CN111463925A - 一种电动车用轮毂电机的定子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动车用轮毂电机的定子，包括铁芯和支架，铁芯由齿筋、轭部和齿槽构成，铁芯设于支架的外侧，铁芯的同侧端部至少设有3个霍尔槽，3个霍尔槽均位于铁芯的齿筋上且呈圆周分布，3个霍尔槽的对称中心线两两相交，3个霍尔槽中的中间霍尔槽的对称中心线与位于其两侧的霍尔槽的对称中心线分别构成夹角α和夹角β，铁芯的齿槽数为48槽，夹角α的范围为22度~26度，夹角β的范围为36度~40度。本发明的有益效果是：本发明的定子优化了齿槽结构性，合理设置霍尔槽位置，提高电机换相点的精度，解决槽口霍尔难安装，易偏差等问题，以适应单根线多匝绕线工艺，优化磁路，提升电机效率，去槽楔，提高了定子槽利用率。

Description

一种电动车用轮毂电机的定子

技术领域

本发明涉及电动车技术领域，特别是涉及一种电动车用轮毂电机的定子。

背景技术

现如今，随着人们生活节奏的越来越快，城市交通拥挤情况也愈发严重，因而电动车作为绿色交通工具备受青睐。经过多年的发展，电动车市场愈发饱和，而随着市场竞争的愈发激烈，电动车从最初的满足功能需求，到追求性能的卓越和骑行的舒适感，以致越来越追求整车的性价比，而轮毂电机作为电动车的主要配件，其性价比也成为各大电动车整车厂考量的重要指标，电动车作为交通工具，其续航里程，使用寿命，工作的稳定性，动力大小，噪声的大小等均成为客户选择的标准，也是各大电机厂商所研究的大方向。

两轮电动车上所使用的的大多是轮毂电机，其主要由定子和转子两大部件组成，而定子一般由铁芯和支架组成，支架包含两片冲裁件，中间焊接轴套用于固定连接电机轴，定子铁芯的齿筋上按一定规律缠绕漆包线，电流由蓄电池提供，经由控制器控制通电规律，实现电机的定向旋转，输出转速和扭矩。

现今市场上，应用于电动车上的轮毂电机的定子绕线方式采用的都是多股多匝绕线工艺，此类绕线工艺由于采用多股绕线，漆包线缠绕比较凌乱松散，而且槽口需用槽楔阻挡漆包线外泄造成定转子旋转相互干涉导致电机故障损坏，此结构对定子槽型的利用率不高。而且，传统轮毂电机的霍尔传感器为缩短霍尔槽的周向跨距，通常选择将霍尔槽放置于齿槽口，该位置的霍尔安装困难，且安装易松动、偏差较大并易掉落，其与漆包线直接接触，接触环境的温度高于安装于齿筋上的霍尔，易高温损坏。另外，在驱动方面，随着正弦波控制方式的普及，电机逐步超这高静音方向发展，然正弦波控制的驱动方式，对位置传感器的检测精度有更高的要求，这就要求霍尔传感器有一个比较精准的安装定位结构，且需考虑制造工艺带来的累计误差。因此，如何提高霍尔传感器的安装精度和稳定性，优化霍尔元件的工作环境，简化霍尔传感器的安装工艺，减少霍尔槽的制造累计误差并提升电机性能，提高定子材料的利用率是本发明的创研动机。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种霍尔槽均位于定子铁芯上且适用于单根漆包线绕线工艺的定子。本发明提供的电动车用轮毂电机的定子，将三相电机所需的3个霍尔传感器均设于定子铁芯的齿筋上，适用于电机定子的单股多匝绕线工艺，提高了霍尔位置传感器的安装精度，提升驱动控制的换相精度，提升电机运作的平稳性了，且对霍尔传感器安装位置全位于齿筋上的结构进行优化设计，配合齿筋和轭部的结构设计，缩短了3个霍尔传感器安装位置的周向跨距，减少霍尔信号衰减，电机内部布线，简化装配工艺。本发明的定子优化了定子磁路，降低磁密饱和度，提升电机效率，本发明的定子的齿槽结构，适用于无槽楔的单股绕线方式，提高了定子槽的有效面积，降铜损和铁损，电机功率密度提升，提高了电机输出效率。

