CN106787322B - 一种电动车轮毂电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电动车轮毂电机，属于电动车技术领域。它解决了现有的电动车轮毂电机尺寸增大后承载能力无法提高的问题。本电动车轮毂电机，包括转子总成和定子，定子包括定子铁芯和支架，支架包括呈筒状的铁芯安装部和位于铁芯安装部内的电机轴安装部，电机轴安装部的外壁向铁芯安装部的内壁辐射状分布有若干根连接铁芯安装部和电机轴安装部的支撑筋，支架采用铝材料一体成型制成，支撑筋为相互垂直的横筋和纵筋组成的十字形结构，每根支撑筋中的横筋均沿铁芯安装部的周向向两边延伸，每根支撑筋中的纵筋均沿铁芯安装部的长度方向向两边延伸。本电动车轮毂电机的自重没有显著增加的前提下使得支架强度更高，提高了轮毂电机的承载能力。
Description
技术领域
本发明属于电动车技术领域，涉及一种电动车轮毂电机。
背景技术
电动车是采用电力驱动行驶的车辆的总成，最为常见的电动车是单纯采用电力驱动的电动摩托车。电动车通常采用轮毂电机驱动，由于轮毂电机的性能差异，使得电动车的功率、行驶速度和承载能力都不尽相同。
与燃油发动机为动力的传统摩托车相比，电动车具有能耗低、对环境污染小的优点，作为绿色出行的方式，越来越受到人们的青睐。但是，由于受到轮毂电机自身结构的限制，使得常规的电动车在行驶速度和承载能力上都无法与传统摩托车相比。为了改善电动车的性能，需要对轮毂电机进行改进，例如，本申请人曾经申请的中国专利【申请号201610659485.4；申请公布号CN106208437 A】一种电动车轮毂电机用定子及含有该种定子的电机，该轮毂电机的定子包括定子铁芯和支架，定子铁芯固定在支架上，定子铁芯外径为205.01～212mm，定子铁芯槽的槽口宽度与定子铁芯外径、定子铁芯内径、定子铁芯的轭部厚度、定子铁芯槽数满足以下关系:定于铁芯槽的槽口宽度二(α+定子铁芯的单层硅钢片厚度的数值)XπX(定子铁芯外径-定子铁芯内径-定子铁芯的轭部厚度)/定于铁芯槽数，其中α的取值范围是0.3～0.9，α+定子铁芯的单层硅钢片厚度的数值为0.9～1.2。
上述方案针对轮毂电机的定子铁芯结构进行了改进，通过采用该方案在不增加轮毂电机尺寸的情况下，大大提高了轮载电机的效率平台和抗过载能力。而现有的轮毂电机的支架多为采用冲压成型的分体式结构，再将两部分支架采用焊接或者铆接的方式固连到一起，实现将定子铁芯固定在支架上，上述专利中的支架也采用了这样的方案。这种结构的支架能够满足常规的轮毂电机的承载要求，但当车轮上承受的压力进一步提高后，则无法保证轮毂电机正常、平稳地运作。因此，在轮毂电机尺寸进一步增大，对轮毂电机承载能力要求也进一步提高的情况下，由于受到现有的支架结构的限制，使得电动车的承载能力无法得到显著提高。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种电动车轮毂电机，本发明解决的技术问题是如何提高大功率的轮毂电机的承载能力。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种电动车轮毂电机，包括转子总成和定子，所述转子总成包括轮辋、固定在轮辋上的导磁环和贴装在导磁环内壁上的永磁体，所述定子包括定子铁芯和支架，所述支架包括呈筒状的铁芯安装部和位于铁芯安装部内的电机轴安装部，所述定子铁芯安装在支架上时铁芯安装部的外壁对定子铁芯内壁形成支撑，所述电机轴安装部的外壁向铁芯安装部的内壁辐射状分布有若干根连接铁芯安装部和电机轴安装部的支撑筋，其特征在于，所述支架采用铝材料一体成型制成，所述支撑筋为相互垂直的横筋和纵筋组成的十字形结构，每根所述支撑筋中的横筋均沿铁芯安装部的周向向两边延伸，每根所述支撑筋中的纵筋均沿铁芯安装部的长度方向向两边延伸。
