CN115864768A - 双转子轮毂电机 - Google Patents

Abstract

双转子轮毂电机包括外转子、内转子、电机壳、定子机构、电机轴及多组轴承、电机盖、刹车盘；电壳包括外转子壳、内转子壳和轮毂安装面，是一个整体合一的结构，与内外转子装配，组成双转子结构；定子机构是冷却壳和冷却盖将定子铁芯及绕组密封焊接在内，冷却液直接经过定子机构浸润定子铁芯及绕组，将定子铁芯及绕组的表面温度带走，使电机始终在低温下工作，可以进一步提高电机的输出扭矩；电机轴与多组轴承组合装配保证电机密封性，通过增加管向电机内部充气保证电机内部的正压系统，避免外接油污、异物进入。

Description

双转子轮毂电机

技术领域

本发明涉及一种无刷永磁直流电机,具体涉及一种双转子轮毂电机。

背景技术

电机驱动系统是电动汽车的核心系统，传动平稳且传动效率高。轮毂电机是电机驱动系统的核心部件，由于轮毂电机的密封性要求高，使得轮毂电机运行过程中产生的热量不能很好的散发出去，从而影响轮毂电机的运行效率。现有的轮毂电机主要采用风冷、水冷和油冷方式进行散热。为保证电机的可靠性，必须解决电机的散热问题，因为温度的升高，可能会使定子线圈的绝缘性能下降或线圈烧毁，其寿命也会下降；然而传统散热机壳散热形式很单一、散热效率低，直接阻碍了永磁电动机功率的提升。

永磁体在一定的温度下会随着温度的升高而磁性减弱,甚至在特定的温度下,发生不可逆转的磁性消失。

轮毂电机工作中经常遇到泥沙，雨水污渍等恶劣环境，如果密封性不好，就会导致异物进入轮毂电机中，长时间会导致轮毂电机内生锈或者异物摩擦、卡滞，进而影响电机性能和使用寿命。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种双转子轮毂电机，克服了现有技术的不足，设计合理，一方面通过定子机构内冷却液直接接触定子及其绕组带走通电产生的热量，从而大幅度提高工作效率，使电机可以维持高持续扭矩输出；另一方面通过电机轴与轴承设计增强电机整体的密封性，同时向电机内充气和保压，可以有效防止水渍、油污进入，避免铁芯生锈腐蚀；再一方面，内、外转子永磁的磁场同时作用在中间定子铁芯及其绕组上，增加了同一磁场回路的磁场强度，进一步提升电机的功率密度，增强了轮毂电机的旋转扭矩。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

双转子轮毂电机包括外转子、内转子、电机转子壳、定子机构、电机轴及多组轴承、电机盖、刹车盘。所述电机转子壳包括外转子壳、内转子壳和轮毂安装定位销，是一个整体合一的结构，构成了转子机构。所述外转子内表面上均匀固定安装外转子磁轭和外转子永磁体，嵌在外转子壳里面。所述内转子外表面上均匀固定安装内转子磁轭和内转子永磁体，嵌在内转子壳外面。

所述定子机构通过两个轴承固定在内转子和外转子中间，定子机构侧面定位柱固定在电机轴中间定位槽内，使其固定不动。所述定子机构上、下冷却口通过冷却管道与外界循环机构相连，循环机构将定子机构内定子铁芯及其绕组产生的热量带走。

所述电机轴横截面设有一个大圆孔，与电机轴的侧面多孔连通，侧面多孔可以安装冷却液进水管、出水管、三相电源线、增压管。

所述电机盖通过轴承将电机转子密封安装在电机轴上，同时电机盖侧面定位销用于安装刹车盘。

进一步地，所述转子机构由电机转子壳、外转子、内转子构成，所述的外转子由外转子壳、外转子磁轭、外转子永磁体组成，所述的内转子由内转子壳、内转子磁轭、内转子永磁体组成。

进一步地，所述外转子磁轭嵌在外转子壳的内侧，所述内转子磁轭嵌在内转子壳的外侧。

进一步地，所述的外转子磁轭和内转子磁轭都设计Y型结构，所述外转子永磁体等距离地嵌在外转子磁轭Y型结构内侧，所述内转子永磁体等距离地嵌在内转子磁轭Y型结构外侧，可以有效防止永磁体在轮毂电机剧烈振动脱离。