为实现上述目的，本发明提供的一种电动车用轮毂电机的定子，其技术方案为：

一种电动车用轮毂电机的定子，包括铁芯和支架，所述铁芯由齿筋、轭部和齿槽构成，所述铁芯设于所述支架的外侧，其特征在于：所述铁芯的同侧端部至少设有3个霍尔槽，所述3个霍尔槽均位于所述铁芯的齿筋上且呈圆周分布，所述3个霍尔槽的对称中心线两两相交，所述3个霍尔槽中的中间霍尔槽的对称中心线与位于其两侧的所述霍尔槽的对称中心线分别构成夹角α和夹角β，所述铁芯的齿槽数为48槽，所述夹角α的范围为22度~26度，所述夹角β的范围为36度~40度。特别说明的是，夹角α或夹角β的位置在圆周方向上可位于中间霍尔槽的对称中心线的任意一侧。此设计方案将霍尔槽全部设于齿筋上，提高了霍尔传感器的安装精度，利于驱动控制端精确控制，从而提高电机输出效率，且齿筋上的霍尔槽更方便霍尔传感器的安装，提升了生产效率。另外此设计方案中的α和β夹角范围，适合本方案中的48槽定子匹配26对极永磁体。此设计方案，解决了48槽26对极的轮毂电机采用单股多匝绕线方式时的霍尔安装困难及霍尔信号传输线束布线复杂的问题，利用创新思路和方法，将原本传统霍尔换相点的空间位置作偏移处理，既保证霍尔信号的电相位角不变，又能将霍尔换相点全部置于齿筋上，杜绝了齿槽口安装霍尔传感器易偏斜导致的相位角偏差问题，同时，通过缩短霍尔传感器安装位置在圆周上的横跨弧长，减少长跨距的累积误差，并优化了电机内部布线结构，缩短霍尔信号的传导路径，降低信号衰减，提高响应速度。

本发明提供一种电动车用轮毂电机的定子，其还具备如下附属技术方案：

其中，铁芯的外径为208~215mm。此设计方案，极大限度的增加了轮毂电机的电磁利弊，在保证相同输出扭矩的同时，降低了电机的需求电流，减少铜耗，提升电机效率，延长续航里程。

其中，铁芯的齿筋宽度为5~8mm，铁芯的齿唇口厚度为0.5~2mm，铁芯的轭部厚度为3.5~6mm。此设计方案，优化了电机定子此路，降低磁密饱和度，有利于提高永磁体利用率，同时能降低重载状态下的电机温升。

其中，铁芯内圆周面上设有若干防转凹槽，支架外圆周面上设有若干与所述防转凹槽配合的外凸防转筋。

其中，所述铁芯内径为157~178mm。此设计方案有助于合理布局定子轭部此路，降低轭部的磁密饱和度，并合理调整卷绕定子铁芯的槽口宽度。

其中，齿槽的槽口宽度为1.5~3.5mm。此设计方案，既保证了电机绕线所需的槽口宽度，有能有效的降低电机的齿槽转矩，降低电机噪声，提升效率。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是：

本发明提供的电动车用轮毂电机的定子，是为适应电机单股多匝绕线工艺而开发的定子槽型结构，因单线绕线工艺绕线齐整，将去除槽楔，提高了槽利用率，而传统定子的齿槽结构中位于槽口的霍尔槽无法正常适应此单线绕线工艺。本发明的定子通过定子铁芯的齿筋和槽型的合理尺寸和结构设计，并将霍尔传感器安装位置做空间上的偏移，将3个霍尔槽均设置于铁芯的齿筋上，此结构提高了霍尔传感器的安装精度，降低霍尔位置因长跨距造成的累积误差，提高了电机驱动时换相的准确率，提高控制效率。同时，与现有电机的霍尔安装方式相比，降低了槽口霍尔传感器的高温失效风险，优化器工作环境，延长霍尔传感器元件的使用寿命和稳定性。

