CN110149017A - 外转子型电机以及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开外转子型电机和具备外转子型电机的电动汽车，外转子型电机具有如下结构:可以简单地将绕线管安装于定子，即使牢固地进行定子的保持，使用时也不会有绕线管的卡合部破损的担心的绕线管的安装结构，并具有出色的散热效果。外转子型电机包括：定子铁芯，在环状基部的外径侧具有放射状的多个齿；定子中心件及定子引导件，从轴方向的两侧夹住定子铁芯而确定定子铁芯的位置；以及绕线管，以卷绕有线圈的状态安装于定子铁芯的多个齿。在绕线管安装于定子铁芯的状态，设置在定子中心件以及定子引导件的卡合片插入到绕线管的卡合孔的同时，卡合片将定子铁芯夹住而固定住。

Description

外转子型电机以及电动汽车

技术领域

本发明涉及外转子型电机以及电动汽车。

背景技术

有与将电动汽车的驱动电机安装在车轮内部的轮内电机相关的提案。该轮内电机没有现有的齿轮、驱动轴等引起的能量损失，因此可以期待提高驱动效率和续航距离。作为轮内电机，在外转子型(外转型)且旋转永久磁体的电机中，定子(固定子)由环状的轭部以及在其外径侧具有多个齿的铁心构成。就卷绕在该齿上的定子线圈而言，有直接卷绕在齿上的情况和先卷绕在绕线管(bobbin)上并将该绕线管插入于齿的情况。

采用了绕线管的情况下，在电机使用中绕线管沿径向移动，则旋转的外转子接触绕线管而引起重大的故障，因此有必要将绕线管牢固地固定在齿上。例如，专利文献1中公开了如下的绕线管结构，即，通过从轴方向的两侧夹住定子，在具有支撑定子的电机基座和电机支撑件的电机上，利用电机基座和电机支撑件，固定安装在定子的绕线管的绕线管结构。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特许第6112525号公报

发明内容

(发明所要解决的问题)

在专利文献1中所公开的绕线管构造中，绕线管在定子内径侧具有卡合部，在定子被电机基座和电机支撑件从两侧所夹住的状态下，绕线管的卡合部也处于被电机基座和电机支撑件的卡合部从两侧所夹住的状态，将绕线管固定在定子。因此，通过组合电机基座和电机支撑件，能够同时固定绕线管，可以阻止绕线管在径向的移动。

但是，专利文献1中所公开的绕线管结构中，定子被电机基座和电机支撑件从两侧所夹住而固定的时候，根据部件的尺寸精度，由于设置在绕线管上的卡合部也被电机基座和电机支撑件的卡合部所夹住，有压力作用在绕线管的卡合部的问题。由于轮内电机设置在汽车的车轮内，使用时车轮的振动直接传递到电机的构成部件上。因此，轮内电机的定子有必要牢固地安装在电机基座和电机支撑件，而往绕线管的卡合部上作用很强的力的话，使用时绕线管的卡合部有破损的危险。

本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供如下的外转子型电机以及具有该外转子型电机的电动汽车，在所述外转子型电机中，可以简单地进行绕线管向定子铁芯的安装，所述外转子型电机具有即使牢固地进行定子铁芯的保持，在使用时绕线管的卡合部也没有破损的担心的绕线管的安装构造，其散热效果优良。

(解决问题所采用的措施)

为了解决上述课题，本发明的第一技术方案为具有如下特征的外转子型电机，即，所述外转子型电机包括：定子铁芯，在环状基部的外径侧以放射状具有多个齿；定子中心件和定子引导件，从轴方向上的两侧确定该定子铁芯的位置；以及绕线管，以卷绕有线圈的状态安装于多个所述定子铁芯的所述齿，在所述绕线管的内径侧的所述轴方向上的两侧设置具有向所述轴方向贯通的卡合孔的、突出的卡合部，在所述定子中心件以及定子引导件的各自的外周部设置有向所述轴方向突出的多个卡合片，在所述绕线管安装于所述定子铁芯的状态下，所述定子中心件以及定子引导件的所述卡合片的前端插入到所述绕线管的所述卡合孔的同时，所述卡合片与所述定子铁芯的轴方向端面抵接而在所述轴方向确定所述定子铁芯的位置。

