CN109774457A - 一种电动汽车用轮毂电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车用轮毂电机，包括轮胎轮毂和轮毂电机本体。轮胎轮毂与轮毂电机本体固定连接。轮毂电机本体包括转动部件和固定部件，转动部件铰接于固定部件的固定轴上。本发明整体结构形成箱型、半箱型结构，且定子外壳和转子外壳设置有加强筋结构，具有高强度、高刚度、轻量化的特点，在满足轮毂电机强度和刚度的同时大大降低整车簧下质量，成本低、可靠性及冗余性高、散热性和密封性好、抗振动及冲击性能力强、电机单元性好、提高了功率密度，适应电动汽车、大型特种电动车辆的高功率高扭矩需求。

Description

一种电动汽车用轮毂电机

技术领域

本发明涉及一种电动汽车用轮毂电机，属于电动汽车领域。

背景技术

当前电动汽车采用集中式分布电机形式，空间占用较大，不能实现四轮独立驱动，传动机构复杂。如果电动汽车采用轮毂电机，则可以节省空间，实现四轮独立驱动，驱动效率高。

目前，轮毂电机被广泛应用到电动自行车、三轮车等低端消费电动车领域，然而针对电动汽车、大型特种电动车辆的高功率高扭矩需求的轮毂电机并未大范围推广，主要原因是目前研制的电动汽车用轮毂电机存在以下缺陷：成本高、可靠性及冗余性差、散热性差、密封性不佳、抗振动及冲击性能力差、重量重导致的簧下质量大、电机单元性差、功率密度有待提高等。如果能从成本、结构优化、簧下质量降低、单元化、散热优化、密封能力提高、功率密度提升、可靠性提高、抗振动性提升等方面提高，相信电动汽车用轮毂电机会在新能源汽车领域大有作为。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种电动汽车用轮毂电机，成本低、可靠性及冗余性高、散热性和密封性好、抗振动及冲击性能力强、簧下质量小、电机单元性好、提高了功率密度，适应电动汽车、大型特种电动车辆的高功率高扭矩需求。

本发明的技术解决方案是：

一种电动汽车用轮毂电机，包括轮胎轮毂和轮毂电机本体；轮胎轮毂与轮毂电机本体固定连接。

所述轮毂电机本体，包括转动部件和固定部件，所述转动部件铰接于固定部件的固定轴上。

所述转动部件包括转子外壳、外侧弹性挡圈、内侧弹性挡圈、过渡连接架、转子模块、第一轴承、第二轴承、动密封圈、动密封圈挡板、过渡挡板和刹车片；

转子外壳为“C”型结构，其上加工有法兰孔，内侧开有多个槽，每个槽内加工有两个键，外侧设置有多个加强筋；

过渡连接架为柱状结构，内部加工有轴孔，过渡连接架从转子外壳中心穿出，并通过螺柱头固定于转子外壳的法兰孔中，第二轴承和第一轴承依次安装于过渡连接架的轴孔内，内侧弹性挡圈挡在第一轴承的外侧，外侧弹性挡圈挡在第二轴承的外侧，防止轴承窜动；

每个转子模块安装于转子外壳的一个内侧槽中，每个转子模块内圈设置有槽，转子外壳内侧槽内的键嵌入转子模块内圈槽中，形成稳定结构；

转子模块侧面设置动密封圈挡板，动密封圈安装于转子外壳内侧，动密封圈与动密封圈挡板相接触，过渡挡板和刹车片依次通过螺栓安装于转子外壳的法兰孔上，过渡挡板用于压紧动密封圈。

所述每个转子模块包括两个导磁体和一个磁钢，磁钢两侧设置有键，导磁体两侧设置有槽，两个导磁体夹住磁钢，且磁钢两侧的键分别插入两侧导磁体槽内。

还包括第一静密封圈、第二静密封圈和第三静密封圈，所述第一静密封圈安装在转子外壳和过渡连接架相接触位置的内密封槽内；第二静密封圈安装在转子外壳和过渡连接架相接触位置的外密封槽内，第三静密封圈安装在过渡连接架和轮胎轮毂相接触位置的密封槽内。

