CN105846581B - 无铁芯无齿无刷轮边电机 - Google Patents

Abstract

一种无铁芯无齿无刷轮边电机，由O型外转子和O型内定子组成，本轮边电机的O型外转子是双环面永磁结构，采用更多的磁极，电枢线圈无铁芯，无炭刷，直接驱动无齿轮，避免了齿轮噪声和磁阻，能像自行车一样滑行，本轮边电机是超薄O型，安装在自行车的前轮或者后轮圆周侧面，有充分的安装空间，不承受车体的载荷，使本电机结构简单、稳定可靠，本轮边电机的结构形式不仅适用于电动自行车，还适用于电动三轮车和电动汽车，它具有无铁芯无刷直流电机效率高、体积小、重量轻、无磁阻的优点，还具有无刷无齿大轮毂电机的结构简单、直接驱动、成本低的优点，用于轻型的电动自行车能达到体积小、重量轻、能滑行、成本低的理想目标。

Description

无铁芯无齿无刷轮边电机

技术领域

本发明涉及一种无铁芯无刷直流电机，确切地说，是一种无铁芯无齿无刷轮边电机。

背景技术

随着电机技术的不断进步，无铁芯无刷直流电机以效率高、体积小、重量轻、无磁阻等优点引领了未来直流电机的发展方向，目前市场上的无铁芯无刷直流电机有两种类型，一种是轴向磁路的盘式电机，另一种是径向磁路的空心杯电机，这两种电机虽然都有各自不同的优点，但是它们的共同缺点在于：这两种电机均属于高速电机，均要设置减速器才能满足低速需求，使得整机结构复杂、成本增加。

目前在电动车上普遍使用的是一种无刷无齿大轮毂电机，它们的主要缺点是笨重，有磁阻，不适用于轻型的电动自行车。

发明内容

为了克服现有无铁芯无刷直流电机和无刷无齿大轮毂电机的不足，本发明公开一种无铁芯无齿无刷轮边电机，它不仅具有无铁芯无刷直流电机效率高、体积小、重量轻、无磁阻的优点，而且还具有无刷无齿大轮毂电机的结构简单、直接驱动、成本低的优点，用于轻型的电动自行车能达到体积小、重量轻、能滑行、成本低的理想目标。

所述无铁芯无齿无刷轮边电机的技术方案是由O型外转子和O型内定子组成，其结构特点是：所述O型外转子设置左环形导磁盘，左环形导磁盘右端面设置左环形永磁体，左环形永磁体由若干扇形永磁体拼成，扇形永磁体是用钕铁硼材料制造的强磁体，扇形永磁体的极性是轴向的，为了实现良好低速性能，若干扇形永磁体的数量应该是80块以上，并且是偶数，每块扇形永磁体的极性相邻互为相反，交替排列组成环形，每块扇形永磁体的相邻之间有间隔，间隔内注入AB胶，使左环形导磁盘与左环形永磁体粘连为一体，左环形导磁盘内圆制有转子钢珠挡碗，左环形导磁盘外圆设置左连接边，所述左环形导磁盘右端设置右环形导磁盘，右环形导磁盘左端面设置右环形永磁体，右环形永磁体与左环形永磁体的结构方式相同，右环形导磁盘内圆设置转子钢珠挡，右环形导磁盘外圆设置右连接边， 左、右连接边对称连接成的O型外转子，左、右连接边上端设置左、右定位孔，左、右定位孔内设置一个定位销，左、右连接边圆周设置若干左、右连接孔，左、右连接孔内均设置连接螺丝钉，所述左、右环形永磁体中的每对扇形永磁体均保持在左右对称，极性相反，相互吸引状态，左、右环形永磁体中间设置O型气隙，O型气隙为均匀的轴向磁力线的强磁场，用80对扇形永磁体组成的左、右环形永磁体构成80极的O型外转子。

