CN105099111A - 一种具有高效率低材损的电动车用永磁无刷直流轮毂电机 - Google Patents

Abstract

一种具有高效率低材损的电动车用永磁无刷直流轮毂电机，包括定子总成与转子总成，定子总成包括固定支架及叠装定子钢片，叠装定子钢片由若干个硅钢片叠压构成，叠装定子钢片包括齿部和齿槽部，齿部包括齿筋及齿轭，齿槽部由齿部两两之间形成的半闭口内部空腔构成，单片硅钢片设有自扣槽，齿槽部呈半闭口梨形槽结构，叠装定子钢片上设有第一霍尔槽、第二霍尔槽及第三霍尔槽，转子总成由位于外围的轮辋、导磁环及若干磁钢片构成。本发明优化了极槽配比，提高了性能，减少了磁钢及漆包线用量，节约了成本，优化了霍尔槽安装位置及绕线方式，提高了生产效率，增强了安装精确度。

Description

一种具有高效率低材损的电动车用永磁无刷直流轮毂电机

技术领域

本发明涉及电动车电机技术领域，具体而言本发明特别涉及一种具有高效率低材损的电动车用永磁无刷直流轮毂电机。

背景技术

电机作为电动车的核心部件之一，电动车电机的性能优劣直接影响电动车的安全性、操作性、可靠性以及使用寿命周期。电机以电磁原理为基础，以定子和转子为核心元件，将电能转换成动能或机械能，主要以电机转速和扭矩的形式输出。

永磁无刷直流电机以永磁材料作为电机固定磁极，通过霍尔元件检测到磁极和齿槽相对位置，将位置信号传输给控制装置，控制装置通过程序编码，确定三相绕组的通断电顺序和同断电时间，使得线圈定子产生一定规律的旋变磁场，形成不平衡的磁场力矩，电机得以产生定向旋转。然而现有的电机受限于内部空间结构，定子与转子配合尺寸关系不合理，影响了电机的能量转换效率和整体的输出性能。因稀土磁极材料具有磁能积较大，抗退磁能力强，耐温高等特性，可以大大减小电机的体积，简化电机内部结构，从而被大部分无刷直流电机采用，但是由于电机磁场的多变性以及要求凸显的电机某些性能要求不同，往往不能完全利用全部磁能，导致磁极材料利用率底，稀土磁极材料稀缺而价格昂贵，造成整体制成成本较高；另一方面，现有的电机定子齿槽结构设计较差，在保证电机输出特性的基础上，存在铜线用量较高、铜损和定子铁损较高、磁极的磁能利用率较低等缺陷。综合各方面，现有的电机内部结构存在电机转换效率低、输出扭矩不足、材料用量大等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于解决上诉不足，提供一种具有高效率低材损的电动车用永磁无刷直流轮毂电机，具有结构合理、内部空间利用率高、电机转换效率高、输出扭矩大、材料用量省、铜损和铁损低及磁能利用率高的特点。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种具有高效率低材损的电动车用永磁无刷直流轮毂电机，包括定子总成与转子总成，所述定子总成包括固定支架及叠装定子钢片，所述叠装定子钢片由若干个硅钢片叠压构成，所述叠装定子钢片包括齿部和齿槽部，所述齿部由齿筋及与所述齿筋一体连接的齿轭构成，所述齿槽部由齿部两两之间形成的半闭口内部空腔构成，单片所述硅钢片可设有自扣槽，所述齿槽部呈半闭口梨形槽结构，所述叠装定子钢片上设有第一霍尔槽、第二霍尔槽及第三霍尔槽，所述第一霍尔槽与所述第二霍尔槽分别位于所述齿筋中线一侧部位上，所述第三霍尔槽位于所述齿槽槽口中线处，所述第三霍尔槽分别与所述第一霍尔槽和第二霍尔槽之间形成的霍尔夹角角度为11°~12°，所述转子总成由位于外围的轮辋、所述轮辋内圆周的导磁环及贴装在所述导磁环内圆周的若干磁钢片构成，所述磁钢片厚度为2.2~2.3mm，所述磁钢片与所述硅钢片之间形成有气隙。

所述固定支架中心部位焊接固定一轴套，所述轴套内过盈连接一电机轴。

所述叠装定子钢片外径为203.3~203.5mm，所述硅钢片为无取向硅钢片，所述齿筋宽度为6.0~7.0mm，所述齿轭高≧4.6mm，所述叠装定子钢片槽肩角为115°~120°，所述齿槽部槽口宽为2.2~2.6mm。

