CN212518566U - 单线绕组轮毂电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种单线绕组轮毂电机，包括第一端盖、转子总成、第二端盖、主轴以及定子总成；第一端盖、第二端盖、定子总成分别连接主轴，定子总成位于第一端盖与第二端盖之间，转子总成对应设置在定子总成的周向上，转子总成的两端分别连接第一端盖、第二端盖；定子总成包括定子支架、定子铁芯、绕组线圈以及轴套；定子支架通过轴套连接主轴，定子铁芯安装在定子支架上，定子铁芯的周向上均匀间隔分布绕线齿、绕线槽；绕线齿上缠绕单线绕组线圈，即单根导线单层或多层缠绕在绕线齿上。本实用新型结构简单合理，定子部采用单线绕组，通过单根导线单层或多层缠绕在绕线齿上，提高绕线槽内导线的净面积，从而进一步提高电机的运行效率和扭矩。

Description

单线绕组轮毂电机

技术领域

本实用新型涉及电动车电机技术领域，具体地，涉及一种单线绕组轮毂电机。

背景技术

电动车具有经济环保、骑行方便、安全简单等优点，深受广大消费者的青睐，市场需求越来越大，轮毂电机的产量也随之水涨船高。

传统的电机制造过程中，定子绕线均由多根漆包线并绕的方式进行，由于每根圆导线都存在一定比例的绝缘层，圆导线之间存在空隙，且导线错乱不整齐也占用一定的空间，使得绕线槽内绕组导线总的净截面积与绕线槽的总面积占比非常低，只有40％左右，极低的槽满率导致电机性能没有充分发挥。在复杂路况下，由于电机的效率低、扭矩小，电动车会出现行使里程短、动力不足、爬坡无力等问题，电机容易烧线圈，造成大量退货，电机成本居高不下，给电机生产企业带来严重的挑战。

公开号为CN210225143U的专利文献公开了一种加强型轮毂电机，包括位于轮辋中间的定子，轮辋内圆周固定磁钢，轮辋两侧分别使用毂盖和边盖封闭固定，轴从定子、边盖和毂盖的轴孔穿过，并在边盖和毂盖的轴孔上设置轴承，所述定子的支架外圆周固定铁芯，并在铁芯上缠绕线圈，内圆周与轴套固定连接，支架为圆形双板结构，双板贴合在一起形成完整支架，并使用紧固件固定，双板分别在中部径向均布设置相对应的长腰形或鼓形凸起，支架上均布设置若干个减重孔。该专利文献通过对定子和毂盖的结构进行优化和改进，使轮毂电机整体结构得到强化，且较传统轮毂电机的整体重量更轻，散热能力更好，但是没有对定子绕线进行改进，提高绕线槽内导线的槽满率，从而进一步提高电机的效率。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种单线绕组轮毂电机。

根据本实用新型提供的一种单线绕组轮毂电机，包括第一端盖、转子总成、第二端盖、主轴以及定子总成；

所述第一端盖、第二端盖、定子总成分别连接主轴，定子总成位于第一端盖与第二端盖之间，转子总成对应设置在定子总成的周向上，转子总成的两端分别连接第一端盖、第二端盖；

所述定子总成包括定子支架、定子铁芯、绕组线圈以及轴套；

所述定子支架通过轴套连接主轴，定子铁芯安装在定子支架上，定子铁芯的周向上均匀分布有绕线齿、绕线槽，绕线齿、绕线槽间隔分布；

所述绕线齿上缠绕绕组线圈，所述绕组线圈为单线绕组，即单根导线单层或多层缠绕在绕线齿上。

优选地，所述绕线齿的横截面积S1与绕线槽的横截面积S2的比值为0.8-1.5；

所述绕线槽的横截面为等腰梯形，梯形腰与绕线槽槽底所在底边的夹角为80-100度。

优选地，所述绕线齿顶端两侧分别向绕线槽延伸形成挡边，绕线齿底端的宽度e与绕线齿顶端除去挡边后的宽度d的比值为1-1.3。

优选地，所述绕线槽内设置有绝缘纸，所述绝缘纸贴合在绕线槽内壁上。

优选地，所述绕组线圈为单相或多相绕组，绕组线圈采用铜线绕组、铝线绕组或铜包铝线绕组。

优选地，所述定子总成还包括绝缘挡板、绝缘挡圈，所述定子铁芯的两个端面上均设置有绝缘挡板，绝缘挡板与定子支架外圆之间设置有绝缘挡圈。

优选地，所述定子铁芯的周向上还设置有霍尔槽，所述霍尔槽中放置霍尔元件。

优选地，所述转子总成包括轮辋、导磁环以及永磁体；所述导磁环的外侧设置轮辋，导磁环的内侧设置永磁体，导磁环的两端分别连接第一端盖、第二端盖；所述永磁体均匀分布在导磁环的内侧壁上。