本电动车轮毂电机的支架采用铝材料一体成型制成，在自身重量没有显著增加的前提下使得支架整体强度更高。进一步的，铁芯安装部和电机轴安装部之间通过辐射状分布的支撑筋相连，支撑筋条的横筋和纵筋分别沿铁芯安装部的周向和长度方向延伸，将转子总成相对于定子转动过程中对定子施加的反作用力均匀的从支撑定子铁芯的铁芯安装部的外壁传递到电机轴安装部的外壁，避免支架受力不平衡导致支架微量变形使定子铁芯位置发生偏移，从而使轮毂电机在重负载或者严重颠簸的工作环境下都能够保证稳定工作，从而提高了大功率的轮毂电机的承载能力。另一方面，从支架的加工上讲，支撑筋采用十字形结构使支架更容易通过模具一体成型。
在上述的电动车轮毂电机中，所述横筋通过位于两个相邻的支撑筋之间的凸筋相连，所述凸筋和横筋与铁芯安装部相连的部分绕铁芯安装部的外壁一周。横筋和凸筋对铁芯安装部在周向上提供充分支撑，即使铁芯安装部某一点上的作用力突然增大，也能够将该作用力通过横筋和凸筋周向传导出去并将作用力分散，从而使得电动车的车轮承受垂直向下的负载重力或者颠簸时的冲击力时，轮毂电机都能够保持稳定的工作并持续输出动力，使得轮毂电机的承载能力更强。
在上述的电动车轮毂电机中，所述纵筋条前后端面均为平直面，所述纵筋条与铁芯安装部连接处向外延伸并与上述平直面通过倾斜面相连。电动车的车轮承受颠簸的冲击力时，能够将作用力沿着轴向延伸的纵筋分散，使得轮毂电机的承载能力更强。在上述的电动车轮毂电机中，所述横筋和纵筋均呈片状，且横筋和纵筋的厚度相等。横筋和纵筋能够均匀承受压力，提高轮毂电机的承载能力。
在上述的电动车轮毂电机中，所述铁芯安装部的一端具有向外延伸的限位挡沿，所述铁芯安装部的另一端具有若干个用于安装限位螺钉的螺钉孔，且当定子铁芯一端抵靠在限位挡沿上时通过在螺钉孔内拧入限位螺钉使限位螺钉的头部内表面抵靠在定子铁芯的另一端将定子铁芯与铁芯安装部轴向定位，所述定子铁芯通过键连接与铁芯安装部周向定位。
采用这种定子铁芯的安装结构，使得定子铁芯能够被固定在一体式成型的支架上；并且，定子铁芯一端通过在支架一体成型中得到限位挡沿进行限位，限位挡沿具有足够的厚度，且受力后不容易发生变形，另一端的限位螺钉也对定子铁芯施加足够的压紧力，避免了定子铁芯受到轴向作用力而发生位置偏移的情况发生，从而改善了大功率的轮毂电机的承载能力。
作为优选，在上述的电动车轮毂电机中，所述铁芯安装部位于螺钉孔所在一端的端面上具有与螺钉孔一一对应的让位缺口，所述螺钉孔位于让位缺口内，所述让位缺口的深度和限位挡沿的宽度相等。通过设置让位缺口使得定子铁芯能够被定位在铁芯安装部的中间位置，从而使得支架对定子铁芯的支撑力更为均匀。
作为优选，在上述的电动车轮毂电机中，所述螺钉孔与支撑筋位置错开布置，所述铁芯安装部上螺钉孔所在位置处具有向内突出的凸起部，所述螺钉孔部分位于凸起部内。通过设置凸起部，能够将螺钉孔的孔径做得更大，以配上更大规格的限位螺钉，并且使得限位螺钉的头部有更大的面积与定子铁芯相接触，使定子铁芯的定位更为可靠。
在上述的电动车轮毂电机中，所述定子铁芯的外径为265mm～283mm，所述定子铁芯的内径为195mm～205mm，所述定子铁芯的定子齿的宽度a为6mm～12mm，所述定子的轭部的厚度b为8mm～11mm。由于支撑定子铁芯的支架强度更强，在大功率轮毂电机的参数设计中，在定子铁芯尺寸增大的基础上，能够将定子齿的宽度和定子轭部的厚度设计得更为合理，从而提高轮毂电机的性能。
在上述的电动车轮毂电机中，所述定子槽的槽口宽度c为1.5mm～2.5mm，槽口高度d为0.8mm～1.8mm。使得定子铁芯的磁场分布更为均匀，降低损耗。
在上述的电动车轮毂电机中，所述导磁环内侧和定子铁芯外侧的距离为3.3mm～4.7mm。永磁体安装在导磁环上之后，保证转子总成和定子铁芯之间的气隙更小，降低磁阻，提高轮毂电机的效率。
在上述的电动车轮毂电机中，所述轮辋采用铝合金材料一体式成型制成。使得轮辋重量较轻，减少了电动车行驶过程中的能耗；同时轮辋上没有焊点，真圆度高，保证车轮在大负载和高速运转过程中的运动精度，减少颠簸；并且，铝合金材料散热性能更好，使得轮毂电机的工作温度不至于过高，保证轮毂电机稳定工作。
