CN110474508A - 一种新型外转子电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型外转子电机，包括定子单元、转子单元和位置检测单元；定子单元包括定子主轴、以及固定安装在定子主轴上的定子电枢绕组，转子单元包括外转子和转子磁钢，外转子围绕在定子电枢绕组外且可旋转地连接在定子主轴上，转子磁钢周向间隔布置在外转子内，外转子与定子主轴端面相对的位置处设有安装口，安装口上可拆卸封闭有安装端盖；位置检测单元包括感应磁钢和磁感应编码器，磁感应编码器设置在定子主轴的端面上，感应磁钢设置在安装端盖的内壁面上且与磁感应编码器保持间隙。本发明具有维修便利性高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及电机的技术领域，特别涉及一种新型外转子电机。
背景技术
当前交流电机已成为应用最广泛的动力装置。但是因机械安装空间、精度等条件限制，在各种实际应用中须配套相应的传动和制动装置，如齿轮组、皮带轮等构件，不仅体积大和重量大，而且机械震动或磨损导致可靠性低，寿命短，需要经常维护。
而轮毂电机，即车轮内装电机，最大特点就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，因此将电力传动的机械部分大大简化，在新能源汽车、平衡车、电动自行车、移动机器人等上面成为主流动力装置。除此之外，轮毂电机还有功率密度和能量传输效率高，输出力矩大，动态响应快，控制进度高，工作不受油和粉尘等污染物影响，可靠性高，故障率低，维护方便等优点。
轮毂电机的成熟应用离不开先进的驱动控制技术的推动，其控制的方式有很多种，通用的方式有：六步方波控制、正弦控制、矢量定向控制和直接转矩控制。不管是哪种方式，要想精确的进行速度和位置控制，都需要实时检测电机转动的速度和角度位置。现有主流的位置检测是采用安装在电机上的光电编码器或霍尔传感器来获取电机转动的速度和位置信息。但光电编码器成本较高，容易损坏，且对环境要求较高，易受油渍和粉尘的影响。从而磁感应编码器弥补了光电编码器的缺陷，不仅精度高，体积小，更具抗震、耐腐蚀、耐污染、性能可靠性高、结构简单和成本低等优点。
目前如公告号CN206432854U的中国专利公开了一种轮毂电机，定子单元包括定子主轴、以及固定安装在定子主轴上的定子电枢绕组，转子单元包括转子子单元和转子磁钢，转子子单元与定子主轴可相对旋转地连接在一起，磁感应编码器安装在定子主轴的端面上，磁感应磁钢的位置与磁感应编码器相对，磁感应磁钢固定在转子单元上。通过上述方式实现磁感应编码器在轮毂电机中的应用。
但由于转子单元被设置为密闭的腔室，当磁感应编码器出现损坏进行维修时，往往需要工作人员将整个轮毂电机拆下，进而将定子单元从转子单元中拆出以取出定子主轴端面上的磁感应编码器进行维修，导致维修便利性较低，因此，存在一定的改进之处。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种新型外转子电机，具有维修便利性高的特点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种新型外转子电机，包括定子单元、转子单元和位置检测单元；
定子单元包括定子主轴、以及固定安装在定子主轴上的定子电枢绕组，转子单元包括外转子和转子磁钢，所述外转子围绕在定子电枢绕组外且可旋转地连接在定子主轴上，所述转子磁钢周向间隔布置在外转子内，所述外转子与定子主轴端面相对的位置处设有安装口，所述安装口上可拆卸封闭有安装端盖；
所述位置检测单元包括感应磁钢和磁感应编码器，所述磁感应编码器设置在定子主轴的端面上，所述感应磁钢设置在安装端盖的内壁面上且与磁感应编码器保持间隙。
通过上述技术方案，当磁感应编码器损坏需要进行维修时，只需要通过将安装端盖打开，即可从安装口中接触到磁感应编码器，进而能够对磁感应编码器进行维修或更换，本申请应用上述方式，无需对该外转子电机进行整体拆卸，提高了维修便利性高。
优选的，所述外转子包括转子外壳、第一端盖和第二端盖；
所述转子磁钢周向间隔布置在转子外壳的内壁上，所述第一端盖和第二端盖通过螺钉安装在转子外壳上且均通过轴承连接在定子主轴上，所述安装口设置在第一端盖或第二端盖上。
