CN111082627A - 一种轮毂电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮毂电机，属于电机设备技术领域，包括轴承（1）、定子（2）、转子（3）和端盖（4），在定子（2）固定在轴承（1）上，转子（3）设置在定子（2）的外周，在转子（3）上设置端盖（4），转子（3）包括环状体一（31），环状体一（31）设置为非导磁材料，在环状体一（31）的内侧的周向方向固定设置由导磁材料制作柱状体，相邻的柱状体之间设置磁体（34），本发明可以减少磁钢漏磁现象，提高电能利用效率，提高电机的效率，可以提高电动车的续航里程。

Description

一种轮毂电机

技术领域

本发明属于电机设备技术领域，具体说涉及用于电动车等进行驱动的一种轮毂电机。

背景技术

目前，电动机是社会上各个领域广泛使用的且耗能巨大的一种产品，如何提高电机的效率，降低电机的能耗成为了电机发展的方向。永磁电机具有结构简单，运行可靠，体积小，重量轻，损耗小，效率高，噪声小，电机的形状和尺寸可以容易变化等优点，因而在各个领域获得了广泛的使用。

随着电动自行车大量进入市场，一直有人尝试研发大功率电动摩托车、电动汽车以替代燃油车，以电动机代替发动机。传统结构电动机的性能又不能直接适用于电动车,如目前大功率永磁旋转电机空载电流大，效率低、扭矩小、温升高，可靠性差，导致电动车的动力性能和续行能力远低于燃油车，因此,电池和电动机既是电动车的核心, 同时又是制约电动车发展的关键。

在申请日为2018年04 月08日，申请号为 2018103050617的中国发明专利公开了一种电动汽车用单元式开关磁阻轮毂电机，外转子同轴套在内定子外部，外转子由沿圆周方向均匀分布的Nr个转子分块组成，Nr个转子分块固定嵌在一个非导磁转子套筒中，非导磁转子套筒外壁紧密贴合轮毂内壁，非导磁转子套筒的内径等于Nr个转子分块的内径；定子由沿圆周方向均匀分布的Ns个Y形定子分块组成，单个Y形定子分块的径向截面呈Y形且由最内段的一个梯形键、中间的一个定子轭和最外段的两个定子极连接组成，每个定子极上都绕有绕组，梯形键固定嵌在非导磁定子套环内部。上述定子采用单元式的Y形分块结构，与非导磁定子套环梯形键槽连接，可拆卸，方便维修；转子采用单元式的分块结构，嵌入在非导磁转子套筒中，可拆卸，方便维修。

在申请日为 2018年11月05日，申请号为2018113064512的中国发明专利公开了一种凹凸极磁悬浮轮毂电机及其控制方法，包括定子绕组组件、用于将定子绕组组件与转向机构连接的连接组件、同轴设置在定子绕组组件外侧的永磁转子组件以及设置在永磁转子组件外侧的轮胎组件，定子绕组组件包括定子轴、固定设置在定子轴外侧的用于屏蔽磁场的环形非导磁体以及以定子轴轴线为中心辐射状设置在定子轴外侧的多组绕组；永磁转子组件包括多块永磁铁和设置在两块相邻永磁铁之间的间隔非导磁片；多块永磁铁与间隔非导磁片共同形成以定子轴轴线为轴心的环形结构；其中，任意两块相邻永磁铁朝向定子轴轴线为轴心的磁场方向相反；上述电机将定子轴外侧设置的多组绕组中通以相位差为120度的三相电，使定子轴外侧设置的多组绕组中的任意组均对永磁转子组件产生周期交替变化的纵向的悬浮力和旋转驱动力，使永磁转子组件悬浮并绕定子轴的轴线旋转。在永磁转子组件外圆周面上设置轮胎组件构成磁悬浮电机，这样结构简单，成本降低。

但上述现有技术与其他一些现有技术一样，都无法减少转子中磁体的漏磁严重的问题，因此造成电能利用率不高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中磁体漏磁多，效率不高，续航里程不长的技术问题，提供一种可以有效减少磁体漏磁，可以有效提高电能使用效率的一种轮毂电机。