所述过渡连接架伸出转子外壳的一端通过螺柱头固定在轮胎轮毂上。

所述固定部件包括定子外壳、固定轴、水道密封外环、水道密封内环、定子模块、旋转变压器和轴窜动锁紧螺母；

定子外壳外侧设置有加强筋，固定轴固定于定子外壳上，固定轴的轴侧插入第一轴承和第二轴承孔内，轴窜动锁紧螺母安装于固定轴末端，防止固定轴轴向窜动，水道密封外环、水道密封内环固定于定子外壳上，且水道密封外环套于水道密封内环上，旋转变压器外圈安装于水道密封内环上，旋转变压器内圈通过键插入过渡连接架上；

定子模块相对的两个侧面中，一侧加工有连接键，一侧加工有连接槽，底面加工有固定键，固定键插入水道密封外环的固定槽内，各个定子模块的连接键和连接槽首尾相接形成稳定结构。

所述定子模块包括硅钢模块和定子铁芯，定子铁芯缠绕于硅钢模块上。

还包括第四静密封圈、第五静密封圈、第六静密封圈、第七静密封圈、第八静密封圈和第九静密封圈；第四静密封圈安装于定子外壳与水道密封外环相接触位置的外密封槽内，第七静密封圈安装于定子外壳与水道密封外环相接触位置的内密封槽内，第五静密封圈安装于水道密封外环和水道密封内环左侧相接触位置的外密封槽内，第六静密封圈安装于水道密封外环和水道密封内环左侧相接触位置的外密封槽内，第八静密封圈安装于定子外壳与固定轴相接触位置的密封槽内，第九静密封圈安装于水道密封外环和水道密封内环右侧相接触位置的外密封槽内。

水道密封外环包括外环进水半锥形槽、外环出水半锥形槽、半外环环形水道和定子模块固定槽；水道密封内环包括内环进水半锥形槽、内环出水半锥形槽和半内环环形水道；

水道密封外环套于水道密封内环上，外环进水半锥形槽与内环进水半锥形槽形成进水锥形槽，外环出水半锥形槽与内环出水半锥形槽形成出水锥形槽，半外环环形水道与半内环环形水道形成环形水道；

冷却水经水泵由进水锥形槽流入环形水道内，起到对定子模块的冷却作用，然后冷却水通过出水锥形槽流出，回到水槽中；进水锥形槽和出水锥形槽的进水角度控制在10°～15°之间。

通过定子绕线分布和电气连线分布将轮毂电机划分为四部分，每部分由不同的驱动器控制。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明整体结构形成箱型、半箱型结构，且定子外壳和转子外壳设置有加强筋结构，具有高强度、高刚度、轻量化的特点，在满足轮毂电机强度和刚度的同时大大降低整车簧下质量；

(2)本发明轮毂电机各零部件主体结构大多采用铸造方式设计，各部件均设有自定位槽，无需工装装配，定子模块线圈绕线可以采用机器快速绕线，满足批量化低成本设计及生产的要求；

(3)采用定、转子拼接式结构，提高了槽满率、提高了功率密度、降低了绕线及装配难度；

(4)本发明形成多单元电机结构，电机单元性好，在某个电机出现故障时，整个轮毂电机仍然能够正常运转，提高冗余度及可靠性；

(5)采用动、静密封结合的方式提高了电机密封性；

(6)采用锥形进排水孔及环道结构，提高了水循环效率和散热效率，降低整车循环水能源消耗，循环水可将热量带入汽车室内，回收热量，冷却循环水；

(7)定转子均经过轮胎轮毂和转子外壳双C型减震，提高抗冲击和振动能力；

(8)转子拼接方式采用双导磁体夹住磁钢拼接方式，定子拼接方式采用定子模块首尾槽相接并与水道密封外环的固定槽相嵌的方式，定转子拼接方式固定可靠、分布紧凑、提高单位体积的功率密度。