在上述的电动车轮毂电机中，所述永磁体呈瓦片状，所述永磁体外壁上的弧形面和内壁上的弧形面的半径相同。这种形状的永磁体内壁能够与导磁环完全贴合，永磁体外壁和定子铁芯保持一致的距离，使得转子总成与定子间气隙均匀度好，转子总成受到磁场产生的作用力更平稳，并且噪音更小。
与现有技术相比，本电动车轮毂电机的优点在于：
1、本电动车轮毂电机的支架采用铝材料一体成型制成，并且铁芯安装部和电机轴安装部之间通过辐射状分布的支撑筋相连，支撑筋条的横筋和纵筋分别沿铁芯安装部的周向和长度方向延伸，转子总成相对与定子转动过程中对定子施加的反作用力能够被均匀的从支撑定子铁芯的铁芯安装部的外壁传递到电机轴安装部的外壁，避免支架受力不平衡导致支架微量变形使定子铁芯位置发生偏移，在自身重量没有显著增加的前提下使得支架整体强度更高，从而提高了大功率的轮毂电机的承载能力。
2、本电动车轮毂电机支架的支撑筋的横筋与铁芯安装部相连的部分和凸筋形成绕铁芯安装部外壁一周的连续结构，纵筋条与铁芯安装部连接处向外延伸并与平直面通过倾斜面相连，从而使得电动车的车轮承受垂直向下的负载重力或者颠簸时的冲击力时，轮毂电机都能够保持稳定的工作并持续输出动力，使得轮毂电机的承载能力更强。
3、本电动车轮毂电机在支架的支撑力得到显著提高的前提下，使得定子铁芯的参数设计更为合理，从而进一步改善了轮毂电机的输出功率和效率。
4、本电动车轮毂电机的支架采用十字形结构的设计便于支架的一体成型加工，简化了成型工艺和生产成本。
附图说明
图1是本电动车轮毂电机隐藏外侧端盖后的结构示意图。
图2是本电动车轮毂电机的剖视结构示意图。
图3是本电动车轮毂电机的定子的结构示意图。
图4是本电动车轮毂电机的支架的结构示意图。
图5是本电动车轮毂电机的支架中支撑筋位置处的局部剖视图。
图6是本电动车轮毂电机的永磁体的结构示意图。
图7是本电动车轮毂电机的定子铁芯主视图和局部放大图。
图中，1、转子总成；2、轮辋；3、导磁环；4、永磁体；5、定子；6、定子铁芯；61、定子齿；62、轭部；63、定子槽；631、槽口；64、键槽；7、支架；71、铁芯安装部；711、限位挡沿；712、螺钉孔；713、让位缺口；714、凸起部；72、电机轴安装部；73、支撑筋；731、横筋；732、纵筋；7321、平直面；7322、倾斜面；74、凸筋；8、限位螺钉；9、连接螺钉；10、电机轴；11、端盖；12、线圈。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
本电动车轮毂电机包括转子总成1和定子5，转子总成1包括轮辋2、固定在轮辋2上的导磁环3和贴装在导磁环3内壁上的永磁体4，定子5安装在转子总成1内部，定子5包括定子铁芯6和支架7，定子铁芯6上缠绕有线圈12，转子总成1还包括位于轮辋2两侧并通过连接螺钉9固定在导磁环3上的端盖11。
具体来说，如图1所示，支架7采用铝材料一体成型制成，支架7包括呈筒状的铁芯安装部71和位于铁芯安装部71内的电机轴安装部72，电机轴10通过轴套安装在电机轴安装部72上。如图4所示，铁芯安装部71的一端具有向外延伸的限位挡沿711，铁芯安装部71的另一端具有若干个用于安装限位螺钉8的螺钉孔712。如图2和图3所示，定子铁芯6安装到支架7上时，定子铁芯6套在铁芯安装部71的外壁，使定子铁芯6一端抵靠在限位挡沿711上，再通过将限位螺钉8拧入螺钉孔712，使限位螺钉8的头部内表面抵靠在定子铁芯6的另一端，从而将定子铁芯6与铁芯安装部71轴向定位。如图7所示，定子铁芯6的内壁上具有键槽64，定子铁芯6通过键连接与铁芯安装部71周向定位。从而，铁芯安装部71的外壁对定子铁芯6内壁形成支撑。
采用这种定子铁芯6的安装结构，使得定子铁芯6能够被固定在一体式成型的支架7上。并且，定子铁芯6一端通过在支架7一体成型中得到限位挡沿711进行限位，另一端通过若干个限位螺钉8进行限位，使得定子铁芯6的轴向定位更为牢固，避免了定子铁芯6受到轴向作用力而发生位置偏移的情况发生，从而改善了大功率的轮毂电机的承载能力。
