CN107154697B - 外转子式电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种外转子式电机，包括：轴；围绕所述轴固定地设置在所述轴上的定子，其中，所述定子包括轭部以及位于所述轭部的径向内侧的支撑部，所述轭部形成有多个绕组齿，在每个所述绕组齿上分别绕有绕组，所述支撑部上形成有多个开口；围绕所述轴设置在所述定子的径向外侧的转子；可转动地支撑在所述轴上的第一端盖；可转动地支撑在所述轴上的第二端盖，所述第一端盖和所述第二端盖与所述转子的至少一部分共同限定所述外转子式电机的内部空间；以及用于促使气流通过所述绕组周围的间隙和所述多个开口在所述内部空间中循环流动的气流驱动机构。根据本发明，能够显著地提高外转子式电机的散热效果。

Description

外转子式电机

技术领域

本发明涉及电机，尤其是涉及外转子式电机。

背景技术

外转子式电机由于其紧凑的结构而具有广泛的用途。尤其是随着对环境保护的重视，诸如轮毂电机的外转子式电机越来越广泛地被应用在诸如电动滑板车、电动自行车、电动摩托车或电动汽车等的电动车辆中。轮毂电机的最大特点是可以将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，因此可以使电力车辆的机械结构大大简化。但是，由于轮毂电机的结构比较紧凑，使得轮毂电机的散热问题变得非常重要。轮毂电机的冷却性能经常成为制约其额定功率的瓶颈。如果能够将轮毂电机的冷却性有效提升，可允许轮毂电机具有更大的额定功率。

用于轮毂电机的传统冷却方法包括自然空气冷却法和强制液体冷却法。对于自然空气冷却法而言，通常通过空气与两个端盖的表面之间的自然对流来将热量散发到空气中。对于强制液体冷却法而言，通常需要采用泵和散热器来将轮毂电机产生的热量排出。当采用外转子式轮毂电机时，由于绕组支撑在位于该轮毂电机内部的定子上，用于绕组散热的热传递路径需要通过轴和通过定子与端盖之间形成的气隙，这导致了绕组和外部环境之间存在很高的热阻。因而，期望减小前述热阻来提高轮毂电机的性能。

因此，需要对现有的外转子式电机进行改进。

发明内容

本发明的目的就是要克服上述现有技术中的至少一种缺陷，提出一种改进的外转子式电机，这种外转子式电机的散热效果能够得到显著地提高。

为此，根据本发明的一方面，提供一种外转子式电机，包括：

轴；

围绕所述轴固定地设置在所述轴上的定子，其中，所述定子包括由多个定子铁芯片叠置在一起构成的轭部以及位于所述轭部的径向内侧并用于将所述轭部固定地支撑在所述轴上的支撑部，所述轭部径向向外地形成有多个绕组齿，在每个所述绕组齿上分别绕有绕组，所述支撑部上形成有多个开口；

围绕所述轴设置在所述定子的径向外侧的转子；

通过第一轴承被可转动地支撑在所述轴上并且与所述转子固定地连接的第一端盖；

通过第二轴承被可转动地支撑在所述轴上并且与所述转子固定地连接的第二端盖，所述第一端盖和所述第二端盖与所述转子的至少一部分共同限定所述外转子式电机的内部空间；以及

用于促使气流通过所述绕组周围的间隙和所述多个开口在所述内部空间中循环流动的气流驱动机构。

优选地，所述气流驱动机构是以下的至少一种：位于所述第一端盖和所述第二端盖中的一个的内表面上的离心风扇；设置在所述第一端盖的内表面上并且布置成引导气流径向流动的第一导流片；以及设置在所述第二端盖的内表面上并且布置成引导气流径向流动的第二导流片。

