一種電動車輪轂電機用定子及含有該種定子的電機的製作方法

2024-03-10 04:51:15

本發明涉及電動車技術領域，特別涉及一種電動車輪轂電機用定子及含有該種定子的電機。

背景技術：

電動車由於其行駛便捷、易於停靠、綠色環保等優點受到廣大消費者的青睞。電機作為電動車的核心部件，其性能、效率、可靠性等對電動車影響極大，高性能的驅動電機對電動車整車功能的實現具有決定性作用。

目前，電動車用電機多為輪轂電機，輪轂電機內部的主要部件是包括內緣上徑向均布安裝多個永磁體的轉子和定子，定子安裝在後輪軸上，其外間隔套裝轉子，轉子的外緣與輪轂一體連接，多個永磁體的極性交替設置，定子的外緣徑向均布制出多個用於繞制繞組的凸極，每兩個相鄰的凸極之間為極槽。

輪轂電機定子的尺寸結構決定了導磁環尺寸結構的大小，而定子結構與導磁環結構從一定程度上決定著輪轂電機的驅動力臂大小，並決定了電機的抗過載能力。隨著物質生活的廣泛提高，越來越多的農民選擇電動車作為代步工具，電動車成本和電動車在複雜的農村道路上的穩定性是農民選擇電動車的主要考慮因素。常規的電動車輪轂電機存在電機轉換效率低的問題，並且在複雜路況下(例如農村道路)，電動車會出現動力不足、爬坡無力、續航裡程短、燒線圈、燒霍爾器件等問題，電機失效率陡增。目前行業的做法是通過增加輪轂尺寸來增加定子尺寸來提升抗過載能力，但是增加了輪轂尺寸後必然導致電動車結構的改變、製造成本的增加。因此，在不增加輪轂尺寸和製造成本的情況下，如何提高輪轂電機的效率和抗過載能力是本發明的創研動機。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種大尺寸、低成本、耗電量低、利於嵌線、高性能的電動車輪轂電機用定子及含有該種定子的電機。本發明提供的電動車輪轂電機用於驅動電動車，具備高轉矩和高效率，在不增加輪轂尺寸的情況下，大大提高了輪轂電機的效率平臺和抗過載能力。

本發明提供的一種電動車輪轂電機用定子，其技術方案為：

一種電動車輪轂電機用定子，電動車輪轂電機為10寸的電動車輪轂電機，包括定子鐵芯和支架，所述定子鐵芯固定在支架上，所述定子鐵芯外徑為205.01～212mm，定子鐵芯槽的槽口寬度與定子鐵芯外徑、定子鐵芯內徑、定子鐵芯的軛部厚度、定子鐵芯槽數滿足以下關係：

定子鐵芯槽的槽口寬度＝(α+定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值)×π×(定子鐵芯外徑-定子鐵芯內徑-定子鐵芯的軛部厚度)/定子鐵芯槽數

其中α的取值範圍是0.3～0.9，α+定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值為0.9～1.2。

本發明提供的一種電動車輪轂電機用定子，還具有如下附屬技術方案：

其中，定子齒的寬度為5～8mm。

其中，定子鐵芯的軛部厚度為4～6mm，定子鐵芯內徑為159～176mm。

其中，定子鐵芯槽的槽口寬度為2.0～3.5mm，定子鐵芯槽的槽口高度為0.8～1.5mm。

其中，定子鐵芯外徑為205.5～210mm，定子鐵芯中定子齒的寬度為6～7.5mm，定子鐵芯的軛部厚度為4～5.5mm，定子鐵芯內徑為161～170mm，定子鐵芯槽的槽口寬度為2～3mm。

其中，定子鐵芯槽的橫截面積≥85mm2。

其中，定子鐵芯包括相互疊壓的若干定子片，定子鐵芯上纏繞有銅線繞組。

其中，定子鐵芯上設置有止轉槽，支架上設有止轉筋；形狀相同的支架通過壓扣結構將定子鐵芯固定在兩支架間，支架中心設有安裝孔，上述安裝孔內穿設有軸套。

本發明還提供了一種電動車輪轂電機，包括定子和轉子總成，定子是上述的電動車輪轂電機用定子。

其中，轉子總成包括輪輞、導磁環和永磁體，導磁環固定在輪輞內側，導磁環內壁設置有若干片永磁體。

其中，導磁環內徑為209.5～217mm，導磁環的寬度為35～60mm，導磁環的厚度為6～9mm。

其中，導磁環內側與定子鐵芯外側之間的間隔是2.1～3.8mm。

其中，導磁環內徑為211～215mm，導磁環的厚度為6～8.5mm，導磁環內側與定子鐵芯外側之間的間隔為2.3～3.5mm。

其中，輪轂電機還包括電機軸、邊蓋和鼓蓋，邊蓋和鼓蓋固定在導磁環兩側。

其中，定子鐵芯的槽數和永磁體的片數為54槽48片永磁體、51槽46片永磁體、51槽56片永磁體、54槽60片永磁體、48槽52片永磁體、48槽44片永磁體、45槽40片永磁體或者45槽50片永磁體。

