CN215186112U - 一种轮毂电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种轮毂电机，包括：电机本体，将所述电机本体包覆的轮毂，所述轮毂包括相互配合的第一轮毂体和第二轮毂体；还包括贯穿所述电机本体、轮毂的电机轴；所述电机本体包括定子组件；所述定子组件包括定子铁芯，所述定子铁芯内开设定子槽，所述定子槽内绕制定子绕组；转子组件；所述转子组件包括转子铁芯，所述转子铁芯内开设转子槽，所述转子槽内绕制转子绕组；设定所述转子铁芯的圆心距离所述转子铁芯的外表面的距离为L1，所述定子槽的槽宽为L2，L2:L1＝(0.15‑0.25)：1；所述转子绕组填充所述转子槽。本实用新型对轮毂本体的结构也一并进行了改进，能进行智能调整，提高电机的整体工作效率。

Description

一种轮毂电机

技术领域

本实用新型涉及电机领域，尤其涉及一种轮毂电机。

背景技术

轮毂电机技术也被称为车轮内装电机技术，它的最大特点就是将动力装置、传动装置和制动装置都整合一起到轮毂内，得以将电动车辆的机械部分大为简化。

轮毂电机驱动系统根据电机的转子型式主要分成两种结构型式:内转子式和外转子式。其中外转子式采用低速外转子电机，电机的最高转速在 1000-1500r/min，无减速装置，车轮的转速与电机相同；而内转子式则采用高速内转子电机，配备固定传动比的减速器，为获得较高的功率密度，电机的转速可高达10000r/min。

具体使用过程中，现有轮毂电机采用普通自流电机的结构，如公开专利CN201921139573.7的图1所述，车轮组件(仅有磁铁)安装到车辆上后，该电机转轴同车轮的轮轴固定连接，外壳同轮毂固定连接，在通电状态下，外壳相对于电机转轴转动，带动车轮转动，这种电机装置的缺陷：由于磁体是固定的，则转动过程中，切割磁感线的磁通量是一定的，不能对电机的转速，效率进行调节。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供了一种轮毂电机，改变了传统轮毂电机的转子组件仅有设置磁钢的弊端，在工作过程中，不能智能调节电机的速度等参数；另外由于结构改进，转速增大，对轮毂本体的结构也一并进行了改进，采用下述结构，能进行智能调整，提高电机的整体工作效率。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种轮毂电机，包括：电机本体，将所述电机本体包覆的轮毂，所述轮毂包括相互配合的第一轮毂体和第二轮毂体，所述第一轮毂体和第二轮毂体形成密封空间，所述电机本体装配于所述密封空间内；还包括贯穿所述电机本体、轮毂的电机轴；

所述电机本体包括定子组件；所述定子组件包括定子铁芯，所述定子铁芯内开设定子槽，所述定子槽内绕制定子绕组；

转子组件；所述转子组件包括转子铁芯，所述转子铁芯内开设转子槽，所述转子槽内绕制转子绕组；

设定所述转子铁芯的圆心距离所述转子铁芯的外表面的距离为L1，所述定子槽的槽宽为L2，L2:L1＝(0.15-0.25)：1；所述转子绕组填充所述转子槽。

本方案对于轮毂电机进行了大的改进，区别于现有技术的轮毂电机的车轮组件(转子组件)仅有磁钢，并不绕制线圈，导致不能智能调节电机的速度等参数；另外现有技术中其他领域(排除轮毂电机)转子组件有采用绕制线圈的方式，与定子组件进行匹配工作，受制于应用场景的限制，一般转子组件中转子槽的槽宽较小，通常为1cm，该方式中线圈较少，导致工作中电机的扭力不足，不能应用高速需求的场所；

