CN114204750B - 一种轮毂电机及其组装方法 - Google Patents

Abstract

一种轮毂电机，包括机壳，机壳内固定有主轴和第一定子，主轴上旋转设置有转子，转子的两个端面上均设置有沿转子的周向延伸的第一环形磁铁，转子的两侧对称设置有第二环形磁铁，第二环形磁铁与第一环形磁铁的相对面的磁极相同。本发明的转子上的第一环形磁铁和轴向两侧的第二环形磁铁形成轴向磁悬浮结构，使得转子在旋转过程中受到的轴向排斥力相互抵消，从根源上解决了转动过程中轴向力不平衡的问题，进而大幅降低了转子旋转过程中外缘与定子碰撞的几率，提高了电机转子在高速旋转时运行的可靠性，从而允许转子的铁芯布置在转子的外缘，增大了转子的转动惯量和储能密度。

Description

一种轮毂电机及其组装方法

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种轮毂电机及其组装方法。

背景技术

电机、电控、电池是新能源汽车的三大核心部件。轮毂电机是汽车驱动模式的颠覆性变革，近年来受到了业内的广泛关注。轮毂电机技术是将汽车的“动力、传动、制动”系统整合成为一套电机，直接植入汽车轮毂里驱动车轮，从而省去了减速箱、传动轴、差速器等大部分传动部件，显著地提升了传动效率，节约了用电量，降低了整车的重量。更加高效、节能、轻量化、小型化等优点，使轮毂电机技术成为全球汽车产业的发展方向，同时也将促进新能源汽车在智能化、动力传动、续航里程等领域的全面突破。

为了提高径向轮毂电机的转子的转动惯量，通常期望将转子的铁芯设置为尽可能靠近转子的外缘区域。但是，由于径向电机的转子相较于轴向电机，厚度更薄、直径更大，转子高速旋转过程中，其外缘容易产生振动，并且铁芯越接近转子的外缘，外缘的振动的幅度越大。过大的振幅将导致转子外缘摩擦、撞击定子的外缘，降低轮毂电机的可靠性。

因此，现有技术中转子的铁芯通常位于转子的内缘或者中心区域，牺牲一定的转动惯量来提高轮毂电机的可靠性；或者，增大转子和定子之间的气隙，但增大的气隙会降低磁场效率，导致电机效率降低，而且该方式无法从根源上解决转子振动的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轮毂电机及其组装方法，以解决现有技术中将径向轮毂电机的转子铁芯设置于转子外缘附近来增大转动惯量的方式将造成转子高速转动过程中出现振动，进而造成的转动惯量低，气隙大、电机效率低的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种轮毂电机，包括机壳，所述机壳内固定有主轴和第一定子，所述主轴上旋转设置有转子，所述转子的两个端面上均设置有沿转子的周向延伸的第一环形磁铁，所述转子的两侧对称设置有第二环形磁铁，所述第二环形磁铁与所述第一环形磁铁的相对面的磁极相同。

本技术方案中，轮毂电机为径向轮毂电机。径向电机由于沿轴向方向的厚度更薄，结构更加紧凑，成为了轮毂电机的一种主要结构。

与现有技术相同的是，本技术方案也包括机壳，以及容纳于机壳中的主轴、第一定子和转子，在第一定子的线圈通电后，转子围绕主轴旋转，旋转的转子直接或间接地连接轮毂安装盘，以将驱动力传递至轮毂。

现有技术中，为了提高径向轮毂电机的转子的转动惯量，转子铁芯将尽可能地设置在靠近转子外缘的区域，但正如前文所述，铁芯越靠近转子的外缘，转子外缘在转子高速旋转过程中产生的振幅越大，进而造成轮毂电机的不稳定，甚至损坏，而增大转子和定子间的气隙不仅未能从根源上解决碰撞问题，而且更大的气隙将降低电机效率。

为此，本技术方案在现有技术的基础上设置了轴向磁悬浮结构以稳定转子、减少转子沿轴向的振动，进而允许转子的铁芯设置在转子的外缘区域，形成转子中心更轻、外缘更重的重量分布，使得转子能够安全地、稳定地保持高转动惯量。