附图说明

图1为轮毂电机整机示意图；

图2为轮毂电机本体转子侧示意图；

图3为轮毂电机本体定子侧示意图；

图4为轮毂电机本体爆炸图示意图；

图5为轮毂电机本体垂直于旋转面剖面示意图；

图6为轮毂电机本体平行于旋转面剖面示意图；

图7为水道密封外环水道槽布置图；

图8为水道密封内环水道槽布置图。

具体实施方式

本发明涉及一种电动汽车用轮毂电机，如图1所示，电动汽车用轮毂电机，包括轮胎轮毂1、轮毂电机本体2。轮胎轮毂1与轮毂电机本体2固定。

如图2和图3所示，轮毂电机本体2，包括转动部件3和固定部件4组成。转动部件3铰接于固定部件4的固定轴5上。

如图4、图5所示，转动部件3，包括转子外壳17、外侧弹性挡圈16、内侧弹性挡圈15、过渡连接架18、转子模块36、第一轴承23、第二轴承14、动密封圈24、动密封圈挡板7、过渡挡板25、刹车片6、第一静密封圈32、第二静密封圈33、第三静密封圈34。

转子外壳17为“C”型结构，其上加工有法兰孔，内侧开有多个槽，每个槽内加工有两个键，外侧设置有多个加强筋。过渡连接架18为柱状结构，内部加工有轴孔，过渡连接架18从转子外壳17中心穿出，并通过五个螺柱头固定于转子外壳17的法兰孔中，且过渡连接架18伸出转子外壳17的一端通过螺柱头固定在轮胎轮毂1上。两个第一轴承23和两个第二轴承14依次安装于过渡连接架18的轴孔内，内侧弹性挡圈15和外侧弹性挡圈16分别挡在第一轴承23和第二轴承14的两侧，防止轴承窜动，26对转子模块36安装于转子外壳17内侧槽里，动密封圈挡板7安装于转子外壳17内侧槽的一端，动密封圈24安装于转子外壳17内侧，动密封圈24侧面与动密封圈挡板7侧面相接触，过渡挡板25和刹车片6依次通过螺栓安装于转子外壳17的法兰孔上，过渡挡板25侧面与动密封圈24侧面相接触，起到动密封圈24防尘作用，第一静密封圈32安装在转子外壳17和过渡连接架18相接触位置的内密封槽内；第二静密封圈33安装在转子外壳17和过渡连接架18相接触位置的外密封槽内，第三静密封圈34安装在过渡连接架18和轮胎轮毂1相接触位置的密封槽内，起到转动部件3相应位置密封作用。

如图6所示，每个转子模块36包括两个导磁体13和一个磁钢21，磁钢21两侧设置有键，导磁体13两侧设置有槽，两个导磁体13夹住磁钢21，且磁钢21两侧的键分别插入两侧导磁体13槽内。

如图4、图5所示，固定部件3包括定子外壳8、固定轴5、水道密封外环10、水道密封内环11、定子模块37、旋转变压器19、轴窜动锁紧螺母20、第四静密封圈26、第五静密封圈27、第六静密封圈28、第七静密封圈29、第八静密封圈30和第九静密封圈31。固定部件3的固定轴5通过螺钉固定于定子外壳8的法兰孔上，固定轴5的轴侧插入两个第一轴承23和两个第二轴承14孔内，轴窜动锁紧螺母20安装于固定轴5末端，防止固定轴5轴向窜动，水道密封外环10、水道密封内环11通过螺栓固定于定子外壳8的法兰孔上，且水道密封外环10套于水道密封内环11上，旋转变压器19外圈通过螺栓安装于水道密封内环11的法兰孔上，旋转变压器19内圈通过键插入过渡连接架18的键槽内。

定子模块37相对的两个侧面中，一侧加工有连接键，一侧加工有连接槽，底面加工有固定键，固定键插入水道密封外环10的固定槽内，48个定子模块的连接键和连接槽首尾相接形成稳定结构。第四静密封圈26安装于定子外壳8与水道密封外环10相接触位置的外密封槽内，第七静密封圈29安装于定子外壳8与水道密封外环10相接触位置的内密封槽内，第五静密封圈27安装于水道密封外环10和水道密封内环11左侧相接触位置的外密封槽内，第六静密封圈28安装于水道密封外环10和水道密封内环11左侧相接触位置的外密封槽内，第八静密封圈30安装于定子外壳8与固定轴5相接触位置的密封槽内，第九静密封圈31安装于水道密封外环10和水道密封内环11右侧相接触位置的外密封槽内，起到固定部件3相应位置密封作用。