本方案中针对以上两个技术问题，首先增大了转子槽的槽宽，其次由于从电机基础理论可知，由于转子铁芯提供的磁通量是一定的，无限增大转子槽的槽宽(间接增大绕线)，并不能达到很高的扭力，会达到一个平衡点；故本方案转子槽的槽宽为L2，L2:L1＝(0.15-0.25)：1，即槽宽既解决了现有技术中绕制的线圈较少，也同时解决了电机扭力的需求。优选转子槽的槽宽为2cm，即相较于通常的槽宽增大一倍。槽宽的在合适范围内的增大对应定子绕组的线圈增加。

上述电机本体与所述第一轮毂体和第二轮毂体固定连接，一般采用紧固螺栓固定连接。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述第一轮毂体包括第一轮毂本体，所述第一轮毂本体形成一侧的内凹面，所述内凹面侧形成第一加强板，所述第一轮毂本体外侧形成第二加强板，环绕所述第二加强板设置第三加强板；所述第一加强板和第二加强板相对设置。

本方案采用高速电机，且为了匹配电机的工作效率在正常工作状态下保持在90％以上，会自动调整电机的转速，对电机轴以及轮毂本体的本身的强度要求较高；具体地，由于第一轮毂本体和第二轮毂对称设置，本方案以第一轮毂详细说明，对其结构进行了改进，在整个第一轮毂本体上设置三个加强板，上述三个加强板均一体成型于第一轮毂本体，一般可以压铸成型。

第一轮毂本体外侧设置两个加强板，这是由于第一轮毂本体直接对外，首先第三加强板用于保护外部存在对轮毂本体的撞击，然后第二加强板由于直接关联电机轴，其在连接处对电机轴进一步保护。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述第一轮毂本体供所述电机轴穿过的通孔设置至少一个以上台阶。

更进一步地，本方案中通孔并不是单一的贯通孔，在贯通孔处设置台阶，除了增大强度外，也能提高电机轴的装配效率。

在本实用新型的一个优选实施例中，位于所述第一轮毂本体外侧的台阶结构与所述电机轴过盈配合，位于所述内凹面的台阶结构用于装配轴承。

具体地，上述台阶结构分成两类，一类与所述电机轴过盈配合，一类用于装配轴承，其中轴承内设置滚珠，绕着电机轴周向设置。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述电机轴与轮毂之间设有轴承，工作状态下所述定子组件与转子组件产生相匹配的感应旋转力，所述感应旋转力驱动轮毂转动。

结合上述台阶结构，台阶结构将轴承完全包覆，提高了产品的使用寿命。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述转子铁芯的外缘与轮毂本体的内缘之间采用胶体或销子固连。

采用胶体粘接首先成本较低，能大规模实现工业化生产；胶体填充整个安装面。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述转子绕组指缠绕在所述转子铁芯上的绕组，所述绕组是由多个线圈或线圈组构成，所述线圈采用粗线，在单个转子槽中所述粗线形成20-50匝线圈。

具体采用粗线，且对应匹配单个转子槽中粗线形成20-50匝线圈，以实现电机工作效率的有效提升，正常电机的工作效率仅有80％左右，采用本方案电机的工作效率能提升到90％以上。

所述粗线采用1mm以上的铜线。由于本方案需要考虑到利用直流信号进行相关控制，其中该铜线用于通直流减少直流电阻。

在线圈工作过程中，较粗的铜线会产生集肤效应(趋肤效应)，交变电流(交流)通过导体时，由于感应作用引起导体截面上电流分布不均匀，愈近导体表面电流密度越大，这种现象称“趋肤效应”。趋肤效应使导体的有效道电阻增加。频率越高，趋肤效应越显著。当频率很高的电流通过导线时，可以认为电流只在导线表面上很薄的一层中流过，这等效于导线的截面减小，电阻增大。