所述O型内定子设置在O型外转子内部，O型内定子设有O型电枢支架，O型电枢支架用塑料注塑成型，O型电枢支架左边外圆安装定子钢珠挡，定子钢珠挡右端设置左调整垫圈，定子钢珠挡与所述转子钢珠挡碗之间设置左花篮钢珠，O型电枢支架右边内圆紧安装定子钢珠挡碗，定子钢珠挡碗左端设置右调整垫圈，定子钢珠挡碗与所述转子钢珠挡之间设置右花篮钢珠，左、右花篮钢珠相当于O型外转子的左、右轴承，O型电枢支架上端设置O型槽，O型槽内设置O型线圈， O型线圈的内外圆之间为有效线圈，位于所述O型气隙中间，有效线圈左、右端面与左、右环形永磁体之间留有一定的相等的左、右气隙，通过调整所述的左、右垫圈的厚度，实现有效线圈左、右端面与左、右环形永磁体之间相等的左、右气隙，并且使所述的O型外转子左、右轴承有合适的松紧度，O型电枢支架内部设置S形穿线孔，O型电枢支架左端内圆设置O型轴架，O型轴架左端外圆设置连接圈，O型轴架上端设置穿线孔，该穿线孔与S形穿线孔对齐，从O型线圈上引出电机输出线经过S形穿线孔引向下方，所述连接圈圆周设置3个螺丝孔，O型电枢支架左端设置3个螺母孔，由3个螺丝钉将连接圈紧固在O型电枢支架左端，连接圈上端制有连接杆，连接杆在固定状态下，O型内定子静止不动，O型外转子可以自由转动，由O型外转子和O型内定子组成的所述无铁芯无齿无刷轮边电机是安装在车轮的轮边上使用的，在自行车辐条式车轮的轮圈左端圆周设置若干螺母孔，若干螺母孔均与所述左右连接边圆周的若干连接孔对齐，用若干所述连接螺丝钉将无铁芯无齿无刷轮边电机固定在车轮左端，所述连接杆上端设置锁定螺丝钉，锁定螺丝钉拧在自行车轮架左端，所述无铁芯无齿无刷轮边电机是超薄O型，安装在自行车的前轮或者后轮圆周侧面，有充分的安装空间，不存在任何障碍，不影响车轮运转。

所述O型电枢支架圆周的O型槽是在O型电枢支架圆台右端紧配安装O型盖板形成的，O型盖板配合AB胶将O型线圈的内圆固定，所述O型线圈设置O型骨架，O型骨架是塑料制品，侧视为环形，正视为薄片，环形薄片外圆设置外圆左、右线夹，环形薄片内圆设置内圆左、右线夹，所述内外圆左、右线夹为独立单元的扇形线圈的左、右骨架，在每个左、右骨架之间的薄片上均设有跨线槽，在其中一个左骨架上平行绕满一层漆包线为左线圈，左线圈的尾端经过本骨架跨线槽继续以相同方向在右骨架上平行绕满一层漆包线为右线圈，左、右线圈合并为独立单元的扇形线圈，所述O型线圈的圆周范围设置若干个独立单元的扇形线圈，以 80极的O型外转子为例， O型骨架上要设置75个左、右骨架，绕制75个独立单元的扇形线圈，每个线圈的线径及匝数相等，75个扇形线圈分成A、B、C三相组合线圈，平均每相有25个扇形线圈，将25个扇形线圈再平均分成5个组合线圈，每个组合线圈由5个扇形线圈依次紧密排列组成大扇形，5个扇形线圈的首尾端串联，按照从首端到尾端的顺序每个扇形线圈的绕线方向均为交替正反向绕制，所述5个组合线圈的制作模式均相同，5个组合线圈平均分布在O型骨架75个左、右骨架上的5个位置，也就是说，每个组合线圈之间相隔10个左、右骨架，5个组合线圈的首尾端串联成A相组合线圈，其余的B相、C相组合线圈的制作模式均与A相组合线圈相同，依次排列在A相组合线圈后面，使A、B、C三相组合线圈均匀地布满O型线圈的圆周，A、B、C三相组合线圈连接成Y型的三相输出线路，在相邻的A、B、C三相组合线圈中，A相组合线圈的中间扇形线圈中间设置A相霍尔传感器，B相组合线圈的中间扇形线圈中间设置B相霍尔传感器，C相组合线圈的中间扇形线圈中间设置C相霍尔传感器，三个霍尔传感器的位置相差120度的电角度 ，三个霍尔传感器的输出线与三相输出线一同从S型穿线孔引出，所述O型线圈最后要压平、注胶，固化成型后安装在O型电枢支架上。