优选地，在包括所述离心风扇的情况下，所述离心风扇设置为随着所述第一端盖或所述第二端盖一起转动或者由独立的电动机驱动。

优选地，在包括多个所述第一导流片的情况下，所述第一导流片具有连续的弯曲形状或者包括间断的、沿着同一或不同弯曲路径布置的多个段。

优选地，在包括多个所述第二导流片的情况下，所述第二导流片具有连续的弯曲形状或者包括间断的、沿着同一或不同弯曲路径布置的多个段。

优选地，在所述第一端盖和所述第二端盖中的一个上设置有所述离心风扇并且还设置有多个所述第一导流片或多个所述第二导流片的情况下，所述离心风扇位于多个所述第一导流片或多个所述第二导流片的径向内侧，并且所述离心风扇和多个所述第一导流片或多个所述第二导流片都被布置成引导气流向同一方向流动，即，都引导气流离心流动或都引导气流向心流动。

优选地，在所述第一端盖和所述第二端盖的内表面上都设置有所述气流驱动机构的情况下，位于所述第一端盖和所述第二端盖中的一个上的所述气流驱动机构被布置成引导气流离心流动，而位于所述第一端盖和所述第二端盖中的另一个上的所述气流驱动机构被布置成引导气流向心流动。

优选地，在所述绕组齿的径向内侧的所述轭部上形成有多个纵向通道。

优选地，所述第一端盖的外表面和/或所述第二端盖的外表面上设置有散热装置。

优选地，所述外转子式电机是轮毂电机，并且还包括设置在所述转子径向外侧并且随着所述转子转动的轮毂。

根据本发明，通过促使气流在电机的内部空间中循环流动，使得被绕组产生的热量加热的气流与第一端盖和第二端盖进行充分换热，进而热量通过第一端盖和第二端盖被散发到外部环境中，使得绕组和外部环境之间的热阻能够被显著地降低，从而显著地提高了外转子式电机的散热效果。

附图说明

图1是根据本发明优选实施例的轮毂电机的示意立体图；

图2是根据本发明优选实施例的轮毂电机的爆炸图；

图3是根据本发明优选实施例的轮毂电机的另一爆炸图；

图4是根据本发明优选实施例的轮毂电机沿着轴向的剖视示意立体图；

图5是根据本发明优选实施例的轮毂电机去掉端盖后的侧视图；

图6是根据本发明优选实施例的第一端盖的主视图；

图7是根据本发明优选实施例的第二端盖的主视图；以及

图8是根据本发明优选实施例的轮毂电机沿着轴向的剖视图，其中，箭头显示了气流流动方向。

具体实施方式

下面结合示例详细描述本发明的优选实施例。本领域技术人员应理解的是，这些示例性实施例并不意味着对本发明形成任何限制。

图1是根据本发明优选实施例的轮毂电机的示意立体图，图2是根据本发明优选实施例的轮毂电机的爆炸图，图3是根据本发明优选实施例的轮毂电机的另一爆炸图，图4是根据本发明优选实施例的轮毂电机沿着轴向的剖视示意立体图，以及图5是根据本发明优选实施例的轮毂电机去掉端盖后的侧视图。如图1-5所示，根据本发明优选实施例的轮毂电机1包括轴10、围绕轴10并且固定地设置在轴10上的定子20、围绕轴10设置在定子20的径向外侧的转子30、位于定子20的轴向左侧并且与转子30固定地连接的第一端盖40、以及位于定子20的轴向右侧并且与转子30固定地连接的第二端盖50。第一端盖40的内表面和定子20之间以及第二端盖50的内表面和定子20之间均存在间隙。轴10的两端能够被支撑在例如车架(未示出)上。第一端盖40和第二端盖50分别通过设置在定子20两侧的轴10上的第一轴承11和第二轴承13被可转动地支撑在轴10上。第一端盖40和第二端盖50与转子30的至少一部分共同限定轮毂电机1的内部空间，定子20位于该内部空间中。这样，在电机通电之后，转子30以及与转子30固定地连接的第一端盖40和第二端盖50能够绕着定子20和轴10转动。轮毂电机1通常还包括位于转子30径向外侧并且随着转子转动的轮毂60。尽管在图中轮毂60被显示为与转子30形成为一体，但是轮毂60可以与转子30分开地形成并且通过焊接或紧密配合等方式被固定地连接在一起。

在本申请中，“第一端盖”和“第二端盖”中的“第一”和“第二”仅是为了描述方便而采用的，并不构成对端盖本身的特殊限定。例如，第一端盖也可以是位于所述定子的轴向右侧的端盖，此时，第二端盖可以是位于所述定子的轴向左侧的端盖，也即，第一端盖和第二端盖的位置可以互换。