本发明提供的电动车用轮毂电机的定子，通过定子磁路的有限元分析，合理搭配定子铁芯的齿筋和轭部的结构、尺寸，优化电机的工作磁路，降低磁路中的磁密饱和度，电机温升有效降低。本发明的定子结合电机单股多匝绕线的排线工艺，合理设计铁芯的唇口结构和槽口宽度，降低齿槽转矩，实现了定子绕线的去槽楔化，与传统多股绕线定子结构相比，增加了齿槽的有效面积，铜线绕组截面积增加，减少了电机的铁损和铜损，电机的短时电流过载能力有显著提高。同时，本发明的定子去掉了传统电机的定子绕线中所必需的槽楔，减少了元件及其安装工序，提高了生产效率，也提高了绕线合格率。

与传统多股多匝绕线工艺的定子相比，本发明提供的电动车用轮毂电机的定子，由于其适合单根线多支路并绕，绕线排线齐整规律，定子绕线的端部长度远低于传统现有电机的绕线工艺，节约了铜线成本，降低了电阻值，有利于降低电机额定电流和温升，提升电机输出效率，且本发明的定子匹配单股多匝绕线工艺，定子绕线一致性大大提升，电机的三相电阻和电流平衡性显著提升。

通过比较可以看出，本发明提供的电动车用轮毂电机的定子，为适应电机定子的单股多匝绕线工艺而创新设计定子结构，提高了霍尔传感器换相精度，3个霍尔元件均设于齿筋上，简化了生产工艺，提高了生产效率，使用本发明的定子，槽型利用率提高，同时电机的效率、转矩、平稳性等均有提高。

附图说明

图1为本发明电动车用轮毂电机的定子的端面结构示意图。

图2为本发明电动车用轮毂电机的定子的铁芯的三维视图。

图3为本发明电动车用轮毂电机的定子的铁芯的端面示意图。

图4为图3中A处放大结构示意图。

图5是使用本发明电动车用轮毂电机的定子的电机和现有轮毂电机的性能比较曲线表。

图中，1、铁芯；2、支架；11、霍尔槽；12、齿筋；13、齿槽；14、轭部；15、防转凹槽。B1、齿筋宽度；B2、齿槽的槽口宽度；H1、铁芯的轭部厚度；H2、铁芯的齿唇口厚度。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图对本发明的技术方案作进一步的详细说明，需要说明的是，所描述的实施例仅旨在便于本领域技术人员对本发明的理解，而对本发明的保护范围不起任何限定作用。

实施例1：

如图1至图4所示，本实施例提供的一种10寸电动车用轮毂电机的定子，包括铁芯1和支架2，铁芯1由齿筋12、轭部14和齿槽13构成，铁芯1固定在支架2的外圆周面上，支架2中心焊接有轴套，铁芯1轴向端部设有若干霍尔槽，用于安装霍尔元件，铁芯1内圆周面上设有若干防转凹槽15，支架2外圆周设有防转筋和防转凹槽15对应配合，形成周向定位、防转连接副，齿槽13的空腔内放置有铜线绕组，铜线绕组以顺时针或逆时针方向缠绕于齿筋12上。本实施例中，铜线绕组以单股多匝的单线绕线方式缠绕于齿筋12上。本实施例中，铁芯1由硅钢片以螺旋卷绕的方式层层叠压而成。本实施例中，定子的结构选择48槽配26对极永磁体结构，铁芯1上周向均布48个齿筋12，各个相邻齿筋12之间形成48个齿槽13，26对极永磁体为相同几何尺寸的长方体，并以磁场南极和北极相互交替粘贴于外轮毂的导磁环内圆周面上，导磁环外圆周面上焊接有轮辋。本实施例中，导磁环内径为214.9~215.2mm，定子外径与导磁环之间间隙为2.4~2.2mm。