具体地，本技术方案中，在转子沿轴向的两个端面上分别设置有至少一个第一环形磁铁，第一环形磁铁沿转子的周向延伸形成环状结构，且其中轴线与转子的中轴线共线。在转子的轴向两侧还对称设置有第二环形磁铁，转子两侧的第二环形磁铁的数量可以相同，也可以不同。两侧的环形磁铁的位置与第一环形磁铁的位置相对应，且第二环形磁铁面向第一环形磁铁的面的磁极与第一环形磁铁面向第二环形磁铁的面的磁极相同，使得转子在转动过程中，第二环形磁铁始终与第一环形磁铁相互排斥，由于排斥力相等，因此转子受到的轴向排斥力相互抵消，解决了转动过程中不平衡轴向力的问题。

通过上述设置，转子上的第一环形磁铁和轴向两侧的第二环形磁铁形成轴向磁悬浮结构，使得转子在旋转过程中受到的轴向排斥力相互抵消，从根源上解决了转动过程中轴向力不平衡的问题，进而大幅降低了转子旋转过程中外缘与定子碰撞的几率，提高了电机转子在高速旋转时运行的可靠性，从而允许转子的铁芯布置在转子的外缘，增大了转子的转动惯量和储能密度，同时，轴向磁悬浮结构还减小了转子与主轴之间的轴承的承受力，延长了轴承的使用寿命。

进一步地，所述转子上设置有转子铁芯，所述转子铁芯的端面上设置有凹槽，所述凹槽内安装有转子磁铁，所述转子铁芯靠近转子的外缘；所述第一定子包括与所述转子磁铁对应的第一定子铁芯，所述第一定子铁芯上设置有第一定子绕组。本技术方案中，转子上设置的转子铁芯上开设有若干凹槽，若干凹槽优选沿转子的周向均匀分布。凹槽内填充有转子磁铁与设置有第一定子绕组的第一定子铁芯相对应，以使得第一定子绕组通入电流后，转子能够围绕主轴旋转。

由于采用了轴向磁悬浮结构，本技术方案中，可以将转子铁芯设置在靠近转子外缘的区域，以使得转子沿径向方向形成内轻外重的重量分布，进而提高转子的转动惯量，在储能过程中亦能增加其储能密度。在一个或多个实施例中，转子自身可以采用重量更轻的碳纤维复合材料制成。

进一步地，所述第一环形磁铁的内径大于所述转子铁芯的外径。通过将第一环形磁铁设置在转子铁芯的外侧，能够进一步降低转子边缘在转动过程中的振动，提高转子旋转的稳定性。优选地，所述第一环形磁铁的直径为转子直径的0.90～0.98倍。

进一步地，所述第一环形磁铁面向所述第二环形磁铁的端面为第一凸面，所述第二环形磁铁面向所述第一环形磁铁的端面为与所述第一凸面相匹配的第一凹面；或者，所述第一环形磁铁面向所述第二环形磁铁的端面为第二凹面，所述第二环形磁铁面向所述第一环形磁铁的端面为与所述第二凹面相匹配的第二凸面。本技术方案中，第一环形磁铁面向第二环形磁铁的端面为凹面或者凸面，第二环形磁铁面向第一环形磁铁的端面为相匹配的凸面或者凹面，相匹配的凸面和凹面使得转子的受力更加集中，转子的左右、上下受力对称，进一步抑制了转子转动过程中外缘的振动，提高了转子旋转的稳定性，同时进一步减小了转子轴承的承受力。

进一步地，所述机壳内固定有对称设置于所述转子两侧的第一支架和第二支架，所述第一支架用于安装第一定子、以及位于所述转子一侧的第二环形磁铁，所述第二支架用于安装位于所述转子另一侧的第二环形磁铁。本技术方案中，第二环形磁铁分别固定于转子轴向两侧的第一支架和第二支架上。第一支架上除了设置第二环形磁铁外，还用于固定第一定子，将第一定子绕组装入第一定子铁芯后，将第一定子铁芯安装在第一支架上。第一定子产生的热量将通过第一支架导热至机壳，避免第一定子上出现局部过热。

作为本发明的一种优选结构，轮毂电机采用双定子结构。具体地，所述第二支架上还设置有第二定子，所述第二定子包括与所述转子磁铁对应的第二定子铁芯，所述第二定子铁芯上设置有第二定子绕组。第二定子的结构与第一定子的结构相似，同样是在第二定子铁芯上设置有第二定子绕组，并将第二定子铁芯装入至第二支架上设置的凹槽中。

