CN203554240U - 双转子轮毂电动汽车电机 - Google Patents

Abstract

一种双转子轮毂电动汽车电机，包括外转子、内转子、定子、轴承，所述内转子为对称分布，对称的两个内转子通过轴承与定子轴连接，所述定子为内外表面双面开槽结构，定子之上设置的双面开槽结构中镶嵌有对称分布的线圈绕组，所述线圈绕组分别单独与其对应的ECU连接，并由所述ECU单独控制，所述ECU分别与车辆系统的每个车轮的主ECU进行连接，所述线圈绕组电连接有电源。本实用新型的有益效果：通过适当个数的独立电机的交替工作解决轮毂电机过热而导致的烧毁的问题，延长了电机的实用寿命；由于定子内的线圈绕组采用对称形式分布，当本实用新型工作时，对称的线圈绕组分布使得电机在对称方向上的受力可以抵消，减少对轴及轴承摩擦，延长使用寿命。

Description

双转子轮毂电动汽车电机

技术领域

本实用新型涉及一种电动汽车轮毂电机设备，具体涉及一种双转子轮毂电动汽车电机。

背景技术

轮毂电机驱动技术是电动汽车的先进方式。这项技术早在20世纪50年代，由美国人罗伯特实用新型。在1900年，保时捷就首先制造出了前轮装备轮毂电机的电动汽车，在20世纪70年代，这一技术在矿山运输车等领域得到应用。而对于乘用车所用的轮毂电机，日系厂商对于此项技术研发开展较早，目前处于领先地位，包括通用、丰田在内的国际汽车巨头也都对该技术有所涉足。

能源短缺和环境污染问题已经成为近来世界关注的主要问题，而开发超低排放的电动汽车是解决此问题的重要途径之一。目前，已经有很多电动汽车问世并投入运行。然而，现有电动汽车大部分是在传统内燃机汽车的基础上改装而成，即用一个集中电机代替原来的发动机，动力通过电机、变速器、传动轴、差速器和半轴等传到车轮来驱动车辆前进。

轮毂电机技术又称车轮内装电机技术，其动力系统通常有电动机、减速机构、制动器和散热系统组成，主要分成两种结构型式：内转子型和外转子型，通常，外转子型采用低速外转子电机，电机的最高转速在1000-1500r/min左右，无任何减速装置，电机的外转子与车轮的轮辋固定或者集成在一起，车轮的转速与电机相同。内转子型则采用高速内转子电机，同时装备固定传动比的减速器。为了获得较高的功率密度，电机的转速通常高达10000r/min。减速结构通常采用传动比在10：1左右的行星齿轮减速装置，车轮的转速在1000r/min左右。轮毂电机的电机类型分为永磁、感应、开关磁阻式。其特点如下：（1）感应（异步）电机结构简单、坚固耐用、成本低廉、运行可靠、转矩脉动小、噪声低、不需要位置传感器，转速极限高；缺点是驱动电路复杂，成本高，相对永磁电机而言，异步电机效率和功率密度偏低；（2）无刷永磁同步电机可采用圆柱形径向磁场结构或盘式轴向磁场结构，具有较高的功率密度和效率以及宽广的调速范围，发展前景十分广阔，已在国内外多种电动车辆中获得应用；（3）开关磁阻式电机具有结构简单，制造成本低廉，转速/转矩特性好等特点，适用于电动汽车驱动；缺点是设计和控制非常困难和精细，运行噪声大。由此，总结轮毂电机优缺点及关键技术包括：（1）省略大量传动部件，让车辆结构更简单，同时方便采用四轮驱动形式，使整体动力利用效率及动力性能大大提高；（2）可实现多种复杂的驱动方式；（3）便于采用多种新能源车技术；（4）可以采用电机和减速机构，乃至控制器的集成结构型式，结构紧凑，便于处理电机冷却、振动隔振以及电磁干扰等问题；（5）轮毂电机使得整车总布置可以采用扁平化的底盘结构型式，车内空间和布置自由度得到极大的改善；（6）轮毂电机作为执行元件，利用响应速度快和准确的优点便于实现包括线控驱动、线控制动以及线控整车动力学控制在内的整车动力学集成控制，提高整车的主动安全性；（7）轮毂电机系统集驱动、制动、承载等多种功能于一体，优化设计难度大；（8）车轮内部空间有限，对电机功率密度性能要求高，设计难度大；（9）电机与车轮集成导致非簧载质量较大，恶化悬架隔振性能，影响不平路面行驶条件下的车辆操控性和安全性。同时，轮毂电机将承受很大的路面冲击载荷，电机抗振要求苛刻；（10）车辆大负荷低速爬长坡工况下容易出现冷却不足导致的轮毂电机过热烧毁问题，电机的散热和强制冷却问题需要重视；（11）轮毂电机运行转矩的波动可能会引起汽车轮胎、悬架以及转向系统的振动和噪声，以及其他整车声振问题；（12）车轮部位水和污物等容易集存，导致电机的腐蚀破坏，寿命可靠性受影响。随着技术的发展以及用户的需求，亟需一种工作稳定可靠，不会出现动力传输的中断的汽车轮毂电机以及散热良好的电机。

