CN115765245A - 一种u极轮毂电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种U极轮毂电机，涉及轮毂电机技术领域。该U极轮毂电机，包括呈左右相对的左端盖、右端盖、绕组三相线以及旋转编码器线。本发明，采用U型磁路结构，磁钢外表面与气隙之间有软磁材料制成的转子铁芯保护，转子交(q轴)、直轴(d轴)磁路不对称，直轴的等效所隙较交轴更大，即电机的凸极率Lq/Lq大于1，易于弱磁扩速，提高电机的恒功率运行范围，不对称的凸极效应所产生的磁阻转矩有助于提高电机的功率密度和过载能力，而且有利于弱磁扩，提高电机的恒功率运行范围，拓宽效率平台，磁钢嵌入于转子铁芯第一安装槽、第二安装槽内，转子总成结构更加牢固，旋转变压器检测转子总成角度位置，环境适应性强、响应速度快、可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及轮毂电机技术领域，具体为一种U极轮毂电机。
背景技术
轮毂电机即是在车轮内装电机，它的最大特点就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂上，因此将电动车辆的机械部分大大简化，随着电动车的大量普及以及国家相关法规不断完善，对动力需求更大，更节能，功率密度更高，轻量化，科技智能化。目前，行业内常见的是表贴式轮毂电机，磁钢直接面对气隙磁场，非常容易退磁，从而导致其效率平台窄、能耗高、转矩脉动大，且表贴式结构使得轮毂电机过载系数低，已无法满足未来电动车动力的需求，需要针对目前常见的轮毂电机效率平台窄、能耗高、转矩脉动大以及过载系数低的问题对轮毂电机结构进行改进。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种U极轮毂电机，解决了行业内常见的表贴式轮毂电机效率平台窄、能耗高、转矩脉动大以及过载系数低的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种U极轮毂电机，包括呈左右相对的左端盖、右端盖、绕组三相线以及旋转编码器线，所述左端盖、右端盖相对的一侧之间设置有定子总成和转子总成，所述定子总成与转子总成之间设置有气隙，所述转子总成包括轮毂壳体、转子铁芯以及多组磁钢，所述轮毂壳体固定连接在左端盖、右端盖圆周外壁，所述转子铁芯固定连接在轮毂壳体内侧壁，所述转子铁芯内部设置有呈左右贯通的通孔，所述转子铁芯与轮毂壳体之间设置有扭矩传递结构，所述转子铁芯内壁设置有多组呈左右贯通的第二安装槽，所述转子铁芯圆周内侧壁设置有多组呈左右贯通的第一安装槽，多组所述第一安装槽朝向转子铁芯中心的一端均与转子铁芯通孔内侧壁贯通，多组所述第一安装槽、第二安装槽均以转子铁芯中心为圆心呈圆周等分状分布且每组第二安装槽设置在相邻的两组第一安装槽之间，所述第二安装槽与相邻的两组第一安装槽形成U 型结构，多组所述第一安装槽、第二安装槽内侧壁均设置有磁钢，所述U型结构与该U型结构中的磁钢组成U型磁极，采用U型磁极，磁钢面对气隙之间有软磁材料的转子铁芯保护，使得q轴电感大于d轴电感，从而获得较大的凸极率，不对称的凸极效应所产生的磁阻转矩有助于提高电机的功率密度和过载能力，而且有利于弱磁扩，提高电机的恒功率运行范围，拓宽效率平台所述磁钢与第一安装槽之间以及磁钢与第二安装槽之间均设置有隔磁桥，隔磁桥大大减少了磁漏的情况，磁钢嵌入于转子铁芯第一安装槽、第二安装槽内，转子总成结构更加牢固，避免了磁钢在高速运动时脱落，易于提高电动机高速旋转的安全性；
所述定子总成包括转轴、旋转变压器、定子支架、定子铁芯以及电源线，所述转轴转动连接在左端盖、右端盖之间且两端分别贯穿左端盖、右端盖后朝左右两侧延伸，所述转轴内壁设置有斜孔，所述斜孔一端口部位于左端盖、右端盖之间且另一端口部位于左端盖左侧，所述定子支架固定连接在转轴外壁且位于左端盖、右端盖之间，所述定子铁芯固定连接在定子支架外壁且位于转子铁芯通孔内侧，所述定子铁芯圆周外壁设置有多组定子槽，多组所述定子槽均以定子铁芯中心为圆心呈圆周等分分布，；
