CN112242783A - 轮毂电机、轮毂以及电动车 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种轮毂电机，包括：定子组件（2），固定在电机主轴（100）上，且具有定子铁芯（21）和绕组（22），所述定子铁芯（21）的轴向长度和外径的比值处于0.20至0.35的范围之内，其中，沿所述定子铁芯（21）的周向均匀地设置有多个定子齿（211），分别在相邻的定子齿之间形成有定子槽（212），且所述绕组（22）环绕所述定子齿（211）地设置在定子槽（212）中；以及转子组件（1），包括转子腔（12）和限定所述转子腔的导磁环（11），其中，所述定子组件（2）设置在所述转子腔（12）中，且多个永磁体（121）彼此相邻地、分别与所述定子齿（211）具有径向间隙地沿着所述导磁环（11）的内侧布置。

Description

轮毂电机、轮毂以及电动车

技术领域

本申请涉及一种电动驱动系统，具体而言，涉及轮毂电机以及轮毂。

背景技术

在当前的电动车市场上，有越来越多的小型低速电动车所采用的驱动机构为轮毂电机。轮毂电机定子和转子的尺寸结构决定了电机的抗过载能力。但另一方面，车辆的轮毂尺寸又限制了轮毂电机的径向和轴向尺寸结构。因此，现有技术中存在车辆轮毂和轮毂电机尺寸之间的矛盾并未得到很好解决。

发明内容

本申请的目的解决或至少缓解现有技术中所存在的问题，即在不增加车辆轮毂的尺寸和制造成本的情况下，提高轮毂电机的效率和抗过载能力。

根据本申请的一些方面，本申请提出了一种轮毂电机，包括：

定子组件，固定在电机主轴上，且具有定子铁芯和绕组，所述定子铁芯的轴向长度和外径的比值处于0.20至0.35的范围之内，其中，沿所述定子铁芯的周向均匀地设置有多个定子齿，分别在相邻的定子齿之间形成有定子槽，且所述绕组环绕所述定子齿地设置在定子槽中；以及

转子组件，包括转子腔和限定所述转子腔的导磁环，其中，所述定子组件设置在所述转子腔中，且多个永磁体彼此相邻地、分别与所述定子齿具有径向间隙地沿着所述导磁环的内侧布置，

其中，所述绕组通过通电产生通电磁场，所述通电磁场与所述多个永磁体的磁场相互作用，从而使得所述转子组件能够相对于所述定子组件转动。

根据本申请的另一些方面，本申请提出了一种轮毂，其包括按照本申请所公开的任一实施例所述的轮毂电机和设置在所述轮毂电机外侧的、与所述轮毂电机同轴的轮辋圈，其中，所述轮毂电机与所述轮辋圈之间通过连接机构固定连接。

根据本申请的又一些方面，本申请提出了一种电动车，包括至少两个车轮，其中一个车轮安装按本申请任一实施例所公开的轮毂。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围组成限制。此外，图中类似的数字用以表示类似的部件，其中：

图1示例性地示出了本申请所公开的轮毂电机的剖视图；

图2示例性地示出了本申请所公开的定子铁芯的示意图以及局部放大图；以及

图3示例性地示出了本申请所公开的绝缘端板的立体图。

具体实施方式

首先参考附图1，由图1能够看出，轮毂电机包括外侧的转子组件1和内侧的定子组件2。定子组件2固定在电机主轴100上，且具有定子铁芯21和绕组22，所述定子铁芯21的轴向长度和外径的比值处于0.20至0.35的范围之内。此外，由图2能够清楚地看出，沿定子铁芯21的周向均匀地设置有多个定子齿211，分别在相邻的定子齿211之间形成有定子槽212。绕组22环绕定子齿211地设置在定子槽212中。在此，绕组22环绕定子齿211的状态能够在图1中看出。此外，如图1所示，外侧的转子组件1包括转子腔12和限定所述转子腔的导磁环11，其中，所述定子组件2设置在所述转子腔12中，且多个永磁体彼此相邻地周向地、例如按磁极交替地布置、例如胶粘在所述导磁环11内侧且其分别与所述定子齿211具有径向间隙。所述绕组22通过通电产生通电磁场，所述通电磁场与所述多个永磁体的磁场相互作用，从而使得所述转子组件能够相对于所述定子组件转动。

