CN107979256A - 一种超轻的轴向磁场轮毂电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超轻的轴向磁场轮毂电机，包括外转子结构及定子结构，所述外转子结构包括环状机架及设置在所述环状机架两侧的转子盘，所述转子盘与所述环状机架围成一容纳腔，所述定子结构设置在所述容纳腔内，其中，所述环状机架、所述转子盘及所述定子结构中的至少一种采用碳纤维复合材料制成。由于碳纤维复合材料具有比重小、强度高及抗腐蚀等优良特性，这样当轮毂电机中的某些部件，例如上述环状机架、转子盘及定子结构采用碳纤维复合材料时，能够大幅度降低轮毂电机的重量。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种超轻的周向磁场轮毂电机。
背景技术
电机是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置，或者将一种形式的电能转换成另一种形式的电能。轮毂电机作为电机中的一大板块，其在电动汽车、电动自行车等领域有着举足轻重的地位。轮毂电机技术又称车轮内装电机技术，它的最大特点就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，因此将电动车辆的机械部分大大简化。采用轮毂电机具有多方面的好处，例如，可省略大量传动部件，让车辆结构更加简单；还能实现多种复杂的驱动方式。随着科技的进步，特别是近几年新能源汽车高速发展，轮毂电机的作用显得越来越大。
追求轮毂电机的轻型化及小型化是轮毂电机发展的永恒主题，现有技术中的轮毂电机结构复杂，其大多具有铁芯结构，一方面会造成整个轮毂电机的重量或者体积较大，且当需要该种轮毂电机输出更大的效率时，需要在径向及轴向增大轮毂电机的尺寸，这样会使得重量或者体积将会更大。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种超轻的轴向磁场轮毂电机，用于解决现有技术中的轮毂电机重量较重的问题。
为此，根据本发明的实施例，该轴向磁场轮毂电机包括：
外转子结构，所述外转子结构包括环状机架及设置在所述环状机架两侧的转子盘，所述转子盘与所述环状机架围成一容纳腔；及
定子结构，所述定子结构设置在所述容纳腔内；
其中，所述环状机架、所述转子盘及所述定子结构中的至少一种采用碳纤维复合材料制成。
作为所述轴向磁场轮毂电机的进一步可选方案，所述转子盘包括底壳及布置在所述底壳上的磁钢，所述底壳采用碳纤维复合材料制成。
作为所述轴向磁场轮毂电机的进一步可选方案，所述磁钢呈扇形结构。
作为所述轴向磁场轮毂电机的进一步可选方案，所述转子盘包括左转子盘及右转子盘，所述左转子盘固定连接在所述环状机架的一侧，所述右转子盘固定连接在所述环状机架的另一侧，所述定子结构处于所述左转子盘与所述右转子盘之间。
作为所述轴向磁场轮毂电机的进一步可选方案，所述环状机架的侧面设有第一安装孔，所述左转子盘及所述右转子盘的边缘设有与所述第一安装孔对接的第二安装孔。
作为所述轴向磁场轮毂电机的进一步可选方案，所述定子结构包括：
定子线圈，所述定子线圈由多个线圈单元沿周向嵌锁排列而成；及
封装材料层，所述封装材料层外包于所述定子线圈，且所述封装材料层采用碳纤维复合材料制成。
作为所述轴向磁场轮毂电机的进一步可选方案，所述线圈单元呈扇形结构，所述线圈单元包括沿所述定子结构直径方向延伸的有效段及连接所述有效段的内缘段与外缘段。
作为所述轴向磁场轮毂电机的进一步可选方案，所述内缘段与所述外缘段自所述有效段所在平面向上隆起，使得多个所述线圈单元嵌锁排列后所有所述有效段处于同一平面内。
作为所述轴向磁场轮毂电机的进一步可选方案，所述底壳的外表面设有加强筋条。
作为所述轴向磁场轮毂电机的进一步可选方案，所述加强筋条以与所述底壳的径向方向呈一定夹角的方向倾斜布置在所述底壳上。
本发明的有益效果：