在本实用新型的一个优选实施例中，还包括传感器组件，所述传感器组件设置在所述电机轴上，所述传感器组件与电机的控制系统相连接。

使用时，电机的控制系统接通电源，当需要启动电机时，遥控控制系统发出启动信号，定子组件通电，此时转子组件在磁场力的作用下以电机轴为轴心发生转动，机壳在转子组件的带动下一起发生转动，电机的启动完成。在电机运动过程中，传感器组件实时监测电机的数据，当发生速度与效率不匹配的时候，控制系统发出改变电流的命令，从而降低转子组件的转动速度。当需要停止电机时，遥控控制系统发出停止信号，电机逐渐停止。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述定子槽上，位于所述转子槽的圆心方向的一侧面设置绕线槽口，所述转子绕组绕线完毕后，所述绕线槽口处装配槽楔；所述转子槽的横向截面来看，所述转子槽的槽底部的长度≥槽侧部长度的两倍。

一般槽楔用于挡住绕组，防止绕组跑出来的部件，采用环氧树脂层压板裁制或者定做；本方案中，在转子槽的槽宽增大，对应转子槽内的线圈用量也增大，槽楔除了起到挡住绕组外溢的目的，还能对线圈绕组施加作用力，在一定体积的转子槽内最大程度缠绕线圈，以匹配在合适范围内的增大对应转子绕组的线圈增加。

其中绕线槽口的槽宽为1-3mm。若槽宽过大，超过3mm，在实际使用过程中需要采用较宽的槽楔，一般槽楔为绝缘材质，在绕线槽口处槽楔受到挤压力最大，容易断裂；

若槽宽过小，小于1mm，在绕线过程中，效率较低，同时仅能通过几股绕线，达不到工业化生产的要求。

本方案中槽底部的长度最长，与槽侧部形成近似“矮胖胖”的结构，正常使用过程中，转子组件的外围连接轮毂电机的轮胎安装座，该结构整体稳定性较强。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述转子槽由相邻的两个齿构成，所述转子槽包括槽底部，由所述槽底部向转子铁芯的圆心方向延伸形成槽侧部，以及分别由所述槽侧部的端部相向设置的延伸部，所述延伸部处形成绕线槽口；所述槽侧部、以及延伸部呈内收缩状。

上述结构整体呈扁平状的结构形态，同时匹配呈内收缩状的结构，能增大定子槽的容置面积，在整体电机不增加体积的基础上，绕线量至少增大 50％以上；

且内收缩状的结构也能保证转子槽的安装强度，尤其延伸部需要承载过多绕线产生的挤压力，收缩结构使得力的传导能更均匀，使用寿命更长。

附图说明

图1为现有技术的转子组件的结构示意图。

图2为本实用新型的立体图。

图3为本实用新型的立体图(第二轮毂隐藏)。

图4为本实用新型的爆炸图(第二轮毂隐藏)。

图5为本实用新型的截面图。

图6为本实用新型的第一轮毂体的结构示意图。

图7为本实用新型的第一轮毂体的另一视角的结构示意图。

图8为本实用新型的电机本体的结构示意图。

图9为本实用新型的电机本体俯视图的结构示意图。

图10为本实用新型的转子组件的结构示意图。

图11为本实用新型的定子组件的结构示意图。

图12为现有电机的工作示意图。

图13为本实用新型的工作示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

实施例1：

如图2—图5所示，一种轮毂电机，包括：电机本体300，将所述电机本体包覆的轮毂400，轮毂400包括相互配合的第一轮毂体410和第二轮毂体(由于对称设置，故图示未显示)，所述第一轮毂体和第二轮毂体形成密封空间，所述电机本体300装配于所述密封空间内；还包括贯穿所述电机本体、轮毂的电机轴500；

所述电机本体300包括定子组件200；所述定子组件200包括定子铁芯 210，所述定子铁芯内开设定子槽220，所述定子槽内绕制定子绕组；

转子组件100；所述转子组件100包括转子铁芯110，所述转子铁芯内开设转子槽120，所述转子槽120内绕制转子绕组；

设定所述转子铁芯110的圆心距离所述转子铁芯110的外表面130的距离为L1，所述转子槽的槽宽为L2，L2:L1＝(0.15-0.25)：1；所述转子绕组填充所述转子槽120。