所述叠装定子钢片由若干层单片冲片叠装的硅钢片构成，所述齿槽部槽口宽为2.2~2.3mm。

所述叠装定子钢片由硅钢片冲裁料带卷叠构成，所述齿槽部槽口宽为2.4~2.6mm。

所述齿槽部槽数为48个。

所述第三霍尔槽分别与所述第一霍尔槽和第二霍尔槽之间形成的霍尔机械夹角最佳角度为11°32′，所述第一霍尔槽、第二霍尔槽及第三霍尔槽内分别安装霍尔元件，所述霍尔元件采用PCB霍尔电路板焊接或手焊线构成。

所述磁钢片最佳厚度为2.3mm，若干所述磁钢片呈N-S-N-S循环均匀排布，所述磁钢片个数为52片，所述磁钢片呈长方体结构。

若干所述齿槽部内设有定子绕组，所述定子绕组为双层绕组结构。

所述定子绕组采用分数槽集中绕线结构，以霍尔元件安装面侧面视向的逆时针方向为绕线走线方向，选取圆周绕线走向中所述第三霍尔槽的前3槽为起始进线槽，绕线以起始齿槽逆时针绕齿，以绕组节距=1的方式进行绕线，每相共绕16齿，4齿集中绕线为一组，串联形成一条支路，所述定子绕组以“Y”型结构焊接每相绕组出线端。

本发明与现有技术相比具有如下突出优点和效果：本发明通过优化极槽配比结构，采用48槽配比52极，提高了短距系数，减少了铜线用量，便于定子绕组完成分数槽集中双层绕组方式的绕线，有效的降低了电机齿槽转矩，提高了电机转换效率；通过增加定子外径，减少磁钢片厚度从而达到减少磁钢稀土材料用量，普遍低于同规格电机，节约了制造成本；齿槽部槽形采用梨形结构，利用磁路饱和原则，提高了硅钢片材料的利用率，根据磁路分别设计该结构槽型，扩大了槽面积，有利于绕组下线，方便采用合理的铜线，提高了扭矩输出；通过优化了霍尔槽安装位置，采用2个齿部霍尔槽偏移齿中线一侧的霍尔槽结构，使其优化改进了霍尔槽夹角角度，保证电机相位角三相均分，且三个霍尔槽位置跨距短，适合大批量采用PCB板集中焊线生产，提高了生产效率，增加了安装精确度，同时配合定子绕组的分数槽集中绕组结构，增大了转速和功率的可调控跨度；优化齿槽部结构，保证转速和转矩输出的前提条件下，提高了整体性能。综合所述，本发明具有结构合理、内部空间利用率高、电机转换效率高、输出扭矩强、材料用量省、铜损和铁损低及磁能利用率高的特点。