作为优选方案，如图4所示，铁芯安装部71位于螺钉孔712所在一端的端面上具有与螺钉孔712一一对应的让位缺口713，螺钉孔712位于对应的让位缺口713内，让位缺口713的深度和限位挡沿711的宽度相等。通过设置让位缺口713使得定子铁芯6能够被定位在铁芯安装部71的中间位置，从而使得支架7对定子铁芯6的支撑力更为均匀。螺钉孔712与支撑筋73位置错开布置，铁芯安装部71上螺钉孔712所在位置处具有向内突出的凸起部714，螺钉孔712部分位于凸起部714内。通过设置凸起部714，能够选用更大规格的限位螺钉8，并且使得限位螺钉8的头部有更大的面积与定子铁芯6相接触，定子铁芯6的定位更为可靠。
如图3、图4和图5所示，电机轴安装部72的外壁向铁芯安装部71的内壁辐射状分布有若干根连接铁芯安装部71和电机轴安装部72的支撑筋73，支撑筋73为相互垂直的横筋731和纵筋732组成的十字形结构，每根支撑筋73中的横筋731均沿铁芯安装部71的周向向两边延伸，每根支撑筋73中的纵筋732均沿铁芯安装部71的长度方向向两边延伸。
作为优选方案，如图3和图5所示，横筋731通过位于两个相邻的支撑筋73之间的凸筋74相连，凸筋74和横筋731与铁芯安装部71相连的部分绕铁芯安装部71的外壁一周。纵筋732条前后端面均为平直面7321，纵筋732条与铁芯安装部71连接处向外延伸并与平直面7321通过倾斜面7322相连。铁芯安装部71某一点上的作用力突然增大，也能够将该作用力通过横筋731和凸筋74周向传导出去并将作用力分散，或者沿着轴向延伸的纵筋732分散，避免支架7局部受力过大导致变形，从而使得电动车的车轮承受垂直向下的负载重力或者颠簸时的冲击力时，轮毂电机都能够保持稳定的工作并持续输出动力，使得轮毂电机的承载能力更强。
作为进一步优选，横筋731和纵筋732均呈片状，且横筋731和纵筋732的厚度相等。横筋731和纵筋732能够均匀承受压力，提高轮毂电机的承载能力。
如图7所示，定子铁芯6的外径为265mm～283mm，定子铁芯6的内径为195mm～205mm，定子铁芯6的定子齿61的宽度a为6mm～12mm，定子的轭部62的厚度b为8mm～11mm。由于支撑定子铁芯6的支架7强度更强，在大功率轮毂电机的参数设计中，在定子铁芯6尺寸增大的基础上，能够将定子齿61的宽度和定子轭部62的厚度设计得更为合理，从而提高轮毂电机的性能。定子槽63的槽口631宽度c为1.5mm～2.5mm，槽口631高度d为0.8mm～1.8mm。使得定子铁芯6的磁场分布更为均匀，降低损耗。导磁环3内侧和定子铁芯6外侧的距离为3.3mm～4.7mm。永磁体4安装在导磁环3上之后，保证转子总成1和定子铁芯6之间的气隙更小，降低磁阻，提高轮毂电机的效率。
如图1和图2所示，轮辋2采用铝合金材料一体式成型制成。使得轮辋2重量较轻，减少了电动车行驶过程中的能耗。同时轮辋2上没有焊点，真圆度高，保证车轮在大负载和高速运转过程中的运动精度。并且，铝合金材料散热性能更好，使得轮毂电机的工作温度不至于过高，保证轮毂电机稳定工作。
作为优选方案，如图6所示，永磁体4呈瓦片状，永磁体4外壁上的弧形面和内壁上的弧形面的半径相同。这种形状的永磁体4内壁能够与导磁环3完全贴合，永磁体4外壁和定子铁芯6保持一致的距离，使得转子总成1与定子间气隙均匀度好，转子总成1受到磁场产生的作用力更平稳，并且噪音更小。在实际生产和制造中，也可以采用方片状的永磁体4。
本电动车轮毂电机的支架7采用铝材料一体成型制成，在自身重量没有显著增加的前提下使得支架7整体强度更高，并且支架7的加工成型也更为方便。铁芯安装部71和电机轴安装部72之间通过辐射状分布的支撑筋73相连，支撑筋73条的横筋731和纵筋732分别沿铁芯安装部71的周向和长度方向延伸，将转子总成1相对与定子转动过程中对定子施加的反作用力能够被均匀的从支撑定子铁芯6的铁芯安装部71的外壁传递到电机轴安装部72的外壁，避免支架7受力不平衡导致支架7微量变形使定子铁芯6位置发生偏移，从而使轮毂电机在重负载或者严重颠簸的工作环境下都能够保证稳定工作，从而提高了大功率的轮毂电机的承载能力。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (9)