特别的是，铁芯1的同侧端部至少设有3个霍尔槽11，3个霍尔槽11均位于铁芯1的齿筋12上且呈圆周分布，3个霍尔槽11的对称中心线两两相交，3个霍尔槽11中的中间霍尔槽11的对称中心线与位于其两侧的霍尔槽11的对称中心线分别构成夹角α和夹角β，铁芯1的齿槽13数为48槽，夹角α的范围为22度~26度，夹角β的范围为36度~40度，优选夹角α的范围为22度~25度，夹角β的范围为36度~39度，进一步优选夹角α的范围为23度~25度，夹角β的范围为37度~39度。本实施例中，夹角α的范围为23度~25度，夹角β的范围为37度~39度。特别说明的是，本发明中夹角α和夹角β值以“度”为单位的度值。本发明提供的电动车用轮毂电机的定子，3个霍尔槽11均设于齿筋12上，专为单股多匝绕线设计，便于霍尔安装，缩短3个霍尔槽11的周向跨距，减少累积制造误差，提高电机换相精度，消除槽口安装霍尔传感器存在的霍尔高温已损坏，霍尔热胀冷缩易脱落，霍尔安装易造成电相位角度偏差等问题。

本发明的定子结构所应用的轮毂电机，为单股多匝并绕电机，定子端部长度低，铜耗低，节省了漆包线用量，且去除槽楔，齿槽利用率高，电机效率高于传统多股绕线的电机，单股绕线工艺，生产效率高，大大降低了不良率。

如图1和图3所示，铁芯1的外径为208~215mm，优选，铁芯1的外径为209~211mm，进一步优选，铁芯1的外径为209~210.5mm，本实施例中，铁芯1的外径为209.25~209.45mm。

铁芯1的齿筋12宽度为5~8mm，铁芯1的齿唇口厚度H2为0.5~2mm，铁芯1的轭部14厚度为3.5~6mm，优选，铁芯1的齿筋12宽度为5.5~7mm，铁芯1的齿唇口厚度H2为0.8~1.5mm，铁芯1的轭部14厚度为4.5~5mm，进一步优选，铁芯1的齿筋12宽度为6~6.5mm，铁芯1的齿唇口厚度H2为0.9~1.0mm，铁芯1的轭部14厚度为4.5~4.7mm。本实施例中，铁芯1的齿筋12宽度为6.3~6.5mm，铁芯1的齿唇口厚度H2为0.9~1.0mm，铁芯1的轭部14厚度为4.5~4.6mm。本实施例铁芯1的齿唇口厚度H2指的是齿唇口上下沿端点在该齿唇口所在的定子齿的中心线上的投影间的距离。

铁芯1内圆周面上设有若干防转凹槽15，支架2外圆周面上设有若干与防转凹槽15配合的外凸防转筋。

铁芯1内径为157~178mm，优选，铁芯1内径为165~175mm，进一步优选，铁芯1内径为168~171mm。本实施例中，铁芯1内径为170mm。

齿槽13的槽口宽度B2为1.5~3.5mm，优选，齿槽13的槽口宽度B2为2~3mm，进一步优选，齿槽13的槽口宽度B2为2.1~2.5mm。本实施例中，齿槽13的槽口宽度B2为2.2~2.4mm。本实施例中，齿槽13的槽口宽度B2指的是两个齿筋24的齿唇口下沿端点之间的直线距离。

本发明提供的电动车用轮毂电机的定子，通过最大化导磁环内径，获取最大定子外径，同时应用单股多匝绕线，通过创新设计定子槽型，将霍尔槽设置于齿筋上，提高了霍尔定位精度并简化工艺。此设计方案针对单线绕线工艺设计的定子结构，有利于降铜组和温升，提升电机输出扭矩和效率。