第二技术方案为具有如下特征的根据第一技术方案所述的外转子型电机，即，所述绕线管在该绕线管安装在所述定子铁芯的状态下具有在径向隔开的两个凸缘部，在内径侧的凸缘部的所述轴方向侧的地方具有供所述线圈的卷绕端插入的缺口。

第三技术方案为具有如下特征的电动汽车，即，第一技术方案或者第二技术方案所述的外转子型电机设置在车轮的轮毂(wheel)，由所述外转子型电机直接驱动所述车轮。

(发明的效果)

根据本发明，可以简单地将绕线管安装于定子，由于设置在夹持住定子的定子中心件和定子引导件的卡合片与定子的轴方向端面抵接，所以没有压力作用在设置在绕线管的卡合部，使用时不用担心绕线管的卡合部破损。此外，通过设置在定子中心件和定子引导件的卡合片，来自定子的热量很容易传导到定子中心件和定子引导件，定子的散热效果良好。

附图说明

图1是将本发明的第1实施方式所涉及的外转子型电机构成为轮内电机时的示意性的剖面图。

图2是用于本发明一个实施方式所涉及的外转子型电机的绕线管的立体图。

图3是从各方向观察图2所示的绕线管的图以及表示一个剖面的图。

图4是表示在本发明的一个实施方式所涉及的外转子型电机中将绕线管安装在定子的样子的立体图。

图5是在本发明的一个实施方式中将定子中心件和定子引导件安装在定子铁芯的状态下的剖面图。

(附图标记的说明)

11：轮毂轴；12：转子壳体；12a：侧面部；12b：周缘部；

13：转子铁芯；14：转子磁体；15：电机盖；16：车轮安装用枢纽螺栓；

17：轴承；17a：内轮；17b：外轮；17c：转动体；18：制动钳；

19：油封；21：定子铁芯；21a：环状基部；21b：齿；22：定子中心件；

22a：保持片；22b：环状部；22c：卡合片；23：定子引导件；

23a：保持片；23b：环状部；23c：卡合片；24：螺栓；25：配线总线；

26：轴承支撑部件；27：螺栓；30：绕线管；31：胴体部；31a：中空部；

32：外径侧凸缘部；33：内径侧凸缘部；33a：缺口；34：第一卡合部；

34a：卡合孔；34b：突起部；35：第二卡合部；35a：卡合孔；

35b：突起部；40：定子线圈；41：卷绕端；50：转子位置检测传感器；

60：电流供给线；100：轮内电机

具体实施方式

以下，一边参照图，一边对本发明的外转子型电机以及电动汽车相关的适宜的实施方式进行说明。在以下的说明中，即便是不同的图中赋予相同的符号的部件为同样的部件，因而有省略说明的情况。本发明并不限定于这些实施方式，而包含专利的权利要求书所记载的事项的范围内以及均等的范围内的所有的变更。另外，若可对于多个的实施方式进行组合，则本发明包括任意的实施方式的组合形式。

在以下的说明中，作为外转子型电机，以搭载在车辆的轮毂(wheel)内的轮内电机为例进行说明。图1为将本发明的第一实施方式所涉及的外转子型电机构成为轮内电机时的示意性的剖面图，部分地进行了简化。车辆的车轮以及轮胎没有图示。

轮内电机100内置在电动汽车的车轮内侧，与车轮的轴配置在同一轴上。如图1所示，轮内电机100具有轮毂轴11，没有图示的车轮通过从车轮的安装面突出的车轮安装用枢纽螺栓16得到安装。因此，轮毂轴11从确保汽车的车轮安装的强度这一点考虑采用钢铁(steel)材料。另外，制动钳(brake clamp)18也固定于轮毂轴11。轮毂轴11通过轴承17被支撑为相对于轴承支撑部件26可旋转。轴承17具有内轮17a、外轮17b、以及设置在内轮17a和外轮17b之间的多个转动体17c。轴承支撑部件26通过螺栓27来固定于没有图示的作为车体侧的底盘框架部件的节部件(knuckle)。轴承支撑部件26为了确保将轮内电机100安装于车体侧时的强度，采用和轮毂轴11同样的钢铁材料。由此，轮内电机100安装在没有图示的车体侧，轮毂轴11相对于车体可旋转。轮毂轴11配置在与车轮的轴相同的轴上。