在本申请所公开的轮毂电机中，其中，定子铁芯21的轴向长度和外径的比值也可以根据使用场合或者不同的功率需求、安装空间要求等分别设定为0.21、0.22、0.23、0.24、0.25、0.26、0.27、0.28、0.29、0.30、0.31、0.32、0.33、0.34等，或者任意其它在上述范围之内的值。

在本申请所公开的轮毂电机中，所述定子齿211的周向齿宽A1的大小可以构造为相对于所述定子铁芯21的外径与所述定子齿211的数目之比具有倍数关系，其中，所述倍数关系处于0.3π至0.5π、或者0.3π至0.4π、或者0.4π至0.5π或者0.35π至0.5π的范围之内。

此外，永磁体121的数目与定子齿211的数目的配合方式有27槽24极（指的是定子齿的数目为27而永磁体121的数目为24，以下同理）、36槽40极、36槽32极、45槽40极、45槽50极等。

对于本申请所公开的轮毂电机，在以上所述的基础上，可以规定如下：定子槽212的槽口宽度A2（定子铁芯21的槽口宽度A2指的是两个相邻的定子齿211外径的最外端之间的周向距离）、槽口高度A4（定子铁芯21的槽口高度指的是如图2中所示的定子齿211外径最外端突出部的垂直高度）以及定子铁芯21的轭部厚度A3例如可以依据使用环境以及对轮毂电机的强度要求的不同如下地确定，包括：槽口宽度A2构造为所述径向间隙与第一比例因子α1的乘积，且第一比例因子α1处于3.5至5的范围之内、例如设置为4或4.5；槽口高度A4构造为径向间隙与第二比例因子α2的乘积，且第二比例因子α2处于2至3.6的范围之内、例如设置为3.2或2；以及轭部厚度A3构造为周向齿宽与第三比例因子α3的乘积，且第三比例因子α3处于0.6至1.0的范围之内、例如设置为0.9。当然，以上的比例因子的范围仅仅是示例性地，也可以考虑实施其它尺寸的槽口宽度、槽口高度和轭部厚度。

对于本申请所公开的轮毂电机，考虑到其使用环境以及功率要求，定子铁芯21的外径可以设为处于115至135毫米的范围内，例如，定子铁芯21的外径为117毫米、120毫米、125毫米、127毫米、128毫米、129毫米或130毫米，且周向齿宽A1处于4.0至6.5毫米的范围内、进一步地，周向齿宽A1为5.5毫米。

在轮毂电机的定子铁芯21和周向齿宽的尺寸范围确定的基础上，例如，定子槽212或定子齿211的数目设定为36个且永磁体121的数目设定为40个；槽口宽度A2处于1.8至2.6毫米的范围内；槽口高度A4处于1.0至1.8毫米的范围内；以及轭部厚度A3处于3.0至6.0毫米的范围内。

在此，永磁体121的厚度设置既要考虑到成本因素，又要防止永磁体121由于过薄而很快地发生退磁问题。而对于以上所描述的轮毂电机的尺寸，例如，永磁体121的厚度设置为2.0至3.0毫米的范围内和/或所述径向间隙设置为0.4至0.8毫米的范围内。

以下以三个具体示例分别描述本申请所公开的轮毂电机可行的实施方案：

示例1：

在一种实施方案中，首先确定定子铁芯21的外径为115~120毫米，而后依据所期望的周向齿宽的范围将轮毂电机的定子齿和永磁体121的搭配关系选取为27槽30极，在此基础上，轮毂电机的各部件结构尺寸可以设置为：

导磁环11内侧与定子铁芯21外侧之间的距离（径向间隙加上永

体121厚度）为2.0~3.5毫米；

定子铁芯21的槽口宽度A2为1.8~2.6毫米；

槽口高度A4为1.0~1.8毫米；

周向齿宽A1为4.0~6.5毫米；

定子铁芯21的轭部厚度A3为3.0~6.0毫米。

示例2：

在一种实施方案中，首先确定定子铁芯21的外径为120~125毫米，而后依据所期望的周向齿宽的范围将轮毂电机的定子齿和永磁体121的搭配关系选取为36槽32极，在此基础上，轮毂电机的各部件结构尺寸可以设置为：

