CN203313025U - 一种直流无刷轮毂电机 - Google Patents

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张士达
许嘉靖
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Abstract

本实用新型公开了一种直流无刷轮毂电机，包括定子、转子、轴承和轴；定子包括叠片铁心和线圈；叠片铁心固定在轴上，叠片铁心的外周上冲制有三十个齿，相邻两个齿之间形成一个槽，每个槽内均绕有一个线圈，共有三十个线圈；三十个线圈连接成为三相绕组，每相有十个线圈，并按叠片铁心的圆周分布为四个相带；转子包括磁轭圆筒和磁钢块；磁轭圆筒的内表面固定有二十六片磁钢块；二十六片磁钢块经过充磁后，按照S极和N极交替排列，形成二十六个磁极；磁钢块与叠片铁心的齿的外圆之间保持一个固定的空气间隙；磁轭圆筒通过轴承固定在轴上。本实用新型具有高效率、高功率密度、体积小、重量轻等优点，容易达到技术性能、成本和价格的合理平衡。

Description

一种直流无刷轮毂电机
技术领域
本实用新型涉及一种直流无刷轮毂电机。
背景技术
以蓄电池或其他类似直流电源为能源，用于电动车辆驱动的电机分为有刷电机和无刷电机两类。其中有刷电机又分为电励磁有刷电机和永磁有刷电机两种。而无刷电机一般均采用三相六状态“两两通电”的一种形式。有刷和无刷两类电机各有优缺点。近几年来，由于无刷电机控制技术的进步和所用的功率电子器件性能的改善，以及无刷电机所固有的无磨损、基本免维护的特点，无刷电机主要是三相无刷电机得到了较快的发展，在市场上的占有率逐步提高。
目前电动车行业中，采用现有技术的直流三相无刷电机，由于安装部位的不同，主要分为高速中置电机和低速轮毂电机两类。高速中置电机通过减速和传动***驱动车轮，机构比较复杂，存在传动损耗。而低速轮毂电机是直接驱动车轮，不需要经过传动，没有传动损耗。两者相比，轮毂电机具有明显的优点，现今已在电动自行车和电动摩托车产品中占据了主导地位。
近几年来，在电动自行车行业中普遍流行的直流无刷低速轮毂电机具有代表性的产品是下列两种：
第一种是40极36槽轮毂电机，从2003年以来开始出现和流行。由于与原有的隐极式无刷轮毂电机相比具有力矩大、节省铜线、成本低的特点，商品名号称“爬坡王”。该种机型优点明显，但缺点也同样显著，主要是电机的静态定位力矩较大，导致运转不平稳，转矩脉动过大。车俩行驶中电机的电磁转矩抖动和噪音大，乘员的舒适性较差。因此经过3年左右的流行，逐渐被下述改进机型所取代，目前已经很少采用，基本退出了历史舞台。
第二种是46极51槽轮毂电机。从2006年开始出现和流行。该种机型基本上继承了40极36槽轮毂电机力矩大、节省铜线和成本低的优点，并改善了其静态定位力矩大、转矩脉动大和噪音大的缺点，商品名号称“大力神”。对于电动自行车所应用的低速无刷轮毂电机，在电机额定转速200—400 r/m的范围内，“大力神”电机具有较高的效率和良好的性能指标，已经达到了相对合理的极槽配合，也是目前电动自行车业界流行的主流机型。
此种电机也有缺点。其一是由于电枢槽数太多，槽宽太小，使绕线的工时消耗和绝缘材料消耗有所增加，槽满率降低。其二是由于电枢槽数太多，使电枢槽和齿的尺寸减小，使在电枢埋设位置传感霍尔电路元件不太方便和影响到精准度。尤其是在电枢直径小于170毫米，功率小于200瓦时带来极大困难。其三是电枢三相绕组共有51个线圈，每相有17个线圈，在电枢圆周360度内进行5个相带的排布时，不能做到完全的均匀和对称，会因此产生一些额外的电磁不平衡。其四是由于极数太多，在电枢冲片中感应磁通的频率较高，在转速较高时，引起铁损加大，空载电流加大，效率降低。其五是由于磁极数太多，使磁钢宽度小，引起极间漏磁系数加大，有效极弧系数减小，导致磁钢的有效利用率下降和电势波形变差，影响电机性能。因此，该种电机一般只适合在不高于400 r/m的转速下工作，且电枢直径不应小于180毫米。