所述旋转变压器设置在转轴与右端盖之间，所述旋转变压器由呈转动连接的固定部分和旋转部分组成，所述旋转变压器固定部分与转轴固定连接且位于定子支架与右端盖之间，所述旋转变压器旋转部分与右端盖左侧壁固定连接，所述转子总成通过旋转变压器检查旋转角度，所述电源线固定连接在旋转变压器固定部分侧壁，所述电源线远离旋转变压器的一端贯穿转轴中的斜孔并伸出至左端盖左侧，所述电源线伸出至左端盖左侧的一端与旋转编码器线电连接，所述电源线与斜孔内侧壁之间设置有防水结构，转子总成通过旋转变压器检查旋转角度，采用旋转变压器来检测转子总成位置，其环境适应性强、响应速度快、可靠性高。
优选的，所述定子槽数量与U型磁极对数可以是54/30、54/28、36/21、 36/20中任一种。
优选的，所述转子铁芯采用卷绕成型、分段拼装成型中的任一种加工方式制成。
优选的，所述轮毂壳体材质是铝合金、工程塑料中任一种。
优选的，所述转子铁芯、定子铁芯材质为软磁材料，所述定子支架材质是铝合金或者钢中任一种。
优选的，所述转子铁芯壁厚为3-20mm,所述转子铁芯外径为225-300mm。
优选的，所述磁钢的厚度为1.5-5mm。
优选的，所述定子铁芯外径为208-265mm。
优选的，所述扭矩传递结构包括多组梨型槽，多组所述梨型槽均以转子铁芯圆心为中心呈圆周等分状分布在转子铁芯圆周外壁，所述梨型槽内侧壁与轮毂壳体之间灌注有固定胶，所述转子铁芯与轮毂壳体之间通过多组梨型槽、固定胶进行扭矩传递，转子铁芯与轮毂壳体装配后，采用灌胶形式通过梨型槽布满整个转子总成，使得转子铁芯、轮毂壳体、磁钢三者形成一个刚性体，能承受高速、大转扭的使用环境。
优选的，所述防水结构为防水硅胶，所述防水硅胶设置在电源线外壁与斜孔内侧壁之间，防水硅胶可起到充分防水的作用。
本发明提供了一种U极轮毂电机。具备以下有益效果：
1、相比现有技术，该U极轮毂电机，采用U型磁路结构，磁钢呈U形分布嵌入到转子铁芯磁钢槽内，磁钢外表面与气隙之间有软磁材料制成的转子铁芯保护，转子交(q轴)、直轴(d轴)磁路不对称，直轴的等效所隙较交轴更大，即电机的凸极率Lq/Lq大于1，易于弱磁扩速，提高电机的恒功率运行范围。
2、相比现有技术，该U极轮毂电机，不对称的凸极效应所产生的磁阻转矩有助于提高电机的功率密度和过载能力，而且有利于弱磁扩，提高电机的恒功率运行范围，拓宽效率平台。
3、相比现有技术，该U极轮毂电机，磁钢嵌入于转子铁芯第一安装槽、第二安装槽内，转子总成结构更加牢固，避免了磁钢在高速运动时脱落，易于提高电动机高速旋转的安全性。
4、相比现有技术，该U极轮毂电机，采用旋转变压器来检测转子总成的角度位置，其环境适应性强、响应速度快、可靠性高。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明整体结构内部剖面示意图；
图3为本发明图2中A处的局部放大图；
图4为本发明定子总成、转子总成连接结构局部示意图；
图5为本发明转子铁芯结构示意图；
图6为本发明图5中B处的局部放大图；
图7为本发明定子铁芯、转子铁芯局部结构示意图。
其中，1、轮毂壳体；2、右端盖；3、旋转变压器；4、转轴；5、左端盖； 6、定子支架；7、电源线；8、磁钢；9、转子铁芯；10、定子铁芯；11、隔磁桥；12、梨型槽；13、第一安装槽；14、第二安装槽；15、定子槽；16、防水硅胶。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例：
如图1到图7所示，本发明实施例提供一种U极轮毂电机，包括呈左右相对的左端盖5、右端盖2、绕组三相线以及旋转编码器线，左端盖5、右端盖2相对的一侧之间设置有定子总成和转子总成，定子总成与转子总成之间设置有气隙；
转子总成包括轮毂壳体1、转子铁芯9以及多组磁钢8，轮毂壳体1固定连接在左端盖5、右端盖2圆周外壁，转子铁芯9固定连接在轮毂壳体1内侧壁，转子铁芯9壁厚为20mm,转子铁芯9外径为300mm，转子铁芯9采用分段拼装成型加工方式制成，转子铁芯9材质为软磁材料，轮毂壳体1材质是铝合金，转子铁芯9内部设置有呈左右贯通的通孔，转子铁芯9与轮毂壳体1 之间设置有扭矩传递结构，扭矩传递结构包括多组梨型槽12，多组梨型槽12 均以转子铁芯9圆心为中心呈圆周等分状分布在转子铁芯9圆周外壁，梨型槽12内侧壁与轮毂壳体1之间灌注有固定胶，转子铁芯9与轮毂壳体1之间通过多组梨型槽12、固定胶进行扭矩传递，转子铁芯9与轮毂壳体1装配后，采用灌胶形式通过梨型槽12布满整个转子总成，使得转子铁芯9、轮毂壳体 1、磁钢8三者形成一个刚性体，能承受高速、大转扭的使用环境；