通过上述技术方案，第一端盖和第二端盖通过螺钉安装在转子外壳上，由此，第一端盖和第二端盖在转子外壳上具有可拆卸的功能，以进一步提高该外转子电机的维修便利性。
优选的，所述第一端盖与转子外壳之间压紧有第一O型密封圈，所述第二端盖与转子外壳之间压紧有第二O型密封圈。
通过上述技术方案，第一O型密封圈的设置提高了第一端盖与转子外壳之间的密封性，第二O型密封圈的设置提高了第二端盖与转子外壳之间的密封性。
优选的，所述安装端盖通过螺钉安装在安装口上。
通过上述技术方案，安装端盖通过螺钉安装的方式，安装稳定性好，并且安装端盖与安装口之间的密封性高。
优选的，所述安装端盖与安装口之间压紧有第三O型密封圈。
通过上述技术方案，第三O型密封圈的设置，进一步提高了安装端盖与安装口之间的密封性。
优选的，所述安装端盖外壁面与感应磁钢相对的位置处设置有隔离铁片。
通过上述技术方案，隔离铁片的设置能够隔离外界磁场，防止外界磁场干扰磁感应编码器。
优选的，所述安装端盖的内壁面上固定有非导磁的安装套，所述感应磁钢设置在安装套上。
通过上述技术方案，安装套采用非导磁的材料制成，感应磁钢设置在安装套上，安装套形成对感应磁钢的安装包围，起到了隔离外界磁场的作用。
优选的，所述定子主轴的端面通过螺纹的方式连接有安装支架，所述安装支架上设置有转接板，所述安装支架和转接板的直径小于定子主轴的轴径；
所述转接板上设置有信号输入引脚和信号输出引脚，所述转接板的信号输入引脚用于与信号线相连，所述转接板的信号输出引脚上连接有电路板，所述磁感应编码器设置在电路板上，所述电路板通过螺钉连接在安装支架上。
通过上述技术方案，在定子主轴未安装在外转子中时，预先通过在定子主轴端面上螺纹连接安装支架，进而将信号线穿过安装支架连接在转接板的信号输入引脚上，在转接板安装完成后即可将定子主轴在外转子中进行装配；
定子主轴装配完成后，只需要后续将安装有磁感应编码器的电路板连接在转接板的信号输出引脚上，即可实现磁感应编码器与信号线之间的信号互通，进而将电路板通过螺钉安装在安装支架上即可完成磁感应编码器的安装过程，应用上述电路板后安装的方式，能够提高电路板的安装便利性，并且能够避免定子主轴装配过程中造成电路板的磕碰损坏。
优选的，所述安装支架上设置有至少两个呈对角设置的定位柱，对角设置的定位柱之间的连线中点位于定子主轴的轴向方向线上；
所述电路板和转接板均开设有供定位柱穿过的定位孔。
通过上述技术方案，安装支架上的定位柱插接在电路板和转接板的定位孔中，由此能够对电路板和转接板进行定位，保持电路板与转接板与定子主轴之间同轴度。
优选的，所述定子主轴的内部中空并贯穿形成主轴空腔，所述主轴空腔用于为信号线和动力线提供安装通道。
通过上述技术方案，主轴空腔的设置，方便信号线和动力线的走线布局。
综上所述，本发明对比于现有技术的有益效果为：
当磁感应编码器损坏需要进行维修时，只需要通过将安装端盖打开，即可从安装口中接触到磁感应编码器，进而能够对磁感应编码器进行维修或更换，本申请应用上述方式，无需对该外转子电机进行整体拆卸，提高了维修便利性高。
附图说明
图1为本发明技术方案中外转子电机的整体结构示意图；
图2为本发明技术方案中外转子电机的剖视图；
图3为本发明技术方案中安装端盖的结构示意图；
图4为本发明技术方案中外转子电机的第一爆炸示意图；
图5为本发明技术方案中外转子电机的第二爆炸示意图；
图6为本发明技术方案中转接板的安装示意图。
附图标记：1、定子单元；101、定子主轴；102、定子电枢绕组；103、主轴空腔；2、转子单元；21、外转子；211、转子外壳；212、第一端盖；213、第二端盖；22、转子磁钢；3、位置检测单元；31、感应磁钢；32、磁感应编码器；4、安装口；5、安装端盖；6、第一O型密封圈；7、第二O型密封圈；8、第三O型密封圈；9、隔离铁片；10、安装套；11、安装支架；12、转接板；13、轴承；14、电路板；15、焊接引脚；16、焊接槽口；17、定位柱；18、定位孔；19、油封圈。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用于，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当视为本发明可实施的范畴。
