮(12)，前轮(11)和/或者后轮(12)连接有驱动其转动的轮毂电机(5)，轮毂电机(5)连接有安装在摩托车车体(10)上的电池组件(13)，其特征在于：所述的轮毂电机(5)为无刷直流电机，该电机包括外转子(1)和内转子(2)，外转子(1)和定子(2)为少槽少极结构。

6、根据权利要求5所述的一种摩托车，其特征在于：所述的定子(2)为12槽结构，外转子(1)为8极结构或者10极结构。

7、根据权利要求5所述的一种摩托车，其特征在于：所述的定子(2)为9槽结构，外转子(1)为8极或者10极结构。

8、根据权利要求5、6或者7所述的一种摩托车，其特征在于：所述外转子(1)为环状体，外转子(1)的每一极的磁钢(3)分别由铷铁硼磁块粘接而成，磁极间有隔离块，背部有隔磁紫钢箔粘接在外转子环状体内。

9、一种汽车，其电动体系包括汽车车体(20)、安装在汽车车体(20)上的前轮组(21)和后轮组(22)，前轮组(21)和/或者后轮组(22)连接有驱动其转动的轮毂电机(5)，轮毂电机(5)连接有安装在汽车车体(20)上的电池组件(23)，其特征在于：所述的轮毂电机(5)为无刷直流电机，该电机包括外转子(1)和内转子(2)，外转子(1)和定子(2)为少槽少极结构。

10、根据权利要求9所述的一种汽车，其特征在于：所述的定子(2)为12槽结构，外转子(1)为8极结构或者10极结构。

11、根据权利要求9所述的一种汽车，其特征在于：所述的定子(2)为9槽结构，外转子(1)为8极或者10极结构。

12、根据权利要求9、10或者11所述的一种汽车，其特征在于：所述外转子(1)为环状体，外转子(1)的每一极的磁钢(3)分别由铷铁硼磁块粘接而成，磁极间有隔离块，背部有隔磁紫钢箔粘接在外转子环状体内。

13、一种坦克，其电动体系包括坦克壳体(30)、安装在坦克壳体(30)上驱动轮组(31)，驱动轮组(31)连接有驱动其转动的轮毂电机(5)，轮毂电机(5)连接有安装在坦克壳体(30))上的电池组件(32)，其特征在于：所述的轮毂电机(5)为无刷直流电机，该电机包括外转子(1)和内转子(2)，外转子(1)和定子(2)为少槽少极结构。

14、根据权利要求13所述的一种坦克，其特征在于：所述的定子(2)为12槽结构，外转子(1)为8极结构或者10极结构。

15、根据权利要求13所述的一种坦克，其特征在于：所述的定子(2)为9槽结构，外转子(1)为8极或者10极结构。

16、根据权利要求13、14或者15所述的一种坦克，其特征在于：所述外转子(1)为环状体，外转子(1)的每一极的磁钢(3)分别由铷铁硼磁块粘接而成，磁极间有隔离块，背部有隔磁紫钢箔粘接在外转子环状体内。

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