转子铁芯9内壁设置有多组呈左右贯通的第二安装槽14，转子铁芯9圆周内侧壁设置有多组呈左右贯通的第一安装槽13，多组第一安装槽13朝向转子铁芯9中心的一端均与转子铁芯9通孔内侧壁贯通，多组第一安装槽13、第二安装槽14均以转子铁芯9中心为圆心呈圆周等分状分布且每组第二安装槽14设置在相邻的两组第一安装槽13之间，第二安装槽14与相邻的两组第一安装槽13形成U型结构，多组第一安装槽13、第二安装槽14内侧壁均设置有磁钢8，U型结构与该U型结构中的磁钢8组成U型磁极，磁钢8与第一安装槽13之间以及磁钢8与第二安装槽14之间均设置有隔磁桥11，磁钢8的厚度为5mm，隔磁桥11大大减少了磁漏的情况，采用U型磁极，且磁钢 8面对气隙之间有软磁材料的转子铁芯9保护，使得q轴电感大于d轴电感，从而获得较大的凸极率，不对称的凸极效应所产生的磁阻转矩有助于提高电机的功率密度和过载能力，而且有利于弱磁扩，提高电机的恒功率运行范围，拓宽效率平台；
定子总成包括转轴4、旋转变压器3、定子支架6、定子铁芯10以及电源线7，转轴4转动连接在左端盖5、右端盖2之间且两端分别贯穿左端盖5、右端盖2后朝左右两侧延伸，转轴4内壁设置有斜孔，斜孔一端口部位于左端盖5、右端盖2之间且另一端口部位于左端盖5左侧；
定子支架6固定连接在转轴4外壁且位于左端盖5、右端盖2之间，定子支架6材质是铝合金；
定子铁芯10固定连接在定子支架6外壁且位于转子铁芯9通孔内侧，定子铁芯10圆周外壁设置有多组定子槽15，多组定子槽15均以定子铁芯10中心为圆心呈圆周等分分布，定子槽15数量与U型磁极对数可以是54/30、54/28、 36/21、36/20中任一种，定子铁芯10材质为软磁材料，定子铁芯10外径为 265mm，旋转变压器3设置在转轴4与右端盖2之间，旋转变压器3由呈转动连接的固定部分和旋转部分组成，旋转变压器3固定部分与转轴4固定连接且位于定子支架6与右端盖2之间，旋转变压器3旋转部分与右端盖2左侧壁固定连接，转子总成通过旋转变压器3检查旋转角度，采用旋转变压器3 来检测转子总成位置，其环境适应性强、响应速度快、可靠性高；
电源线7固定连接在旋转变压器3固定部分侧壁，电源线7远离旋转变压器3的一端贯穿转轴4中的斜孔并伸出至左端盖5左侧，电源线7伸出至左端盖5左侧的一端与旋转编码器线电连接，电源线7与斜孔内侧壁之间设置有防水结构，防水结构为防水硅胶16，防水硅胶16设置在电源线7外壁与斜孔内侧壁之间，防水硅胶16可起到充分防水的作用。
工作原理：转子铁芯9与轮毂壳体1装配后，采用灌胶形式通过梨型槽 12布满整个转子总成，使得转子铁芯9、轮毂壳体1、磁钢8三者形成一个刚性体，能承受高速、大转扭的使用环境，隔磁桥11大大减少了磁漏的情况，采用U型磁极，且磁钢8面对气隙之间有软磁材料的转子铁芯9保护，使得 q轴电感大于d轴电感，从而获得较大的凸极率，定子槽15数量与U型磁极对数限定使得凸极效应不对称，不对称的凸极效应所产生的磁阻转矩有助于提高电机的功率密度和过载能力，而且有利于弱磁扩，提高电机的恒功率运行范围，拓宽效率平台，用旋转变压器3来检测转子总成位置，其环境适应性强、响应速度快、可靠性高。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种U极轮毂电机，包括呈左右相对的左端盖(5)、右端盖(2)、绕组三相线以及旋转编码器线，其特征在于：所述左端盖(5)、右端盖(2)相对的一侧之间设置有定子总成和转子总成，所述定子总成与转子总成之间设置有气隙。