所述无铁芯无齿无刷轮边电机需要配置普通型无刷电机控制器才能运转，如果配置智能型无霍尔无刷电机控制器时，本电机设置的三个霍尔传感器可以省去，电机输出只剩下三根线，可以简化本电机整体结构。

所述无铁芯无齿无刷轮边电机的有益效果在于：1.本轮边电机的O型外转子是双环面永磁结构，采用更多的磁极，电枢线圈无铁芯，无炭刷，直接驱动无齿轮，使电动自行车的驱动性能大为提高，不仅驱动效率高、扭矩大，还避免了齿轮噪声，避免了磁阻，能像自行车一样滑行。2. 本轮边电机安装在车轮的轮圈上，不承受车体载荷，因此使本电机结构简单、稳定可靠，还使电机体积、重量及成本减少。3. 本轮边电机的结构形式不仅适用于电动自行车，还适用于电动三轮车和电动汽车，开发前景可观。

附图说明

图1为无铁芯无齿无刷轮边电机的正视剖面结构整体示意图。

图2为80极O型外转子和75个扇形线圈的O型内定子右视剖面结构示意图。

图3为O型内定子正视剖面结构示意图。

图4为相邻的A、B、C三相组合线圈右视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

在图1、图2中，所述O型外转子设置左环形导磁盘1，左环形导磁盘右端面设置左环形永磁体2，左环形永磁体由若干扇形永磁体3拼成，扇形永磁体是用钕铁硼材料制造的强磁体，扇形永磁体的极性是轴向的，为了实现良好低速性能，若干扇形永磁体的数量应该是80块以上，并且是偶数，每块扇形永磁体的极性相邻互为相反，交替排列组成环形，每块扇形永磁体的相邻之间有间隔，间隔内注入AB胶，使左环形导磁盘与左环形永磁体粘连为一体，左环形导磁盘内圆制有转子钢珠挡碗4，左环形导磁盘外圆设置左连接边5，所述左环形导磁盘右端设置右环形导磁盘6，右环形导磁盘左端面设置右环形永磁体7，右环形永磁体与左环形永磁体的结构方式相同，右环形导磁盘内圆设置转子钢珠挡8，右环形导磁盘外圆设置右连接边， 左、右连接边对称连接成的O型外转子，左、右连接边上端设置左、右定位孔，左、右定位孔内设置一个定位销9，左、右连接边圆周设置若干左、右连接孔，左、右连接孔内均设置连接螺丝钉10，所述左、右环形永磁体中的每对扇形永磁体均保持在左右对称，极性相反，相互吸引状态，左、右环形永磁体中间设置O型气隙，O型气隙为均匀的轴向磁力线的强磁场，用80对扇形永磁体组成的左、右环形永磁体构成80极的O型外转子。