如图6所示，定子模块37包括硅钢模块12和定子铁芯22，定子铁芯22缠绕于硅钢模块12上。

如图5、图7所示，水道密封外环10包括：外环进水锥形槽38、外环出水锥形槽39、外环环形水道40、定子模块固定槽41。如图5、图8所示，水道密封内环11包括：内环进水锥形槽43、内环出水锥形槽44、内环环形水道42。水道密封外环10套于水道密封内环11上，外环进水锥形槽38与内环进水锥形槽43形成进水锥形槽，外环出水锥形槽38与内环出水锥形槽44形成出水锥形槽，外环环形水道40与内环环形水道42形成四个环形水道35。冷却水经水泵由进水锥形槽流入四个环形水道35内，起到对定子模块37的冷却作用，然后冷却水通过出水锥形槽流出，回到水槽中。进水锥形槽和出水锥形槽的进水角度控制在10°～15°之间，有利于提高冷却水的循环效率。

如图6所示，本发明通过定子绕线分布和电气连线分布将轮毂电机划分为四部分，每部分由不同的驱动器控制，形成多单元电机，包括单元电机Ⅰ、单元电机Ⅱ、单元电机Ⅲ、单元电机Ⅳ。多单元电机可分解为单元电机Ⅰ、单元电机Ⅱ、单元电机Ⅲ和单元电机Ⅳ。以含有26对转子模块和48个定子模块的轮毂电机为例，每个单元电机为13极12槽，多单元电机为52极48槽，提高电机的冗余度和可靠性。

本发明整体结构采用箱型、半箱型和加强筋结构，具有高强度、高刚度、轻量化的特点，在满足轮毂电机强度和刚度的同时大大降低整车簧下质量；电机各零部件主体结构大多采用铸造方式设计，材质均为钢和铝，各部件均设有自定位槽，无需工装装配，定子模块线圈绕线采用机器快速绕线，满足批量化低成本设计及生产的要求；采用定、转子拼接式结构，提高槽满率、提高功率密度、降低绕线及装配难度；采用多单元电机结构，在某个电机出现故障时，整个轮毂电机仍然能够正常运转，提高冗余度及可靠性；采用动、静密封结合的方式提高电机密封性；采用锥形进排水孔及四环道的结构，提高水循环效率、提高散热效率，降低整车循环水能源消耗，循环水可将热量带入汽车室内，回收热量，冷却循环水；定转子均经过轮毂和电机壳体双C型减震，提高抗冲击和振动能力；转子拼接方式采用双导磁体夹住磁钢拼接方式，定子拼接方式采用硅钢片首尾槽相接并与水道密封外环槽道相嵌的方式，定转子拼接方式固定可靠、分布紧凑、提高单位体积的功率密度。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (11)

1.一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：包括轮胎轮毂(1)和轮毂电机本体(2)；轮胎轮毂(1)与轮毂电机本体(2)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：所述轮毂电机本体(2)，包括转动部件(3)和固定部件(4)，所述转动部件(3)铰接于固定部件(4)的固定轴上。

3.根据权利要求2所述的一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：所述转动部件(3)包括转子外壳(17)、外侧弹性挡圈(16)、内侧弹性挡圈(15)、过渡连接架(18)、转子模块(36)、第一轴承(23)、第二轴承(14)、动密封圈(24)、动密封圈挡板(7)、过渡挡板(25)和刹车片(6)；

转子外壳(17)为“C”型结构，其上加工有法兰孔，内侧开有多个槽，每个槽内加工有两个键，外侧设置有多个加强筋；

过渡连接架(18)为柱状结构，内部加工有轴孔，过渡连接架(18)从转子外壳(17)中心穿出，并通过螺柱头固定于转子外壳(17)的法兰孔中，第二轴承(14)和第一轴承(23)依次安装于过渡连接架(18)的轴孔内，内侧弹性挡圈(15)挡在第一轴承(23)的外侧，外侧弹性挡圈(16)挡在第二轴承(14)的外侧，防止轴承窜动；

每个转子模块(36)安装于转子外壳(17)的一个内侧槽中，每个转子模块(36)内圈设置有槽，转子外壳(17)内侧槽内的键嵌入转子模块(36)内圈槽中，形成稳定结构；

转子模块(36)侧面设置动密封圈挡板(7)，动密封圈(24)安装于转子外壳(17)内侧，动密封圈(24)与动密封圈挡板(7)相接触，过渡挡板(25)和刹车片(6)依次通过螺栓安装于转子外壳(17)的法兰孔上，过渡挡板(25)用于压紧动密封圈(24)。