为了解决上述技术问题，本明提供一种轮毂电机，包括轴承、定子、转子和端盖，轴承用于与车辆悬挂架轴节连接，在轴承的中间与定子固定连接，即在定子中心设置筒状体，筒状体与轴承固定连接，如通过焊接方式进行固定连接，在筒状体的周向方向固定设置用于支撑的支撑件，在支撑件周向外缘上固定设置圆环状的定子铁芯，在定子铁芯中设置线圈绕组；转子包括设置在定子铁芯的外围周向方向相对定子铁芯作周向转动的环状体一，环状体一设置为非导磁材料，在环状体一外侧设置桶状的轮圈，在轮圈两侧边缘分别设置凸缘，在所述的转子上设置端盖，在环状体一的内侧的周向方向固定设置由导磁材料制作的片状体经相互叠压而成的柱状体，相邻的柱状体之间设置有间隙，在所述的间隙中设置有柱状的磁体，磁体在圆周上径向方向的宽度大于周向方向的宽度，磁体设置为钕铁硼磁体，由导磁材料制作的柱状体内嵌或粘接在环状体一上。

作为本发明的进一步改进措施，上述的一种轮毂电机，所述的轮圈与环状体一相对处设置为非导磁材料制作的环形部，所述的凸缘设置在环形部的两侧边缘，环形部由非导磁材料制作，上述材料具有抗磁性，可以减少磁体漏磁。

作为本发明的进一步改进措施，上述的一种轮毂电机，所述的非导磁材料设置为热固性树脂材料，热固性树脂材料设置为酚醛树脂或环氧树脂或不饱和聚酯树脂，这样可以减少磁钢漏磁。

作为本发明的另一种改进措施，上述的一种轮毂电机，所述的非导磁材料设置为非导磁的碳纤维复合材料。

作为本发明的另一种改进措施，上述的一种轮毂电机，所述的非导磁材料设置为金属合金材料，所述的金属合金材料设置为铝锌合金、铝镁合金、铝铜合金中的一种或几种。铝合金通常使用铜、锌、锰、硅、镁等合金元素，通过试验，利用铝锌合金或铝镁合金，铝铜合金，具有密度低，但强度比较高的优点，上述材料硬度接近或超过优质钢，塑性好，同时可以减少磁钢漏磁，效果较好。

作为本发明的进一步改进措施，上述的一种轮毂电机，所述的片状体中靠近环状体一的一侧设置纵向贯通的通孔，通过设置通孔，可减少漏磁，提高电机凸极性，同时可作为工艺孔，具有限位作用。

进一步，在所述的片状体中设置经冲压而成的扣点，所述的扣点设置为一至五个，当片状体相互叠压时，即上一片的片状体扣点的凸块卡合在下一片片状体扣点的凹陷内，达到自扣的目的，片状体间固定更牢固。

进一步，所述的片状体与定子相对一边的端面两侧设置横向方向的凸块，可降低齿槽转矩，提高电机凸极性，同时具有对磁体安装限位作用。在所述的片状体两侧与凸块连接处有设置向片状体内侧凹陷的凹槽三，通过设置凹槽三能降低应力，增强抗应效果，同时进一步提高电机凸极性。

进一步，所述的片状体与定子相对的一边表面设置有凹槽一，所述的凹槽一设置为1至4个，可以有效降低电机齿槽转矩。

进一步，所述的片状体与环状体一相对一边的表面设置凹槽三，设置凹槽三用于涂厌氧胶，所述的凹槽三表面设置为波浪形，用于增加表面积，可以增加厌氧胶粘结效果。在片状体与环状体一相对的一边的两端分别设置凹槽二，设置凹槽二，可以减少磁体漏磁。

进一步，所述的片状体的两侧边以中心轴为对称轴，设置为倾斜状，从与环状体一相对的一边向与定子铁芯相对的一边倾斜。

作为本发明的进一步改进措施，上述的一种轮毂电机，在所述的环状体一的两侧的周向方向设置有用于与轮毂钢圈连接的嵌件，在所述的嵌件中设置固定孔。

作为本发明的进一步改进措施，上述的一种轮毂电机，在所述的环状体一的外侧周向方向设置有2至20个凸起，在所述的环形部的内侧与环状体一的外侧相对的周向方向设置与凸起相对应的凹槽，所述的凸起与凹槽相配合。当凸起卡在凹槽内后，可以有效防止环状体一与轮圈之间的位置发生相对位移。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：1、通过设置非导磁材料制作的环状体一，在环状体一的内侧设置由导磁材料制作的柱状体，在柱状体之间设置磁体，磁体固定在柱状体之间，这样有利于磁场集中分布，可以减少磁钢漏磁现象。