图6是根据本发明优选实施例的第一端盖的主视图和图7是根据本发明优选实施例的第二端盖的主视图。如图2-4和图6-7所示，第一端盖40的内表面上可以设置有向内部空间突出的第一导流片41，第二端盖50的内表面上可以设置有向内部空间突出的第二导流片51。尽管在优选实施例中第一端盖40和第二端盖50的内表面上均设置有导流片，应理解的是也可以仅在第一端盖40或第二端盖50的内表面上设置导流片。所述第一导流片和所述第二导流片的具体结构和作用等将在后面详述。第一端盖40和第二端盖50的外表面上也可以设置诸如散热筋43和53的散热装置，从而使得所述第一端盖和第二端盖可以与外部环境进行更充分的热交换。所述散热装置可以是散热筋，也可以是任何可以实现前述热交换目的的其它结构、部件或装置等，例如不同形式的散热片。第一端盖40和第二端盖50以及其上的导流片和散热装置优选地都采用有利于散热的材料制成。

回到图4和5，位于转子30的径向内侧的定子20包括由多个定子铁芯片叠置在一起构成的轭部21以及位于轭部21的径向内侧并用于将轭部21固定地支撑在轴10上的支撑部23。轭部21径向向外地形成有多个绕组齿211，在每个绕组齿211上分别绕有绕组213。轭部21在绕组齿211的径向内侧形成有多个纵向通道215。优选地，多个纵向通道215沿着圆周方向均匀地分布。由于设置有多个纵向通道215，可以显著地增大与纵向流过定子的气流的换热面积，而且由于纵向通道215紧邻绕组213设置，可以快速高效地将热量从绕组213传递离开绕组。支撑部23为盘状，它与轭部21可以通过诸如焊接或紧密配合等连接方式被固定地连接在一起。支撑部23可以被镂空，从而在相邻辐条231之间形成多个开口233。优选地，多个开口233也沿着圆周方向均匀地分布。具有辐条231的支撑部23不仅可以可靠地支撑轭部21，而且还允许气流流畅地通过。应理解的是，多个开口233也可以是形成在支撑部23上的多个圆形或其它形状的孔。

如图2、图4和图6所示，离心风扇45还可以设置在第一端盖40的内表面上。所述离心风扇的主要作用是使电机内的气流通过所述多个纵向通道215和所述多个开口233快速地循环流动，由此气流可以将热量从绕组213带走，并流过所述第一导流片和/或所述第二导流片进行换热，最后通过第一端盖40和/或第二端盖50将热量散发到外部环境中，实现轮毂电机的冷却。离心风扇45可以设置为随着第一端盖40一起转动，或者，离心风扇45可以由独立的电动机(未示出)驱动。当离心风扇45由独立的电动机驱动时，可以根据冷却轮毂电机的实时需求改变该电动机的转速，从而可以实时改变离心风扇45的转速和气流的循环流速，由此可以更好地满足轮毂电机在不同场合下的散热需求。

如图2、4和6所示，离心风扇45优选为设置在第一端盖40内表面的中心处。第一端盖40的内表面上可以形成有至少一个第一导流片41。优选地，第一端盖40的内表面上具有多个第一导流片41，且它们布置成能够引导气流离心运动即径向向外流动。优选地，离心风扇45布置在多个第一导流片41的径向内侧。例如，第一导流片41可以具有连续的弯曲形状。如图6所示，所述弯曲形状的弯曲方向与轮毂电机工作时第一端盖40的旋转方向大体相反，也即，当第一端盖40沿图6所示箭头A方向旋转时，第一导流片41由径向内侧向径向外侧延伸时的方向与所示箭头方向A大体相反。由此，有利于促使气流迅速有效地沿着第一导流片41径向向外流动，而且噪声较小。多个第一导流片41可以沿着第一端盖40的内表面的周向方向间隔均匀地分布，也可以间隔不均匀地分布。此外，第一导流片41也可以不是连续的，而是包括间断的沿着同一或不同弯曲路径布置的多个段，这样也可以起到引导气流径向向外流动的目的，但有可能降低加工的复杂性、减少导流片材料用量并有利于减轻第一端盖40的总体重量。第一导流片41可以通过各种方式设置在第一端盖40的内表面上，例如一体成型或者焊接、粘结等。