4.根据权利要求3所述的一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：所述每个转子模块(36)包括两个导磁体(13)和一个磁钢(21)，磁钢(21)两侧设置有键，导磁体(13)两侧设置有槽，两个导磁体(13)夹住磁钢(21)，且磁钢(21)两侧的键分别插入两侧导磁体(13)槽内。

5.根据权利要求3所述的一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：还包括第一静密封圈(32)、第二静密封圈(33)和第三静密封圈(34)，所述第一静密封圈(32)安装在转子外壳(17)和过渡连接架(18)相接触位置的内密封槽内；第二静密封圈33)安装在转子外壳(17)和过渡连接架(18)相接触位置的外密封槽内，第三静密封圈(34)安装在过渡连接架(18)和轮胎轮毂(1)相接触位置的密封槽内。

6.根据权利要求3所述的一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：所述过渡连接架(18)伸出转子外壳(17)的一端通过螺柱头固定在轮胎轮毂(1)上。

7.根据权利要求3所述的一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：所述固定部件(4)包括定子外壳(8)、固定轴(5)、水道密封外环(10)、水道密封内环(11)、定子模块(37)、旋转变压器(19)和轴窜动锁紧螺母(20)；

定子外壳(8)外侧设置有加强筋，固定轴(5)固定于定子外壳(8)上，固定轴(5)的轴侧插入第一轴承(23)和第二轴承(14)孔内，轴窜动锁紧螺母(20)安装于固定轴(5)末端，防止固定轴(5)轴向窜动，水道密封外环(10)、水道密封内环(11)固定于定子外壳(8)上，且水道密封外环(10)套于水道密封内环(11)上，旋转变压器(19)外圈安装于水道密封内环(11)上，旋转变压器(19)内圈通过键插入过渡连接架(18)上；

定子模块(37)相对的两个侧面中，一侧加工有连接键，一侧加工有连接槽，底面加工有固定键，固定键插入水道密封外环(10)的固定槽内，各个定子模块的连接键和连接槽首尾相接形成稳定结构。

8.根据权利要求7所述的一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：所述定子模块(37)包括硅钢模块(12)和定子铁芯(22)，定子铁芯(22)缠绕于硅钢模块(12)上。

9.根据权利要求7所述的一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：还包括第四静密封圈(26)、第五静密封圈(27)、第六静密封圈(28)、第七静密封圈(29)、第八静密封圈(30)和第九静密封圈(31)；第四静密封圈(26)安装于定子外壳(8)与水道密封外环(10)相接触位置的外密封槽内，第七静密封圈(29)安装于定子外壳(8)与水道密封外环(10)相接触位置的内密封槽内，第五静密封圈(27)安装于水道密封外环(10)和水道密封内环(11)左侧相接触位置的外密封槽内，第六静密封圈(28)安装于水道密封外环(10)和水道密封内环(11)左侧相接触位置的外密封槽内，第八静密封圈(30)安装于定子外壳(8)与固定轴(5)相接触位置的密封槽内，第九静密封圈(31)安装于水道密封外环(10)和水道密封内环(11)右侧相接触位置的外密封槽内。

10.根据权利要求9所述的一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：水道密封外环(10)包括外环进水半锥形槽(38)、外环出水半锥形槽(39)、半外环环形水道(40)和定子模块固定槽(41)；水道密封内环(11)包括内环进水半锥形槽(43)、内环出水半锥形槽(44)和半内环环形水道(42)；

水道密封外环(10)套于水道密封内环(11)上，外环进水半锥形槽(38)与内环进水半锥形槽(43)形成进水锥形槽，外环出水半锥形槽(39)与内环出水半锥形槽(44)形成出水锥形槽，半外环环形水道(40)与半内环环形水道(42)形成环形水道(35)；

冷却水经水泵由进水锥形槽流入环形水道(35)内，起到对定子模块(37)的冷却作用，然后冷却水通过出水锥形槽流出，回到水槽中；进水锥形槽和出水锥形槽的进水角度控制在10°～15°之间。

11.根据权利要求10所述的一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：通过定子绕线分布和电气连线分布将轮毂电机划分为四部分，每部分由不同的驱动器控制。