进一步地，永磁体的宽度与对应极距之比，即极弧系数在0.5-1之间。

进一步地，所述外转子永磁体的数量与内转子永磁体的数量都为偶数，且数量相同，外转子永磁体和内转子永磁体都是等距离排列，相邻永磁体极性相反，外转子永磁体和内转子永磁体中心面一一对应，永磁体的极性相同。

进一步地，所述电机定子由冷却壳、冷却盖、定子铁芯及其绕组组成，冷却壳侧面留有冷却液进出口和三相电源线口，同一侧面留有定位柱可以固定电机定子机构不动。

进一步地，所述电机定子冷却壳和冷却盖由同一种高分子特种工程塑料材质构成，包含PEEK。通过焊接方式密封连接，包含超声波焊。

进一步地，所述电机定子铁芯和内、外转子磁轭材质都是相同规格硅钢片冲压叠铆组成，定子铁芯之间相互独立，由每一相漆包线绕组连接。定子铁芯及其绕组安装在冷却壳内，铁芯两端齿顶T型弧面与内、外转子永磁体之间形成气隙，气隙宽为0.5-3毫米。

进一步地,所述电机轴一端通过轴承与内转子壳连接，保证电机平稳运行，另一端与汽车转向节组合结构连接，电机轴横截面开一圆深孔，电机轴中间侧面开3-5个小圆孔。

进一步地，电机盖与转子壳密封连接，可以用螺栓或焊接方式，电机盖侧面定位销用于安装刹车盘，电机盖与电机轴之间用轴承连接。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对现有技术描述中所

需要使用的附图作简单地介绍。

图1是双转子轮毂电机侧面图1

图2是双转子轮毂电机测方位图2

图3是双转子轮毂电机主体结构图3

图4是双转子轮毂电机转子爆炸图4

图5是双转子轮毂电电机冷却壳侧面图5

图6是Y型转子轭结构图6

图7是双转子轮毂电机的转子结构图7

图8是双转子轮毂电机极弧系数说明图8

图9是双转子轮毂电装配图切面示意图9

图10是外转子磁轭与永磁体截面图10

图11内转子磁轭与永磁体截面图11

图4中标号说明：

1.电机盖轴承，2.刹车盘，3.电机盖，4.刹车盘定位柱，5.电机轴截面孔，6.冷却液进出孔，7.定子定位槽，8.三相电源线孔，9.增压管孔，10.电机轴，11.转子轴承1，12.定子轴承1，13.冷却壳，14.定子铁芯，15.冷却壳密封盖，16.外转子磁轭,17. 定子轴承2，18.内转子磁轭，19.内转子壳, 20.外转子壳,21.转子轴承2，22.轮毂定位销, 23.定子定位柱，24. 外转子永磁体，25.内转子永磁体。

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，下面将结合本发明中的附图，对本

发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图4，1.电机盖轴承，2.刹车盘，3.电机盖，4.刹车盘定位柱，5.电机轴截面孔，6.冷却液进出孔，7.定子定位槽，8.三相电源线孔，9.增压管孔，10.电机轴，11.转子轴承1，12.定子轴承1，13.冷却壳，14.定子铁芯，15.冷却壳密封盖，16.外转子磁轭,17. 定子轴承2，18.内转子磁轭，19.内转子壳, 20.外转子壳,21.转子轴承2，22.轮毂定位销, 23.定子定位柱，24. 外转子永磁体，25.内转子永磁体。

在本实施例中，24外转子永磁体和25内转子永磁体分别安装在16外转子磁轭和18内转子磁轭的Y型结构两侧，通过环氧树脂类胶水粘贴固定，可以有效防止永磁体在轮毂电机剧烈振动情况下脱离。24外转子永磁体和25外内子永磁体数量都为偶数，永磁体之间间距相同，极性相反，同时24外转子永磁体和25内转子永磁体中心面一一对应，永磁体极性相同。永磁体的与相应极距之比，即极弧系数相同为0.5-1 。

在本实施例中，16外转子磁轭和24外转子永磁体嵌在20外转子壳内侧，18内转子磁轭和25内转子永磁体嵌在19内转子壳外侧，为了削弱永磁电机的齿槽转矩，可以减小转子磁轭和永磁体的宽度，采用2-3组转子磁轭与永磁体的分段斜极排列。