本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。

附图说明

图1为本发明实施例的定子总成与转子总成安装结构示意图；

图2为图1部分A处放大结构示意图；

图3为本发明实施例的整体剖视结构示意图；

图4为本发明实施例的磁钢片排布结构示意图；

图5为本发明实施例的定子绕组分数槽集中绕线结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1至图5所示，本发明提供的一种具有高效率低材损的电动车用永磁无刷直流轮毂电机，包括定子总成与转子总成，定子总成包括固定支架2及叠装定子钢片1，固定支架2中心部位焊接固定一轴套21，轴套21内过盈配合连接一电机轴22，叠装定子钢片1外径为203.3~203.5mm，增加了叠装定子钢片1的外径尺寸，提高了内部空间利用率，叠装定子钢片由若干个硅钢片叠压构成，叠装定子钢片1包括齿部11和齿槽部12，齿部11包括齿筋111及与齿筋111一体连接的齿轭112，齿槽部12由齿部11之间形成的半闭口内部空腔构成，齿筋111宽度为6.0~7.0mm，齿轭112高≧4.6mm，叠装定子钢片1槽肩角为115°~120°，齿槽部12槽口宽为2.2~2.6mm，硅钢片为无取向硅钢片，单片硅钢片设有自扣槽，通过优化齿槽结构，利用硅钢片内设的自扣槽，便于硅钢片片间扣紧以及增加整体叠装的平整性，同时该结构叠高可以根据不同功率需求，依据不同输出转速和输出扭矩做相应调整；齿槽部12槽数为48个，齿槽部12呈半闭口梨形槽结构，该结构提高了硅钢片的材料利用率，扩大了槽面积，有利于定子绕组绕线，同时较大面积的槽面积可容纳合理的铜线，有利于提高扭矩的输出；若干齿槽部12内设有定子绕组，定子绕组为双层绕组结构，定子绕组采用分数槽集中绕线结构，定子绕组三相相线进线端和出线端同侧，霍尔元件安装于硅钢片另一侧，呈两侧分布，以霍尔元件安装面侧面视向的逆时针方向为绕线走线方向，选取圆周绕线走向中所述第三霍尔槽的前3槽为起始进线槽，绕线以起始齿槽逆时针绕齿，以绕组节距=1的方式进行绕线，每相共绕16齿，4齿集中绕线为一组，串联形成一条支路，所述定子绕组以“Y”型结构焊接每相绕组出线端；叠装定子钢片1上设有第一霍尔槽13、第二霍尔槽14及第三霍尔槽15，第一霍尔槽13与第二霍尔槽14分别位于齿筋11中线一侧部位上，与中线存在角度偏差，第三霍尔槽15位于齿槽部12槽口中线处，第三霍尔槽15分别与第一霍尔槽13和第二霍尔槽14之间形成的霍尔夹角角度为11°~12°，通过合理计算磁势相位角与齿槽部12机械角度之间的关系，优化了霍尔夹角角度，有利于满足调整电机三相相位角，使得三相角三相均分；第一霍尔槽13、第二霍尔槽14及第三霍尔槽15内分别安装霍尔元件，霍尔元件采用PCB霍尔电路板焊接或手焊线构成，其可焊接60°或120°相位角电机；转子总成由位于外围的轮辋3、轮辋3内圆周的导磁环4及贴装在导磁环4内圆周的若干磁钢片5构成，磁钢片5厚度为2.2~2.3mm，通过减少磁钢片5厚度从而达到减少磁钢稀土材料用量，磁钢片采用钕铁硼38MT材料，磁钢剩磁Br=1220-1250mT、矫顽力Hcb≥899kA/m、内禀矫顽力Hcj≥1114kA/m，采用该材料最大磁能积(BH)max=287-310kJ/m3，最高工作温度可达120摄氏度，节约了制造成本；若干磁钢片5呈N-S-N-S循环均匀排布，磁钢片5呈长方体结构，磁钢片5与硅钢片之间形成有气隙，磁钢片5个数为52片，配比48槽齿槽部12结构，优化了极槽配比结构，在该配比结构下可以完成磁钢片5厚度的精减。

本发明所涉及的磁场的闭合回路路线为：磁极N-气隙-齿筋-齿轭-齿筋-气隙-对极磁极S-对极磁极N-导磁环-磁极S形成一个闭合磁路回路。

实施例1

依据上述整体结构，本发明叠装定子钢片1采用若干呈单片冲片叠状的硅钢片构成，齿槽部12槽口宽为2.2~2.3mm，第三霍尔槽15分别与第一霍尔槽13和第二霍尔槽14之间形成的霍尔夹角最佳角度为11°32′，磁钢片5最佳厚度为2.3mm。

实施例2

依据上述整体结构，本发明叠装定子钢片1由硅钢片冲裁料带卷叠构成，齿槽部12槽口宽为2.4~2.6mm，第三霍尔槽15分别与第一霍尔槽13和第二霍尔槽14之间形成的霍尔夹角最佳角度为11°32′，磁钢片5最佳厚度为2.3mm。

本发明采用52极配比48槽的极槽配比结构，通过精减磁钢片厚度，增加叠装定子钢片外径尺寸，优化了内部结构，充分利用了内部空间，达到减少磁钢片用量，增加了磁钢片材料利用率，降低了成本的作用，增加了电机的使用性能；本发明利用磁路饱和原则，合理优化了齿槽部结构，结合合理的尺寸范围，采用半闭口梨形槽结构，提高了硅钢片材料的利用率，通过扩大槽面积，方便选用合理的铜线，有利于铜线绕线完成定子绕组，通过提高短距系数，减少了铜线用量，有利于提高扭矩的输出，同时该槽型结构可适用于多种极槽配比和绕线结构，提高了转速和功率的可调控范围；通过优化了霍尔槽安装位置，采用2个齿部霍尔槽偏移齿中线一侧的霍尔槽结构，优化霍尔槽机械夹角，该结构的改进有利于满足调整电机三相相位角，且霍尔槽跨距短，便于大批量生产时的PCB板集中焊线，优化了生产工艺，同时配合定子绕组的专配绕组结构，增大了转速和功率的可调控跨度，同时保证了相位角三相均分；定子绕组采用双层绕组结构，利用定子分数槽集中绕线结构及气隙磁密波形切合正弦分布，提高了电机的使用性能。