优选地，所述第一端盖包括第一端盖本体、第一轴承以及第一油封，所述第一端盖本体中心设置有第一轴承室、第一油封槽，第一油封槽设置在第一轴承室外侧，第一轴承设置在第一轴承室内并连接主轴，第一油封设置在第一油封槽内并连接主轴，第一端盖本体的外圆连接转子总成的导磁环；

所述第二端盖包括第二端盖本体、第二轴承以及第二油封，所述第二端盖本体中心设置有第二轴承室、第二油封槽，第二油封槽设置在第二轴承室外侧，第二轴承设置在第二轴承室内并连接主轴，第二油封设置在第二油封槽内并连接主轴，第二端盖本体的外圆连接转子总成的导磁环。

优选地，还包括导线组件，所述导线组件能够将绕组线圈引出到单线绕组轮毂电机外部。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型结构简单合理，定子部采用单线绕组，通过单根导线单层或多层缠绕在绕线齿上，提高绕线槽内导线的净面积，从而进一步提高电机的运行效率和扭矩。

2、本实用新型绕线槽为接近矩形的梯形槽，使得单线绕组能够在在槽内均匀排列，减少线与线之间的缝隙，提高槽满率，从而提高槽内导线的净面积。

3、本实用新型通过控制绕线齿与绕线槽面积的比值、绕线槽的形状，并通过单根导线缠绕在绕线齿上形成单线绕组线圈，能够将绕线槽中导线净面积占比提高到60％以上，提高了电机的运行效率和扭矩，降低了电机铜耗和温升，有利于增加电动车的动力和行使里程，提高了电动车复杂工况下的爬坡能力。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型的剖视结构示意图。

图2为本实用新型定子部总成和转子部总成的局部放大示意图。

图3为本实用新型单线绕组在绕线槽内分布的截面图。

图4为多线绕组在绕线槽内分布的截面图。

图5为本实用新型三相六路并联单线绕组分布示意图。

图中示出：

第一端盖1 定子支架501

第一端盖本体101 定子铁芯502

第一轴承102 绕线齿5021

第一油封103 绕线槽5022

转子总成2 绕组线圈503

轮辋201 电流流入端5031

导磁环202 电流流出端5032

永磁体203 霍尔槽5033

第二端盖3 绝缘挡板504

第二端盖本体301 轴套505

第二轴承302 绝缘挡圈506

第二油封303 绝缘纸507

主轴4 紧固件6

定子总成5 导线组件7

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

根据本实用新型提供的一种单线绕组轮毂电机，如图1所示，包括第一端盖1、转子总成2、第二端盖3、主轴4以及定子总成5；所述第一端盖1、第二端盖3、定子总成5分别连接主轴4，定子总成5位于第一端盖1与第二端盖3之间，转子总成2对应设置在定子总成5的周向上，转子总成2的两端分别连接第一端盖1、第二端盖3；所述定子总成5包括定子支架501、定子铁芯502、绕组线圈503以及轴套505；所述定子支架501通过轴套505连接主轴4，定子铁芯502安装在定子支架501上，定子铁芯502的周向上均匀分布有绕线齿5021、绕线槽5022，绕线齿5021、绕线槽5022间隔分布；所述绕线齿5021上缠绕绕组线圈503，所述绕组线圈503为单线绕组，即单根导线单层或多层缠绕在绕线齿5021上。

如图1-3以及5所示，所述绕线齿5021的横截面积S1与绕线槽5022的横截面积S2的比值为0.8-1.5；所述绕线槽5022的横截面为等腰梯形，梯形腰与绕线槽5022槽底所在底边的夹角为80-100度。所述绕线齿5021顶端两侧分别向绕线槽5022延伸形成挡边，绕线齿5021底端的宽度e与绕线齿5021顶端除去挡边后的宽度d的比值为1-1.3。所述绕线槽5022内设置有绝缘纸507，所述绝缘纸507贴合在绕线槽5022内壁上。所述绕组线圈503为单相或多相绕组，绕组线圈503采用铜线绕组、铝线绕组或铜包铝线绕组。所述定子总成5还包括绝缘挡板504、绝缘挡圈506，所述定子铁芯502的两个端面上均设置有绝缘挡板504，绝缘挡板504与定子支架501外圆之间设置有绝缘挡圈506。所述定子铁芯502的周向上还设置有霍尔槽5033，所述霍尔槽5033中放置霍尔元件。

