CN215420034U - 一种高转矩密度的外转子轮毂电机结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高转矩密度的外转子轮毂电机结构，包括固定轴、前端盖、后端盖、内定子和外转子，所述的前端盖和后端盖分别通过轴承与固定轴固定；所述外转子的前后两端分别与前端盖、后端盖固定，外转子的外端面与轮毂固定，内端面与内定子之间设有气隙；所述内定子包括定子铁芯和定子齿，相邻定子齿之间构成定子槽，定子槽内设有定子绕组；每个定子齿的外端部均设有至少两个调制齿，相邻调制齿之间构成齿部大槽，调制齿的总数为定子槽数的整数倍；所述的定子铁芯固定在内套支架上，所述的内套支架通过过盈配合固定在固定轴上。本实用新型可以在不改变叠长不改变电机外径的情况下，可以增大电机的输出转矩和密度。
Description
技术领域
本实用新型涉及电机设备技术领域，尤其是涉及一种高转矩密度的外转子轮毂电机结构。
背景技术
随着电机技术的发展，对电机的输出能力有更高的要求，要求电机在低速时有更高的转矩输出能力，且转矩脉动要求小，控制精度要求高。
电动车作为新时代的代步工具，其廉价、便捷、环保、易操作等特点已越来越受到广大消费者的青睐。电动车的核心部件是轮毂电机，轮毂电机的性能决定了电动车的正常行驶和爬坡性能。
随着电动车的发展和普及，原来只在城市销售和使用的电动车也逐推广到乡村，但由于乡村多山，道路坡陡路况差，城市用的常规电动车直接应用到乡村会出现动力不足，爬坡无力、烧线圈、烧霍尔、结构失效等现象，电动机失效率陡然上升，严重影响电动车在乡村的使用和推广。如果通过增大轮毂的尺寸，导致成本上升和车型改变。特别是，针对轮胎尺寸为11寸的电动自行车，增大轮毂的尺寸，与轮毂配套使用的轮胎的尺寸也必然需要增大，导致现有的轮胎无法使用，甚至可能需要改变车型，进而增加了电动车的成本。
公开号为CN 110920376 A的中国专利文献公开了一种凸极轮毂电机，包括轮毂本体、固定于轮毂本体上的转子铁芯、定子铁芯、轴端盖。该发明通过优化转子铁芯结构，以提高转子凸极率，提高电机功率密度，拓宽电机效率平台。但是该发明的电机转矩密度不够高，不能满足市场上电动车高转矩输出能力的需求；且该发明电机为外出线，增大了电机空间，不利于布线接线。
实用新型内容
本实用新型提供了一种高转矩密度的外转子轮毂电机结构，在不改变叠长不改变电机外径的情况下，可以增大电机的输出转矩和密度，提高系统的效率和可靠性。
一种高转矩密度的外转子轮毂电机结构，包括固定轴、前端盖、后端盖、内定子和外转子，所述的前端盖和后端盖分别通过轴承与固定轴固定；
所述外转子的前后两端分别与前端盖、后端盖固定，外转子的外端面与轮毂固定，内端面与内定子之间设有气隙；
所述内定子包括定子铁芯和定子齿，相邻定子齿之间构成定子槽，定子槽内设有定子绕组；每个定子齿的外端部均设有至少两个调制齿，相邻调制齿之间构成齿部大槽，调制齿的总数为定子槽数的整数倍；所述的定子铁芯固定在内套支架上，所述的内套支架通过过盈配合固定在固定轴上。
优选地，所述的外转子由若干个分块的导磁铁芯组成，相邻的导磁铁芯之间设置有永磁体，所述的永磁体采用SPOKE结构，永磁体的充磁方向为周向充磁，相邻两块永磁体的充磁方向相反。通过设置特殊的SPOKE结构减小了漏磁，增大了气隙磁密，从而提高了电机的转矩密度和功率密度。
可选择地，每个分块的导磁铁芯外端面设有燕尾槽，外转子通过燕尾槽与轮毂内侧设置的燕尾块配合固定。装配工艺简单，牢靠，避免了用胶体粘接不牢固的缺点，同时可以减少电机漏磁，提高了电机气隙磁密，进一步提升了电机转矩密度和功率密度。
进一步地，所述永磁体的极对数Pr、调制齿的数量Zm以及定子绕组的极对数Ps遵循以下关系：Pr＝Zm±Ps。