與現有技術相比，本發明的優點和積極效果是：

本發明的定子結構合理優化了電機磁路設計中的電功率與磁功率，避免了因電機在短時過載出現急劇發熱的現象，防止了繞組絕緣層被破壞和霍爾位置傳感器失效的問題，增加了電機的使用壽命。

本發明提供的電動車輪轂電機用於驅動電動車，具備高轉矩和高效率，高轉矩可以保證電動車在上坡或者大負載情況下正常行駛，高效率的電機有助於降低電動車的使用成本。大大提高了輪轂電機的效率平臺和抗過載能力。使電動車更適合在山區複雜路況行駛。本發明提供的電動車輪轂電機在高速行進時(30km/h以上)，性能穩定，相比現有的電動車，可以提高10％以上的行程；在低速行進時(30km/h以下)，電動車扭矩增大。

本發明選擇的10寸電動車輪轂電機，力求在不增加輪轂尺寸的基礎上，進一步加大定子鐵芯外徑和導磁環內徑，增大輪轂電機的驅動力臂，提升電動車的抗過載能力。

通過增大定子鐵芯外徑，使永磁體的厚度減小13.6％以上，減少了永磁體的用量，同時能夠節省定子結構原材料的用量，降低了製造成本。

利用有限元軟體對輪轂電機的電樞磁密、輸出轉矩、氣隙長度和效率等進行分析，優化了定子鐵芯的齒部寬度、軛部厚度等參數；與同類10寸電動車輪轂電機相比，本電動車輪轂電機，定子槽面積增大，在線圈匝數不變的前提下，銅線的根數可以增加1～2根，有利於減小繞組電阻值，降低電流損耗，提高電機效率；同時較大的定子槽面積有利於嵌線，並且使得繞組銅線橫截面積增加，可以有效地降低電機溫升，提高了承載電流的能力；本電動車輪轂電機的定子鐵芯外徑和導磁環內徑更大，電機的驅動力臂也相應加長，使電機的抗過載能力大大提高。

通過比較可以看出，本電動車輪轂電機的調速範圍、輸出扭矩、效率等均有提高，在不增加製造成本的基礎上，電機的綜合性能得到明顯提升。

附圖說明

圖1為本發明電動車輪轂電機結構示意圖。

圖2為本發明電動車輪轂電機定子爆炸圖。

圖3為本發明電動車輪轂電機整體結構剖視圖。

圖4為本發明電動車輪轂電機定子鐵芯示意圖。

圖5為圖4中A處放大結構示意圖。

圖6為本發明電動車輪轂電機與現有48槽和54槽輪轂電機性能曲線比較圖。

圖中，1、定子鐵芯；11、定子齒；12、軛部；13、槽口；14、定子鐵芯槽；15、止轉槽；2、支架；21、止轉筋；3、軸套；4、電機軸；5、輪輞；6、導磁環；7、永磁體；8、繞組；9、邊蓋；10、鼓蓋；16、螺釘。A1、定子齒的寬度；A2、槽口寬度；A3、軛部厚度；A4、槽口高度。

具體實施方式

下面將結合實施例以及附圖對本發明加以詳細說明，需要指出的是，所描述的實施例僅旨在便於對本發明的理解，而對其不起任何限定作用。

實施例1

如圖1至圖5所示，本實施例提供的一種10寸的電動車輪轂電機用定子，包括定子鐵芯1和支架2，定子鐵芯1固定在支架2上，定子鐵芯1由若干定子片疊壓而成，定子鐵芯1上纏繞有銅線繞組8。本實施例中，採用形狀相同的兩個上述支架2通過壓扣將定子鐵芯1固定在兩支架2之間，支架2中心設有安裝孔，安裝孔內穿設有軸套3。定子鐵芯1上設有止轉槽15，支架2上設有止轉筋21，上述止轉槽15和止轉筋21一一對應，可保證電機轉動時在電磁剪切力的作用下定子不會隨之轉動。本實施例中，定子的結構可以選擇48槽52片永磁體結構和48槽44片永磁體結構，優選地，本實施例選擇的是48槽52片永磁體結構，定子鐵芯1在周向均布48個定子齒11，各相鄰定子齒11之間形成48個定子鐵芯槽14。

特別的是，定子鐵芯1外徑為205.01～212mm，優選，定子鐵芯1外徑為205.5～210mm，定子鐵芯槽的槽口寬度A2與定子鐵芯外徑、定子鐵芯內徑、定子鐵芯的軛部厚度A3、定子鐵芯槽數滿足以下關係：