图3为本实用新型单线绕组在绕线槽内分布的截面图，图4为传统多线绕组在绕线槽内分布的截面图，对比图3、图4可知，传统多根导线同时一层或多层缠绕在绕线齿上，每根导线都存在一定比例的绝缘层，且导线之间存在空隙较大，使得槽满率和导线净截面积与槽总面积占比较低，而通过单根导线一层或多层缠绕在绕线齿5021上的方式，使得导线排列整齐，导线与导线之间的空隙减小，从而提高导线槽满率，进一步提高导线净截面积与槽总面积占比。

如图1所示，所述转子总成2包括轮辋201、导磁环202以及永磁体203；所述导磁环202的外侧设置轮辋201，导磁环202的内侧设置永磁体203，导磁环202的两端分别连接第一端盖1、第二端盖3；所述永磁体203均匀分布在导磁环202的内侧壁上。

如图1所示，所述第一端盖1包括第一端盖本体101、第一轴承102以及第一油封103，所述第一端盖本体101中心设置有第一轴承室、第一油封槽，第一油封槽设置在第一轴承室外侧，第一轴承102设置在第一轴承室内并连接主轴4，第一油封103设置在第一油封槽内并连接主轴4，第一端盖本体101的外圆连接转子总成2的导磁环202；所述第二端盖3包括第二端盖本体301、第二轴承302以及第二油封303，所述第二端盖本体301中心设置有第二轴承室、第二油封槽，第二油封槽设置在第二轴承室外侧，第二轴承302设置在第二轴承室内并连接主轴4，第二油封303设置在第二油封槽内并连接主轴4，第二端盖本体301的外圆连接转子总成2的导磁环202。还包括导线组件7，所述导线组件7能够将绕组线圈503引出到单线绕组轮毂电机外部。

以上对本申请的基本实施例进行了说明，下面结合基本实施例的优选例和/或变化例对本申请进行更为具体的说明。

实施例

参照图1所示，本实施例中单线轮毂电机包含第一端盖1、转子总成2、第二端盖3、定子总成5等结构。所述第一端盖1，包含第一端盖本体101，压入端盖内侧轴承室的第一轴承102和压入外侧油封槽的第一油封103。所述转子总成2，包含轮辋201、轮辋内侧的导磁环202、均匀固定分布在导磁环内侧的永磁体203，永磁体依次以N、S交替型式均匀装在导磁环202内圆处，可以粘胶、塑封，永磁体可为矩形、同心扇形、不同心扇形等。所述第二端盖3，类似第一端盖1，包含第二端盖本体301，压入端盖内侧轴承室的第二轴承302和压入外侧油封槽的第二油封303。所述定子总成5，包含定子支架501，定子铁芯502固定在定子支架501上，主轴4压入定子支架501中的轴套505，轴套505连接主轴4，定子铁芯502两端面有绝缘挡板504，定子支架外圆处与定子铁芯502两端盖面绝缘挡板504之间有绝缘挡圈506，绕线槽5022内有紧贴于槽壁的绝缘纸507，由单根导线构成的绕组线圈503单层或者多层均匀紧密地缠绕在每个绕线齿5021上，相对称线圈503通过导线组件7引出，与控制平台连接。

第二端盖3的止口面与转子总成2导磁环202内圆面重合，通过紧固件6轴向锁紧固定。将定子总成5的非出线端轴，穿入上一步由第二端盖3和转子总成2形成的型腔内，主轴4固定支撑在第二端盖3内侧的第二轴承302上。第一端盖1内侧的第一轴承102内孔套入主轴4，止口面与转子总成2导磁环202内圆面重合，通过紧固件6轴向锁紧固定。