除了利用第二支架对第二定子进行散热以外，双定子结构使得转子沿定子旋转，而不是在定子的内部转动，因此飞轮转子的直径能够进一步增大。在轮毂电机处于驱动状态下时，两个定子上的有功电流所产生的电磁转矩共同作用于转子做机械功，因为扭矩等于力乘以半径，轴向磁通电机可以在相同的力下获得更大的扭矩，输出转矩大、输出功率高；在轮毂电机处于储能状态下时，转子在旋转过程中，两个定子能够同时输出感应电压、输出效率高。此外，双定子结构、转子磁铁、第一环形磁铁和第二环形磁铁在电机内部形成轴向磁通，使得轴向磁通电机相对传统的径向电机可以提供30％的扭矩密度优势。

进一步地，所述第一支架、第二支架的原料按照重量份计，包括以下组分：碳纤维25～35份、聚醚醚酮树脂40～45份、石墨粉20～25份、酚醛树脂3-10份、二硫化钼2～5份、硬脂酸钙1～3份、偶联剂0.2～3份。本技术方案中，第一、第二支架均采用上述石墨碳纤维复合材料制成，通过将定子铁芯压铸在支架内，导热和散热性能好，温度分布均匀、无局部过热点的特点，解决了电机在超高速运行时永磁体退磁的问题。

作为本发明的另一种优选结构，所述轮毂电机还包括离合器组件，所述离合器组件包括从内至外依次套装在所述主轴上的第四定子、第二从动转子、主动转子、第三定子和第一从动转子，其中，所述主动转子固定连接至所述转子，所述第一从动转子用于在所述第三定子通电时与所述主动转子同步转动，所述第二从动转子用于在所述第四定子通电时与所述主动转子同步转动。

本技术方案中，当第一定子、第二定子通电驱动转子旋转时，第三定子绕组也通电，使得主动转子和第一从动转子吸合，由于主动转子与转子固定连接，因此在转子的旋转驱动下，第一从动转子随主动转子同步转动，而第二从动转子空转，此时离合器组件处于第一联动状态，第一从动转子通过变速装置的行星齿轮组驱动齿圈、轮毂安装盘转动，轮毂电机处于驱动状态。当定子线圈不通电时，第三定子绕组断电，第四定子绕组通电，使得主动转子和第二从动转子吸合，惯性转动的齿圈将通过变速装置的行星齿轮组提高传动比后驱动第二从动转子转动，主动转子随第二从动转子同步转动，而第一从动转子空转，此时离合器组件处于第二联动状态，轮毂电机处于储能状态，此时转子高速旋转储能，当存储的能量超过飞轮转子的储能密度后，飞轮转子持续高速旋转，电机第一定子、第二定子上产生高效电能经逆变器转变成直流电后回充给动力电池。

本技术方案中，在储能状态过程中，车轮转动的机械能经齿圈、离合装置传递给转子，整个过程属于机械能到机械能的转变，且在驱动状态下转子便处于高速旋转状态下，因而其能够更快地超过其储能密度，能量转化过程的损耗小，能量转化效率高，彻底解决了传统能量回收系统在向储能状态转变时存在的定子铁芯的剩余磁场造成的发电延迟的问题；不仅如此，由储能状态切换到驱动状态时，由于转子始终处于高速转动的过程中，因而能够首先利用转子的转动能量驱动齿圈，实现了起步助力的功能，有效地提高了电动车的续航能力。

作为本发明的又一种优选结构，所述轮毂电机还包括变速器组件，所述变速器组件包括套设于所述主轴上的行星架，所述行星架上从外至内依次设置有第一行星轮组、第二行星轮组和第三行星轮组，其中：所述第一行星轮组包括第一行星轮，所述第一行星轮与齿圈啮合，所述齿圈上连接有轮毂安装盘，第一行星轮上连接有第一转动轴，所述第一转动轴活动贯穿所述行星架且连接有第二行星轮，所述第二行星轮的直径大于所述第一行星轮的直径；所述第二行星轮组包括与所述第二行星轮啮合的第三行星轮，所述第三行星轮上连接有第二转动轴，所述第二转动轴活动贯穿所述行星架且连接有第四行星轮，所述第四行星轮的直径大于所述第三行星轮的直径，第二转动轴上还设置有与所述第三行星轮同步转动的太阳轮，所述太阳轮与所述第一从动转子啮合；所述第三行星轮组包括与所述第四行星轮啮合的第五行星轮，所述第五行星轮上连接有第三转动轴，所述第三转动轴活动贯穿所述行星架且连接有第六行星轮，所述第六行星轮的直径大于所述第五行星轮的直径，所述第六行星轮与所述第二从动转子啮合。