实施例2：

本实施例中的技术方案与实施例1的技术方案大部分相同，本实施例仅对不相同的部分进行详述，本实施例与实施例1相同的部分不再赘述。

如图1和图3所示，铁芯1的外径为208~215mm，优选，铁芯1的外径为209~211mm，进一步优选，铁芯1的外径为209~210mm，本实施例中，铁芯1的外径为210.2~210.5mm。

铁芯1的齿筋12宽度为5~8mm，铁芯1的齿唇口厚度H2为0.5~2mm，铁芯1的轭部14厚度为3.5~6mm，优选，铁芯1的齿筋12宽度为5.5~7mm，铁芯1的齿唇口厚度H2为0.8~1.5mm，铁芯1的轭部14厚度为4.5~5mm，进一步优选，铁芯1的齿筋12宽度为6~6.5mm，铁芯1的齿唇口厚度H2为0.9~1.0mm，铁芯1的轭部14厚度为4.5~4.7mm。本实施例中，铁芯1的齿筋12宽度为6.2~6.4mm，铁芯1的齿唇口厚度H2为0.9~1.0mm，铁芯1的轭部14厚度为4.6~4.7mm。本实施例铁芯1的齿唇口厚度H2指的是齿唇口上下沿端点在该齿唇口所在的定子齿的中心线上的投影间的距离。

铁芯1内径为157~178mm，优选，铁芯1内径为165~173mm，进一步优选，铁芯1内径为168~170mm。本实施例中，铁芯1内径为168mm。

齿槽13的槽口宽度B2为1.5~3.5mm，优选，齿槽13的槽口宽度B2为2~3mm，进一步优选，齿槽13的槽口宽度B2为2.2~2.5mm。本实施例中，齿槽13的槽口宽度B2为2.2~2.4mm。本实施例中，齿槽13的槽口宽度B2指的是两个齿筋12的齿唇口下沿端点之间的直线距离。

以上所述实施例仅为本发明的优选实施例，仅用以说明本发明的技术方案，并非是对本发明的专利范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容对本发明的技术方案进行修改或等同替换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

尽管本文较多地使用了铁芯1、支架2、霍尔槽11、齿筋12、齿槽13、轭部14、防转凹槽15、铁芯的齿筋宽度B1、齿槽的槽口宽度B2、铁芯的轭部厚度H1、铁芯的齿唇口厚度H2等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (6)

1.一种电动车用轮毂电机的定子，包括铁芯和支架，所述铁芯由齿筋、轭部和齿槽构成，所述铁芯设于所述支架的外侧，其特征在于：所述铁芯的同侧端部至少设有3个霍尔槽，所述3个霍尔槽均位于所述铁芯的齿筋上且呈圆周分布，所述3个霍尔槽的对称中心线两两相交，所述3个霍尔槽中的中间霍尔槽的对称中心线与位于其两侧的所述霍尔槽的对称中心线分别构成夹角α和夹角β，所述铁芯的齿槽数为48槽，所述夹角α的范围为22度~26度，所述夹角β的范围为36度~40度。

2.根据权利要求1所述的电动车用轮毂电机的定子，其特征在于：所述铁芯的外径为208~215mm。

3.根据权利要求1或2所述的电动车用轮毂电机的定子，其特征在于：所述铁芯的齿筋宽度为5~8mm，所述铁芯的齿唇口厚度为0.5~2mm，所述铁芯的轭部厚度为3.5~6mm。

4.根据权利要求1或2或3所述的电动车用轮毂电机的定子，其特征在于：所述铁芯内圆周面上设有若干防转凹槽，所述支架外圆周面上设有若干与所述防转凹槽配合的外凸防转筋。

5.根据权利要求1或2或3所述的电动车用轮毂电机的定子，其特征在于：所述铁芯内径为157~178mm。

6.根据权利要求1或2或3所述的电动车用轮毂电机的定子，其特征在于：所述齿槽的槽口宽度为1.5~3.5mm。

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