依据以上实施例中的轴向磁场轮毂电机，由于外转子结构中的环状机架、转子盘及定子结构中至少有一种采用碳纤维复合材料制成，由于碳纤维复合材料具有比重小、强度高及抗腐蚀等优良特性，这样当轮毂电机中的某些部件，例如上述环状机架、转子盘及定子结构采用碳纤维复合材料时，能够大幅度降低轮毂电机的重量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了根据本发明实施例所提供的一种轴向磁场无铁芯轮毂电机的爆炸示意图；
图2示出了根据本发明实施例所提供的一种轴向磁场无铁芯轮毂电机的主视图；
图3示出了根据本发明实施例所提供的一种轴向磁场无铁芯轮毂电机的侧视图；
图4示出了根据本发明实施例所提供的一种轴向磁场无铁芯轮毂电机的后视图；
图5示出了根据本发明实施例所提供的一种轴向磁场无铁芯轮毂电机的左转子盘的内表面图；
图6示出了根据本发明实施例所提供的一种轴向磁场无铁芯轮毂电机的左转子盘的侧视图图；
图7示出了根据本发明实施例所提供的一种轴向磁场无铁芯轮毂电机的左转子盘的外表面图；
图8示出了根据本发明实施例所提供的一种轴向磁场无铁芯轮毂电机的右转子盘的内表面图；
图9示出了根据本发明实施例所提供的一种轴向磁场无铁芯轮毂电机的右转子盘的侧视图；
图10示出了根据本发明实施例所提供的一种轴向磁场无铁芯轮毂电机的右转子盘的外表面图；
图11示出了根据本发明实施例所提供的一种轴向磁场无铁芯轮毂电机的环状机架的主视图；
图12示出了根据本发明实施例所提供的一种轴向磁场无铁芯轮毂电机的定子结构的结构示意图；
图13示出了根据本发明实施例所提供的一种轴向磁场无铁芯轮毂电机的定子线圈的结构示意图；
图14示出了根据本发明实施例所提供的一种轴向磁场无铁芯轮毂电机的线圈单元的结构示意图。
主要元件符号说明：
100-定子结构；200-转子盘；300-环状机架；110-定子线圈；120-封装材料层；130-定子固定轴；210-底壳；220-磁钢；230-左转子盘；240-右转子盘；310-第一安装孔；111-线圈单元；211-第二安装孔；212-连接件；213-加强筋条；1111-有效段；1112-内缘段；1113-外缘段。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例
本实施例提供了一种超轻的轴向磁场轮毂电机。
请一并参考图1-4，该轴向磁场轮毂电机包括外转子结构及定子结构100。
其中，外转子结构包括环状机架300及设置在环状机架300两侧的转子盘200，转子盘200与环状机架300围成一容纳腔。定子结构100设置在容纳腔内。
进一步的，环状机架300、转子盘200及定子结构100中的至少一种采用碳纤维复合材料制成。
如此，由于外转子结构中的环状机架300、转子盘200及定子结构100中至少有一种采用碳纤维复合材料制成，由于碳纤维复合材料具有比重小、强度高及抗腐蚀等优良特性，这样当轮毂电机中的某些部件，例如上述环状机架300、转子盘200及定子结构100采用碳纤维复合材料时，能够大幅度降低轮毂电机的重量。
可以理解的是，转子盘200用于产生磁场，转子盘200固定连接于环状机架300的两侧，使得转子盘200能够产生沿环状机架300轴向的磁场。定子结构100固定套设在环状机架300的内侧并处于转子盘200之间，定子结构100沿周向布置有定子线圈110，定子线圈110沿定子结构100的直径方向延伸。
如此，由于定子结构100上沿周向布置有定子线圈110，且该定子线圈110沿定子结构100的直径方向延伸，这样使得定子线圈110在转子盘200所形成的磁场中的有效面积是建立定子结构100的直径尺寸上的，这样当需要提高该轴向磁场无铁芯轮毂电机输出效率时，只需沿径向增加尺寸即可，与传统轮毂电机相比，能明显降低电机的体积，换言之，在同等体积的条件下，该轴向磁场无铁芯轮毂电机能够输出更高的效率。
同时，由于在定子结构100内并没有设置铁芯，使得该电机具有极大的过载能力，大约是普通电机的4～5倍，特别适应轮毂电机的工作条件。在无铁芯的存在下，使得对电机的控制更加简洁、高效。
进一步的，请继续参考图5-10，转子盘200包括左转子盘230及右转子盘240，左转子盘230固定连接在环状机架300的一侧，右转子盘240固定连接在环状机架300的另一侧。