1.一种电动车轮毂电机，包括转子总成(1)和定子(5)，所述转子总成(1)包括轮辋(2)、固定在轮辋(2)上的导磁环(3)和贴装在导磁环(3)内壁上的永磁体(4)，所述定子(5)包括定子铁芯(6)和支架(7)，所述支架(7)包括呈筒状的铁芯安装部(71)和位于铁芯安装部(71)内的电机轴安装部(72)，所述定子铁芯(6)安装在支架(7)上时铁芯安装部(71)的外壁对定子铁芯(6)内壁形成支撑，所述电机轴安装部(72)的外壁向铁芯安装部(71)的内壁辐射状分布有若干根连接铁芯安装部(71)和电机轴安装部(72)的支撑筋(73)，其特征在于，所述支架(7)采用铝材料一体成型制成，所述支撑筋(73)为相互垂直的横筋(731)和纵筋(732)组成的十字形结构，每根所述支撑筋(73)中的横筋(731)均沿铁芯安装部(71)的周向向两边延伸，每根所述支撑筋(73)中的纵筋(732)均沿铁芯安装部(71)的长度方向向两边延伸；所述铁芯安装部(71)的一端具有向外延伸的限位挡沿(711)，所述铁芯安装部(71)的另一端具有若干个用于安装限位螺钉(8)的螺钉孔(712)，且当定子铁芯(6)一端抵靠在限位挡沿(711)上时通过在螺钉孔(712)内拧入限位螺钉(8)使限位螺钉(8)的头部内表面抵靠在定子铁芯(6)的另一端将定子铁芯(6)与铁芯安装部(71)轴向定位，所述铁芯安装部(71)位于螺钉孔(712)所在一端的端面上具有与螺钉孔(712)一一对应的让位缺口(713)，所述螺钉孔(712)位于让位缺口(713)内，所述让位缺口(713)的深度和限位挡沿(711)的宽度相等。
2.根据权利要求1所述的电动车轮毂电机，其特征在于，所述横筋(731)通过位于两个相邻的支撑筋(73)之间的凸筋(74)相连，所述凸筋(74)和横筋(731)与铁芯安装部(71)相连的部分绕铁芯安装部(71)的外壁一周。
3.根据权利要求1所述的电动车轮毂电机，其特征在于，所述纵筋(732)条前后端面均为平直面(7321)，所述纵筋(732)条与铁芯安装部(71)连接处向外延伸并与上述平直面(7321)通过倾斜面(7322)相连。
4.根据权利要求1所述的电动车轮毂电机，其特征在于，所述横筋(731)和纵筋(732)均呈片状，且横筋(731)和纵筋(732)的厚度相等。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电动车轮毂电机，其特征在于，所述定子铁芯(6)通过键连接与铁芯安装部(71)周向定位。
6.根据权利要求5所述的电动车轮毂电机，其特征在于，所述螺钉孔(712)与支撑筋(73)位置错开布置，所述铁芯安装部(71)上螺钉孔(712)所在位置处具有向内突出的凸起部(714)，所述螺钉孔(712)部分位于凸起部(714)内。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的电动车轮毂电机，其特征在于，所述定子铁芯(6)的外径为265mm～283mm，所述定子铁芯(6)的内径为195mm～205mm，所述定子铁芯(6)的定子齿(61)的宽度a为6mm～12mm，所述定子(5)的轭部(62)的厚度b为8mm～11mm。
8.根据权利要求6所述的电动车轮毂电机，其特征在于，定子槽(63)的槽口(631)宽度c为1.5mm～2.5mm，槽口(631)高度d为0.8mm～1.8mm。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的电动车轮毂电机，其特征在于，所述导磁环(3)内侧和定子铁芯(6)外侧的距离为3.3mm～4.7mm。
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