CN201018344Y

CN201018344Y - 电动汽车高速轮毂驱动电机

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Publication number: CN201018344Y
Application number: CNU2007200838705U
Authority: CN
Inventors: 刘恒文
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-03-22
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2017-03-22

Abstract

本实用新型公开了一种电动汽车高速轮毂驱动电机，涉及一种设置在电动汽车轮毂中的高速驱动电机。定子及其一端设置的轮半轴，和轮半轴同心的轴的远端设置的定子端盖，共同组成一个封闭的圆筒，外转子套接在上述圆筒之外并通过减速齿轮箱座、外转子端盖与轮毂相连接；在圆筒之内，套接在转子轴上的转子外圈设置有一个U形环槽，永磁钢体设置在U形环槽的内侧下壁上；采用高分子材料固化粘结的定子线圈末端与定子上的定子线圈槽相嵌套，处于定子线圈槽外的整个定子线圈的有效部分伸入U形环槽内，转子轴还与减速机构相连接。本实用新型设计合理，结构十分新颖，克服了现有技术中该类电机的种种缺陷。

Description

电动汽车高速轮毂驱动电机

技术领域

本实用新型涉及一种设置在电动汽车轮毂中的高速驱动电机，特别是一种高效内磁式永磁轮毂电机。

背景技术

现有的轮毂驱动电机，一般采用低速和中速，因此，这些电机体积大，笨重，铜损大，效率低。现有技术中的轮毂驱动电机的定子线圈是完全嵌在定子铁芯槽内的，转子相对于定子作高速旋转时，其磁通也高速旋转，磁力线除了切割线圈之外，也在定子铁芯中进行高速切割，从而感应出很大的涡流，使铁芯产生很大的功率损耗，以致无法实现真正意义上的高速运转，现有轮毂电机最高速度没有超过2000转/分钟。以上种种缺陷均源于电机技术的滞后和电机结构的不合理。

实用新型内容

针对现有技术的上述不足，本实用新型要解决的技术问题是提供一种电动汽车高速轮毂驱动电机，电机通过极大地提高转子转速使电机的运行力矩成倍下降，电机的体积缩小，重量减轻，同时还导致电机的电气参数得到改善，使电机损耗大幅下降。另外，它采用一种全新的结构，使转子高速旋转时，磁力线只切割线圈，而不在定子中产生涡流损耗，使电机几乎没有铁损，特别适用于电动汽车。

本实用新型的技术方案是：电动汽车高速轮毂驱动电机设置在电动汽车的轮毂中，含有定子、转子、减速机构、离合器，其特征在于：所述的定子筒及其一端设置的轮半轴，和定子端盖及外转子轴共同组成一个封闭的圆筒；外转子以轮半轴和外转子轴为支撑套在上述圆筒之外并通过减速齿轮箱座、减速齿轮箱圈、外转子端盖与轮毂相连接；在上述圆筒之内装配着转子轴，套接在转子轴上的转子轴套外圈设置有一个U形环槽，永磁钢体设置在U形环槽的内侧下壁上；采用高分子材料固化粘结的定子线圈末端与定子筒上的定子线圈环槽相嵌套，处于定子线圈环槽外的定子线圈的有效部分伸入U形环槽内，处于U形环槽内侧上壁和内侧下壁上的永磁钢体之间；定子筒、外转子筒、U形环槽、定子线圈与轮半轴同心；转子轴还与减速机构相连接。

所述减速机构的太阳齿轮位于转子轴上，太阳齿轮与3个行星齿轮相啮合，行星齿轮上的二级减速齿轮与传动齿轮相啮合，传动齿轮与齿圈相啮合。电机的永磁钢体的对数最多为3对；永磁钢体的有效长度和永磁钢体的有效直径的比值大于1.5。

本实用新型设计合理，结构十分新颖，克服了现有技术中该类电机的种种缺陷。转子采用U形环槽的磁极转子结构，定子线圈处于转子的U形环槽的内磁场中，使电机的磁场对定子筒处于屏蔽无切割状态。处于封闭磁场内的定子线圈无铁芯，因此，电机几乎无铁损。由于稀土永磁钢体的优良抗去磁特性，及高密度磁能积，使电机主磁场在大气隙状态下，磁场强度无衰减，使去掉了定子铁芯的定子线圈处于大气隙强磁场中，不影响电机的输出效率。由于电机的速度极高，因此定子线圈几何尺寸减小，匝数也成倍减少，所以电机的铜损也极小。本电机尺寸小，损耗小，力矩小，转动惯量小，加速快，制动特性好，利于起动、加速和刹车，特别适用于电动汽车。