所述O型内定子设置在O型外转子内部，O型内定子设有O型电枢支架11，O型电枢支架用塑料注塑成型，O型电枢支架左边外圆安装定子钢珠挡12，定子钢珠挡右端设置左调整垫圈13，定子钢珠挡与所述转子钢珠挡碗之间设置左花篮钢珠14，O型电枢支架右边内圆安装定子钢珠挡碗15，定子钢珠挡碗左端设置右调整垫圈16，定子钢珠挡碗与所述转子钢珠挡之间设置右花篮钢珠17，左、右花篮钢珠相当于O型外转子的左、右轴承，O型电枢支架上端设置O型槽，O型槽内设置O型线圈18， O型线圈的内外圆之间为有效线圈，位于所述O型气隙19中间，有效线圈左、右端面与左、右环形永磁体之间留有一定的相等的左、右气隙，通过调整所述的左、右调整垫圈的厚度，实现有效线圈左、右端面与左、右环形永磁体之间为相等的左、右气隙，并且使所述的O型外转子左、右轴承有合适的松紧度，O型电枢支架内部设置S形穿线孔20，O型电枢支架左端内圆设置O型轴架21，O型轴架左端外圆设置连接圈22，O型轴架上端设置穿线孔，该穿线孔与S形穿线孔对齐，从O型线圈上引出电机输出线23经过S形穿线孔引向下方，所述连接圈圆周设置3个螺丝孔，O型电枢支架左端设置3个螺母孔，由3个螺丝钉24将连接圈紧固在O型电枢支架左端，连接圈上端制有连接杆25，连接杆在固定状态下O型内定子静止不动，O型外转子可以自由转动，由O型外转子和O型内定子组成的所述无铁芯无齿无刷轮边电机是安装在车轮的轮边上使用的，在自行车辐条式车轮的轮圈26左端圆周设置若干螺母孔，若干螺母孔均与所述左、右连接边圆周的若干连接孔对齐，用若干所述连接螺丝钉10将无铁芯无刷无齿轮边电机固定在车轮左端，所述连接杆上端设置锁定螺丝钉27，锁定螺丝钉拧在自行车轮架左端，所述无铁芯无齿无刷轮边电机是超薄O型，安装在自行车的前轮或者后轮圆周侧面，前后轮有充分的安装空间，不存在任何障碍，不影响车轮运转。

在图2、图3、图4中，所述O型电枢支架圆周的O型槽是在O型电枢支架圆台右端紧配安装O型盖板28形成的，O型盖板配合AB胶将O型线圈的内圆固定，所述O型线圈设置O型骨架29，O型骨架是塑料制品，侧视为环形，正视为薄片，环形薄片外圆设置外圆左、右线夹30、31，环形薄片内圆设置内圆左、右线夹32、33，所述内外圆左、右线夹为独立单元的扇形线圈的左、右骨架，在每个左、右骨架之间的薄片上均设有跨线槽34，在其中一个左骨架上平行绕满一层漆包线为左线圈35，左线圈的尾端经过本骨架跨线槽继续以相同方向在右骨架上平行绕满一层漆包线为右线圈36，左、右线圈合并为独立单元的扇形线圈37，所述O型线圈的圆周范围设置若干个独立单元的扇形线圈，以 80极的O型外转子为例， O型骨架上要设置75个左、右骨架，绕制75个独立单元的扇形线圈，每个线圈的线径及匝数相等，75个扇形线圈分成A、B、C三相组合线圈，平均每相有25个扇形线圈，将25个扇形线圈再平均分成5个组合线圈，每个组合线圈由5个扇形线圈依次紧密排列组成大扇形，5个扇形线圈的首尾端串联，按照从首端到尾端的顺序每个扇形线圈的绕线方向均为交替正反向绕制，所述5个组合线圈的制作模式均相同，5个组合线圈平均分布在O型骨架75个左、右骨架上的5个位置，也就是说，每个组合线圈之间相隔10个左、右骨架，5个组合线圈的首尾端串联成A相组合线圈，其余的B相、C相组合线圈的制作模式均与A相组合线圈相同，依次排列在A相组合线圈后面，使A、B、C三相组合线圈均匀地布满O型线圈的圆周，A、B、C三相组合线圈连接成Y型的三相输出线路，在相邻的A、B、C三相组合线圈中，A相组合线圈的中间扇形线圈38中间设置A相霍尔传感器39，B相组合线圈的中间扇形线圈40中间设置B相霍尔传感器41，C相组合线圈的中间扇形线圈42中间设置C相霍尔传感器43，三个霍尔传感器的位置相差120度的电角度 ，三个霍尔传感器的输出线与三相输出线一同从S型穿线孔引出，所述O型线圈最后要压平、注胶，固化成型后安装在O型电枢支架上。