导磁环11内侧与定子铁芯21外侧之间的距离为2.0~3.5毫米；

定子铁芯21的槽口宽度A2为1.8~2.6毫米；

槽口高度A4为1.0~1.8毫米；

周向齿宽A1为4.0~6.5毫米；

定子铁芯21的轭部厚度A3为3.0~6.0毫米。

示例3：

在一种实施方案中，首先确定定子铁芯21的外径为125~130毫米，而后依据所期望的周向齿宽的范围将轮毂电机的定子齿和永磁体121的搭配关系选取为36槽40极，在此基础上，轮毂电机的各部件结构尺寸可以设置为：

导磁环11内侧与定子铁芯21外侧之间的距离为2.0~3.5毫米；

定子铁芯21的槽口宽度A2为1.8~2.6毫米；

槽口高度A4为1.0~1.8毫米；

周向齿宽A1为4.0~6.5毫米；

定子铁芯21的轭部厚度A3为3.0~6.0毫米。

例如，也可以选择周向齿宽A1为5.0~6.0毫米，进一步地，可以将周向齿宽A1设定为5.5毫米。

例如，定子铁芯21的槽口宽度A2为1.8~2.2毫米，进一步地，定子铁芯21的槽口宽度A2为2.1毫米。

例如，定子铁芯21的轭部厚度A3为4.0~5.0毫米，进一步地，定子铁芯21的轭部厚度A3为4.3毫米。

例如，定子铁芯21的槽口高度A4为1.0~1.2毫米，进一步地，定子铁芯21的槽口高度A4为1.2毫米。

导磁环11的厚度可以设定为为6~9毫米，进一步地，可以设定为6.5~7毫米。

示例4：

在一种实施方案中，首先确定定子铁芯21的外径为130~135毫米，而后依据所期望的周向齿宽的范围将轮毂电机的定子齿和永磁体121的搭配关系选取为45槽40极，在此基础上，轮毂电机的各部件结构尺寸可以设置为：

导磁环11内侧与定子铁芯21外侧之间的距离为2.0~3.5毫米；

定子铁芯21的槽口宽度A2为1.8~2.6毫米；

槽口高度A4为1.0~1.8毫米；

周向齿宽A1为4.0~6.5毫米；

定子铁芯21的轭部厚度A3为3.0~6.0毫米。

由于在此涉及的定子铁芯21的尺寸较小且重量较轻，为了结构上的简化以及安装方便，可以设置将定子铁芯21直接地固定在电机主轴上，而舍弃传统轮毂电机所使用的支架和轴套。

通常定子铁芯21都由多种不同形状的铁芯片体叠压而成，在此，例如，至少部分铁芯片体直接固定在电机主轴上。

在一种设计方案中，绕组22可以利用铜线或铝线多股地并行卷绕，其中，每根铜线或铝线的直径可以处于0.45至0.65毫米的范围。

由图3能够清楚地看出，为了使得绕线能够更加规整，定子组件2还可以包括绝缘端板23，其分别设置在定子铁芯21轴向的两侧且共同地包裹所述定子齿211的端面，其中，所述绝缘端板上设置有数目对应于所述定子齿的数目的肋条，用以使得绕组22能够环绕所述绝缘端板的肋条。

在磁环12中，相邻的永磁体121之间可以设置有永磁体间隙（在此未示出），其中例如，所述永磁体间隙的大小不大于永磁体121的厚度。永磁体121之间设置一定的永磁体间隙一方面能够减少永磁体的用量从而节省成本，另一方面能够改善漏磁问题。

本申请所公开的轮毂电机还可以包括电机端盖（未示出），其在周向外侧通过螺纹连接与所述导磁环11固定（在图1中可以看到导磁环11周向上的螺纹孔），以及所述电机端盖的中心能够转动地支承在电机主轴上。

此外，基于本申请所公开的轮毂电机，本申请要公开了轮毂，其包括按照本申请任一实施例所公开的轮毂电机。并且，所述轮毂还可以包括设置在以上所述的轮毂电机外侧的轮辋圈，其与轮毂电机同轴地布置。在此，轮毂电机与轮辋圈之间可以通过连接机构、例如辐网或者辐条进行固定连接。

这种轮毂电机安装在车辆轴中间，周向外侧分布有辐条的设计方案非常适合使用轮毂电机的两轮单辙低速电动自行车。

Claims (13)