优选地，每个定子齿的外端部均设有两个调制齿。本实用新型在传统的永磁电机定子齿上引入了调制齿结构，利用特殊的游标效应，调制低极对数高转速的定子电枢绕组磁场，以获得可以与高极对数低转速的永磁体磁场相匹配且作用的谐波磁场分量。这种方式能够在不增加电机的体积和槽数的条件下，实现低速大转矩的目的。
可选择地，所述的内套支架上通过内六角螺钉固定有固定支架所述的固定支架和内套支架配合固定定子铁芯。
优选地，所述的固定轴上安装有磁编码PCB板，所述的后端盖上安装有磁环。磁环和端盖一起旋转，用于监测电机的转速、位置等参数。
优选地，所述的固定轴内部设有用于引出电机导线的斜向通孔。该设置充分利用了电机内部空间，接线出线简单。
优选地，所述的前端盖采用碟刹端盖，所述的轮毂采用一体式轮毂。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1、本实用新型的电机采用外转子SPOKE结构，且在定子外圈设有调制齿，调制齿的齿数为槽数的整数倍。此时的定子不仅起到提供旋转磁场的作用，其齿部更起到了磁场调制的作用，同时达到输出扭矩的作用，进一步提高了电机功率和转矩，适用于大功率密度场合和大转矩场合。
2、直接在定子上设有调制齿，形成带辅助齿的新定子齿，省去了调磁块，从而使定子槽数可以做到较少，可以采用分数槽集中绕组的形式，使得电机结构更为简单紧凑，加工制造更为方便快捷，且气隙中存在的低次谐波能与电枢绕组作用为电机提供转矩。
3、导磁的分块转子铁芯外周直接和非导磁的一体式轮辋固定连接，减少了漏磁。充分利用了电机内部空间，提高了电机气隙磁密，进一步提升了电机转矩密度和功率密度。
4、电机的固定轴设计有一个斜向通孔，用于出线，利于装配和散热。磁环和端盖一起旋转，结构简单且便于监测电机转速、位置等运行状态。
附图说明
图1为本实用新型一种高转矩密度的外转子轮毂电机结构示意图；
图2为本实用新型中轮毂电机的截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本实用新型的理解，而对其不起任何限定作用。
如图1所示，一种高转矩密度的外转子轮毂电机结构，包括固定轴6、前端盖10、后端盖2、内定子11和外转子12。前端盖10和后端盖2分别通过轴承5与固定轴6固定，轴承5采用深沟球轴承。
外转子12中的永磁体采用SPOKE结构，具体的，外转子12由若干个分块的导磁铁芯13组成，相邻的导磁铁芯13之间设置有永磁体14，永磁体14的充磁方向为周向充磁，相邻两块永磁体14的充磁方向相反。
外转子12的前后两端分别与前端盖10、后端盖2固定。外转子12上每个分块的导磁铁芯13外端面设有燕尾槽，通过燕尾槽与轮毂1内侧设置的燕尾块配合固定；外转子12的内端面与内定子11之间设有气隙。
内定子11包括定子铁芯和定子齿15，相邻定子齿15之间构成定子槽16，定子槽16内设有定子绕组。每个定子齿15的外端部均设有两个调制齿17，相邻调制齿17之间构成齿部大槽18，调制齿17的总数为定子槽数16的整数倍。
内套支架9通过过盈配合固定在固定轴6上，内套支架9上通过内六角螺钉7固定有固定支架8，固定支架8和内套支架9配合固定定子铁芯。
固定轴6上安装有磁编码PCB板3，后端盖2上安装有磁环4。磁环4和端盖一起旋转，用于监测电机的转速、位置等参数。
固定轴6内部设有斜向通孔，用于三相线等各引出线的出线，充分利用了电机内部空间，接线出线简单。
本实施例中，电机结构的槽极配合为18槽56极。
如图2所示，前端盖10采用碟刹端盖，轮毂1采用一体式轮毂。轮辋1上均布有56个燕尾块。外转子12上包括56个排列成圆环状的导磁铁芯13，每个分块铁芯之间夹设有永磁体14，从而形成完整转子环。