实用新型内容

本实用新型提供一种双转子轮毂电动汽车电机，以解决现有技术中存在的电动汽车的电机工作不稳定、输出力矩小的问题以及电机散热不良的问题。

为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种双转子轮毂电动汽车电机，包括外转子、内转子、定子、轴承、端盖、线圈绕组，所述内转子和外转子及端盖通过螺栓连接，所述外转子包括磁轭和永磁体，所述磁轭包括内、外磁轭，所述永磁体包括内、外永磁体，所述内、外永磁体与内、外磁轭结合，所述外转子与车轮连接，所述内转子为对称分布，对称的两个内转子通过轴承与定子轴连接，所述定子为内外表面双面开槽结构，定子之上设置的双面开槽结构中镶嵌有对称分布的八组线圈绕组，所述八组线圈绕组分别单独与八个ECU连接，并由八个ECU单独控制，所述ECU分别与每个车轮的主ECU进行连接，所述线圈绕组电连接有电源。

优选地，所述线圈绕组采用星形或者是三角形接法。

优选地，所述永磁体采用汝铁硼永磁材料。

优选地，所述内转子与中轴通过轴承连接。

本实用新型的有益效果：本实用新型由于设置了对称的双转子，以及在定子的表面开设双面槽，并在槽中安装在对称的线圈绕组，并在各个线圈绕组上分别设置独立控制的ECU，以上的结构及对其所采用的控制方法，使轮毂电机具有输出力矩大、同转速高的优点，同时具有在不同工作条件下，配置不同力矩和工作稳定可靠的优点；由于本实用新型的转子结构为双转子结构，此双转子结构的电机更优化地利用了电机内部的有用空间，提高了电机利用效率、增大了有效气隙的面积、提高了转矩密度等优点，特别适合于电动汽车轮毂电机；由于定子绕组内采用分块绕组的形式，并由各自对应的ECU独立控制，相当于实现了分组控制，即相当于是几个独立的电机工作，一般情况下，这几个独立电机全部工作，车轮的主ECU通过对接收到的各种工作信号的计算和比对，得出个独立电机此时最佳工作电流，然后独立电机通过各自对应的ECU来实时控制其绕组电流的大小，从而实现了电机工作力矩的连续可调；本实用新型的双转子分组控制的电机还可以在特殊情况下，有部分的电机独立工作，如当某个电机出现故障时，其它部分可正常工作，不至于动力输出的中断，实现了工作的稳定可靠的优点；在某些特殊的情况下，还可以通过适当个数的独立电机的交替工作解决轮毂电机过热而导致的烧毁的问题，延长了电机的实用寿命；由于定子内的线圈绕组采用对称形式分布，当本实用新型工作时，对称的线圈绕组分布使得电机在对称方向上的受力可以抵消，减少对轴及轴承摩擦，延长使用寿命。

附图说明

下面根据实施例和附图对本实用新型作进一步详细说明（图中均以每个轮毂电机中相当于有8个独立电机为例进行示意）。

图1是轮毂电机结构示意图；

图2是外转子与端盖的连接结构示意图；

图3是轮毂电机内转子结构示意图；

图4是电机结构剖视图的一半；

图5是线圈绕组连线示意图；

图6是线圈绕组结构示意图；

图7是电机控制部分示意图；

图8是ECU控制流程图。

图中：

1、外转子永磁体；2、内转子永磁体；3、内转子；4、中轴；5、螺栓孔；6、轴承；7、内层线圈绕组；8、定子；9、外层线圈绕组；10、隔磁材料；11、外转子；12、端盖；13、电机；14、ECU；15、主ECU；16、磁轭，17、气隙；18、螺栓。