所述无铁芯无齿无刷轮边电机需要配置普通型无刷电机控制器才能运转，如果配置智能型无霍尔无刷电机控制器时，本电机设置的三个霍尔传感器可以省去，电机输出只剩下三根线，可以简化本电机整体结构。

Claims (4)

1.一种无铁芯无齿无刷轮边电机，由O型外转子和O型内定子组成，其特征在于：所述O型外转子设置左环形导磁盘（1），左环形导磁盘右端面设置左环形永磁体（2），左环形永磁体由若干扇形永磁体（3）拼成，扇形永磁体是用钕铁硼材料制造的强磁体，扇形永磁体的极性是轴向的，为了实现良好低速性能，若干扇形永磁体的数量是80块以上，并且是偶数，每块扇形永磁体的极性相邻互为相反，交替排列组成环形，每块扇形永磁体的相邻之间有间隔，间隔内注入AB胶，使左环形导磁盘与左环形永磁体粘连为一体，左环形导磁盘内圆制有转子钢珠挡碗(4)，左环形导磁盘外圆设置左连接边(5)，所述左环形导磁盘右端设置右环形导磁盘(6)，右环形导磁盘左端面设置右环形永磁体(7)，右环形永磁体与左环形永磁体的结构方式相同，右环形导磁盘内圆设置转子钢珠挡(8)，右环形导磁盘外圆设置右连接边，左连接边和右连接边对称连接成O型外转子，左连接边和右连接边上端设置左定位孔和右定位孔，左定位孔和右定位孔内设置一个定位销（9），左连接边和右连接边圆周设置若干左连接孔和右连接孔，左、右连接孔内均设置连接螺丝钉（10），所述左、右环形永磁体中的每对扇形永磁体均保持在左右对称、极性相反以及相互吸引状态，左、右环形永磁体中间设置O型气隙，O型气隙为均匀的轴向磁力线的强磁场，用80对扇形永磁体组成的左、右环形永磁体构成80极的O型外转子，所述O型内定子设置在O型外转子内部，O型内定子设有O型电枢支架（11），O型电枢支架用塑料注塑成型，O型电枢支架左边外圆安装定子钢珠挡（12），定子钢珠挡右端设置左调整垫圈（13），定子钢珠挡与所述转子钢珠挡碗之间设置左花篮钢珠（14），O型电枢支架右边内圆安装定子钢珠挡碗（15），定子钢珠挡碗左端设置右调整垫圈（16），定子钢珠挡碗与所述转子钢珠挡之间设置右花篮钢珠（17），左花篮钢珠相当于O型外转子的左轴承，右花篮钢珠相当于O型外转子的右轴承，O型电枢支架圆周设置O型槽，O型槽内设置O型线圈(18)，O型线圈的内外圆之间为有效线圈，位于所述O型气隙(19)中间，有效线圈左端面和右端面与左环形永磁体和右环形永磁体之间留有一定的相等的左气隙和右气隙，通过调整所述的左调整垫圈和右调整垫圈的厚度，实现有效线圈左端面和右端面与左环形永磁体和右环形永磁体之间为相等的左气隙和右气隙，并且使所述的O型外转子左、右轴承有合适的松紧度，O型电枢支架内部设置S形穿线孔(20)，O型电枢支架左端内圆设置O型轴架(21)，O型轴架左端外圆设置连接圈(22)，O型轴架上端设置穿线孔，该穿线孔与S形穿线孔对齐，从O型线圈上引出电机输出线(23)，经过S形穿线孔引向下方，所述连接圈圆周设置3个螺丝孔，O型电枢支架左端设置3个螺母孔，由3个螺丝钉(24)将连接圈紧固在O型电枢支架左端，连接圈上端制有连接杆(25)，连接杆在固定状态下O型内定子静止不动，O型外转子可以自由转动，由O型外转子和O型内定子组成的所述无铁芯无刷无齿轮边电机是安装在车轮的轮边上使用的，在自行车辐条式车轮的轮圈(26)左端圆周设置若干螺母孔，若干螺母孔均与所述左、右连接边圆周的若干连接孔对齐，用若干所述连接螺丝钉(10)将无铁芯无齿无刷轮边电机固定在车轮左端，所述连接杆上端设置锁定螺丝钉(27)，锁定螺丝钉拧在自行车轮架左端，所述无铁芯无齿无刷轮边电机是超薄O型，安装在自行车的前轮或者后轮圆周侧面，前后轮有充分的安装空间。

