DE102012222446A1 - Wheel hub machine, single track vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Radnabenmaschine, insbesondere Radnabenmotor (4) für ein insbesondere zweirädriges Einspurfahrzeug, mit einem Stator (5) und einem Rotor (6), wobei der Stator (5) mindestens, insbesondere genau 51 Nuten aufweist, in denen eine mindestens zweilagige Wicklung (7) angeordnet ist, und wobei der Rotor (6) eine Vielzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordneten Permanentmagneten (9) aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass der Rotor 56 Permanentmagnete (9) aufweist.The invention relates to a wheel hub machine, in particular a wheel hub motor (4) for an in particular two-wheeled single-track vehicle, with a stator (5) and a rotor (6), the stator (5) having at least, in particular precisely 51 slots in which an at least two-layer winding (7) is arranged, and wherein the rotor (6) has a plurality of permanent magnets (9) evenly distributed over the circumference. It is provided that the rotor 56 has permanent magnets (9).
Description
Die Erfindung betrifft eine Radnabenmaschine, insbesondere Radnabenmotor für ein insbesondere zweirädriges Einspurfahrzeug, mit einer elektrischen Maschine, die einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei der Stator mindestens, insbesondere genau einen 51 (einundfünfzig) Nuten aufweist, in denen eine mindestens zweilagige Wicklung angeordnet ist, und wobei der Rotor eine Vielzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordneten Permanentmagneten aufweist. The invention relates to a wheel hub machine, in particular wheel hub motor for a particular two-wheeled single-track vehicle, with an electric machine having a stator and a rotor, wherein the stator at least, in particular exactly 51 (fifty-one) grooves, in which an at least two-layer winding is arranged , and wherein the rotor has a plurality of uniformly distributed over the circumference arranged permanent magnet.
Ferner betrifft die Erfindung ein Einspurfahrzeug mit mindestens zwei Rädern, von denen zumindest eines eine Radnabenmaschine wie zuvor beschrieben aufweist. Furthermore, the invention relates to a single-track vehicle with at least two wheels, of which at least one has a wheel hub machine as described above.
Stand der TechnikState of the art
Radnabenmaschinen werden häufig für zweirädrige Einspurfahrzeuge, insbesondere sogenannte Elektroroller, eingesetzt. Bei einer Leistungsklasse bis 2 kW, teilweise auch darüber, werden häufig getriebelose Radnabenmotoren am Hinterrad eines derartigen Einspurfahrzeugs vorgesehen. Dabei handelt es sich in der Regel um permanenterregte, bürstenlose, elektrisch kommutierte Synchronmotoren. Typischerweise weisen sie einen achsfesten Stator mit einer hohen Nutzahl auf, in welcher eine Wicklung in zumindest zwei Lagen angeordnet ist. Typischerweise weisen derartige Statoren eine Anzahl von 51 (einundfünfzig) Nuten für die Wicklung auf. An dem Rotor ist üblicherweise eine Vielzahl von Permanentmagneten vorgesehen, wobei in der Regel 46 (sechsundvierzig) Permanentmagnete verwendet werden. Die Nuten sowie die Permanentmagnete sind dabei jeweils gleichmäßig über den Umfang des Rotors beziehungsweise Stators verteilt angeordnet. Die Menge an Material für die Permanentmagnete trägt einen hohen Anteil zu den Gesamtkosten einer derartigen Radnabenmaschine bei, insbesondere wenn als Permanentmagnete Seltene-Erde-Magnete verwendet werden. Wheel hub machines are often used for two-wheeled single-track vehicles, in particular so-called electric scooters. In a power class up to 2 kW, sometimes even higher, gearless wheel hub motors are often provided on the rear wheel of such a single-track vehicle. These are usually permanent-magnet, brushless, electrically commutated synchronous motors. Typically, they have an axle-fixed stator with a high number of slots, in which a winding is arranged in at least two layers. Typically, such stators have a number of 51 (fifty-one) slots for the winding. A plurality of permanent magnets are usually provided on the rotor, with 46 (forty-six) permanent magnets typically being used. The grooves and the permanent magnets are each distributed uniformly over the circumference of the rotor or stator. The amount of material for the permanent magnets contributes a high proportion to the overall cost of such a wheel hub machine, especially when used as permanent magnets rare earth magnets.