具体实施方式

如图1至图8所示，一种双转子轮毂电动汽车电机，包括外转子11，内转子3，定子8，轴承6，端盖12，线圈，内转子3和外转子11及端盖12通过螺栓18连接，外转子11包括磁轭和永磁体，所述磁轭包括内、外磁轭，永磁体包括内、外转子永磁体2、1，内、外永磁体2、1与内、外磁轭结合，外转子11与车轮连接，永磁体提供磁场，在定子8与外转子11之间设置有隔磁材料10。

内、外永磁体2、1与内、外磁轭16结合在一起，外转子11直接与车轮连接，双面开槽的定子在定子的表面形成内槽和外槽结构，在定子8的外槽内镶嵌有外层线圈绕组9，外层线圈绕组9采用对称分布结构，在定子8的内槽内镶嵌有内层线圈绕组7，与内、外转子3、11组成相当于8个独立的电机13，线圈绕组连接采用星形或者三角形连接方式，内转子3与中轴4通过轴承6连接，内转子3为如图3所示的对称结构，内、外转子3、11与端盖12通过开有螺栓孔5处用螺栓连接。当内、外层线圈绕组7、9的引出线通入三相对称交流电流时，产生的旋转磁场和永磁体1、2产生的永久磁场在气隙17相互作用，产生使通过端盖12连接的内、外转子3、11转向相同的电磁转矩，拖动负载，输出转矩。各个相当于独立工作的电机13通过各自的单独控制的电机13的ECU14进行控制，而单独控制的ECU14与车轮的主ECU15进行通讯，在本实用新型中每个车轮都有一个控制车轮的主ECU15，每个车轮的主ECU15又受到整车的控制系统支配，控制车轮的主ECU15接收适应于车辆不同工况的各种不同工作模式信号。

定子8中的内、外层线圈绕组7、9采用对称分布结构，以48槽的定子为例，定子8中的内槽的内层线圈绕组7对称分布，如图5，同理，定子8中外槽的外层线圈绕组9绕组分布与之相同，由此，内外层线圈绕组7、9与内、外转子3、11组成相当于8个独立的电机13，如图6所示，线圈绕组连接采用星形或者三角形连接方式。内转子3与中轴4通过轴承6连接，内转子为如图3所示的对称结构，内、外转子3、11与端盖12通过螺栓孔5用螺栓连接。当线圈绕组7、9的引出线通入三相对称交流电流时，产生的旋转磁场和永磁体1、2产生的永久磁场在气隙17相互作用，产生使通过端盖12连接的内、外转子3、11转向相同的电磁转矩，拖动负载，输出转矩。

电机控制过程如图7，各个相当于独立工作的电机13通过各自的单独控制的ECU14进行控制，而单独控制的ECU14与车轮的主ECU15进行通讯，接收适应于车辆不同工况的各种不同工作模式信号。一个具体的控制过程，如图8，左前轮控制器Efl为左前轮的主ECU，左前轮控制器Efl接收不同的电信号，包括母线电流信号、转速信号和编码器信号等。电池组电压经过稳压模块和功率模块后对相应控制单元对称绕组提供三相电流，母线电流信号由安装在母线上的电流传感器测出，转速信号是由上位机根据车辆工况而发出的理想车速，编码器信号来自于安装在轮毂电机上的编码器，由此信号可知当前的实际车速；E1接收来自Efl的命令控制工作中的绕组电流的相位和大小，从而实现电机的控制。

以48槽为例，内槽一种分块绕组的连接形式如图5，4组线圈绕组相当于4个独立的电机，对称绕组（A1、B1、C1）、（A2、B2、C2）、（A3、B3、C3）（未画出）和（A4、B4、C4）（未画出）分别对应独立电机m5、m8、m7和m6，由以上叙述可知，分别单独由E5、E8、E7和E6控制，外层线圈绕组分布（未画出）和对应控制关系与内层线圈绕组相同。力矩输出的可调可以有两种形式，一：单独的控制器可以控制内外层独立电机m1-m8的单个或者是多个工作，例如对称绕组（A1、B1、C1）、（A2、B2、C2）对应的独立电机m5、m8工作，而其余电机处于不工作状态，这样可以根据不同的工况实现了电机的力矩输出可调，并且在某些必要的条件下还可以实现各个独立电机的交替轮换工作。二、由各个分ECU对不同绕组通电使其工作，实现力矩可调，假设只有一个独立电机工作，一种具体的工作顺序为（A1、B1、C1）、（B1、C1、A2）、（C1、A2、B2）、（A2、B2、C2）、（B2、C2、A3）、（C2、A3、B3）、（A3、B3、C3）、（B3、C3、A4）、（C3、A4、B4）、（A4、B4、C4）、（B4、C4、A1）、（C4、A1、B1）、（A1、B1、C1）……依次循环工作。在同样条件下，假设两个独立电机工作，一种具体的工作顺序为（A1、B1、C1、A2、B2、C2）、（B1、C1、A2、B2、、C2、A3）、（C1、A2、B2、C2、A3、B3）、（A2、B2、C2、A3、B3、C3）、（B2、C2、A3、B3、C3、A4）、（C2、A3、B3、C3、A4、B4）、（A3、B3、C3、A4、B4、C4）、（B3、C3、A4、B4、C4、A1）、（C3、A4、B4、C4、A1、B1）、（A4、B4、C4、A1、B1、C1）、（B4、C4、A1、B1、C1、B2）、（C4、A1、B1、C1、A2、B2、）、（A1、B1、C1、A2、B2、C2）……其他独立工作的形式与之类似。