如图7所示，第二端盖50的内表面上可以形成有至少一个第二导流片51。优选地，第二端盖50的内表面上具有多个第二导流片51，且它们布置成能够引导气体向心流动，即径向向内流动。在第二端盖50的内表面的径向方向上，多个第二导流片51可以布置在对应于第一端盖40上的多个第一导流片41的区域。类似于所述第一导流片，所述第二导流片也可以具有连续的弯曲形状或者包括间断的、沿着同一或不同弯曲路径布置的多个段，只要能够起到引导气体径向向内流动的目的即可。第二导流片51可以通过与第一导流片41相同或不同的方式设置在第二端盖50的内表面上。

图8是根据本发明优选实施例的轮毂电机沿着轴向的剖视图，其中，箭头显示了气流流动方向。首先，离心风扇45促使气流由第一端盖40内表面的中心处径向向外流动，随后，气流在多个第一导流片41的作用下继续径向向外流动，在气流流过多个纵向通道215之后，第二端盖50上的多个第二导流片51促使气流径向向内流动，接着气流流过支撑部23上形成的多个开口233，最后再在离心风扇45的作用下开始下一个循环。在每一个循环中，当气流流过纵向通道215时，绕组213产生的热量被传递给流过的气流，随后，当被加热的气流流过第一端盖40和第一导流片41以及第二端盖50和第二导流片51时，被加热的气流与第一端盖40和第一导流片41以及第二端盖50和第二导流片51进行热交换，热量被传递给第一端盖40和第一导流片41以及第二端盖50和第二导流片51，从而使气流被冷却，同时热量被进一步传递给第一端盖40和第二端盖50，最后通过第一端盖40和第二端盖50及其上设置的散热装置传递给外界环境，从而实现了冷却轮毂电机的目的。第一端盖40上的多个导流片41不仅起到了传热的目的，还可以通过其形状和布置方式起到离心风扇的作用，从而有利于进一步引导气流径向向外流动。类似的，第二端盖50上的多个导流片51在传热的同时，也可以布置成引导气流径向向内流动。

在前述优选实施例中，第一端盖40内表面上的离心电机45、第一端盖40内表面上的第一导流片41和第二端盖50内表面上的第二导流片51均可以作为气流驱动机构，用于促使气流通过多个纵向通道和多个开口在电机内部空间中循环流动。应当理解的是，采用上述三者中的任一个都可以实现前述气流驱动之目的。例如，当仅采用第一端盖40内表面上的离心风扇45时，气流仍然可以被径向向外输送并流过第一端盖40的内表面，进而穿过所述多个纵向通道被加热，随后流过所述第二端盖的内表面和多个开口，最后回到所述离心风扇处。在该过程中，被加热的气流可以直接与所述第一端盖和第二端盖进行热交换，达到冷却的目的。类似的，在采用第一端盖40内表面上的第一导流片41或第二端盖50内表面上的第二导流片51时，气流也可以沿着预定的封闭路径流动，从而达到冷却的目的。在既采用多个第一导流片41又采用多个第二导流片51的情况下，多个第一导流片41和多个第二导流片51中的一种被设置成促使气流离心流动，另一种则被设置成促使气流向心流动，但是在只采用多个第一导流片41或多个第二导流片51的情况下，多个第一导流片41或多个第二导流片51可以都被设置成促使气流离心流动，也可以都被设置成促使气流向心流动。另外，除了上述三者之外，也可以采用其它任何能够实现相同或类似目的的气流驱动机构。而且，气流的流动路径也不限于图8箭头所示，也可以是与之相反的流动路径，这可以通过改变气流驱动机构的设置位置和布置形式等予以实现。

根据本发明，通过促使气流通过定子轭部上的多个纵向通道和支撑部上的多个开口快速循环流动，使得被绕组产生的热量加热的气流与第一端盖和第二端盖进行换热，进而热量通过第一端盖和第二端盖被散发到外部环境中，使得绕组和外部环境之间的热阻能够被显著地降低，从而显著地提高了轮毂电机的散热效果。