针对于现有技术中轮毂电机维修便利性较差的技术问题，本申请提出了一种新型外转子电机，结合图1和图2所示，包括定子单元1、转子单元2和位置检测单元3。
定子单元1包括定子主轴101和定子电枢绕组102，定子电枢绕组102固定安装在定子主轴101的外表面上，定子主轴101的内部中空并贯穿形成主轴空腔103，主轴空腔103沿定子主轴101的轴向方向设置，主轴空腔103贯穿定子主轴101的两端，主轴空腔103用于为信号线和动力线提供安装通道。
其中，信号线用于实现该外转子电机内部位置检测单元3与外界设备（如电机驱动器）进行数据交互。动力线用于与外界设备（如电机驱动器）进行数据交互，动力线穿过主轴空腔103连接在定子电枢绕组102上，动力线为定子电枢绕组102提供交流电，使得定子电枢绕组102根据交流电压产生旋转的磁场。
转子单元2包括外转子21和转子磁钢22，外转子21围绕在定子电枢绕组102外且可旋转地连接在定子主轴101上，转子磁钢22周向间隔布置在外转子21内壁上，转子磁钢22的位置与定子电枢绕组102相对应，且转子磁钢22与定子电枢绕组102之间存在一定的间隔，其中，转子磁钢22的分布方向与外转子电机的旋转中心轴相平行的方向。
电机驱动器输出交流电压通过动力线输送至定子电枢绕组102，使得定子电枢绕组102产生旋转的磁场，该磁场与转子磁钢22所产生的磁场发生相互作用产生了切向电磁牵引力，从而拖动外转子21和转子磁钢22同步旋转。
本申请中，结合图4和图5所示，外转子21与定子主轴101端面相对的位置处设有安装口4，安装口4上可拆卸封闭有安装端盖5，在一个实施例中，安装端盖5通过螺钉安装在安装口4上。在另一个实施例中，安装端盖5通过卡接的方式安装在安装口4上，安装端盖5可拆卸的方式根据实际情况具体设定，本实施例不做具体限定，只需要保证安装端盖5与安装口4之间的连接稳定性。
位置检测单元3包括感应磁钢31和磁感应编码器32，磁感应编码器32设置在定子主轴101的端面上，信号线穿过定子主轴101的主轴空腔103连接到磁感应编码器32上，感应磁钢31设置在安装端盖5的内壁面上且与磁感应编码器32保持间隙，通过打开安装端盖5能够看到安装口4中收容的磁感应编码器32，进而方便对磁感应编码器32进行维修工作。
由此，当外转子21发生旋转时，固定于安装端盖5内壁面上的感应磁钢31也会同步发生旋转，对应地，感应磁钢31所产生的定磁场也随之发生旋转。旋转磁场随旋转角度变化而发生正余弦交变，与感应磁钢31的位置相对的磁感应编码器32会感应到磁感应磁钢31所产生的交变磁场，由霍尔效应产生电信号，经过处理后生成角度信息、正交编码信息和霍尔信息，并通过信号线传输至电机驱动器，从而实现位置信息的反馈。本实施例为了更加准确地获取外转子21的位置信息，将感应磁钢31和磁感应编码器32设置在整个外转子电机的旋转中心轴的位置上。
值得说明的是，为了进一步确保该外转子电机的维修便利性。本实施例中，外转子21包括转子外壳211、第一端盖212和第二端盖213。转子外壳211整体呈圆柱状设置，转子外壳211内部中空以贯穿其两个端面，所述转子磁钢22周向间隔布置在转子外壳211的内壁上。
第一端盖212和第二端盖213通过螺钉安装在转子外壳211上，第一端盖212和第二端盖213的中心点均通过轴承13连接在定子主轴101上，其中，安装口4设置在第一端盖212或第二端盖213上。在一个实施例中，安装口4设置在第一端盖212上，定子主轴101的一端穿出第一端盖212以伸入到安装口4中，定子主轴101的另一端穿出第二端盖213，第二端盖213与定子主轴101另一端之间通过油封圈19进行密封。在另一个实施例中，安装口4设置在第二端盖213上，定子主轴101的一端穿出第二端盖213以伸入到安装口4中，定子主轴101的另一端穿出第一端盖212，第一端盖212与定子主轴101另一端之间通过油封圈19进行密封。本实施例中，安装口4设置在第一端盖212或第二端盖213上根据实际情况进行设定，本实施例不做具体限定，但本实施例以安装口4设置在第一端盖212上为例进行标记并说明阐述。
其中，第一端盖212与转子外壳211之间压紧有第一O型密封圈6，第二端盖213与转子外壳211之间压紧有第二O型密封圈7。第一O型密封圈6的设置提高了第一端盖212与转子外壳211之间的密封性，第二O型密封圈7的设置提高了第二端盖213与转子外壳211之间的密封性，能够避免外界油渍或粉尘进入到转子外壳211内部。