定子鐵芯槽的槽口寬度A2＝(α+定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值)×π×(定子鐵芯外徑-定子鐵芯內徑-定子鐵芯的軛部厚度A3)/定子鐵芯槽數。

其中α的取值範圍是0.3～0.9，優選地，α+定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值在0.9～1.2之間，本實施例中，α+定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值取1，其中，α值取0.65，定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值是0.35，定子性能最佳。特別說明的是，本發明中所指「定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值」為以毫米為單位的無量綱數，即本發明取的「定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值」為無單位數值，單位不帶入公式中進行計算。本發明提供的定子製備的電動車輪轂電機，具備高轉矩和高效率，高轉矩可以保證電動車在上坡或者大負載情況下正常行駛，高效率的電機有助於降低電動車的使用成本。大大提高了輪轂電機的效率平臺和抗過載能力。使電動車更適合在山區複雜路況行駛。本發明提供的電動車輪轂電機在高速行進時(30km/h以上)，性能穩定，相比現有的電動車，可以提高10％以上的行程；在低速行進時(30km/h以下)，電動車扭矩增大。特別適用於在複雜路況下行使。

本發明選擇的10寸電動車輪轂電機，力求在不增加輪轂尺寸的基礎上，進一步加大定子鐵芯外徑和導磁環內徑，增大輪轂電機的驅動力臂，提升電動車的抗過載能力。通過增大定子鐵芯外徑，使永磁體的厚度減小13.6％以上，減少了永磁體的用量，降低了製造成本，且製造工藝簡單。通過對定子結構參數的改進，同時能夠節省定子原材料的用量，大大的降低了定子的生產成本。

如圖5所示，定子鐵芯1中定子齒的寬度A1為5～8mm，優選定子齒的寬度A1為6～7.5mm，進一步優選，定子齒的寬度A1為6.55mm。

定子鐵芯1的軛部12厚度A3為4～6mm，優選，定子鐵芯1的軛部12厚度A3為4～5.5mm，進一步優選，定子鐵芯1的軛部12厚度A3為4.25mm。

定子鐵芯1內徑為159～176mm，優選，定子鐵芯1內徑為161～170mm，進一步優選，定子鐵芯1內徑為161.5mm。

定子鐵芯槽的槽口13寬度A2為2.0～3.5mm，優選，定子鐵芯槽的槽口13寬度A2為2～3mm，進一步優選，定子鐵芯槽的槽口13寬度A2為2.3～2.6mm。本實施例中，定子鐵芯槽的槽口13寬度A2指的是兩個定子齒11外徑的最外端之間的直線距離。

定子鐵芯1槽的槽口13高度A4為0.8～1.5mm，優選，定子鐵芯1槽的槽口13高度A4為0.9～1.3mm。定子鐵芯1槽的槽口13高度A4與定子鐵芯1槽的槽口13寬度A2的比值為0.2～0.7。定子鐵芯1槽的槽口13高度指的是垂直高度。

定子鐵芯槽14的橫截面積≥85mm2。本實施例定子鐵芯槽14的橫截面積指的是如圖4剖面形成的橫截面的面積。

本發明的定子結構合理優化了電機磁路設計中的電功率與磁功率，避免了因電機在短時過載出現急劇發熱的現象，防止了繞組絕緣層被破壞和霍爾位置傳感器失效的問題，增加了電機的使用壽命。

如圖1和圖2所示，本發明還提供了一種電動車輪轂電機，包括定子、轉子總成、電機軸4、邊蓋9、鼓蓋10等，定子是上述的電動車輪轂電機用定子。

其中，轉子總成包括輪輞5、導磁環6和永磁體7，導磁環6固定在輪轂內側，若干片永磁體7黏貼在導磁環6內壁上，永磁體7形狀為長方體結構。邊蓋9和鼓蓋10通過螺絲16固定在導磁環6兩側。軸套3內穿設有電機，兩者之間採用平鍵或者過盈配合連接。

導磁環6內徑為209.5～217mm，優選，導磁環6內徑為211～215mm。

導磁環6的寬度為35～60mm。

導磁環6的厚度為6～9mm，優選，導磁環6的厚度為6～8.5mm。

導磁環6內側與定子鐵芯1外側之間的間隔是2.1～3.8mm，優選，導磁環6內側與定子鐵芯1外側之間的間隔為2.3～3.5mm。

本實施例中，定子鐵芯1的槽數和永磁體7的片數還可以選擇54槽48片永磁體、51槽46片永磁體、51槽56片永磁體、54槽60片永磁體、45槽40片永磁體或者45槽50片永磁體。上述結構的選擇，具有減小用電量，減小電流波動的技術效果。