定子总成5是静止部件，转子总成2是运转部件。在定子总成5的定子铁芯502中设置有专门放置霍尔元件的霍尔槽5033，霍尔槽5033按照一定规律均匀分布，放入霍尔槽5033中的霍尔元件用于检测轮毂运转时磁极位置，控制平台根据磁极位置按照一定的控制逻辑交替给绕组线圈503通电，从而在绕线齿5021上形成一个N、S旋转的磁场，旋转磁场与转子总成2上的永磁体203产生相互作用的力，拉动轮毂旋转。

参照图2所示，定子铁芯502包括在外周均匀分布的绕线齿5021，齿的数量可为9-63，绕线齿5021由导磁材料制成，在相邻的绕线齿5021之间有绕线槽5022，绕线齿5021的面积S1与绕线槽5022的面积S2比值范围为0.8-1.5，定子铁芯502上的绕线槽5022为平底槽，趋向于类似接近方形(矩形)，绕线齿5021底端的宽度e与绕线齿5021顶端除去挡边后的宽度d的比值为1-1.3。所述绕线槽5022面积为从齿底到齿顶部分(铁芯最大外圆)的面积，所述定子铁芯502通过单片硅钢片叠合或者螺旋卷绕冲叠铆工艺制作。所述定子铁芯的外径

范围是50-300mm，内径

范围是20-270mm，轭部宽度h范围是3-10mm，绕线齿5021两侧延伸的挡边将绕线槽5022收口，收口后绕线槽槽口宽度c范围是1.5-3.5mm。导磁环202厚度a范围为2-8mm，导磁环202内圆永磁体203的厚度b范围为1.0-5.0mm。轮辋外径f范围是170-400mm，参照图1。

围绕所述绕线齿5021设有绕组线圈503，所述绕组线圈503包括铜线绕组/铝线绕组/铜包铝线绕组或其他材质的导电绕组。所述绕组线圈503由单根导线构成，均匀的单层或多层紧密缠绕在绕线齿5021上。

Z为绕线槽5022槽数，p为极对数，2p为极数，2p即永磁体203数量。定子铁芯中绕线槽5022的数量Z与转子总成2中永磁体203数量2p的配比关系为：Z/2p，Z取值9-63，P取值4-35。绕线齿5021上有单根绕组缠绕，排列成单层或者多层绕组，根据Z/2p公约数选用1路或者多路形式联接。槽数Z与极数2p的最大公约数t表示该电机的单元电机数，能被t整除的数就是可并联路数。如12槽10极的单元电机数是2，1和2均是12/10的公约数，则12槽10极有2种并联路数可以选择；48槽60极的单元电机数是6，1、2、3、6均是48/60的公约数，则48槽60极有1路、2路、3路、6路4四种并联路数可以选择，依此类推。

以定子铁芯502的某一个绕线齿5021为起始齿，往顺时针或者逆时针方向，单根导线每绕完Z/(3t)个齿后，相隔2Z/(3t)个齿，继续绕Z/(3t)个齿，依此规律共绕t次构成第1相绕组。导线不剪断，按照相同的旋转方向，从与起始齿相隔Z/(3t)-1个齿开始，与第1相绕组相同规律构成第2相绕组。导线不剪断，按照相同的旋转方向，从与起始齿相隔2Z/(3t)-1个齿开始，与第1相绕组相同规律构成第3相绕组。整个绕组有2根引出线。

为实现不同路数连接，先将上述第1相绕组结束与第2相绕组开始之间的导线剪断，第2相绕组结束与第3相绕组开始之间的导线剪断，共6根引出线。再分别将每相绕组中t个单元电机的线头和线尾剪断，每个单元电机中的每相绕组线圈，电流流入端5031为头，电流流出端5032为尾。需要连接成多少路并联，就将每相单元电机均分几组，然后每组的所有头连接在一起，三相绕组共有3个头，三相所有尾连接在一起形成公共端，三相绕组绕构成一个公共端。一个定子总共有4个线头。具体以54槽60极6路并联的示意如图5作说明，图中小写字母a、b、c所对应的绕线齿5021上面绕线为顺时针绕线，大写字母A、B、C所对应的绕线齿5021上面绕线为逆时针绕线。

本实用新型通过所设置的齿面积与槽面积的比值、绕组单根线多路并绕，槽中导线净面积占比由40％提升到60％以上。本实用新型中定子的设计，能够提高铜线利用率、槽满率，提升电机的效率和扭矩；降低永磁体与定子铁芯材料用量，提高了产品在市场的竞争力。本实用新型提高了电机的运行效率和扭矩，降低了电机铜耗和温升，这样有利于增加电动车的动力和行使里程，提高了电动车复杂工况下的爬坡能力。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种单线绕组轮毂电机，其特征在于，包括第一端盖(1)、转子总成(2)、第二端盖(3)、主轴(4)以及定子总成(5)；