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Radnabenmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass bei gleichbleibendem Stator die Menge an Material, das für die Permanentmagnet verwendet wird, um bis zu 50 % reduziert werden kann, ohne dass das Ausgangsmoment beziehungsweise die Ausgangsleistung der Radnabenmaschine verringert werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Radnabenmaschine 56 (sechsundfünfzig) Permanentmagnete gleichmäßig über den Umfang des Rotors verteilt angeordnet aufweist. Bei der gegenüber der üblichen Anzahl vergrößerten Anzahl von Permanentmagnete können die Magnete selbst kleiner ausgebildet sein, wodurch insgesamt die Menge an Material für die Magnete verringert wird, trotz gleichbleibender Leistung der Radnabenmaschine. Vorzugsweise werden die Permanentmagnete aus Seltene-Erde-Magnetmaterial gefertigt. Da die Anzahl der Nuten am Stator die gleiche bleibt, kann der Stator aus dem Stand der Technik ohne jede Veränderung übernommen werden, was zu weiteren Kostenvorteilen führt. The wheel hub machine with the features of claim 1 has the advantage that, with a constant stator, the amount of material that is used for the permanent magnet, by up to 50% can be reduced without the output torque or the output of the wheel hub machine can be reduced. According to the invention, it is provided that the wheel hub machine has 56 (fifty-six) permanent magnets arranged distributed uniformly over the circumference of the rotor. When compared to the usual number increased number of permanent magnets, the magnets themselves may be made smaller, whereby a total of the amount of material for the magnets is reduced, despite the constant power of the wheel hub. Preferably, the permanent magnets are made of rare earth magnetic material. Since the number of slots on the stator remains the same, the prior art stator can be adopted without any change, resulting in further cost advantages.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Permanentmagnete des Rotors in Umfangsrichtung gesehen beabstandet zueinander angeordnet sind. Durch dieses sogenannte Spacing werden die Permanentmagnete nicht bündig, sondern beabstandet zueinander – in Umfangsrichtung gesehen – angeordnet. Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen benachbarten Permanentmagneten mindestens das Doppelte der radialen Luftspaltdicke zwischen dem Rotor und dem Stator. Durch den Abstand zwischen den Permanentmagneten zueinander wird dem Streufluss zwischen den Permanentmagneten ein tangentialer Widerstand entgegengebracht, der die Flussverluste annähernd auf Null reduziert und dadurch eine Verringerung der eingebrachten Magnetmenge ungefähr in der Größenordnung der Flussverluste ohne tangentialen Abstand zwischen den Permanentmagneten erlaubt, ohne dass dadurch das Abgabemoment oder die Ausgangsleistung der Radnabenmaschine verringert werden. Durch diese Maßnahme wird die verwendete Menge des Magnetmaterial um 20 % bis 25 % gegenüber einer Radnabenmaschine mit bündig aneinander anliegenden Permanentmagneten verringert. It is preferably provided that the permanent magnets of the rotor are arranged at a distance from each other when viewed in the circumferential direction. By this so-called spacing, the permanent magnets are not flush, but spaced from each other - seen in the circumferential direction - arranged. Preferably, the distance between adjacent permanent magnets is at least twice the radial air gap thickness between the rotor and the stator. Due to the distance between the permanent magnets to each other the stray flux between the permanent magnet is given a tangential resistance, which reduces the flux losses approximately to zero, thereby reducing the amount of magnet introduced about the order of the flow losses without tangential distance between the permanent magnets allowed without thereby Output torque or the output of the wheel hub engine can be reduced. By this measure, the amount of the magnetic material used is reduced by 20% to 25% compared to a wheel hub machine with flush-fitting permanent magnets.