2.根据权利要求1所述的一种U极轮毂电机，其特征在于：所述转子总成包括轮毂壳体(1)、转子铁芯(9)以及多组磁钢(8)，所述轮毂壳体(1)固定连接在左端盖(5)、右端盖(2)圆周外壁，所述转子铁芯(9)固定连接在轮毂壳体(1)内侧壁，所述转子铁芯(9)内部设置有呈左右贯通的通孔，所述转子铁芯(9)与轮毂壳体(1)之间设置有扭矩传递结构，所述转子铁芯(9)内壁设置有多组呈左右贯通的第二安装槽(14)，所述转子铁芯(9)圆周内侧壁设置有多组呈左右贯通的第一安装槽(13)，多组所述第一安装槽(13)朝向转子铁芯(9)中心的一端均与转子铁芯(9)通孔内侧壁贯通，多组所述第一安装槽(13)、第二安装槽(14)均以转子铁芯(9)中心为圆心呈圆周等分状分布且每组第二安装槽(14)设置在相邻的两组第一安装槽(13)之间，所述第二安装槽(14)与相邻的两组第一安装槽(13)形成U型结构，多组所述第一安装槽(13)、第二安装槽(14)内侧壁均设置有磁钢(8)，所述U型结构与该U型结构中的磁钢(8)组成U型磁极，所述磁钢(8)与第一安装槽(13)之间以及磁钢(8)与第二安装槽(14)之间均设置有隔磁桥(11)，所述定子总成包括转轴(4)、旋转变压器(3)、定子支架(6)、定子铁芯(10)以及电源线(7)，所述转轴(4)转动连接在左端盖(5)、右端盖(2)之间且两端分别贯穿左端盖(5)、右端盖(2)后朝左右两侧延伸，所述转轴(4)内壁设置有斜孔，所述斜孔一端口部位于左端盖(5)、右端盖(2)之间且另一端口部位于左端盖(5)左侧，所述定子支架(6)固定连接在转轴(4)外壁且位于左端盖(5)、右端盖(2)之间，所述定子铁芯(10)固定连接在定子支架(6)外壁且位于转子铁芯(9)通孔内侧，所述定子铁芯(10)圆周外壁设置有多组定子槽(15)，多组所述定子槽(15)均以定子铁芯(10)中心为圆心呈圆周等分分布，所述旋转变压器(3)设置在转轴(4)与右端盖(2)之间，所述旋转变压器(3)由呈转动连接的固定部分和旋转部分组成，所述旋转变压器(3)固定部分与转轴(4)固定连接且位于定子支架(6)与右端盖(2)之间，所述旋转变压器(3)旋转部分与右端盖(2)左侧壁固定连接，所述转子总成通过旋转变压器(3)检查旋转角度，所述电源线(7)固定连接在旋转变压器(3)固定部分侧壁，所述电源线(7)远离旋转变压器(3)的一端贯穿转轴(4)中的斜孔并伸出至左端盖(5)左侧，所述电源线(7)伸出至左端盖(5)左侧的一端与旋转编码器线电连接，所述电源线(7)与斜孔内侧壁之间设置有防水结构。
3.根据权利要求2所述的一种U极轮毂电机，其特征在于：所述定子槽(15)数量与U型磁极对数可以是54/30、54/28、36/21、36/20中任一种。
4.根据权利要求3所述的一种U极轮毂电机，其特征在于：所述转子铁芯(9)采用卷绕成型、分段拼装成型中的任一种加工方式制成。
5.根据权利要求4所述的一种U极轮毂电机，其特征在于：所述轮毂壳体(1)材质是铝合金、工程塑料中任一种。
6.根据权利要求5所述的一种U极轮毂电机，其特征在于：所述转子铁芯(9)、定子铁芯(10)材质为软磁材料，所述定子支架(6)材质是铝合金或者钢中任一种。
7.根据权利要求6所述的一种U极轮毂电机，其特征在于：所述转子铁芯(9)壁厚为3-20mm,所述转子铁芯(9)外径为225-300mm。
8.根据权利要求7所述的一种U极轮毂电机，其特征在于：所述磁钢(8)的厚度为1.5-5mm；所述定子铁芯(10)外径为208-265mm。
9.根据权利要求8所述的一种U极轮毂电机，其特征在于：所述扭矩传递结构包括多组梨型槽(12)，多组所述梨型槽(12)均以转子铁芯(9)圆心为中心呈圆周等分状分布在转子铁芯(9)圆周外壁，所述梨型槽(12)内侧壁与轮毂壳体(1)之间灌注有固定胶，所述转子铁芯(9)与轮毂壳体(1)之间通过多组梨型槽(12)、固定胶进行扭矩传递。
10.根据权利要求9所述的一种U极轮毂电机，其特征在于：所述防水结构为防水硅胶(16)，所述防水硅胶(16)设置在电源线(7)外壁与斜孔内侧壁之间。
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- 2022-11-29 CN CN202211505995.8A patent/CN115765245B/zh active Active
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