所述第一端盖(1)、第二端盖(3)、定子总成(5)分别连接主轴(4)，定子总成(5)位于第一端盖(1)与第二端盖(3)之间，转子总成(2)对应设置在定子总成(5)的周向上，转子总成(2)的两端分别连接第一端盖(1)、第二端盖(3)；

所述定子总成(5)包括定子支架(501)、定子铁芯(502)、绕组线圈(503)以及轴套(505)；

所述定子支架(501)通过轴套(505)连接主轴(4)，定子铁芯(502)安装在定子支架(501)上，定子铁芯(502)的周向上均匀分布有绕线齿(5021)、绕线槽(5022)，绕线齿(5021)、绕线槽(5022)间隔分布；

所述绕线齿(5021)上缠绕绕组线圈(503)，所述绕组线圈(503)为单线绕组，即单根导线单层或多层缠绕在绕线齿(5021)上。

2.根据权利要求1所述的单线绕组轮毂电机，其特征在于，所述绕线齿(5021)的横截面积S1与绕线槽(5022)的横截面积S2的比值为0.8-1.5；

所述绕线槽(5022)的横截面为等腰梯形，梯形腰与绕线槽(5022)槽底所在底边的夹角为80-100度。

3.根据权利要求1所述的单线绕组轮毂电机，其特征在于，所述绕线齿(5021)顶端两侧分别向绕线槽(5022)延伸形成挡边，绕线齿(5021)底端的宽度e与绕线齿(5021)顶端除去挡边后的宽度d的比值为1-1.3。

4.根据权利要求1所述的单线绕组轮毂电机，其特征在于，所述绕线槽(5022)内设置有绝缘纸(507)，所述绝缘纸(507)贴合在绕线槽(5022)内壁上。

5.根据权利要求1所述的单线绕组轮毂电机，其特征在于，所述绕组线圈(503)为单相或多相绕组，绕组线圈(503)采用铜线绕组、铝线绕组或铜包铝线绕组。

6.根据权利要求1所述的单线绕组轮毂电机，其特征在于，所述定子总成(5)还包括绝缘挡板(504)、绝缘挡圈(506)，所述定子铁芯(502)的两个端面上均设置有绝缘挡板(504)，绝缘挡板(504)与定子支架(501)外圆之间设置有绝缘挡圈(506)。

7.根据权利要求1所述的单线绕组轮毂电机，其特征在于，所述定子铁芯(502)的周向上还设置有霍尔槽(5033)，所述霍尔槽(5033)中放置霍尔元件。

8.根据权利要求1所述的单线绕组轮毂电机，其特征在于，所述转子总成(2)包括轮辋(201)、导磁环(202)以及永磁体(203)；所述导磁环(202)的外侧设置轮辋(201)，导磁环(202)的内侧设置永磁体(203)，导磁环(202)的两端分别连接第一端盖(1)、第二端盖(3)；所述永磁体(203)均匀分布在导磁环(202)的内侧壁上。

9.根据权利要求1所述的单线绕组轮毂电机，其特征在于，所述第一端盖(1)包括第一端盖本体(101)、第一轴承(102)以及第一油封(103)，所述第一端盖本体(101)中心设置有第一轴承室、第一油封槽，第一油封槽设置在第一轴承室外侧，第一轴承(102)设置在第一轴承室内并连接主轴(4)，第一油封(103)设置在第一油封槽内并连接主轴(4)，第一端盖本体(101)的外圆连接转子总成(2)的导磁环(202)；

所述第二端盖(3)包括第二端盖本体(301)、第二轴承(302)以及第二油封(303)，所述第二端盖本体(301)中心设置有第二轴承室、第二油封槽，第二油封槽设置在第二轴承室外侧，第二轴承(302)设置在第二轴承室内并连接主轴(4)，第二油封(303)设置在第二油封槽内并连接主轴(4)，第二端盖本体(301)的外圆连接转子总成(2)的导磁环(202)。

10.根据权利要求1所述的单线绕组轮毂电机，其特征在于，还包括导线组件(7)，所述导线组件(7)能够将绕组线圈(503)引出到单线绕组轮毂电机外部。

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