在本实施例中，20外转子壳和19内转子壳是同一转子机构，转子机构侧面设计内外两组22轮毂定位销，内组轮毂定位销主要用于将轮毂的承受力转移到电机轴上，外组轮毂定位销主要用于增加电机的旋转力臂，提高电机启动响应时间。

在本实施例中，11转子轴承1和21转子轴承2都为静音密封轴承，通过不同尺寸结构设计，连接电机壳和电机轴，两个转子轴承中间通过固体油密封电机壳与电机轴之间的间隙。

在本实施例中，电机定子主要由15冷却壳密封盖和13冷却壳将14定子铁芯及其绕组密封装配，13冷却壳侧面设计冷却液进出口和三相电源线口，冷却液直接接触14定子铁芯及其绕组，外界冷却循环系统通过冷却管道将铁芯及其绕组通电产生的热量循环带走。

在本实施例中，14定子铁芯之间相互独立，通过三相绕组相接，14定子铁芯横向截面积相同，定子铁芯两端齿顶为T型弧面，外齿顶弧面大于内齿顶弧面，齿顶弧面与对应永磁体之间的气隙尺寸为0.5-3毫米。

在本实施例中，12定子轴承1与17定子轴承2将定子冷却壳组合固定在内转子和外转子中间，通过23定子定位柱插在电机轴上7定子定位槽内，将定子组合固定不动。

在本实施例中，10电机轴一端通过两个轴承连接电机转子，另一端外套转向节组件，同时在端面开孔5，与电机中间部位开孔6-8-9连通，开孔的主要目的是：1用于安装冷却液循环的冷却管；2.用于安装驱动电机的三相电源线；3.用于安装给电机内部输送正压的增压管。同时在所有开孔处安装锁紧密封格兰头，确保电机防水密封性。

在本实施例中，3电机盖通过1电机盖轴承与10电机轴进行密封连接。与20外转子壳进行密封锁紧连接。

在本实施例中，2刹车盘与3电机盖通过4刹车盘定位柱进行连接，为了防止刹车盘温度传递到电机内部的永磁体，3电机盖材质由同一种高分子特种工程塑料材质构成，包含PEEK。

在本实施例中，所述的冷却液包含变压器油等矿物油,用于14定子铁芯及其绕组冷却,通过外部循环系统中的循环泵作业，同时不会对14定子铁芯及其绕组、13冷却壳、15冷却壳密封盖、冷却液进出管产生腐蚀。

轮毂电机的运行方式如下：

本申请的轮毂电机工作原理是定子机构（34）中定子绕组通电后，给三相绕组施加FOC控制正弦波，铁芯两端会形成交变磁场，此交变磁场通过气隙与外转子永磁体和内转子永磁的磁场相互作用，每一个定子绕组通电后，相应定子铁芯一端为N极，另一端为S极，由于外转子永磁体与对应的内转子永磁体磁性方向相同，面对面的永磁体的磁性相反，定子铁芯绕组两端产生的磁场会同时吸引或排斥外转子永磁体和内转子永磁，从而形成切向力，推动双转子机构旋转，产生的旋转扭矩比相同尺寸外转子电机提升19%。独特的冷却系统通过冷却液直接接触定子铁芯及其绕组，可以将热量全部带走，有效提高轮毂电机的功率密度和使用寿命；同时，在解决电机整体密封性的情况下，通过电机轴安装增压管，用外部增压泵向电机内增加冷空气，须确保电机内部压强高于外部，一方面外部冷空气进入电机内部可以冷却因电机运动带来的热量，降低永磁体表面温度，另一方面，电机内部压强高于外部，可以有效阻止水渍、油污等异物进入电机内部，再一方面可以除去电机内部空气中的水蒸气，避免因为环境温度差而产生冷凝现象；通过以上措施，可以直接有效的避免轮毂电机内生锈或者异物摩擦、卡滞，进而提高电机性能和使用寿命。

Claims (8)

1.毂电机,其特征在于：包括双转子机构（35）、定子机构（34）、电机轴（10）、电机盖（3）；所述的双转子机构（35）由外转子壳（20）、内转子壳（19）、外转子磁轭（16）、外转子永磁体（24）、内转子磁轭（18）内转子永磁体（25）、轮毂定位销（22）、电机盖（3）共同组成，所述的外转子壳（20）、内转子壳（19）和轮毂定位销（22）是一个整体合一结构；所诉的内转子壳（19）通过转子轴承1（11）和转子轴承2（21）过盈嵌套在电机轴（10）上 ；