本方案对于轮毂电机进行了大的改进，区别于现有技术的轮毂电机的车轮组件(转子组件)仅有磁钢，并不绕制线圈，导致不能智能调节电机的速度等参数；另外现有技术中其他领域(排除轮毂电机)转子组件有采用绕制线圈的方式，与定子组件进行匹配工作，受制于应用场景的限制，一般转子组件中转子槽的槽宽较小，通常为1cm，该方式中线圈较少，导致工作中电机的扭力不足，不能应用高速需求的场所；

本方案中针对以上两个技术问题，首先增大了转子槽的槽宽，其次由于从电机基础理论可知，由于转子铁芯提供的磁通量是一定的，无限增大转子槽的槽宽(间接增大绕线)，并不能达到很高的扭力，会达到一个平衡点；故本方案转子槽的槽宽为L2，L2:L1＝(0.15-0.25)：1，即槽宽既解决了现有技术中绕制的线圈较少，也同时解决了电机扭力的需求。优选转子槽的槽宽为2cm，即相较于通常的槽宽增大一倍。槽宽的在合适范围内的增大对应定子绕组的线圈增加。

上述电机本体300与所述第一轮毂体410和第二轮毂体420固定连接，一般采用紧固螺栓600固定连接。

如图6，图7所示，第一轮毂体410包括第一轮毂本体，所述第一轮毂本体形成一侧的内凹面，所述内凹面侧形成第一加强板4101，所述第一轮毂本体外侧形成第二加强板4102，环绕所述第二加强板设置第三加强板4103；所述第一加强板4102和第二加强板4102相对设置。

本方案采用高速电机，且为了匹配电机的工作效率在正常工作状态下保持在90％以上，会自动调整电机的转速，对电机轴以及轮毂本体的本身的强度要求较高；具体地，由于第一轮毂体和第二轮毂体(图中未展示)对称设置，本方案以第一轮毂体410详细说明，对其结构进行了改进，在整个第一轮毂本体上设置三个加强板，上述三个加强板均一体成型于第一轮毂本体，一般可以压铸成型。

第一轮毂本体外侧设置两个加强板，这是由于第一轮毂本体直接对外，首先第三加强板用于保护外部存在对轮毂本体的撞击，然后第二加强板由于直接关联电机轴，其在连接处对电机轴进一步保护。

具体地，第一轮毂本体供所述电机轴500穿过的通孔设置至少一个以上台阶700。本方案中通孔并不是单一的贯通孔，在贯通孔处设置台阶，除了增大强度外，也能提高电机轴的装配效率。

其中位于所述第一轮毂本体外侧的第一台阶结构710与所述电机轴500 过盈配合，位于所述内凹面的第二台阶结构720用于装配轴承800。

具体地，上述台阶结构分成两类，一类与所述电机轴过盈配合，一类用于装配轴承，其中轴承内设置滚珠，绕着电机轴周向设置。

上述电机轴500与轮毂之间设有轴承800，工作状态下所述定子组件与转子组件产生相匹配的感应旋转力，所述感应旋转力驱动轮毂转动。结合上述台阶结构，台阶结构将轴承完全包覆，提高了产品的使用寿命。

转子铁芯110的外缘与轮毂本体的内缘之间采用胶体或销子固连。采用胶体粘接首先成本较低，能大规模实现工业化生产；胶体填充整个安装面。

实施例2：

除了如实施例1描述的方案外，本方案具体针对转子组件详细描述。

如图8-10所示，转子绕组指缠绕在所述转子铁芯上的绕组，所述绕组是由多个线圈或线圈组构成，所述线圈采用粗线，在单个转子槽120中所述细线形成20-50匝线圈。

具体采用粗线，且对应匹配单个转子槽中粗线形成20-50匝线圈，以实现电机工作效率的有效提升，正常电机的工作效率仅有80％左右，采用本方案电机的工作效率能提升到90％以上。