轮毂电机在驱动状态下，第一从动转子随主动转子转动过程中，通过相啮合的太阳齿轮带动第二行星轮组转动，第二行星轮组传动至第一行星轮组，第一行星轮组带动齿圈转动，此时第二行星轮组传动至第三行星轮组，第三行星轮组带动第二从动转子空转。

轮毂电机在储能状态下，齿圈带动第一行星轮组转动，第一行星轮组带动第二行星轮组转动，第二行星轮组带动第三行星轮组转动，第三行星轮组通过第二从动转子上的齿圈带动第二从动转子转动，主动转子随第二从动转子同步转动，此时，第二行星轮组传动至太阳齿轮，所述太阳齿轮带动第一从动转子空转。

本技术方案采用双向多级变速器组件，电机在驱动输出时改变传动比，满足不同行驶条件对牵引力的需要，在能量回收时增加输入传动比以大幅提高飞轮转子的转速，提高能量回收效率；同时，该变速装置的调速范围宽，能够满足电动车快速启动、加速、负荷爬坡等要求，高速运行输出恒定功率，有较大的调速范围，满足平坦的路面、超车等高速行驶的要求。

本发明还提供一种轮毂电机的组装方法，包括以下步骤：

将第一定子绕组装入第一定子铁芯内，将第一定子铁芯、第二环形磁铁安装在第一支架上，将第一支架固定安装于机壳内；

将主轴安装在机壳上，再将转子旋转安装于所述主轴上，使得转子的第一环形磁铁正对第一支架上的第二环形磁铁；

将第二定子绕组装入第二定子铁芯内，将第二定子铁芯、第二环形磁铁安装在第二支架上，将第二支架安装于机壳内，使第二支架上的第二环形磁铁正对转子的第一环形磁铁；

将离合器组件、变速器组件传动装配于所述主轴上；

安装端盖，在变速器组件上安装轮毂安装盘。

本技术方案装配得到的轴向磁通轮毂电机具有精度高、响应快、加速度大、转矩波动小、过载能力高、机械集成度高、电机结构材料利用率高等优点，在实际生产中有很高的使用价值。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明的转子上的第一环形磁铁和轴向两侧的第二环形磁铁形成轴向磁悬浮结构，使得转子在旋转过程中受到的轴向排斥力相互抵消，从根源上解决了转动过程中轴向力不平衡的问题，进而大幅降低了转子旋转过程中外缘与定子碰撞的几率，提高了电机转子在高速旋转时运行的可靠性，从而允许转子的铁芯布置在转子的外缘，增大了转子的转动惯量和储能密度，同时，轴向磁悬浮结构还减小了转子与主轴之间的轴承的承受力，延长了轴承的使用寿命；

2、本发明采用的双定子结构在轮毂电机处于驱动状态下时，两个定子上的有功电流所产生的电磁转矩共同作用于转子做机械功，因为扭矩等于力乘以半径，轴向磁通电机可以在相同的力下获得更大的扭矩，输出转矩大、输出功率高；在轮毂电机处于储能状态下时，转子在旋转过程中，两个定子能够同时输出感应电压、输出效率高；

3、本发明的双定子结构、转子磁铁、第一环形磁铁和第二环形磁铁在电机内部形成轴向磁通，使得轴向磁通电机相对传统的径向电机可以提供30％的扭矩密度优势；

4、本发明的轮毂电机在储能状态过程中，车轮转动的机械能经齿圈、离合装置传递给转子，整个过程属于机械能到机械能的转变，且在驱动状态下转子便处于高速旋转状态下，因而其能够更快地超过其储能密度，能量转化过程的损耗小，能量转化效率高，彻底解决了传统能量回收系统在向储能状态转变时存在的定子铁芯的剩余磁场造成的发电延迟的问题；不仅如此，由储能状态切换到驱动状态时，由于转子始终处于高速转动的过程中，因而能够首先利用转子的转动能量驱动齿圈，实现了起步助力的功能，有效地提高了电动车的续航能力；

5、本发明的轮毂电机采用双向多级变速器组件，电机在驱动输出时改变传动比，满足不同行驶条件对牵引力的需要，在能量回收时增加输入传动比以大幅提高飞轮转子的转速，提高能量回收效率；同时，该变速装置的调速范围宽，能够满足电动车快速启动、加速、负荷爬坡等要求，高速运行输出恒定功率，有较大的调速范围，满足平坦的路面、超车等高速行驶的要求；