具体而言，左转子盘230及右转子盘240均包括底壳210及磁钢220，磁钢220沿周向均匀布置在底壳210上，这样当将左转子盘230及右转子盘240分别安装到环状机架300的两侧后，在环状机架300的内部空间中就形成一稳定的磁场。
进一步的，上述左转子盘230及右转子盘240的底壳210均可采用碳纤维复合材料制成，这样可降低左转子盘230及右转子盘240的重量，进而降低整个轮毂电机的重量。
进一步的，上述磁钢220呈扇形结构，当呈扇形结构的磁钢220布置在底壳210上时，能够极大限度的占据底壳210的表面积，从而使得磁钢220的有效面积增加，最终提高电机的输出能力。
在某些实施方式中，磁钢220可通过机械方式固定在底壳210上，例如通过螺钉或者螺栓的方式或者其它一些紧固件的紧固作用而使得共轭磁钢220固定到底壳210上。
在另一些实施方式中，还可以通过物理方式对磁钢220进行固定，例如可在底壳210的表面覆盖一层强粘接剂，通过该强粘接剂的作用使得磁钢220固定到底壳210上。
在其它一些实施方式中，还可以在事先在底壳210上设置能够容纳磁钢220的磁钢槽，后期再将磁钢220卡入到相应的磁钢槽中即可。
具体的，请参考图5-7，左转子盘230包括底壳210及磁钢220，磁钢220沿周向均匀布置在底壳210的内表面，该内表面与右转子盘240的内表面相对，在该底壳210的边缘沿周向设有多个第二安装孔211，请结合参考图11，在环状机架300的侧面设有第一安装孔310，这样在安装时，通过紧固件锁入到第一安装孔310及第二安装孔211内即可实现左转子盘230与环状机架300的连接。
另外，在左转子盘230的底壳210的外表面还设有连接件212，该连接件212的作用主要在于实现后期轮毂电机与轮毂的安装。
同样的，请参考图8-10，右转子盘240包括底壳210及磁钢220，磁钢220沿周向均匀布置在底壳210的内表面，该内表面与左转子盘230的内表面相对，在底壳210的边缘沿周向设有多个第二安装孔211，请结合参考图11，在环状机架300的另一侧也设有第一安装孔310，这样在安装时，通过紧固件锁入到第一安装孔310及第二安装孔211内即可实现右转子盘240与环状机架300的连接。
上述环状机架300可采用碳纤维复合材料制成，以降低整个轮毂电机的重量。
需要说明的是，在实际组装过程中，定子结构100的组装应放在左转子盘230及右转子盘240之间来完成，例如，可以按照左转子盘230-定子结构100-右转子盘240或者右转子盘240-定子结构100-左转子盘230的顺序来完成组装。
当然，在组装过程中，还可以先将定子结构100套设到环状机架300之内，再将转子盘200(左转子盘230及右转子盘240)安装到环状机架300的两侧，整个组装过程简单易行，且组装后的轮毂电机稳定可靠。
进一步的，为了提高左转子盘230及右转子盘240的结构强度，在左转子盘230及右转子盘240的底壳210的外表面还设有加强筋条213。
更进一步的，加强筋条213以与底壳210的径向方向呈一定夹角的方向倾斜布置在底壳210上。按照上述方式布置的加强筋条213可以在一定程度上增加加强筋条213对底壳210的加强作用。
请一并参考图12-14，在本发明实施方式中，定子结构100包括定子线圈110及封装材料层120。
其中，定子线圈110由多个线圈单元111沿周向嵌锁排列而成，封装材料层120则外包于定子线圈110，封装材料层120采用碳纤维符合材料制成。
如此，可降低定子结构100的重量，进而在一定程度上降低整个轮毂电机的重量。
进一步的，请参考图14，线圈单元111呈扇形结构，线圈单元111包括沿定子结构100直径方向延伸的有效段1111及连接有效段1111的内缘段1112与外缘段1113。
可以理解的是，上述有效段1111为线圈在磁场中的受磁段，由于该有效段1111是沿定子结构100的直径方向延伸的，这样只需增加定子结构100的尺寸，使得有效段1111的尺寸得以提高就可提高电机的输出效率，大大降低了整个电机的体积。
请继续参考图14，内缘段1112与外缘段1113自有效段1111所在平面向上隆起，使得多个线圈单元111嵌锁排列后所有有效段1111处于同一平面内。
