CN217010452U - 一种改进型电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种改进型电机，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。对定子组件、转子组件进行了结构改进，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，采用下述结构，能进行智能调整，提高电机的整体工作效率。

Description

一种改进型电机

技术领域

本实用新型涉及电机领域，尤其涉及一种改进型电机。

背景技术

轮毂电机即是在车轮内装电机，它的最大特点就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，因此将电动车辆的机械部分大大简化。

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。随着更为紧凑的行星齿轮减速器的出现，内转子式轮毂电机在功率密度方面比低速外转子式更具竞争力。

具体使用过程中，现有轮毂电机采用普通自流电机的结构，其转子电枢嵌装在电机的外壳上，如图1所述，转子组件(仅有转子磁铁)通过轴承固定在电机转轴上，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导致以下两点：

第一、由于转子磁体是固定的，则定子绕组转动过程中，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；

第二、是当电机不通电时，外壳连同转子磁铁同样也随车轮转动，导致转子磁铁相对定子电枢转动，产生出很大的电磁阻力，减少了滑行速度和滑行距离。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供了一种改进型电机，对定子组件、转子组件进行了结构改进，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，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改进型电机，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定子槽。

一般现有技术转子组件仅有磁铁，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，适应范围比较窄；

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转子绕组的线圈增加。

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。

在本实用新型的一个优选实施例中，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，所述转子槽上，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。

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。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述绕线槽口的槽宽为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；另外对电机转动性能也有影响；

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。

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，由所述槽底部向定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。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述转子槽的横向截面来看，所述槽底部的长度≥槽侧部长度的两倍。

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。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述定子槽包括定子槽底部，由所述定子槽底部远离定子铁芯的圆心方向延伸形成定子槽侧部，以及分别由所述定子槽侧部的端部相向设置的定子延伸部，所述定子延伸部处形成定子绕线槽口；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；

且定子槽的定子延伸部的连线的长度大于定子槽的定子槽底部的长度，则线的用量可以增大；另外采用上述结构，线同匝数情况下，线的用量减少，则电阻对应减少；

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。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述定子组件在外，所述转子组件位于所述定子组件内部。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述转子组件在外，所述定子组件位于所述转子组件内部。

本方案中转子组件和定子组件可以根据实际需求，自由调整位置关系，既可以定子组件在外，也可以定子组件在内，具有很强的通用性。

附图说明

图1为现有技术的定子组件的结构示意图。

图2为本实用新型实施例1的一种状态下的立体图。

图3为本实用新型实施例1的另一种状态下的立体图。

图4为本实用新型实施例1的定子组件的结构示意图。

图5为本实用新型实施例2的转子组件的结构示意图。

图6为实施例3的现有电机的工作示意图。

图7为实施例3的本实用新型的电机的工作示意图。

图8为本实用新型的电机的爆炸图。

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：

参照图2-图4所示，一种改进型电机，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(图示未标出)；

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110 内开设转子槽120，所述转子槽内绕制转子绕组(图示未标出)；

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。

一般现有技术转子组件仅有铁芯，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(排出轮毂电机)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。

其中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细线形成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％，采用本方案电机的工作效率能提升到90％。

上述粗线采用1mm以上的铜线。在线圈工作过程中，较细的铜线会产生集肤效应(趋肤效应)，交变电流通过导体时，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。

由于本方案需要考虑到利用直流信号进行相关控制，故选用1mm以上的铜线，粗线能降低、削弱趋肤效应。

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2：

除了如实施例1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。

参照图5所示，定子槽220包括定子槽底部2201，由所述定子槽底部 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。

本方案中，方案之一：定子组件在外，所述转子组件位于所述定子组件内部。方案之二：转子组件在外，所述定子组件位于所述转子组件内部。

上述所述定子铁芯，和转子铁芯的磁体为永磁体，且磁体构造为方形、瓦形或弧形。上述方案中定子铁芯的外径为219mm；所述转子铁芯的内径为 240mm。

实施例3：

如图6所述，如图7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)

1.一种改进型电机，其特征在于，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。

2.根据权利要求1所述的一种改进型电机，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。

3.根据权利要求2所述的一种改进型电机，其特征在于，所述粗线采用1mm以上的铜线。

4.根据权利要求1所述的一种改进型电机，其特征在于，所述转子槽上，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。

5.根据权利要求4所述的一种改进型电机，其特征在于，所述绕线槽口的槽宽为1-3mm。

6.根据权利要求1所述的一种改进型电机，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，由所述槽底部向定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。

7.根据权利要求6所述的一种改进型电机，其特征在于，所述转子槽的横向截面来看，所述槽底部的长度≥槽侧部长度的两倍。

8.根据权利要求6所述的一种改进型电机，其特征在于，所述定子槽包括定子槽底部，由所述定子槽底部远离定子铁芯的圆心方向延伸形成定子槽侧部，以及分别由所述定子槽侧部的端部相向设置的定子延伸部，所述定子延伸部处形成定子绕线槽口；所述定子槽的定子绕线槽口与转子槽的绕线槽相邻设置。

9.根据权利要求1所述的一种改进型电机，其特征在于，所述定子组件在外，所述转子组件位于所述定子组件内部。

10.根据权利要求1所述的一种改进型电机，其特征在于，所述转子组件在外，所述定子组件位于所述转子组件内部。

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