2.根据权利要求1所述的无铁芯无齿无刷轮边电机，其特征在于：所述O型电枢支架圆周的O型槽是在O型电枢支架圆台右端紧配安装O型盖板(28)形成的，O型盖板配合AB胶将O型线圈的内圆固定，所述O型线圈设置O型骨架(29)，O型骨架是塑料制品，侧视为环形，正视为薄片，环形薄片外圆设置外圆左线夹(30) 和外圆右线夹(31)，环形薄片内圆设置内圆左线夹(32)和内圆右线夹(33)，所述内圆左线夹和外圆左线夹为独立单元的扇形线圈的左骨架，所述内圆右线夹和外圆右线夹为独立单元的扇形线圈的右骨架，左骨架和右骨架之间的薄片上均设有跨线槽(34)，在其中一个左骨架上平行绕满一层漆包线为左线圈(35)，左线圈的尾端经过本骨架跨线槽继续以相同方向在右骨架上平行绕满一层漆包线为右线圈(36)，左、右线圈合并为独立单元的扇形线圈(37)，所述O型线圈的圆周范围设置若干个独立单元的扇形线圈，O型外转子为80极，O型骨架上设置75个左骨架和75个右骨架，绕制75个独立单元的扇形线圈，每个线圈的线径及匝数相等，75个扇形线圈分成A、B、C三相组合线圈，平均每相有25个扇形线圈，将25个扇形线圈再平均分成5个组合线圈，每个组合线圈由5个扇形线圈依次紧密排列组成大扇形，5个扇形线圈的首尾端串联，按照从首端到尾端的顺序每个扇形线圈的绕线方向均为交替正反向绕制，所述5个组合线圈的制作模式均相同，5个组合线圈平均分布在75个左骨架和75个右骨架上的5个位置，也就是说，每个组合线圈之间相隔10个左骨架和10个右骨架，5个组合线圈的首尾端串联成A相组合线圈， B相组合线圈和C相组合线圈的制作模式均与A相组合线圈相同，B相组合线圈和C相组合线圈依次排列在A相组合线圈后面，使A、B、C三相组合线圈均匀地布满O型线圈的圆周，A、B、C三相组合线圈连接成Y型的三相输出线路，在相邻的A、B、C三相组合线圈中，A相组合线圈的中间扇形线圈(38)中间设置A相霍尔传感器(39)，B相组合线圈的中间扇形线圈(40)中间设置B相霍尔传感器(41)，C相组合线圈的中间扇形线圈(42)中间设置C相霍尔传感器(43)，三个霍尔传感器互相之间的位置相差120度的电角度，三个霍尔传感器的输出线与三相输出线一同从S型穿线孔引出，所述O型线圈最后要压平、注胶，固化成型后安装在O型电枢支架上。

3.根据权利要求1所述的无铁芯无齿无刷轮边电机，其特征在于：所述无铁芯无齿无刷轮边电机需要配置普通型无刷电机控制器才能运转，如果配置智能型无霍尔无刷电机控制器时，本电机设置的三个霍尔传感器省去，电机输出只剩下三根线。

4.根据权利要求1所述的无铁芯无齿无刷轮边电机，其特征在于：本轮边电机的O型外转子是80极的双环面永磁结构，电枢线圈无铁芯，无炭刷，直接驱动无齿轮，避免了齿轮噪声，避免了磁阻，能像自行车一样滑行，本轮边电机是超薄O型，安装在车轮的轮圈上，有充分的安装空间，不承受车体的载荷。