安装端盖5与安装口4之间压紧有第三O型密封圈8。第三O型密封圈8的设置，进一步提高了安装端盖5与安装口4之间的密封性，能够避免外界油渍或粉尘进入到安装口4中。
其中，安装端盖5外壁面与感应磁钢31相对的位置处设置有隔离铁片9，隔离铁片9固定在安装端盖5的外壁上，固定的方式可采用焊接的方式或卡接的方式。隔离铁片9为圆形片，隔离铁片9的直径大于感应磁钢31和磁感应编码器32的大小，进而隔离铁片9能够隔离外界磁场，防止外界磁场干扰磁感应编码器32，影响磁感应编码器32计算获得外转子21的位置信息的误差。
为进一步提高外界磁场干扰，本实施例中，参照图3所示，安装端盖5的内壁面上固定有非导磁的安装套10，感应磁钢31设置在安装套10上。感应磁钢31采用永磁材料，例如NdFeB制成，其形状可以为圆柱体或长方体，其中，安装套10的非导磁材料包括但不限于铝、陶瓷、塑料或树脂材料等。
本申请中，为了提高磁感应编码器32的安装便利性，采用了如下磁感应编码器32的安装方式：
结合图5和图6所示，定子主轴101的端面连接有安装支架11，安装支架11与定子主轴101端面的连接方式为螺纹连接，即安装支架11螺纹连接在主轴空腔103的开口上。安装支架11上设置有转接板12，转接板12为圆形板体，转接板12和安装支架11的直径均小于定子主轴101的直径，但转接板12和安装支架11的直径大于主轴空腔103的孔径。使得在轴承13套接在定子主轴101端部时，转接板12和安装支架11能够通过轴承13的内径。
其中，转接板12上设置有信号输入引脚和信号输出引脚，转接板12的信号输入引脚用于与信号线相连。本申请中，在定子单元1装配到转子单元2中时，预先将安装支架11螺纹连接在定子主轴101的端部，信号线从安装支架11中的通孔穿出，进而将信号线通过锡焊的方式焊接在转接板12的信号输入引脚上，进而将转接板12与安装支架11的表面相贴合，通过在定子主轴101的端部打上胶水以完成对信号线的固定。
完成转接板12在安装支架11上的安装与信号线的连接后，即可在定子主轴101端部套接上轴承13以装配进入到转子单元2中。
值得说明的是，在定子主轴101的两端通过轴承13安装好第一端盖212和第二端盖213后，定子主轴101一端的转接板12位于安装口4中，即可在安装口4中将电路板14安装在转接板12上。具体地，磁感应编码器32设置在电路板14上，电路板14用于对磁感应编码器32输出的外转子21的位置信息进行处理。电路板14为圆形板体，磁感应编码器32设置在电路板14的中心位置，电路板14上具有焊接引脚15和焊接槽口16，通过将电路板14置于安装口4中，通过焊接槽口16对焊接引脚15与信号输出引脚进行焊接，实现磁感应编码器32、电路板14、转接板12和信号线之间的信号互通与数据交互。
本实施例中，磁感应编码器32通过数字方式、模拟方式或正交编码波形输出转子的位置信息至电路板14中，电路板14经过将位置信息进行处理好通过转接板12和信号线传输至电机驱动器中。
在电路板14的焊接引脚15与转接板12的信号输出引脚完成焊接后，电路板14通过螺钉连接在安装支架11上，电路板14的中心位于该外转子电机的旋转中心轴上，其中，转接板12被夹设在电路板14与安装支架11并得以固定。
为保证电路板14、转接板12和安装支架11之间的同心度。本实施例中，安装支架11上设置有至少两个呈对脚设置的定位柱17，以下以定位柱17的数量为两个为例进行说明。
对角设置的定位柱17之间的连线中点位于定子主轴101的轴向方向线上，即位于该外转子21的旋转中心轴上。其中，电路板14和转接板12均开设有定位孔18，定位孔18的位置与定位柱17相对应，且定位孔18的孔径与定位柱17相适配，当电路板14、转接板12安装在安装支架11上时，安装支架11的定位柱17先穿过转接板12和电路板14的定位孔18，以对转接板12和电路板14进行预定位，以将转接板12和电路板14的中心保持在该外转子电机的旋转中心轴上。进而通过螺丝分别穿过电路板14、转接板12将电路板14夹设着转接板12固定安装支架11上即可。
由此，本申请通过上述磁感应编码器32的安装方式具有如下效果：