6、本发明的第一支架、第二支架采用石墨碳纤维复合材料制成，通过将定子铁芯压铸在支架内，导热和散热性能好，温度分布均匀、无局部过热点的特点，解决了电机在超高速运行时永磁体退磁的问题；

7、本发明的转子采碳纤维复合材料制成，不仅具有耐高温的特点，而且质量更大的转子铁芯靠近转子的外缘，转子靠近主轴的中心区域为碳纤维复合材料，形成了内轻外重的重量分布，进一步提高了转子的转动惯量和储能密度，同时，转子磁铁从转子铁芯的径向安装，安装方便，并且减小了轴向有效气隙，提高了气隙磁密，减少了永磁体材料的用量；此外，采用碳纤维复合材料包裹转子，能够提高电机的机械强度和散热性能，减轻了轮毂电机的整体重量，解决了簧下质量对整车舒适性和操控性的影响。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例中轮毂电机的剖面结构示意图；

图2为本发明具体实施例中转子的端面结构示意图；

图3为本发明具体实施例中第一定子的端面结构示意图；

图4为本发明具体实施例中离合器组件的剖面结构示意图；

图5为本发明具体实施例中变速器组件的剖面结构示意图；

图6为本发明具体实施例中轮毂电机的磁路结构图；

图7为本发明具体实施例中轮毂电机的组装方法的流程框图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-机壳，2-主轴，3-转子，4-转子铁芯，5-转子磁铁，6-第一环形磁铁，7-第一支架，8-第二支架，9-第二环形磁铁，11-第一定子铁芯，12-第一定子绕组，13-第二定子铁芯，14-第二定子绕组，15-齿圈，16-轮毂安装盘，17-行星架；

201-主动转子，202-第一从动转子，203-第二从动转子，204-稀土磁铁，205-第三定子铁芯，206-第三励磁线圈，207-第四定子铁芯，208-第四励磁线圈，209-第一轴承；

301-太阳轮，302-第一行星轮，303-第二行星轮，304-第三行星轮，305-第四行星轮，306-第五行星轮，307-第六行星轮，308-第二转动轴，309-第二轴承，310-第一转动轴，311-第三轴承，312-第四轴承，313-第五轴承，314-第三转动轴。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1：

如图1至图3所示的一种轮毂电机，包括机壳1，所述机壳1内固定有主轴2和第一定子，所述主轴2上旋转设置有转子3，所述转子3的两个端面上均设置有沿转子3的周向延伸的第一环形磁铁6，所述转子3的两侧对称设置有第二环形磁铁9，所述第二环形磁铁9与所述第一环形磁铁6的相对面的磁极相同；所述转子3上设置有转子铁芯4，所述转子铁芯4的端面上设置有凹槽，所述凹槽内安装有转子磁铁5，所述转子铁芯4靠近转子3的外缘；所述第一定子包括与所述转子磁铁5对应的第一定子铁芯11，所述第一定子铁芯11上设置有第一定子绕组12。

在部分实施例中，所述第一环形磁铁6的内径大于所述转子铁芯4的外径。优选地，所述第一环形磁铁的直径为转子直径的0.90～0.98倍。

在一个或多个实施例中，转子的一个端面上的第一环形磁铁可以有多个，多个第一环形磁铁按照同心圆的形式排列，第二环形磁铁的数量和排列方式与第一环形磁铁相对应。

在部分实施例中，所述第一环形磁铁6面向所述第二环形磁铁9的端面为第一凸面，所述第二环形磁铁9面向所述第一环形磁铁6的端面为与所述第一凸面相匹配的第一凹面；或者，所述第一环形磁铁6面向所述第二环形磁铁9的端面为第二凹面，所述第二环形磁铁9面向所述第一环形磁铁6的端面为与所述第二凹面相匹配的第二凸面。在一个或多个实施例中，如图1所示，所述端面的凸起或凹陷为横截面为三角形的锥度结构。

本实施例中，转子上的第一环形磁铁和轴向两侧的第二环形磁铁形成轴向磁悬浮结构，使得转子在旋转过程中受到的轴向排斥力相互抵消，从根源上解决了转动过程中轴向力不平衡的问题，进而大幅降低了转子旋转过程中外缘与定子碰撞的几率，提高了电机转子在高速旋转时运行的可靠性，从而允许转子的铁芯布置在转子的外缘，增大了转子的转动惯量和储能密度，同时，轴向磁悬浮结构还减小了转子与主轴之间的轴承的承受力，延长了轴承的使用寿命。