转子12和定子11之间设有0.35mm的气隙。定子槽数为18，定子齿上的调制齿数量为36。SPOKE永磁体的极对数Pr为28，调制齿的个数Zm为36，定子绕组的极对数Ps为8，遵循以下关系：Pr＝Zm±Ps，即28＝36-8。电机的定子绕组采用集中绕组。
本实用新型中，特殊的槽极配合和定、转子结构构成了含调制磁场的游标电机。在传统的永磁电机定子齿上引入了调制极结构，利用游标效应，调制低极对数高转速的定子电枢绕组磁场，以获得可以与高极对数低转速的永磁体磁场相匹配且作用的谐波磁场分量。这种方式能够在不增加电机的体积和槽数的条件下，实现低速大转矩的目的。
本实用新型的外转子轮毂电机结构具有高转矩密度，低转矩波动的特点。且结构简单，工艺难度低，便于安装。特别适用于低速大转矩的应用场合，尤其是轮毂电机、电动车应用场合。
以上所述的实施例对本实用新型的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的具体实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高转矩密度的外转子轮毂电机结构，包括固定轴(6)、前端盖(10)、后端盖(2)、内定子(11)和外转子(12)，其特征在于，所述的前端盖(10)和后端盖(2)分别通过轴承(5)与固定轴(6)固定；
所述外转子(12)的前后两端分别与前端盖(10)、后端盖(2)固定，外转子(12)的外端面与轮毂(1)固定，内端面与内定子(11)之间设有气隙；
所述内定子(11)包括定子铁芯和定子齿(15)，相邻定子齿(15)之间构成定子槽(16)，定子槽(16)内设有定子绕组；每个定子齿(15)的外端部均设有至少两个调制齿(17)，相邻调制齿(17)之间构成齿部大槽(18)，调制齿(17)的总数为定子槽数的整数倍；所述的定子铁芯固定在内套支架(9)上，所述的内套支架(9)通过过盈配合固定在固定轴(6)上。
2.根据权利要求1所述的高转矩密度的外转子轮毂电机结构，其特征在于，所述的外转子(12)由若干个分块的导磁铁芯(13)组成，相邻的导磁铁芯(13)之间设置有永磁体(14)，所述的永磁体(14)采用SPOKE结构，永磁体(14)的充磁方向为周向充磁，相邻两块永磁体(14)的充磁方向相反。
3.根据权利要求2所述的高转矩密度的外转子轮毂电机结构，其特征在于，每个分块的导磁铁芯(13)外端面设有燕尾槽，所述的外转子(12)通过燕尾槽与轮毂(1)内侧设置的燕尾块配合固定。
4.根据权利要求2所述的高转矩密度的外转子轮毂电机结构，其特征在于，所述永磁体(14)的极对数Pr、调制齿(17)的数量Zm以及定子绕组的极对数Ps遵循以下关系：Pr＝Zm±Ps。
5.根据权利要求1所述的高转矩密度的外转子轮毂电机结构，其特征在于，每个定子齿(15)的外端部均设有两个调制齿(17)。
6.根据权利要求1所述的高转矩密度的外转子轮毂电机结构，其特征在于，所述的内套支架(9)上通过内六角螺钉(7)固定有固定支架(8)所述的固定支架(8)和内套支架(9)配合固定定子铁芯。
7.根据权利要求1所述的高转矩密度的外转子轮毂电机结构，其特征在于，所述的固定轴(6)上安装有磁编码PCB板(3)，所述的后端盖(2)上安装有磁环(4)。
8.根据权利要求1所述的高转矩密度的外转子轮毂电机结构，其特征在于，所述的固定轴(6)内部设有用于引出电机导线的斜向通孔。
9.根据权利要求1所述的高转矩密度的外转子轮毂电机结构，其特征在于，所述的前端盖(10)采用碟刹端盖。
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