1、通过电路板14后安装的方式，能够避免电路板14在定子单元1装配在转子单元2的过程中出现损坏，并且通过上述方式能够确保磁感应编码器32与该外转子电机旋转中心轴之间的同心度。
2、当磁感应编码器32损坏需要进行维修时，只需要通过将安装端盖5打开，即可从安装口4中接触到磁感应编码器32，进而能够对磁感应编码器32进行维修或更换，其中，维修更换的过程只需要将电路板14整体从转接板12上进行安拆焊接即可，而无需对信号线进行拉扯，避免拉扯信号线对信号线造成损坏，也确保了在狭小的物理空间中，也具有较好的安装便利性。
为了保证外转子电机的正常使用，在转子外壳211的外表面还固定设置有减震单元，减震单元包括但不限于实心轮胎或充气轮胎。
以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。
Claims (10)
1.一种新型外转子电机，包括定子单元(1)、转子单元(2)和位置检测单元(3)；
定子单元(1)包括定子主轴(101)、以及固定安装在定子主轴(101)上的定子电枢绕组(102)，其特征在于，
转子单元(2)包括外转子(21)和转子磁钢(22)，所述外转子(21)围绕在定子电枢绕组(102)外且可旋转地连接在定子主轴(101)上，所述转子磁钢(22)周向间隔布置在外转子(21)内，所述外转子(21)与定子主轴(101)端面相对的位置处设有安装口(4)，所述安装口(4)上可拆卸封闭有安装端盖(5)；
所述位置检测单元(3)包括感应磁钢(31)和磁感应编码器(32)，所述磁感应编码器(32)设置在定子主轴(101)的端面上，所述感应磁钢(31)设置在安装端盖(5)的内壁面上且与磁感应编码器(32)保持间隙。
2.根据权利要求1所述的一种新型外转子电机，其特征在于，所述外转子(21)包括转子外壳(211)、第一端盖(212)和第二端盖(213)；
所述转子磁钢(22)周向间隔布置在转子外壳(211)的内壁上，所述第一端盖(212)和第二端盖(213)通过螺钉安装在转子外壳(211)上且均通过轴承(13)连接在定子主轴(101)上，所述安装口(4)设置在第一端盖(212)或第二端盖(213)上。
3.根据权利要求2所述的一种新型外转子电机，其特征在于，所述第一端盖(212)与转子外壳(211)之间压紧有第一O型密封圈(6)，所述第二端盖(213)与转子外壳(211)之间压紧有第二O型密封圈(7)。
4.根据权利要求1所述的一种新型外转子电机，其特征在于，所述安装端盖(5)通过螺钉安装在安装口(4)上。
5.根据权利要求1所述的一种新型外转子电机，其特征在于，所述安装端盖(5)与安装口(4)之间压紧有第三O型密封圈(8)。
6.根据权利要求1所述的一种新型外转子电机，其特征在于，所述安装端盖(5)外壁面与感应磁钢(31)相对的位置处设置有隔离铁片(9)。
7.根据权利要求1所述的一种新型外转子电机，其特征在于，所述安装端盖(5)的内壁面上固定有非导磁的安装套(10)，所述感应磁钢(31)设置在安装套(10)上。
8.根据权利要求1所述的一种新型外转子电机，其特征在于，所述定子主轴(101)的端面通过螺纹的方式连接有安装支架(11)，所述安装支架(11)上设置有转接板(12)，所述安装支架(11)和转接板(12)的直径小于定子主轴(101)的轴径；
所述转接板(12)上设置有信号输入引脚和信号输出引脚，所述转接板(12)的信号输入引脚用于与信号线相连，所述转接板(12)的信号输出引脚上连接有电路板(14)，所述磁感应编码器(32)设置在电路板(14)上，所述电路板(14)通过螺钉连接在安装支架(11)上。
9.根据权利要求8所述的一种新型外转子电机，其特征在于，所述安装支架(11)上设置有至少两个呈对角设置的定位柱(17)，对角设置的定位柱(17)之间的连线中点位于定子主轴(101)的轴向方向线上；
所述电路板(14)和转接板(12)均开设有供定位柱(17)穿过的定位孔(18)。
10.根据权利要求1所述的一种新型外转子电机，其特征在于，所述定子主轴(101)的内部中空并贯穿形成主轴空腔(103)，所述主轴空腔(103)用于为信号线和动力线提供安装通道。
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