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Permanentmagnete an einem eisernen Rückschlussring der elektrischen Maschine angeordnet sind. Besonders bevorzugt weist der Rückschlussring Vertiefungen auf, in welche die Permanentmagnete jeweils bereichsweise eingesetzt sind. According to an advantageous development of the invention, it is provided that the permanent magnets are arranged on an iron return ring of the electric machine. Particularly preferably, the return ring on recesses, in which the permanent magnets are each used in some areas.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Radnabenmaschine als Radnabenmotor ausgebildet ist. It is preferably provided that the wheel hub machine is designed as a hub motor.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Radnabenmaschine als Innenläufermotor beziehungsweise -maschine ausgebildet ist. Zu diesem Zweck weist der Rotor einen kleineren Durchmesser als der Stator auf und ist in dem Stator drehbar gelagert angeordnet. According to an advantageous embodiment of the invention it is provided that the wheel hub machine is designed as an internal rotor motor or machine. For this purpose, the rotor has a smaller diameter than the stator and is rotatably mounted in the stator.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist bevorzugt vorgesehen, dass die Radnabenmaschine als Außenläufermotor beziehungsweise -maschine ausgebildet ist. In diesem Fall weist der Stator einen kleineren Durchmesser als der Rotor auf, sodass der Stator innerhalb des Rotors angeordnet ist und der Rotor um den Stator herum verdrehbar gelagert ist. Bei dieser Ausführungsform ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Rotor als Felge für ein Rad eines Fahrzeugs, insbesondere Einspurfahrzeug, ausgebildet ist. Dadurch übernimmt der Rotor zwei Funktionen gleichzeitig, sodass sich die Radnabenmaschine besonders bauraumsparend an dem Fahrzeug, insbesondere Einspurfahrzeug, vorsehen lässt. According to an alternative embodiment of the invention, it is preferably provided that the wheel hub machine is designed as an external rotor motor or machine. In this case, the stator has a smaller diameter than the rotor, so that the stator is disposed within the rotor and the rotor is rotatably mounted around the stator. In this embodiment is particularly preferably provided that the rotor is designed as a rim for a wheel of a vehicle, in particular single-track vehicle. As a result, the rotor takes on two functions at the same time, so that the wheel hub machine can be particularly space-saving on the vehicle, especially single-track vehicle, provide.
Das erfindungsgemäße Einspurfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 7 zeichnet sich durch eine Radnabenmaschine, wie sie obenstehend beschrieben wurde, aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. The single-track vehicle according to the invention with the features of
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigenIn the following, the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Show this
Der Rotor
- Zp
- der Anzahl der Pole,
- kd
- dem Windungsverteilungsfaktor,
- kp
- dem Windungssteigungsfaktor,
- ks
- dem Schrägungsfaktor,
- Bgap,av
- dem durchschnittlichen Luftspalt-Feld,
- L
- der Motorlänge,
- Rro
- dem Rotorradius,
- Nslpp
- der Anzahl der Nuten pro Pol,
- ns
- der Anzahl der Wicklungen pro Draht und
- iRMS
- dem Phasenstrom.
- Z p
- the number of poles,
- k d
- the winding distribution factor,
- k p
- the winding slope factor,
- k s
- the skew factor,
- B gap, av
- the average air gap field,
- L
- the engine length,
- R ro
- the rotor radius,
- N slpp
- the number of slots per pole,
- n s
- the number of windings per wire and
- i RMS
- the phase current.
Obwohl eine Topologie mit einundfünfzig Nuten und fünfzig Permanentmagneten einen geringfügig höheren Wickelfaktor aufweist, wird diese nicht bevorzugt, da die Erhöhung der Polpaarzahl nicht ausreichend wäre, um dadurch eine Erhöhung des Motorgrundmoments und eine entsprechende Reduzierung der Magnetmasse herbeizuführen. Zudem wäre eine Topologie, bei der sich Zähnezahl und Magnetzahl nur um eins unterscheiden, nicht frei von radialen resultierenden Kräften, die sich in einer nachteiligen akustischen Anregung des Radnabenmotors
Eine höhere Anzahl von Nuten
Wie aus
Die Drehmomentverläufe des Radnabenmotors
Der erfindungsgemäße Radnabenmotor
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