2、通过在轮圈上与环状体一相对处设置为非导磁材料制作的环形部，可以进一步减少漏磁，减少电磁损耗。

3、本发明通过对片状体进行结构上的改进，可以最大限度减少磁钢漏磁现象，提高电能利用效率，提高电机的效率。

4、通过本发明制造的电机，可以提高电能利用率，可以提高电动车的续航里程。

5、本发明可应用于电梯曳引机电机，通过电机输送与传递动力，使电梯运行，可以提高电能利用率。

附图说明

图1是本发明的俯视图。

图2是图1中A-A向剖视图。

图3中图2中B部放大示意图。

图4是本发明内部结构示意图。

图5是本发明转子结构俯视图。

图6中图5中C部放大示意图。

图7是本发明片状体俯视图之一。

图8是本发明片状体俯视图之二。

图9是对照电机电流、转速、输出功率、效率测试数据图。

图10是实施例3电机电流、转速、输出功率、效率测试数据图。

附图标号说明：1-轴承，2-定子，3-转子，4-端盖，21-筒状体，22-支撑件，23-定子铁芯，30-轮圈，31-环状体一，32-凸缘，33-片状体，34-磁体，35-通孔，36-扣点，37-凸块，38-凹槽一，39-凹槽三，310-凹槽二，311-，312-嵌件，313-环形部。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

实施例1：如图1至图8所示的一种轮毂电机，包括轴承1、定子2、转子3和端盖4，轴承1用于与车辆悬挂架轴节连接，在轴承1的中间与定子2固定连接，即在定子2中间设置筒状体21，筒状体21与轴承1通过焊接方式进行固定连接，在筒状体21的周向方向固定设置用于支撑的支撑件22，支撑件22设置为单支架形式或双支架形式，在支撑件22周向外缘上固定设置圆环状的定子铁芯23，在定子铁芯23中设置线圈绕组，导线与电源连接。

转子3包括设置在定子铁芯23的外围周向方向相对定子铁芯23作周向转动的环状体一31，在环状体一31的内侧的周向方向固定设置由导磁材料制作的片状体33经相互叠压而成的柱状体，片状体33由矽钢片制作而成，柱状体内嵌或粘接在环状体一31上，利用内嵌方式时，可以在制作环状体一31时直接把柱状体的一端嵌在环状体一31的内侧；利用粘接方式时，可以在制作完成环状体一31后，利用厌氧胶把柱状体粘在环状体一31的内侧。相邻的柱状体之间设置有间隙，在间隙中设置有柱状的磁体34，磁体34在圆周上径向方向的宽度大于周向方向的宽度。当柱状体固定在环状体一31的内侧后，只要把柱状的磁体34插入到柱状体之间的间隙中就可以了。环状体一31由非导磁材料制作的目的在于使磁体34的磁力线集中在与定子2相对的一侧，可以减少磁钢漏磁现象，有利于提高电能利用效率，提高电机的效。

环状体一31设置为非导磁的金属合金材料，如利用铝锌合金制作而成，铝锌合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，该铝合金为可热处理强化型铝合金，可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，通过热处理可以获得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能。可加工成各种形状，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，这样一方面，可以减少重量，另一方面，又可以减少磁钢漏磁，可以提高电能利用率，提高电机的效率。

如图2、图3所示，在环状体一31外侧设置轮圈30，环状体一31与轮圈30固定连接，轮圈30上与环状体一31相对处设置为非导磁材料制作的环形部313，非导磁材料可以设置为铝锌合金或碳纤维复合材料。凸缘32设置在环形部313的两侧边缘，凸缘32由金属材料构成，也可以利用铝锌合金等材料构成，也可以用非导磁的碳纤维树脂复合材料构成。环形部313与凸缘32组成的U形槽部分用于安装轮胎。凸缘32所需的材料与环形部313的材料相同，可以与环形部313同时制作而成，这样生产速度快，可以节约生产成本，同时上述材料具有抗磁性，可以减少磁钢漏磁，可以提高电能利用率。在环状体一31的两侧的周向方向设置有用于与轮毂端盖4连接的嵌件312，嵌件312相间设置，嵌件312用铁质材料构成，在嵌件312中设置固定孔，如设置螺纹孔，用于与端盖4进行固定连接。

如图7所示，作为一种实施方式，该片状体33中靠近环状体一31的一侧设置纵向贯通的三角形通孔35，当然该通孔35也可以设置为圆形或方形，在三角形中的三个角设置为弧形，可减少漏磁，提高电机凸极性，同时三角形通孔35也可作为限位使用。在片状体33中设置经冲压而成的三个扣点36，这样可以使相邻两片的片状体33的扣点36相配合，使相邻两片的片状体33相互压紧，达至自扣的目的，扣点36可以设置为圆形，也可以设置为长方形或正方形。