如此，可使得有效段1111的总厚度尽可能小，在对定子线圈110进行封装时，使得包裹有效段1111的封装材料层120的厚度也会尽可能小，这样可使得定子线圈110具有最小的磁间隙，使得电磁效率得以提高，最终使得电机的输出效率得以提高。
另外结合前文所述，由于封装材料层120采用碳纤维复合材料制成，使得包裹有效段1111的封装材料层120的厚度甚至可以做到0.3mm的厚度，不仅能够降低整个轮毂电机的体积，还能节省用料，降低整个轮毂电机的重量。
此外，需要说明的是，上文中所提到的定子线圈110可采用铜导线或者漆包线等，以确保线圈单元111在工作时的稳定性。
漆包线是绕组线的一个主要品种，由导体和绝缘层两部组成，裸线经退火软化后，再经过多次涂漆，烘焙而成。因为各种类型的漆包线都具备机械性能，化学性能，电性能，热性能等四大性能，在实际生产过程中可根据实际需求，例如性能偏向来选择合适种类的漆包线。
请一并参考图14，上述线圈单元111为扇形结构，其包括两个有效段1111及连接在有效段1111之间的内缘段1112及外缘段1113，当线圈单元111中通过电流时，有效段1111中的电流的流向与转子盘200所产生的磁场为垂直关系，此时使得电机发挥出作用。
请继续参考图13，由多个线圈单元111连接而成的定子线圈110通常是三组，以对应电机的三相绕组，但不限于三组排列。例如，在某些实施方式中，定子线圈110包括三相组，其中每个相组包括三个线圈单元111，此时每个线圈单元111所占据的圆心角为40度，对应于线圈单元111中的两个有效段1111之间的夹角。当然，在其它实施方式中，定子线圈110的两个有效段1111之间的夹角可以作出变更，例如20度等。
除以上所述外，请参考图1或3，除以上所述外，定子结构100还包括定子固定轴130，其从转子盘200中侧向伸出。
最后予以说明的是，本发明实施方式中所列举的轮毂电机的造型只是碳纤维复合材料在轮毂电机上的一种具体应用，其它任何轮毂电机，甚至普通电机均可以采用本发明的发明构思来降低电机的整体重量。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种超轻的轴向磁场轮毂电机，其特征在于，包括：
外转子结构，所述外转子结构包括环状机架及设置在所述环状机架两侧的转子盘，所述转子盘与所述环状机架围成一容纳腔；及
定子结构，所述定子结构设置在所述容纳腔内；
其中，所述环状机架、所述转子盘及所述定子结构中的至少一种采用碳纤维复合材料制成。
2.如权利要求1所述的轴向磁场轮毂电机，其特征在于，所述转子盘包括底壳及布置在所述底壳上的磁钢，所述底壳采用碳纤维复合材料制成。
3.如权利要求2所述的轴向磁场轮毂电机，其特征在于，所述磁钢呈扇形结构。
4.如权利要求1所述的轴向磁场轮毂电机，其特征在于，所述转子盘包括左转子盘及右转子盘，所述左转子盘固定连接在所述环状机架的一侧，所述右转子盘固定连接在所述环状机架的另一侧，所述定子结构处于所述左转子盘与所述右转子盘之间。
5.如权利要求4所述的轴向磁场轮毂电机，其特征在于，所述环状机架的侧面设有第一安装孔，所述左转子盘及所述右转子盘的边缘设有与所述第一安装孔对接的第二安装孔。
6.如权利要求1所述的轴向磁场轮毂电机，其特征在于，所述定子结构包括：
定子线圈，所述定子线圈由多个线圈单元沿周向嵌锁排列而成；及
封装材料层，所述封装材料层外包于所述定子线圈，且所述封装材料层采用碳纤维复合材料制成。
7.如权利要求6所述的轴向磁场轮毂电机，其特征在于，所述线圈单元呈扇形结构，所述线圈单元包括沿所述定子结构直径方向延伸的有效段及连接所述有效段的内缘段与外缘段。
8.如权利要求7所述的轴向磁场轮毂电机，其特征在于，所述内缘段与所述外缘段自所述有效段所在平面向上隆起，使得多个所述线圈单元嵌锁排列后所有所述有效段处于同一平面内。
9.如权利要求2所述的轴向磁场轮毂电机，其特征在于，所述底壳的外表面设有加强筋条。
10.如权利要求9所述的轴向磁场轮毂电机，其特征在于，所述加强筋条以与所述底壳的径向方向呈一定夹角的方向倾斜布置在所述底壳上。
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