但是对于应用在电动摩托车和电动汽车的直流无刷轮毂电机，在额定车速时的电机转速一般位于500—900 r/m的范围内，显然已经不是46极51槽轮毂电机所能涵盖。曾经有人试图将此种结构和极槽配合的电机应用于电动摩托车和电动汽车轮毂电机，得到的结果是电机空载电流大、损耗大、效率低、发热严重，整车的续行里程短，证明了此种电机在转速范围上的局限性。
对于微型折叠式电动车和电动轮椅车，由于车轮直径较小，轮毂电机的直径也必须减小。同时微型折叠式电动车的车轮转速也必须高于400r/m，基于上述的两个原因，都使得此两种车型的轮毂电机不可能再沿用在普通电动自行车上已经普遍采用的46极51槽的电机型式。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能适应于电动摩托车、电动汽车应用的、额定转速在400—900 r/m范围内具有优良性能的直流无刷轮毂电机。
为了解决上述技术问题，本实用新型所提供的技术方案是：一种直流无刷轮毂电机，包括定子、转子、轴承和轴；所述定子包括叠片铁心和线圈；所述叠片铁心固定在轴上，叠片铁心的外周上冲制有三十个齿，相邻两个齿之间形成一个槽，每个槽内均绕有一个线圈，共有三十个线圈；所述三十个线圈连接成为三相绕组，每相有十个线圈，并按叠片铁心的圆周分布为四个相带；所述转子包括磁轭圆筒和磁钢块；所述磁轭圆筒的内表面固定有二十六片磁钢块；所述二十六片磁钢块经过充磁后，按照S极和N极交替排列，形成二十六个磁极；所述磁钢块与叠片铁心的齿的外圆之间保持一个固定的空气间隙；所述磁轭圆筒通过轴承固定在轴上。
所述定子的叠片铁心由硅钢片冲叠而成。
所述转子的磁轭圆筒由低碳钢制成。
所述转子的磁钢块通过粘贴固定在磁轭圆筒的内表面。
所述转子的磁钢块由钕铁硼稀土制成。
采用了上述技术方案后，本实用新型具有以下的有益效果：（1）本实用新型在400—900 r/m的转速范围内，铁芯的磁感应交变频率介于86—195 Hz范围内。众多的设计、试验和生产实践证明，在此频率范围内，本实用新型具有高效率、高功率密度、体积小、重量轻等优点，容易达到技术性能、成本和价格的合理平衡，特别适合电动汽车、电动摩托车对轮毂电机转速范围的要求。
（2）本实用新型结构简单坚固，工艺成熟，过载能力强，性能稳定、可靠性高。可以适应电动车辆驱动，尤其是轮毂电机驱动方式的繁重工作条件和严酷的工作环境的要求。
（3）本实用新型的槽数比46极51槽电机机型大大减少，对于装设尺寸相同的位置传感霍尔电路元件来说，电机电枢的尺寸可以大大减小，而仍然保持同样的或更大的齿和槽的尺寸。本电机的电枢直径在120毫米时，与流行的46极51槽机型在电枢直径198毫米时相比，仍然具有较大的齿距和槽距，因此可以更合理地安排霍尔电路元件的镶嵌安装。而电枢直径在120毫米时，就可以很好地适应200瓦功率的微型折叠电动车轮毂电机和电动轮椅车轮毂电机的要求。因此，本电机具有宽广的产品配套应用领域。
（4）本实用新型的静态定位力矩较小。小于极槽数更多的40极36槽机型。在调整优化电机的空气隙和设计极弧系数以后，静态定位力矩可以达到额定力矩的2% 以下，运行中转矩的平稳性较好，噪音小。由于本电机的工作转速区段较高，车辆和电机自身惯性滤波的平滑作用较显著，使用效果良好。