在部分实施例中，所述碳纤维复合转子的原料按重量份计，包括以下组分：聚甲醛树脂50～85份、碳纤维短切5～20份、二硫化钼5～20份、硬脂酸钙1～3份、偶联剂0.1-2份，酚醛树脂1～10份。在制备所述转子时，首先将碳纤维长丝切割为碳纤维短切，之后将碳纤维短切放入电炉中加热，冷却后用酚醛树脂和偶联剂的溶液涂覆碳纤维短切，晾干后备用；接下来，将表面处理后的碳纤维短切加入双螺杆造粒机，将其他原料按比例充分混匀后通入双螺杆造粒机中造粒烘干；之后，将转子磁铁沿转子铁芯的径向装入凹槽中，放入模具进行注塑成型，得到碳纤维复合转子主体；最后，将第一环形磁铁安装在转子主体的左右两边，得到碳纤维复合转子。该碳纤维复合转子不仅具有耐高温的特点，而且质量更大的转子铁芯靠近转子的外缘，转子靠近主轴的中心区域为碳纤维复合材料，形成了内轻外重的重量分布，进一步提高了转子的转动惯量和储能密度，同时，转子磁铁从转子铁芯的径向安装，安装方便，并且减小了轴向有效气隙，提高了气隙磁密，减少了永磁体材料的用量；此外，采用碳纤维复合材料包裹转子，能够提高电机的机械强度和散热性能，减轻了轮毂电机的整体重量，解决了簧下质量对整车舒适性和操控性的影响。

实施例2：

在实施例1的基础上，如图1至图3所示，所述机壳1内固定有对称设置于所述转子3两侧的第一支架7和第二支架8，所述第一支架7用于安装第一定子、以及位于所述转子3一侧的第二环形磁铁9，所述第二支架8用于安装位于所述转子3另一侧的第二环形磁铁9；所述第二支架8上还设置有第二定子，所述第二定子包括与所述转子磁铁5对应的第二定子铁芯13所述第二定子铁芯13上设置有第二定子绕组14。

本实施例中，双定子结构使得转子沿定子旋转，而不是在定子的内部转动，因此飞轮转子的直径能够进一步增大。同时，在轮毂电机处于驱动状态下时，两个定子上的有功电流所产生的电磁转矩共同作用于转子做机械功，因为扭矩等于力乘以半径，轴向磁通电机可以在相同的力下获得更大的扭矩，输出转矩大、输出功率高；在轮毂电机处于储能状态下时，转子在旋转过程中，两个定子能够同时输出感应电压、输出效率高。不仅如此，如图6所示，双定子结构、转子磁铁、第一环形磁铁和第二环形磁铁在电机内部形成轴向磁通，这种轴向磁通使得轮毂电机相对传统的径向电机可以提供30％的扭矩密度优势。

在部分实施例中，第一、第二支架均采用石墨碳纤维复合材料制成，通过将定子铁芯压铸在支架内，导热和散热性能好，温度分布均匀、无局部过热点的特点，解决了电机在超高速运行时永磁体退磁的问题。在一个或多个实施例中，第一支架7、第二支架8的原料按照重量份计，包括以下组分：碳纤维25～35份、聚醚醚酮树脂40～45份、石墨粉20～25份、酚醛树脂3-10份、二硫化钼2～5份、硬脂酸钙1～3份、偶联剂0.2～3份。

实施例3：

在上述实施例的基础上，如图4所示，所述轮毂电机还包括离合器组件，所述离合器组件包括从内至外依次套装在所述主轴2上的第四定子、第二从动转子203、主动转子201、第三定子和第一从动转子202，其中，所述主动转子201固定连接至所述转子3，所述第一从动转子202用于在所述第三定子通电时与所述主动转子201同步转动，所述第二从动转子203用于在所述第四定子通电时与所述主动转子201同步转动。

在储能状态过程中，车轮转动的机械能经齿圈、离合装置传递给转子，整个过程属于机械能到机械能的转变，且在驱动状态下转子便处于高速旋转状态下，因而其能够更快地超过其储能密度，能量转化过程的损耗小，能量转化效率高，彻底解决了传统能量回收系统在向储能状态转变时存在的定子铁芯的剩余磁场造成的发电延迟的问题；不仅如此，由储能状态切换到驱动状态时，由于转子始终处于高速转动的过程中，因而能够首先利用转子的转动能量驱动齿圈，实现了起步助力的功能，有效地提高了电动车的续航能力。