在片状体33的两侧边以中心轴为对称轴，两侧边以对称轴为轴线向内倾斜，即由与环状体一31相对的一边向与定子铁芯23相对的一边倾斜，这样，当相邻两个由片状体33叠压的柱状体固定在环状体一31上后，相邻的间隙就会形成长方体形状的空隙，用于放置柱状的磁体34。通过设置非导磁材料制作的环状体一31，把由导磁材料制作的片状体33经相互叠压而成的柱状体和柱状的磁体34固定在环状体一31的内侧，这样可以减少磁钢漏磁现象，通过上述特点进行综合设置，可以最大限度减少磁钢漏磁现象，提高电能利用效率，提高电机的效率，这样可以提高电动车的续航里程。

如图8所示，为了方便固定磁体34，在片状体33与定子2相对一边的端面两侧设置横向方向的凸块37，这样，轴向方向相邻的片状体33经过叠压而形成的柱状体的两端也形成凸块37，周向方向相邻的柱状体之间形成间隙，当在间隙中放置柱状的磁体34后，相邻的柱状体中两个相对的凸块37可以起到限定磁体34的作用，可以防止磁体34在间隙中出现移动，影响转子3的转动。

如图8所示，为了降低电机齿槽转矩，在片状体33与定子2相对的一边设置有2个凹槽一38，在片状体33中，以对称轴为准，2个凹槽一38在对称轴对称分布，凹槽一38呈圆弧形，这样在可以有效降低电机齿槽转矩。

为了减少漏磁现象，在片状体33与环状体一31相对一边的表面设置凹槽三39，通过设置凹槽三39，这样可以在片状体33与环状体一31之间形成空隙，空隙深度设置为0.05mm至0.5mm，这样，厌氧胶可以涂粘在凹槽三39的表面以及片状体33与环状体一31相对的表面，可以使以片状体33叠压而成的柱状体固定在环状体一31的表面。为了增加柱状体涂粘的接触面，可以使凹槽三39表面设置为波浪形，这样用于增加厌氧胶粘贴的效果。在本实施例中，为了进一步提高电能利用效率，提高电机的效率，在片状体33与环状体一31相对的一边的两端分别设置凹槽二310可以进一步减少漏磁现象。

为了增强抗应效果，在片状体33两侧与凸块37连接处，设置向片状体33内侧凹陷的凹槽三311，通过设置凹槽三311能降低应力，增强抗应效果，同时提高电机凸极性。本实施例可以减少磁钢漏磁现象，提高电能利用效率，提高电机的效率。

实施例2：其他结构与实施例1结构相同，但环状体一31由非导磁的碳纤维复合材料构成，碳纤维复合材料设置碳纤维树脂复合材料，环形部313由铝锌合金或碳纤维树脂复合材料构成，凸缘32由铝锌合金制作而成，碳纤维树脂复合材料减重优势明显，具有良好的耐磨损、耐腐蚀性，化学性质稳定，同时具有良好的力学性能。本实施例可以减少磁钢漏磁现象，提高电能利用效率，提高电机的效率。

实施例3：其他结构与实施例1结构相同，但环状体一31由非导磁的热固性树脂材料制作而成，环形部313也由热固性树脂材料制作而成，凸缘32由热固性树脂材料或铝锌合金制作而成，该热固性树脂材料以不饱和聚酯树脂为主要原料制作而成，该热固性树脂材料为高强度复合材料，热稳定性高，在较高的温度范围内200～250℃可以长时间连续使用，并且不饱和聚酯树脂对化学药物的抵抗能力、电绝缘性能等都较好，还具有良好的耐电弧性能及憎水防潮性能。利用该材料制作的环状体一31和轮圈30具有抗磁性，可以减少环状体一31内侧固定的磁钢出现漏磁，同时具有提高电能利用效率，提高电机的效率的作用。

把以传统方法制作的对照电机和利用上述实施3制作的电机进行比较，以相同的60V-800W机型为标准，通过检测相关的电流、转速、输出功率、效率，获得具体测试数据图9、图10所示；

上述二种电机，通过测试堵转扭矩、最大扭矩、最大功率、最大效率，如下表所示：

通过对上述数据进行分析比较，在相同电机型号的情况下：

1、实施例3电机扭矩更大，实施例3电机堵转扭矩比对照电机大6.19N.m；实施例3电机最大扭矩比对照电机大6.8N.m。

2、实施例3电机效率平台更宽。在效率平台上，实施例3电机比对照电机更宽，实施例3电机>80%效率平台宽度范围为9.38--50N.m；对照电机>80%效率平台宽度范围为8.21--38.41N.m；