附图说明

附图1是本实用新型一实施例剖视结构示意图；

附图2是减速机构部分放大结构示意图；

附图3是附图2的A-A结构示意图；

附图4是转子磁通的断面示意图。

附图中标记分述如下：1-轮半轴；2-油封盖；3-外转子轴；4-电机引线；5-定子线圈环槽；6-定子线圈；7-永磁钢体；8-U形环槽；9-转子轴套；10-转子轴；11-定子筒；12-轮毂；13-定子端盖；14-外转子筒；15-减速齿轮箱座；16-传动齿轮轴；17-行星齿轮轴；18-传动齿轮；19-齿圈；20-外转子端盖；21-行星齿轮；22-二级减速齿轮；23-太阳齿轮；24-减速齿轮箱圈；25-主磁通；26-漏磁通。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。如附图1所示，本实用新型的电机体积小，重量轻，设置在电动汽车的轮毂12之中。本实用新型与现有技术中的轮毂电机最大的不同就在于电机转子采用极高的运行速度(本实施例设计为6000转/分以上)。

根据机械原理：M＝P/n (式中M-力矩；P-功率；n-转速)

由上式可见，当功率P确定时，力矩M与转速n成反比。下面以一例说明高速电机的优越性能。

将一台普通轮毂电机换成9倍原来转速的本实用新型高速电机，功率不变，本高速电机转子为原转子半径的1/3，即等于r/3，则

Mg＝(P/n)/9＝1/9×P/n＝1/9M(式中Mg-高速电机力矩)

按r/3将Mg分解，Mg＝(r×F)/9＝r/3×F/3

(式中：F-原转子扭力；r-原转子半径)此时，转子半径为原电机的1/3，转子轴的扭力也比原电机缩小了3倍。

普通电机的体积为：Q＝dr²π1

(式中：Q-电机体积；1-电机定子长度；d-电机定子系数＞1.2)

由于本电机特殊的结构，转子铁芯半径即为电机半径，所以dg＝1，因此，电机的体积为：

Qg＝(r/3)²π1＝Q/9d＝Q/(9×1.2)＝Q/10.8

(式中：Qg-高速电机体积)

由上两式可见，相同功率的电机，转速提高9倍后，转子体积为原电机的1/10.8。当电机的材料不变(仍用铁、铜)，那么，本实用新型电机比原电机轻了约11倍。

本实用新型电机采用3路行星减速齿轮系统，所以转子的输出扭力分摊在3路行星减速齿轮上，此时转子的扭力比原电机小了3倍，则每路行星齿轮上的受力为1/3×F/3＝F/9。可见行星齿轮的受力只有原电机输出扭力的1/9。若原电机轴输出扭力为180牛，则本实用新型的高速电机输出扭力60牛，而行星齿轮啮合力仅20牛，行星减速齿轮的受力将近降了10倍，因此电机减速系统齿轮的体积和模数都很小，这样就可将电机和减速系统都集成在轮毂之上(见附图2、3)。

本实用新型定子和转子的结构是一种完全新颖的结构，转子轴套9套接在转子轴10上，转子设计为一种带有U形环槽8的内磁场结构(见附图4)，现有技术中还没有过这种特别的结构。永磁钢体7成环状南北极交替均布在U形环槽8的内侧下壁上，定子线圈6无铁芯，其连线部分嵌合在定子线圈环槽5内，这个定子线圈环槽5与现有技术所述的线圈槽的概念是完全不同的，它仅为固定定子线圈用，整个定子线圈6的有效部分都嵌合在上述的U形环槽8的内磁场，由于这种特殊的结构，当定子线圈6通电推动转子高速旋转时，转子的U形环槽8的内磁场相对于定子线圈高速旋转，永磁钢体7和U形环槽8产生的内磁场磁力线只切割定子线圈6而产生电机反向电动势，因线圈无铁芯，所以不会产生涡流，从而消除了铁芯损耗，使铁损仅为极小的漏磁铁损，达到铁损极小的程度。磁场的磁极到U形环槽8的外壁形成回路，故磁场得到屏蔽，本设计使磁场对定子的磁漏极小，所以定子筒11内也基本无涡流(见图4)。