以上结合具体实施例对本发明进行了详细描述。显然，以上描述以及在附图中示出的实施例均应被理解为是示例性的，而不构成对本发明的限制。例如，在优选实施例中定子轭部邻近绕组的部分上形成有多个纵向通道，应理解的是，即使没有形成纵向通道也是可行的，此时气流通过绕组周围的间隙流动，只是这与形成纵向通道相比会降低电机的散热效果。另外，尽管在优选实施例中外转子式电机被描述为轮毂电机，应理解的是本发明也适用于诸如风扇电机等的其它外转子式电机。对于本领域技术人员而言，可以在不脱离本发明的精神的情况下对其进行各种变型或修改，这些变型或修改均不脱离本发明的范围。

Claims (7)

1.一种外转子式电机，包括：

轴(10)；

围绕所述轴(10)固定地设置在所述轴(10)上的定子(20)，其中，所述定子(20)包括由多个定子铁芯片叠置在一起构成的轭部(21)以及位于所述轭部(21)的径向内侧并用于将所述轭部(21)固定地支撑在所述轴(10)上的支撑部(23)，所述轭部(21)径向向外地形成有多个绕组齿(211)，在每个所述绕组齿(211)上分别绕有绕组(213)，所述支撑部(23)上形成有多个开口(233)；

围绕所述轴(10)设置在所述定子(20)的径向外侧的转子(30)；

通过第一轴承(11)被可转动地支撑在所述轴(10)上并且与所述转子(30)固定地连接的第一端盖(40)；

通过第二轴承(13)被可转动地支撑在所述轴(10)上并且与所述转子(30)固定地连接的第二端盖(50)，所述第一端盖(40)和所述第二端盖(50)与所述转子(30)的至少一部分共同限定所述外转子式电机的内部空间；以及

用于促使气流通过所述绕组(213)周围的间隙和所述多个开口(233)在所述内部空间中循环流动的气流驱动机构；

其中，所述气流驱动机构是以下的至少一种：

位于所述第一端盖(40)和所述第二端盖(50)中的一个的内表面上的离心风扇(45)；

设置在所述第一端盖(40)的内表面上并且布置成引导气流径向流动的第一导流片(41)；以及

设置在所述第二端盖(50)的内表面上并且布置成引导气流径向流动的第二导流片(51)；

其特征在于，在所述第一端盖(40)和所述第二端盖(50)中的一个上设置有所述离心风扇(45)并且还设置有多个所述第一导流片(41)或多个所述第二导流片(51)的情况下，所述离心风扇位于多个所述第一导流片(41)或多个所述第二导流片(51)的径向内侧，并且所述离心风扇(45)和多个所述第一导流片(41)或多个所述第二导流片(51)都被布置成引导气流向同一方向流动，即，都引导气流离心流动或都引导气流向心流动。

2.根据权利要求1所述的外转子式电机，其特征在于，在包括所述离心风扇(45)的情况下，所述离心风扇设置为随着所述第一端盖(40)或所述第二端盖(50)一起转动或者由独立的电动机驱动。

3.根据权利要求1所述的外转子式电机，其特征在于，在包括多个所述第一导流片(41)的情况下，所述第一导流片具有连续的弯曲形状或者包括间断的、沿着同一或不同弯曲路径布置的多个段。

4.根据权利要求1所述的外转子式电机，其特征在于，在包括多个所述第二导流片(51)的情况下，所述第二导流片具有连续的弯曲形状或者包括间断的、沿着同一或不同弯曲路径布置的多个段。

5.根据权利要求1所述的外转子式电机，其特征在于，在所述绕组齿(211)的径向内侧的所述轭部(21)上形成有多个纵向通道(215)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的外转子式电机，其特征在于，所述第一端盖(40)的外表面和/或所述第二端盖(50)的外表面上设置有散热装置。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的外转子式电机，其特征在于，所述外转子式电机是轮毂电机，并且还包括设置在所述转子(30)径向外侧并且随着所述转子转动的轮毂(60)。

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