（5）本实用新型还适合于低速直驱风力发电机的应用。尤其适合于转速200—500 r/m，功率600—6000瓦小功率范围内的水平轴和垂直轴风力发电机应用。
附图说明
为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
图1为本实用新型的结构示意图。
附图中的标号为：
叠片铁心1、齿2、线圈3、磁轭圆筒4、磁钢块5、轴6。
具体实施方式
（实施例1）
见图1，本实施例的直流无刷轮毂电机，包括定子、转子、轴承和轴6。
定子包括叠片铁心1和线圈3。叠片铁心1由硅钢片冲叠而成。叠片铁心1固定在轴6上，叠片铁心1的外周上冲制有三十个齿2，相邻两个齿2之间形成一个槽，每个槽内均绕有一个线圈3，共有三十个线圈3。三十个线圈3连接成为三相绕组，每相有十个线圈3，并按叠片铁心1的圆周分布为四个相带。
转子包括磁轭圆筒4和磁钢块5。磁轭圆筒4由低碳钢制成，磁钢块5由钕铁硼稀土制成。磁轭圆筒4的内表面通过粘贴固定有二十六片磁钢块5。二十六片磁钢块5经过充磁后，按照S极和N极交替排列，形成二十六个磁极。磁钢块5与叠片铁心1的齿2的外圆之间保持一个固定的空气间隙。磁轭圆筒4通过轴承固定在轴6上。
当本实施例的直流无刷轮毂电机的定子在控制器的控制下有序地通入三相电流时，转子开始旋转，并可以带动外部负载（车轮）转动，驱动车辆前进或拖动外部工作机械运转。比如将轴6固定安装于车架上，将车轮安装于转子上，不需要任何传动装置，在电机工作时就可以驱动车辆行驶。
如果将轴固定安装，用外部动力（如风力发电机组的风轮或内燃机）来带动转子，本实施例的直流无刷轮毂电机就能成为发电机，可以向外部负载提供电力。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种直流无刷轮毂电机，其特征在于：包括定子、转子、轴承和轴（6）；所述定子包括叠片铁心（1）和线圈（3）；所述叠片铁心（1）固定在轴（6）上，叠片铁心（1）的外周上冲制有三十个齿（2），相邻两个齿（2）之间形成一个槽，每个槽内均绕有一个线圈（3），共有三十个线圈（3）；所述三十个线圈（3）连接成为三相绕组，每相有十个线圈（3），并按叠片铁心（1）的圆周分布为四个相带；所述转子包括磁轭圆筒（4）和磁钢块（5）；所述磁轭圆筒（4）的内表面固定有二十六片磁钢块（5）；所述二十六片磁钢块（5）经过充磁后，按照S极和N极交替排列，形成二十六个磁极；所述磁钢块（5）与叠片铁心（1）的齿（2）的外圆之间保持一个固定的空气间隙；所述磁轭圆筒（4）通过轴承固定在轴（6）上。
2.根据权利要求1所述的一种直流无刷轮毂电机，其特征在于：所述定子的叠片铁心（1）由硅钢片冲叠而成。
3.根据权利要求1所述的一种直流无刷轮毂电机，其特征在于：所述转子的磁轭圆筒（4）由低碳钢制成。
4.根据权利要求1所述的一种直流无刷轮毂电机，其特征在于：所述转子的磁钢块（5）通过粘贴固定在磁轭圆筒（4）的内表面。
5.根据权利要求1所述的一种直流无刷轮毂电机，其特征在于：所述转子的磁钢块（5）由钕铁硼稀土制成。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103683102A (zh) * 2013-12-10 2014-03-26 国家电网公司 电动控制软梯头
CN103683781A (zh) * 2013-12-19 2014-03-26 郝敬春 一种轮毂一体化直流无刷电动机

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