所述的外转子磁轭（16）内表面Y型结构内等距离安装外转子永磁体（24），所述的内转子磁轭（18）外表面Y型结构内等距离安装内转子永磁体（25），所述的永磁体的磁力线方向均为径向充磁，Y型结构可以有效防止永磁体在轮毂电机剧烈振动环境中不会脱落；所述的外转子磁轭（16）嵌在外转子壳（20）内表面；所述的内转子磁轭（18）嵌在内转子壳（19）外表面；

所述的定子结构（34）两侧有轴承槽，通过定子轴承1（12）和定子轴承2（17）固定在外转子壳（20）和内转子壳（19）中间，所述的定子轴承1（12）和定子轴承2（17）全部过盈嵌套在内转子壳（19）上，定子结构（34）通过定子定位柱（23）固定在电机轴（3）上的定子定位槽（7）内；所述的定子结构（34）包括冷却壳（13）、定子铁芯（14）、冷却壳密封盖（15）；

所述的冷却壳（13）侧面设计有冷却液进出口和三相电源线口；所述的定子铁芯（14）及其绕组在通电发热后，与冷却壳（13）内的冷却液直接接触，再通过侧面冷却液进出口经过外接冷却管与外部冷却循环系统进行热量交换；

所述的电机轴（3）中间部位设有冷却液进出管孔（6）、三相电源线孔（8）、增压管孔（9），所述的冷却液进出管孔（6）用于安装冷却管，所述的三相电源线孔（8）用于安装使电机工作的U、V、W三根电源线，所述的增压管孔（9）用于安装增压管，使电机内部时钟保持正压系统，上述每个孔都使用格兰头结构进行锁紧固定和密封；

所述的电机盖（3）与两个电机盖轴承（1）过盈装配，轴承之间通过固体润滑油密封电机壳与电机轴之间的间隙，确保电机内部正压系统密封性。

2.根据权利要求1所述的双转子轮毂电机,其特征在于：所述的外转子永磁体（24）和内转子永磁体（25）的内、外径向面均为圆弧形，两个边为梯形边，其与Y型结构边平行；所述的外转子永磁体（24）和内转子永磁体（25）的宽度与相应极距之比，即极弧系数都在0.5-1之间；所述的所述外转子永磁体（24）的数量与内转子永磁体（25）的数量都为偶数，且数量相同，相邻永磁体极性相反，外转子永磁体（24）和内转子永磁体（25）中心面一一对应，永磁体的极性相同。

3.根据权利要求1所述的双转子轮毂电机,其特征在于：所述的定子铁芯（14）中间部位横向截面积相同，定子铁芯（14）两端齿顶为T型弧面，外齿顶弧面大于内齿顶弧面，齿顶弧面与对应永磁体之间的气隙尺寸为0.5-3毫米。

4.根据权利要求1所述的双转子轮毂电机,其特征在于：所述的定子结构（34）中的冷却壳（13）和冷却密封盖（15）由同一种高分子特种工程塑料材质构成，包含PEEK等，通过焊接方式密封连接，包含超声波焊，将定子铁芯（14）密封安装在冷却壳（13）槽内。

5.根据权利要求1所述的双转子轮毂电机,其特征在于：所述的定子铁芯（14）是一个个独立定子齿，由硅钢片冲压叠铆组成，通过三相绕行连接，嵌在冷却壳槽内。

6.根据权利要求1所述的双转子轮毂电机,其特征在于：所述的电机盖（3）材质由一种高分子特种工程塑料材质构成，包含PEEK，可以防止刹车盘的温度传递到电机内部的永磁体上。

7.根据权利要求1所述的双转子轮毂电机,其特征在于：所述的转子机构（34）侧面设计内外两组轮毂定位销（22），内组轮毂定位销主要用于将轮毂的承受力转移到电机轴上，外组轮毂定位销主要用于增加电机的旋转力臂，提高电机启动响应时间。

8.根据权利要求1所述的双转子轮毂电机,其特征在于：所述的冷却壳（13）内的冷却液为烷烃类矿物油，包含变压器油。

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