3、实施例3电机最大功率比对照电机大；

4、实施例3电机最大效率对照电机大。

由此可见，本发明通过对磁体排列方式的改变以及对片状体进行结构上改进，可以最大限度减少磁钢漏磁现象，可以提高电机的效率，提高电能利用效率，从而提高电动车的续航里程。

在本发明的上述实施例中，常用的轮毂电机的嵌线槽设置为45槽、51槽、54槽、63槽等，转子3的对数常用为40极、46极、48极、56极等，具体根据轮毂电机的需要进行设置，定子2直径和片状体33层叠厚度，根据电机的需要进行设置。

本发明还可应用于电梯曳引机电机，电梯曳引机电机由电动机、制动器、联轴器、减速箱、曳引轮、机架和导向轮及附属盘车手轮等组成，通过电动机输送与传递动力，使电梯运行，可以提高电能利用率。

上面结合附图对本发明实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，对于本领域普通技术人员来说，还可以在不脱离本发明的前提下作若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种轮毂电机，包括轴承（1）、定子（2）、转子（3）和端盖（4），在定子（2）中心设置筒状体（21），所述的筒状体（21）与轴承（1）固定连接，在所述的筒状体（21）的周向方向固定设置用于支撑的支撑件（22），在所述的支撑件（22）周向外缘上固定设置圆环状的定子铁芯（23），在所述的定子铁芯（23）中设置线圈绕组，所述的转子（3）包括设置在定子铁芯（23）的外围周向方向相对定子铁芯（23）作周向转动的环状体一（31），在所述的环状体一（31）外侧设置轮圈（30），环状体一（31）与轮圈固定连接，在所述的轮圈（30）两侧边缘分别设置凸缘（32），其特征在于：所述的环状体一（31）设置为非导磁材料，在所述的环状体一（31）的内侧的周向方向固定设置由导磁材料制作的片状体（33）经相互叠压而成的柱状体，相邻的柱状体之间设置有间隙，在所述的间隙中设置有柱状的磁体（34）。

2.根据权利要求1所述的一种轮毂电机，其特征在于：所述的轮圈（30）上与环状体一（31）相对处设置为非导磁材料制作的环形部（313），所述的凸缘（32）设置在环形部（313）的两侧边缘。

3.根据权利要求1或2所述的一种轮毂电机，其特征在于：所述的非导磁材料设置为热固性树脂材料，所述的热固性树脂材料设置为酚醛树脂或环氧树脂或不饱和聚酯树脂。

4.根据权利要求1或2所述的一种轮毂电机，其特征在于：所述的非导磁材料设置为非导磁的碳纤维复合材料。

5.根据权利要求1或2所述的一种轮毂电机，其特征在于：所述的非导磁材料设置为金属合金材料，所述的金属合金材料设置为铝锌合金、铝镁合金、铝铜合金中的一种或几种。

6.根据权利要求1或2所述的一种轮毂电机，其特征在于：所述的片状体（33）中靠近环状体一（31）的一侧设置纵向贯通的通孔（35）。

7.根据权利要求6所述的一种轮毂电机，其特征在于：在所述的片状体（33）中设置经冲压而成的扣点（36），所述的扣点（36）设置为一至五个。

8.根据权利要求7所述的一种轮毂电机，其特征在于：所述的片状体（33）与定子（2）相对一边的端面两侧设置横向方向的凸块（37），在所述的片状体（33）两侧与凸块（37）连接处设置有向片状体（33）内侧凹陷的凹槽三（311）。

9.根据权利要求8所述的一种轮毂电机，其特征在于：所述的片状体（33）与定子（2）相对的一边表面设置有凹槽一（38），所述的凹槽一（38）设置为1至4个。

10.根据权利要求9所述的一种轮毂电机，其特征在于：所述的片状体（33）与环状体一（31）相对一边的表面设置凹槽三（39），所述的片状体（33）与环状体一（31）相对的一边的两端分别设置凹槽二（310）。

11.根据权利要求10所述的一种轮毂电机，其特征在于：所述的片状体（33）的两侧边以中心轴为对称轴，设置为倾斜状。

12.根据权利要求1或2所述的一种轮毂电机，其特征在于：在所述的环状体一（31）的两侧的周向方向设置有用于与轮毂钢圈连接的嵌件（312），在所述的嵌件（312）中设置固定孔。

13.根据权利要求2所述的一种轮毂电机，其特征在于：在所述的环状体一（31）的外侧周向方向设置有2至20个凸起，在所述的环形部（313）的内侧与环状体一（31）的外侧相对的周向方向设置与凸起相对应的凹槽，所述的凸起与凹槽相配合。

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