所述粗线采用1mm以上的铜线。由于本方案需要考虑到利用直流信号进行相关控制，其中该铜线用于通直流减少直流电阻。

在线圈工作过程中，较粗的铜线会产生集肤效应(趋肤效应)，交变电流(交流)通过导体时，由于感应作用引起导体截面上电流分布不均匀，愈近导体表面电流密度越大，这种现象称“趋肤效应”。趋肤效应使导体的有效道电阻增加。频率越高，趋肤效应越显著。当频率很高的电流通过导线时，可以认为电流只在导线表面上很薄的一层中流过，这等效于导线的截面减小，电阻增大。

还包括传感器组件，所述传感器组件设置在所述电机轴上，所述传感器组件与电机的控制系统相连接。使用时，电机的控制系统接通电源，当需要启动电机时，遥控控制系统发出启动信号，定子组件通电，此时转子组件在磁场力的作用下以电机轴为轴心发生转动，机壳在转子组件的带动下一起发生转动，电机的启动完成。在电机运动过程中，传感器组件实时监测电机的数据，当发生速度与效率不匹配的时候，控制系统发出改变电流的命令，从而降低转子组件的转动速度。当需要停止电机时，遥控控制系统发出停止信号，电机逐渐停止。

进一步地，转子槽120上，位于所述定子槽的圆心方向的一侧面设置绕线槽口140，所述转子绕组绕线完毕后，所述绕线槽口处装配槽楔。

一般槽楔用于挡住绕组，防止绕组跑出来的部件，采用环氧树脂层压板裁制或者定做；本方案中，在转子槽的槽宽增大，对应转子槽内的线圈用量也增大，槽楔除了起到挡住绕组外溢的目的，还能对线圈绕组施加作用力，在一定体积的转子槽内最大程度缠绕线圈，以匹配在合适范围内的增大对应定子绕组的线圈增加。

其中绕线槽口140的槽宽为1-3mm。若槽宽过大，超过3mm，在实际使用过程中需要采用较宽的槽楔，一般槽楔为绝缘材质，在绕线槽口处槽楔受到挤压力最大，容易断裂；若槽宽过小，小于1mm，在绕线过程中，效率较低，同时仅能通过几股绕线，达不到工业化生产的要求。

具体地，所述转子槽120由相邻的两个齿150构成，所述转子槽120包括槽底部1201，由所述槽底部1201向定子铁芯的圆心方向延伸形成槽侧部 1202，以及分别由所述槽侧部的端部相向设置的延伸部1203，所述延伸部处形成绕线槽口140；所述槽侧部1202、以及延伸部1203呈内收缩状。上述结构整体呈扁平状的结构形态，同时匹配呈内收缩状的结构，能增大转子槽的容置面积，在整体电机不增加体积的基础上，绕线量至少增大50％以上；且内收缩状的结构也能保证转子槽的安装强度，尤其延伸部需要承载过多绕线产生的挤压力，收缩结构使得力的传导能更均匀，使用寿命更长。

而从转子槽120的横向截面来看，所述槽底部1201的长度≥槽侧部1202 长度的两倍。本方案中槽底部的长度最长，与槽侧部形成近似“矮胖胖”的结构，正常使用过程中，转子组件的外围连接轮毂电机的轮胎安装座，该结构整体稳定性较强。

实施例3：

除了如实施例2描述的转子组件外，本方案具体将定子组件的定子槽的结构详细描述。

如图8,9,11所示，定子槽220包括转子槽底部2201，由所述转子槽底部 2201远离定子铁芯的圆心方向延伸形成定子槽侧部2202，以及分别由所述定子槽侧部2202的端部相向设置的定子延伸部2203，所述定子延伸部处形成定子绕线槽口1204；所述定子槽的转子绕线槽口与转子槽的绕线槽相邻设置。