实施例4：

在上述实施例的基础上，如图5所示，所述轮毂电机还包括变速器组件，所述变速器组件包括套设于所述主轴2上的行星架17，所述行星架17上从外至内依次设置有第一行星轮组、第二行星轮组和第三行星轮组，其中：

所述第一行星轮组包括第一行星轮302，所述第一行星轮302与齿圈15啮合，所述齿圈15上连接有轮毂安装盘16，第一行星轮302上连接有第一转动轴310，所述第一转动轴310活动贯穿所述行星架17且连接有第二行星轮303，所述第二行星轮303的直径大于所述第一行星轮302的直径；

所述第二行星轮组包括与所述第二行星轮303啮合的第三行星轮304，所述第三行星轮304上连接有第二转动轴308，所述第二转动轴308活动贯穿所述行星架17且连接有第四行星轮305，所述第四行星轮305的直径大于所述第三行星轮304的直径，第二转动轴308上还设置有与所述第三行星轮304同步转动的太阳轮301，所述太阳轮301与所述第一从动转子202啮合；

所述第三行星轮组包括与所述第四行星轮305啮合的第五行星轮306，所述第五行星轮306上连接有第三转动轴314，所述第三转动轴314活动贯穿所述行星架17且连接有第六行星轮307，所述第六行星轮307的直径大于所述第五行星轮306的直径，所述第六行星轮307与所述第二从动转子203啮合。

轮毂电机在驱动状态下，第一从动转子随主动转子转动过程中，通过相啮合的太阳齿轮带动第二行星轮组的转动，通过第三行星轮304和第二行星轮303的啮合，第二行星轮组和传动至第一行星轮组，第一行星轮组的第一行星轮302带动齿圈15转动，与此同时，通过第四行星轮305和第五行星轮306的啮合，第二行星轮组传动至第三行星轮组，第三行星轮组的第六行星轮307带动第二从动转子空转。

轮毂电机在储能状态下，齿圈15带动第一行星轮组的第一行星轮302转动，通过第二行星轮303和第三行星轮304的啮合，第一行星轮组带动第二行星轮组转动，通过第四行星轮305和第五行星轮306的啮合，第二行星轮组带动第三行星轮组转动，第三行星轮组的第六行星轮307通过第二从动转子上的齿圈带动第二从动转子转动，主动转子随第二从动转子同步转动，与此同时，第二转动轴上连接的太阳轮301带动第一从动转子空转。

实施例5：

如图7所示的一种轮毂电机的组装方法，包括以下步骤：

将第一定子绕组装入第一定子铁芯内，将第一定子铁芯、第二环形磁铁安装在第一支架上，将第一支架固定安装于机壳内；

将主轴安装在机壳上，再将转子旋转安装于所述主轴上，使得转子的第一环形磁铁正对第一支架上的第二环形磁铁；

将第二定子绕组装入第二定子铁芯内，将第二定子铁芯、第二环形磁铁安装在第二支架上，将第二支架安装于机壳内，使第二支架上的第二环形磁铁正对转子的第一环形磁铁；

将离合器组件、变速器组件传动装配于所述主轴上；

安装端盖，在变速器组件上安装轮毂安装盘。

本文中所使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”等(例如第一定子、第二定子、第三定子、第四定子，第一从动转子、第二从动转子等)只是为了描述清楚起见而对相应部件进行区别，不旨在限制任何次序或者强调重要性等。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以使经由其他部件间接相连。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种轮毂电机，包括机壳(1)，所述机壳(1)内固定有主轴(2)和第一定子，所述主轴(2)上旋转设置有转子(3)，其特征在于，所述转子(3)的两个端面上均设置有沿转子(3)的周向延伸的第一环形磁铁(6)，所述转子(3)的两侧对称设置有第二环形磁铁(9)，所述第二环形磁铁(9)与所述第一环形磁铁(6)的相对面的磁极相同；所述第一环形磁铁(6)面向所述第二环形磁铁(9)的端面为第一凸面，所述第二环形磁铁(9)面向所述第一环形磁铁(6)的端面为与所述第一凸面相匹配的第一凹面；或者，所述第一环形磁铁(6)面向所述第二环形磁铁(9)的端面为第二凹面，所述第二环形磁铁(9)面向所述第一环形磁铁(6)的端面为与所述第二凹面相匹配的第二凸面；所述转子(3)沿径向方向形成内轻外重的重量分布；