本实用新型可以根据实际需要，设置由内、外层线圈绕组与内、外转子所组成的相当于独立的电机的个数，不一定为本实施例中所述的八个线圈绕组。

另外，本实用新型也可以有不同的实施方式，原理都是相同的，如，本实用新型可以中的双转子结构，也可以简化为单转子结构，单转子轮毂电机在功率上照双转子轮毂电机稍差，但在其它方面起到的效果于双转子轮毂电机相同。

本实用新型具有以下的优点：

1、一般轮毂电机为内转子或者是外转子结构，而本实用新型为内、外双转子结构，随着转子数量的增加，电机的功率也成倍数增加，并且具有一般轮毂电机的优点，如省略传动装置、方便布置、改善整车的舒适性、方便实现四轮驱动。

2、针对车轮内部空间有限，电机功率密度性能要求高等特点，此轮毂电机采用双转子结构形式，更好的利用了电机和车轮内部的有用空间，提高了电机利用效率；增大了有效气隙的面积，提高转矩密度；同时使得电机结构紧凑，受力均匀合理，使用寿命长。

3、由于定子的线圈绕组内采用分块绕组的形式，并各自连接与其相对应的单独控制ECU14独立控制，相当于实现了分块控制，即相当于是几个独立的电机，这样的结构设置的优点是：第一，工作稳定可靠，其中的某些区域若不能工作，其他部分可正常工作，不至于动力输出的中断；第二，可以依据道路的工况由车轮的主ECU15发出指令分别控制相应的单独控制ECU14，定子8槽中的外层线圈绕组9和内层线圈绕组7全部或部分独立模块工作，来适应不同的道路工况，实现动力输出的平稳和节能效果；第三，在车辆长时间大负荷低速爬坡时，容易出现冷却不足导致的轮毂电机过热烧毁问题，此双转子轮毂电机在采用常规散热和冷却措施以后，还可以通过适当个数的独立电机的交替工作来解决这个问题。

4、由于采用内、外双转子结构，并实现了分块控制，同时采用适当极数及尺寸结构，可获得的较短的磁路以减小铁芯损耗，增强隔磁性能，在增大力矩输出的同时，提高了转速，更加适合于轮毂电机。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种双转子轮毂电动汽车电机，包括外转子、内转子、定子、轴承、端盖、线圈绕组，所述内转子和外转子及端盖通过螺栓连接，所述外转子包括磁轭和永磁体，所述磁轭包括内、外磁轭，所述永磁体包括内、外永磁体，所述内、外永磁体与内、外磁轭结合，所述外转子与车轮连接，其特征在于，所述内转子为对称分布，对称的两个内转子通过轴承与定子轴连接，所述定子为内外表面双面开槽结构，定子之上设置的双面开槽结构中镶嵌有对称分布的八组线圈绕组，所述八组线圈绕组分别单独与八个ECU连接，并由八个ECU单独控制，所述ECU分别与每个车轮的主ECU进行连接，所述线圈绕组电连接有电源。

2.根据权利要求1所述的一种双转子轮毂电动汽车电机，其特征在于，所述线圈绕组采用星形或者是三角形接法。

3.根据权利要求1所述的一种双转子轮毂电动汽车电机，其特征在于，所述永磁体采用汝铁硼永磁材料。

4.根据权利要求1所述的一种双转子轮毂电动汽车电机，其特征在于，所述内转子与中轴通过轴承连接。

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