1.轮毂电机，包括：

定子组件（2），固定在电机主轴（100）上，且具有定子铁芯（21）和绕组（22），所述定子铁芯（21）的轴向长度和外径的比值处于0.20至0.35的范围之内，其中，沿所述定子铁芯（21）的周向均匀地设置有多个定子齿（211），分别在相邻的定子齿之间形成有定子槽（212），且所述绕组（22）环绕所述定子齿（211）地设置在定子槽（212）中；以及

转子组件（1），包括转子腔（12）和限定所述转子腔的导磁环（11），其中，所述定子组件（2）设置在所述转子腔（12）中，且多个永磁体（121）彼此相邻地、分别与所述定子齿（211）具有径向间隙地沿着所述导磁环（11）的内侧布置，

其中，所述绕组（22）通过通电产生通电磁场，所述通电磁场与所述多个永磁体的磁场相互作用，从而使得所述转子组件（1）能够相对于所述定子组件（2）转动。

2.按权利要求1所述的轮毂电机，其特征在于，所述定子齿（211）的周向齿宽（A1）的大小构造为相对于所述定子铁芯（21）的外径与所述定子齿（211）的数目之比具有倍数关系，其中，所述倍数关系处于0.3π至0.5π的范围之内。

3.按权利要求2所述的轮毂电机，其特征在于，所述定子槽（212）的槽口宽度（A2）、槽口高度(A4)以及所述定子铁芯（21）的轭部厚度（A3）如下地确定，包括：

所述槽口宽度（A2）构造为所述径向间隙与第一比例因子（α1）的乘积，且所述第一比例因子（α1）处于3.5至5的范围之内；

所述槽口高度（A4）构造为所述径向间隙与第二比例因子（α2）的乘积，且所述第二比例因子（α2）处于2至3.6的范围之内；以及

所述轭部厚度（A3）构造为所述周向齿宽（A1）与第三比例因子（α3）的乘积，且所述第三比例因子（α3）处于0.6至1.0的范围之内。

4.按上述权利要求3所述的轮毂电机，其特征在于，所述定子铁芯（21）的外径处于115至135毫米的范围内，且所述周向齿宽（A1）处于4.0至6.5毫米的范围内。

5.按权利要求中4所述的轮毂电机，其特征在于，所述定子铁芯（21）的外径处于125至130毫米的范围之内，所述轮毂电机的尺寸如下地设计，包括：

所述定子槽（212）或所述定子齿（211）的数目设定为36个且所述永磁体（121）的数目设定为40个；

所述槽口宽度（A2）处于1.8至2.6毫米的范围内；

所述槽口高度（A4）处于1.0至1.8毫米的范围内；以及

所述轭部厚度（A3）处于3.0至6.0毫米的范围内。

6.按权利要求中5所述的轮毂电机，其特征在于，所述永磁体（121）的厚度设置为2.0至3.0毫米的范围内和/或所述径向间隙设置为0.4至0.8毫米的范围内。

7.按权利要求5所述的轮毂电机，其特征在于，所述定子铁芯（21）由多种形状的铁芯片体叠压而成，其中，至少部分铁芯片体直接固定在电机主轴上。

8.按权利要求1所述的轮毂电机，其特征在于，所述绕组（22）利用铝线多股地并行卷绕，其中，每根铝线的直径处于0.45至0.65毫米的范围。

9.按权利要求1所述的轮毂电机，其特征在于，所述定子组件还包括绝缘端板（23），分别设置在所述定子铁芯（21）轴向的两侧且共同地包裹所述定子齿（211）的端面，其中，所述绝缘端板（23）上设置有数目对应于所述定子齿（211）的数目的肋条，并且绕组（22）能够环绕所述绝缘端板（23）的肋条。

10.按权利要求1所述的轮毂电机，其特征在于，相邻的永磁体（121）之间沿着所述导磁环（11）内侧设置有永磁体间隙，其中，所述永磁体（121）间隙的大小不大于所述永磁体（121）的厚度。

11.按权利要求1所述的轮毂电机，其特征在于，还包括电机端盖，所述电机端盖在周向外侧通过螺纹连接与所述导磁环（11）固定，其中，所述电机端盖的中心能够转动地支承在电机主轴（100）上。

12.轮毂，包括按权利要求1至11中任一项所述的轮毂电机和设置在所述轮毂电机外侧的、与所述轮毂电机同轴的轮辋圈，其中，所述轮毂电机与所述轮辋圈之间通过连接机构固定连接。

13.电动车，包括至少两个车轮，其中一个车轮安装按权利要求12所述的轮毂。

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