在轮毂轴11固定有转子壳体12。转子壳体12具有覆盖轮内电机100的车轮安装侧的侧面的侧面部12a和从侧面部12a沿着轴方向延伸的周缘部12b。转子壳体12从轻量化和热传导方面考虑优选采用铝材料。转子壳体12的周缘部12b的内周面形成有槽，槽的内部配置有由磁性体构成的圆筒状的转子铁芯(rotor core)13。转子铁芯13的内周面，例如形成有多个槽，在该槽以环状固定有转子磁体14。作为转子磁体14，优选采用磁力强的钕磁体。

在环状配置的转子磁体14的内周面侧，隔着规定的间隙配置有定子铁芯(statorcore)21。定子铁芯21具有环状基部21a和从该环状基部21a放射状突出的多个齿21b，由电磁钢板的层叠体构成。齿21b形成为大致长方体的形状。在定子铁芯21的各齿21b固定有卷绕定子线圈40的绕线管(bobbin)30。

定子铁芯21的内周侧设置有支撑定子铁芯21的定子中心件22和定子引导件23，定子中心件22固定于轴承支撑部件26。定子中心件22以及定子引导件23是用于支撑定子铁芯21的部件，分别具有将定子铁芯21从轴方向的两侧夹住而保持的保持片22a，23a。定子中心件22以及定子引导件23以确定定子铁芯21的内周面和轴方向的两端面的位置的状态，通过于定子铁芯21相比设置在内径侧的螺栓24来得到固定。关于定子铁芯21的固定构造在后面叙述。定子中心件22以及定子引导件23由热传导率高的铝构成。在定子线圈40的轴方向侧面设置有配线总线(bus)25，定子线圈40的卷绕端41在配线总线25的外侧接线。

在轴承支撑部件26或者定子中心件22中，为了检测出转子的旋转位置，例如，设置有由旋转变压器(resolver)构成的转子位置检测传感器50。来自转子位置检测传感器50的转子位置信号传送到没有图示的电机驱动用的逆变器(inverter)的控制电路。逆变器根据转子的位置通过开关元件控制直流电源的开关，例如，变换为三相交流，通过电流供给线60，配线总线25向各定子线圈40提供电流。

在转子壳体12的周缘部12b设置有覆盖车轮安装面反对侧的电机盖15。电机盖15在本实施方式中与定子中心件22隔着油封(oil seal)19相对置。在本实施方式中，可以防止水或者灰尘进入到轮内电机100的内部。

就本实施方式所涉及的轮内电机100而言，轴承支撑部件26、定子铁芯21、绕线管30、定子线圈40、定子中心件22以及定子引导件23为不旋转的固定部件，安装在电动汽车的车体侧。此外，轮毂轴11、转子壳体12、转子铁芯13、转子磁体14以及电机盖15为旋转部件。由于转子磁体14位于定子铁芯21的外侧，本实施方式的轮内电机100构成外转子型电机。电动汽车的车轮与轮内电机100的转子以相同的转速转动。

接着，对本实施方式中的绕线管30的构造进行说明。图2为用于本发明的一个实施方式所涉及的外转子型电机的绕线管的立体图。图3为从各个方向观察图2中所示的绕线管的图和剖面图，在图3中，图3(A)为绕线管的底面图，图3(B)为绕线管的侧面图，图3(C)为绕线管的正面图，此外，图3(D)为图3(A)的箭头的D-D的剖面图。在以下的说明中，绕线管30的各部的位置关系以绕线管30安装在定子铁芯21的齿21b的状态为前提进行说明。关于图3所示的绕线管30，X轴方向为径向，正方向侧为外径侧，负方向侧为内径侧。此外，Y轴方向和Z轴方向分别表示外转子型电机的周方向和轴方向。