此外，根据电机学原理：(一般E＝U)E-电动势

U＝CΦn

(式中：U-电机电压；C-电机系数；Φ-磁通；n-转速)

且C＝(2pN)/(60a)

(式中：N-线圈总匝数；p-磁极对数；a-线圈支路数)

所以C＝U/(Φn)

即(2pN)/(60a)＝U/(Φn) N＝(U×60a)/(2p×Φn)

由上式可见直流电机的电压U、磁通Φ、极对数p和支路数a确定后，线圈匝线N和电机转速n成反比。即电机转速越高，电机的匝数越少。

高速电机的转速提高了9倍，绕组的匝数仅为原电机的1/9。仍以上例，若普通电机线圈电阻为0.9欧，电流为18A，线圈流过额定电流的损耗为：

P＝I²×R＝324×0.9＝291.6瓦。

本实用新型高速电机的功率不变，即电阻为0.1欧，电流为18A，则线圈的铜损为Pg＝324×0.1＝32.4瓦。计算结果表明，普通电机的铜损比本实用新型电机高约9倍。

因此，本实用新型的电机温度低，效率高，转速高，速度可达6000转/分钟以上，比现有技术的普通轮毂电机转速提高了十倍以上。

本实用新型的带有轮半轴1的定子筒11与带有外转子轴3的定子端盖13装配成一个封闭的圆筒，圆筒内定子线圈6用高分子固化粘结材料与定子筒11同心固定在定子线圈环形槽5内，电机转子装配在圆筒内，电机引线4由轮半轴1引出，外转子筒14和减速齿轮箱座15、外转子端盖20和减速齿轮箱圈24构成外转子，两对外转子轴承支撑在电机定子筒11的轮半轴1和外转子轴3上，外转子能在定子外带着轮毂自由转动，电机有转子、定子和外转子共三层结构。

附图2所示为减速机构部分的放大示意，其太阳齿轮23位于转子轴10上，在其外设置有三个行星齿轮21，与行星齿轮21同轴的二级减速齿轮22与3个传动齿轮18相啮合，传动齿轮18与齿圈19相啮合；多级齿轮组成了减速机构。图中所述的外转子筒14等中的“外转子”是电机与轮毂12相连接的部件，因与轮毂12一起转动故称其为“外转子”。附图3为附图2的A-A视图，在图3中可以更清楚地看到各级齿轮之间的关系。

Claims

1.一种电动汽车高速轮毂驱动电机，驱动电机设置在电动汽车的轮毂中，含有定子、转子、减速机构、离合器，其特征在于：所述的定子筒(11)及其一端设置的轮半轴(1)，和定子端盖(13)及外转子轴(3)共同组成一个封闭的圆筒；外转子(14)以轮半轴(1)和外转子轴(3)为支撑套在上述圆筒之外并通过减速齿轮箱座(15)、减速齿轮箱圈(24)、外转子端盖(20)与轮毂(12)相连接；在上述圆筒之内装配着转子轴(10)，套接在转子轴(10)上的转子轴套(9)外圈设置有一个U形环槽(8)，永磁钢体(7)设置在U形环槽(8)的内侧下壁上；采用高分子材料固化粘结的定子线圈(6)末端与定子筒(11)上的定子线圈环槽(5)相嵌套，处于定子线圈环槽(5)外的定子线圈(6)的有效部分伸入U形环槽(8)内，处于U形环槽(8)内侧上壁和内侧下壁上的永磁钢体(7)之间；定子筒(11)、外转子筒(12)、U形环槽(8)、定子线圈(6)与轮半轴(1)同心；转子轴(10)还与减速机构相连接。

2.根据权利要求1所述的电动汽车高速轮毂驱动电机，其特征在于：所述的减速机构的太阳齿轮(23)位于转子轴(10)上，太阳齿轮(23)与3个行星齿轮(21)相啮合，行星齿轮(21)上的二级减速齿轮(22)与传动齿轮(18)相啮合，传动齿轮(18)与齿圈(19)相啮合。

3.根据权利要求1所述的电动汽车高速轮毂驱动电机，其特征在于：电机的永磁钢体(7)的对数最多为3对；永磁钢体(7)的有效长度和永磁钢体(7)的有效直径的比值大于1.5。