所述轮毂电机还包括离合器组件，所述离合器组件包括从内至外依次套装在所述主轴(2)上的第四定子、第二从动转子(203)、主动转子(201)、第三定子和第一从动转子(202)，其中，所述主动转子(201)固定连接至所述转子(3)，所述第一从动转子(202)用于在所述第三定子通电时与所述主动转子(201)同步转动，所述第二从动转子(203)用于在所述第四定子通电时与所述主动转子(201)同步转动；

所述轮毂电机还包括变速器组件，所述变速器组件包括套设于所述主轴(2)上的行星架(17)，所述行星架(17)上从外至内依次设置有第一行星轮组、第二行星轮组和第三行星轮组，其中：

所述第一行星轮组包括第一行星轮(302)，所述第一行星轮(302)与齿圈(15)啮合，所述齿圈(15)上连接有轮毂安装盘(16)，第一行星轮(302)上连接有第一转动轴(310)，所述第一转动轴(310)活动贯穿所述行星架(17)且连接有第二行星轮(303)，所述第二行星轮(303)的直径大于所述第一行星轮(302)的直径；

所述第二行星轮组包括与所述第二行星轮(303)啮合的第三行星轮(304)，所述第三行星轮(304)上连接有第二转动轴(308)，所述第二转动轴(308)活动贯穿所述行星架(17)且连接有第四行星轮(305)，所述第四行星轮(305)的直径大于所述第三行星轮(304)的直径，第二转动轴(308)上还设置有与所述第三行星轮(304)同步转动的太阳轮(301)，所述太阳轮(301)与所述第一从动转子(202)啮合；

所述第三行星轮组包括与所述第四行星轮(305)啮合的第五行星轮(306)，所述第五行星轮(306)上连接有第三转动轴(314)，所述第三转动轴(314)活动贯穿所述行星架(17)且连接有第六行星轮(307)，所述第六行星轮(307)的直径大于所述第五行星轮(306)的直径，所述第六行星轮(307)与所述第二从动转子(203)啮合。

2.根据权利要求1所述的一种轮毂电机，其特征在于，所述转子(3)上设置有转子铁芯(4)，所述转子铁芯(4)的端面上设置有凹槽，所述凹槽内安装有转子磁铁(5)，所述转子铁芯(4)靠近转子(3)的外缘；所述第一定子包括与所述转子磁铁(5)对应的第一定子铁芯(11)，所述第一定子铁芯(11)上设置有第一定子绕组(12)。

3.根据权利要求2所述的一种轮毂电机，其特征在于，所述第一环形磁铁(6)的内径大于所述转子铁芯(4)的外径。

4.根据权利要求1所述的一种轮毂电机，其特征在于，所述机壳(1)内固定有对称设置于所述转子(3)两侧的第一支架(7)和第二支架(8)，所述第一支架(7)用于安装第一定子、以及位于所述转子(3)一侧的第二环形磁铁(9)，所述第二支架(8)用于安装位于所述转子(3)另一侧的第二环形磁铁(9)。

5.根据权利要求4所述的一种轮毂电机，其特征在于，所述第二支架(8)上还设置有第二定子，所述第二定子包括与所述转子磁铁(5)对应的第二定子铁芯(13)，所述第二定子铁芯(13)上设置有第二定子绕组(14)。

6.根据权利要求4所述的一种轮毂电机，其特征在于，所述第一支架(7)、第二支架(8)的原料按照重量份计，包括以下组分：碳纤维25～35份、聚醚醚酮树脂40～45份、石墨粉20～25份、酚醛树脂3-10份、二硫化钼2～5份、硬脂酸钙1～3份、偶联剂0.2～3份。

7.根据权利要求1所述的一种轮毂电机的组装方法，其特征在于，包括以下步骤：

将第一定子绕组装入第一定子铁芯内，将第一定子铁芯、第二环形磁铁安装在第一支架上，将第一支架固定安装于机壳内；

将主轴安装在机壳上，再将转子旋转安装于所述主轴上，使得转子的第一环形磁铁正对第一支架上的第二环形磁铁；

将第二定子绕组装入第二定子铁芯内，将第二定子铁芯、第二环形磁铁安装在第二支架上，将第二支架安装于机壳内，使第二支架上的第二环形磁铁正对转子的第一环形磁铁；

将离合器组件、变速器组件传动装配于所述主轴上；

安装端盖，在变速器组件上安装轮毂安装盘。