绕线管30由合成树脂或者玻璃纤维强化树脂等成型，具有胴体部31，并在该胴体部31的两端具有外径侧凸缘部32和内径侧凸缘部33的两个凸缘部。胴体部31的内侧是形成为中空状的中空部31a，其剖面形状形成为与定子铁芯21的齿21b的剖面形状几乎相同。将绕线管30安装在定子铁芯21的齿21b时，将齿21b插入到中空部31a。定子线圈40卷绕于胴体部31的周围。在内径侧凸缘部33的配线总线25侧的轴方向侧的地方设置有供定子线圈40的卷绕端41插入的缺口33a。

在内径侧凸缘部33的内径侧处的轴方向的两侧，设置有用于防止绕线管30从定子铁芯21朝径向移动的第一卡合部34和第二卡合部35。第一卡合部34和第二卡合部35之间的间隔形成为与定子铁芯21的轴方向的厚度大致相等。此外，第一卡合部34和第二卡合部35的周方向的宽度如图2和图3(A)所示，与内径侧凸缘部33的周方向的宽度大致相等。

在第一卡合部34设置有供后述的设置在定子中心件22上的卡合片22c插入的卡合孔34a。该卡合孔34a在轴方向上贯通，绕线管30以安装在定子铁芯21的齿21b的状态，通过卡合孔34a露出定子铁芯21。在第一卡合部34的卡合孔34a的内径侧设置有向轴方向外侧突出的突起部34b。该突起部34b借助于其外径侧的面与定子中心件22的卡合片22c的内径侧的面相抵接，来与卡合孔34a一同起着防止绕线管30从定子铁芯21朝径向移动的作用。

在第二卡合部35设置有供后述的设置在定子引导件23上的卡合片23c插入的卡合孔35a。该卡合孔35a在轴方向上贯通，绕线管30以安装在定子铁芯21的齿21b的状态，通过卡合孔35a露出定子铁芯21。在第二卡合部35的卡合孔35a的内径侧设置有向轴方向外侧突出的突起部35b。该突起部35b借助于其外径侧的面与定子引导件23的卡合片23c的内径侧的面相抵接，来与卡合孔35a一同起着防止绕线管30从定子铁芯21朝径向移动的作用。

接着，对本实施方式中的绕线管30以及定子铁芯21的固定构造进行说明。图4为示出本发明的一个实施方式所涉及的外转子型电机中将绕线管安装在定子铁芯的样子的立体图。图5为本发明的一个实施方式中在定子安装了定子中心件和定子引导件的状态下的剖面图，图5(A)示出的是安装了绕线管的齿的部分的剖面，图5(B)示出的是没有安装绕线管的地方的剖面。如前所述，定子铁芯21具有环状基部21a和从该环状基部21a放射状突出的齿21b。图4中只表示了一个卷绕线圈的绕线管，但是在各齿21b安装有卷绕定子线圈40的绕线管30。在定子中心件22和定子引导件23分别形成有从轴方向的两侧保持定子铁芯21的保持片22a，23a。

定子中心件22的保持片22a以一体的方式具有覆盖绕线管30的第一卡合部34的突起部34b的轴方向端面而位于定子中心件22的外周部的环状部22b和当将绕线管30安装于定子铁芯21时从该环状部22b的外径侧朝向绕线管30的第一卡合部34的卡合孔34a沿着轴方向突出的多个卡合片22c。此外，定子引导件23的保持片23a以一体的方式具有覆盖绕线管30的第二卡合部35的突起部35b的轴方向端面而位于定子引导件23的外周部的环状部23b和当将绕线管30安装于定子铁芯21时从该环状部23b的外径侧朝向绕线管30的第二卡合部35的卡合孔35a沿着轴方向突出的多个卡合片23c。

固定绕线管30和定子铁芯21的时候，首先，安装将定子线圈40卷绕在定子铁芯21的全部的齿21b的绕线管30。接着，将该定子铁芯21放置到定子中心件22上，此时，确定定子铁芯21的位置，以定子中心件22的卡合片22c插入到绕线管30的第一卡合部34的卡合孔34a。接着，将定子引导件23放置到定子铁芯21的上部。此时，确定定子引导件23的位置，以定子引导件23的卡合片23c插入到绕线管30的各卡合孔35a。