综合所述，本发明具有高效的电磁通路，优越的输出扭矩性能，还具有结构紧凑合理、内部空间利用率高、使用性能优越、稀土材料利用率高、铜损和铁损较低、材料用量省、磁能利用率高的特点。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种具有高效率低材损的电动车用永磁无刷直流轮毂电机，包括定子总成与转子总成，其特征在于：所述定子总成包括固定支架及叠装定子钢片，所述叠装定子钢片由若干个硅钢片叠压构成，所述叠装定子钢片包括齿部和齿槽部，所述齿部由齿筋及与所述齿筋一体连接的齿轭构成，所述齿槽部由齿部两两之间形成的半闭口内部空腔构成，单片所述硅钢片设有自扣槽，所述齿槽部呈半闭口梨形槽结构，所述叠装定子钢片上设有第一霍尔槽、第二霍尔槽及第三霍尔槽，所述第一霍尔槽与所述第二霍尔槽分别位于所述齿筋中线一侧部位上，所述第三霍尔槽位于所述齿槽槽口中线处，所述第三霍尔槽分别与所述第一霍尔槽和第二霍尔槽之间形成的霍尔夹角角度为11°~12°，所述转子总成由位于外围的轮辋、所述轮辋内圆周的导磁环及贴装在所述导磁环内圆周的若干磁钢片构成，所述磁钢片厚度为2.2~2.3mm，所述磁钢片与所述硅钢片之间形成有气隙。

2.根据权利要求1所述的一种具有高效率低材损的电动车用永磁无刷直流轮毂电机，其特征在于：所述固定支架中心部位焊接固定一轴套，所述轴套内过盈连接一电机轴。

3.根据权利要求1所述的一种具有高效率低材损的电动车用永磁无刷直流轮毂电机，其特征在于：所述叠装定子钢片外径为203.3~203.5mm，所述硅钢片为无取向硅钢片，所述齿筋宽度为6.0~7.0mm，所述齿轭高≧4.6mm，所述叠装定子钢片槽肩角为115°~120°，所述齿槽部槽口宽为2.2~2.6mm。

4.根据权利要求3所述的一种具有高效率低材损的电动车用永磁无刷直流轮毂电机，其特征在于：所述叠装定子钢片由若干层单片冲片叠装的硅钢片构成，所述齿槽部槽口宽为2.2~2.3mm。

5.根据权利要求3所述的一种具有高效率低材损的电动车用永磁无刷直流轮毂电机，其特征在于：所述叠装定子钢片由硅钢片冲裁料带卷叠构成，所述齿槽部槽口宽为2.4~2.6mm。

6.根据权利要求1所述的一种具有高效率低材损的电动车用永磁无刷直流轮毂电机，其特征在于：所述齿槽部槽数为48个。

7.根据权利要求1所述的一种具有高效率低材损的电动车用永磁无刷直流轮毂电机，其特征在于：所述第三霍尔槽分别与所述第一霍尔槽和第二霍尔槽之间形成的霍尔机械夹角最佳角度为11°32′，所述第一霍尔槽、第二霍尔槽及第三霍尔槽内分别安装霍尔元件，所述霍尔元件采用PCB霍尔电路板焊接或手焊线构成。

8.根据权利要求1所述的一种具有高效率低材损的电动车用永磁无刷直流轮毂电机，其特征在于：所述磁钢片最佳厚度为2.3mm，若干所述磁钢片呈N-S-N-S循环均匀排布，所述磁钢片个数为52片，所述磁钢片呈长方体结构。

9.根据权利要求1所述的一种具有高效率低材损的电动车用永磁无刷直流轮毂电机，其特征在于：若干所述齿槽部内设有定子绕组，所述定子绕组为双层绕组结构。

10.根据权利要求9所述的一种具有高效率低材损的电动车用永磁无刷直流轮毂电机，其特征在于：所述定子绕组采用分数槽集中绕线结构，以霍尔元件安装面侧面视向的逆时针方向为绕线走线方向，选取圆周绕线走向中所述第三霍尔槽的前3槽为起始进线槽，绕线以起始齿槽逆时针绕齿，以绕组节距=1的方式进行绕线，每相共绕16齿，4齿集中绕线为一组，串联形成一条支路，所述定子绕组以“Y”型结构焊接每相绕组出线端。