本方案中定子槽的结构和转子槽的结构有点类似，定子槽形成“高瘦瘦”的结构，但是定子槽和转子槽结构整体的逻辑和设置方式完全不一样，整个绕线槽口相对设置，转子绕组由外而内缠绕线圈，定子绕组由内而外缠绕线圈；且定子槽的延伸部的连线的长度大于定子槽的槽底部的长度，该设计保证了在定子组件和转子组件的连接区域，绕线较多，能最大程度利用磁通量，提高电机的工作效率；另外本方案中的定子槽的设计也提高了定子绕组的绕线匝数，单个定子槽内的线圈容量较多。

实施例4：

如图12所述，如图13所述，为现有电机与本实用新型的电机同一工作条件下的工作效率的比较图。

从图中可以看出，现有电机仅有较小范围内能保持90％的工作效率，而采用本方案的电机，能较大范围(时间)内保持90％上下的工作效率，且在该工作效率下也能匹配状态下的转矩(扭力)，用户体验更好，效率更高。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种轮毂电机，其特征在于，包括：电机本体，将所述电机本体包覆的轮毂，所述轮毂包括相互配合的第一轮毂体和第二轮毂体，所述第一轮毂体和第二轮毂体形成密封空间，所述电机本体装配于所述密封空间内；还包括贯穿所述电机本体、轮毂的电机轴；

所述电机本体包括定子组件；所述定子组件包括定子铁芯，所述定子铁芯内开设定子槽，所述定子槽内绕制定子绕组；

转子组件；所述转子组件包括转子铁芯，所述转子铁芯内开设转子槽，所述转子槽内绕制转子绕组；

设定所述转子铁芯的圆心距离所述转子铁芯的外表面的距离为L1，所述定子槽的槽宽为L2，L2:L1＝(0.15-0.25)：1；所述转子绕组填充所述转子槽。

2.根据权利要求1所述的一种轮毂电机，其特征在于，所述第一轮毂体包括第一轮毂本体，所述第一轮毂本体形成一侧的内凹面，所述内凹面侧形成第一加强板，所述第一轮毂本体外侧形成第二加强板，环绕所述第二加强板设置第三加强板；所述第一加强板和第二加强板相对设置。

3.根据权利要求2所述的一种轮毂电机，其特征在于，所述第一轮毂本体供所述电机轴穿过的通孔设置至少一个以上台阶。

4.根据权利要求3所述的一种轮毂电机，其特征在于，位于所述第一轮毂本体外侧的台阶结构与所述电机轴过盈配合，位于所述内凹面的台阶结构用于装配轴承。

5.根据权利要求4所述的一种轮毂电机，其特征在于，所述电机轴与轮毂之间设有轴承，工作状态下所述定子组件与转子组件产生相匹配的感应旋转力，所述感应旋转力驱动轮毂转动。

6.根据权利要求1所述的一种轮毂电机，其特征在于，所述转子铁芯的外缘与轮毂本体的内缘之间采用胶体或销子固连。

7.根据权利要求1所述的一种轮毂电机，其特征在于，所述转子绕组指缠绕在所述转子铁芯上的绕组，所述绕组是由多个线圈或线圈组构成，所述线圈采用粗线，在单个转子槽中所述粗线形成20-50匝线圈。

8.根据权利要求7所述的一种轮毂电机，其特征在于，还包括传感器组件，所述传感器组件设置在所述电机轴上，所述传感器组件与电机的控制系统相连接。

9.根据权利要求7所述的一种轮毂电机，其特征在于，所述定子槽上，位于所述转子槽的圆心方向的一侧面设置绕线槽口，所述转子绕组绕线完毕后，所述绕线槽口处装配槽楔；所述转子槽的横向截面来看，所述转子槽的槽底部的长度≥槽侧部长度的两倍。

10.根据权利要求1所述的一种轮毂电机，其特征在于，所述转子槽由相邻的两个齿构成，所述转子槽包括槽底部，由所述槽底部向转子铁芯的圆心方向延伸形成槽侧部，以及分别由所述槽侧部的端部相向设置的延伸部，所述延伸部处形成绕线槽口；所述槽侧部、以及延伸部呈内收缩状。

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