定子铁芯21、定子中心件22以及定子引导件23的位置确定结束之后，利用螺栓24固定定子中心件22和定子引导件23。在该状态下，定子中心件22的卡合片22c的前端和定子引导件23的卡合片23c的前端直接与定子铁芯21抵接而在轴方向确定定子铁芯21的位置。此外，确定各部件的尺寸，以定子中心件22的环状部22b并不对绕线管30的第一卡合部34的突起部34b的轴方向的前端面施压，并且，定子引导件23的环状部23b并不对绕线管30的第二卡合部35的突起部35b的轴方向的前端面施压。

由定子中心件22的卡合片22c和定子引导件23的卡合片23c来在轴方向确定并保持定子铁芯21的位置。此外，定子中心件22的卡合片22c的内径侧的面与绕线管30的第一卡合部34的卡合孔34a的内径侧的面抵接，并且，定子引导件23的卡合片23c的内径侧的面与绕线管30的各卡合孔35a的内径侧的面抵接，因此，绕线管30并不从定子铁芯21向径向发生移动。

如此地，在本实施方式中，不会由定子中心件22、定子引导件23对由树脂材料构成的绕线管30直接施加压力。此外，由于外转子型电机的停止运转而产生的定子线圈40的发热，即使绕线管30反复进行膨胀收缩，也不会由定子中心件22、定子引导件23对绕线管30施加力。此外，来自定子铁芯21的热量通过定子中心件22的卡合片22c以及定子引导件23的卡合片传导到定子中心件22。因此，定子铁芯21的散热效果良好。此外，除了定子中心件22的卡合片22c和定子引导件23的卡合片23c之外，还可以在定子中心件22和定子引导件的其他部分确定定子铁芯21的位置。

此外，在本实施方式中，绕线管30的配线总线25侧的第一卡合部34的径向的长度比第二卡合部35的长度要长。据此，如图1所示，配线总线25的一部分可以与定子中心件22的卡合片22c抵接，因此，可以确定配线总线25的径向的位置。

此外，能够选择是否根据为了防止绕线管30从定子铁芯21脱落而所需的强度来设置第一卡合部34的突起部34b、第二卡合部35的突起部35b。此外，也可根据第一卡合部34的突起部34b和第二卡合部35的突起部35b的有无来改变定子中心件22的保持片22a和定子引导件23的保持片23a的形状。例如，没有设置第一卡合部34的突起部34b的情况下，定子中心件22的保持片22a的环状部22b成为覆盖绕线管30的第一卡合部34的轴方向端面的形状，定子引导件23的保持片23a的环状部23b成为覆盖绕线管30的第二卡合部35的轴方向端面的形状。

以上，本发明的外转子型电机在采用为轮内电机的情况下，可以将其全部或者大部分收纳在电动汽车的车轮的轮毂(wheel)内。另外，即便是轮毂外，也可在与车轮同轴上地配置外转子型电机而在不通过齿轮等的情况下直接驱动电动汽车的车轮。本发明的外转子型电机还可以用于电动汽车以外的其他用途。

Claims (3)

1.一种外转子型电机，其特征在于，包括：

定子铁芯，在环状基部的外径侧以放射状具有多个齿；

定子中心件和定子引导件，从轴方向上的两侧确定该定子铁芯的位置；以及

绕线管，以卷绕有线圈的状态安装于多个所述定子铁芯的所述齿，

在所述绕线管的内径侧的所述轴方向上的两侧设置有具有向所述轴方向贯通的卡合孔的、突出的卡合部，

在所述定子中心件以及定子引导件的各自的外周部设置有向所述轴方向突出的多个卡合片，

在所述绕线管安装于所述定子铁芯的状态下，所述定子中心件以及定子引导件的所述卡合片插入到所述绕线管的所述卡合孔，并且所述卡合片的前端与所述定子铁芯的轴方向端面抵接而在所述轴方向确定所述定子铁芯的位置。

2.根据权利要求1所述的外转子型电机，其特征在于，所述绕线管在该绕线管安装在所述定子铁芯的状态下具有在径向隔开的两个凸缘部，在内径侧的凸缘部的所述轴方向侧的部位具有供所述线圈的卷绕端插入的缺口。

3.一种电动汽车，其特征在于，权利要求1或2所述的外转子型电机设置于车轮的轮毂，由所述外转子型电机直接驱动所述车轮。