如圖6所示，利用有限元軟體對輪轂電機的電樞磁密、輸出轉矩、氣隙長度和效率等進行分析，優化了定子鐵芯的齒部寬度、軛部厚度等參數；與同類10寸電動車輪轂電機相比，本電動車輪轂電機，定子槽面積增大，在線圈匝數不變的前提下，銅線的根數可以增加1～2根，有利於減小繞組電阻值，降低電流損耗，提高電機效率；同時較大的定子槽面積有利於嵌線，並且使得繞組銅線橫截面積增加，可以有效地降低電機溫升，提高了承載電流的能力；本電動車輪轂電機的定子鐵芯外徑和導磁環內徑更大，電機的驅動力臂也相應加長，使電機的抗過載能力大大提高。

通過比較可以看出，本電動車輪轂電機的調速範圍、輸出扭矩、效率等均有提高，在不增加製造成本的基礎上，電機的綜合性能得到明顯提升。

實施例2

本實施例中的技術方案與實施例1的的技術方案大部分相同，本實施例僅對不相同的部分進行詳述，本實施例與實施例1相同的部分不再贅述。

定子鐵芯1外徑為205.01～212mm，優選，定子鐵芯1外徑為206～210mm，定子鐵芯槽的槽口寬度A2與定子鐵芯外徑、定子鐵芯內徑、定子鐵芯的軛部厚度A3、定子鐵芯槽數滿足以下關係：

本實施例中，定子的結構是48槽44片永磁體結構。定子鐵芯槽的槽口寬度A2＝(α+定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值)×π×(定子鐵芯外徑-定子鐵芯內徑-定子鐵芯的軛部厚度A3)/定子鐵芯槽數。

其中α的取值範圍是0.3～0.9，優選地，α+定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值在0.9～1.2之間，本實施例中，α+定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值取0.9，其中，α值取0.3，定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值是0.6，定子性能最佳。特別說明的是，本發明中所指「定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值」為以毫米為單位的無量綱數，即本發明取的「定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值」為無單位數值，單位不帶入公式中進行計算。

實施例3

本實施例中，定子的結構是48槽52片永磁體結構。本實施例中的技術方案與實施例1的的技術方案大部分相同，本實施例僅對不相同的部分進行詳述，本實施例與實施例1相同的部分不再贅述。

定子鐵芯1外徑為205.01～212mm，優選，定子鐵芯1外徑為205.5～211mm，定子鐵芯槽的槽口寬度A2與定子鐵芯外徑、定子鐵芯內徑、定子鐵芯的軛部厚度A3、定子鐵芯槽數滿足以下關係：

定子鐵芯槽的槽口寬度A2＝(α+定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值)×π×(定子鐵芯外徑-定子鐵芯內徑-定子鐵芯的軛部厚度A3)/定子鐵芯槽數。

其中α的取值範圍是0.3～0.9，優選地，α+定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值在0.9～1.2之間，本實施例中，α+定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值取1.2，其中，α值取0.85，定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值是0.35，定子性能最佳。特別說明的是，本發明中所指「定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值」為以毫米為單位的無量綱數，即本發明取的「定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值」為無單位數值，單位不帶入公式中進行計算。

實施例4

本實施例中的技術方案與實施例1的的技術方案大部分相同，本實施例僅對不相同的部分進行詳述，本實施例與實施例1相同的部分不再贅述。

本實施例中，定子的結構是48槽44片永磁體結構。定子鐵芯1外徑為205.01～212mm，優選，定子鐵芯1外徑為205.5～209mm，定子鐵芯槽的槽口寬度A2與定子鐵芯外徑、定子鐵芯內徑、定子鐵芯的軛部厚度A3、定子鐵芯槽數滿足以下關係：

定子鐵芯槽的槽口寬度A2＝(α+定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值)×π×(定子鐵芯外徑-定子鐵芯內徑-定子鐵芯的軛部厚度A3)/定子鐵芯槽數。

其中α的取值範圍是0.3～0.9，優選地，α+定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值在0.9～1.2之間，本實施例中，α+定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值取0.96，其中，α值取0.61，定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值是0.35，定子性能最佳。特別說明的是，本發明中所指「定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值」為以毫米為單位的無量綱數，即本發明取的「定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值」為無單位數值，單位不帶入公式中進行計算。

實施例5

本實施例中的技術方案與實施例1的的技術方案大部分相同，本實施例僅對不相同的部分進行詳述，本實施例與實施例1相同的部分不再贅述。

本實施例中，定子的結構是48槽44片永磁體結構。定子鐵芯1外徑為205.01～212mm，優選，定子鐵芯1外徑為205.5～210mm，定子鐵芯槽的槽口寬度A2與定子鐵芯外徑、定子鐵芯內徑、定子鐵芯的軛部厚度A3、定子鐵芯槽數滿足以下關係：

定子鐵芯槽的槽口寬度A2＝(α+定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值)×π×(定子鐵芯外徑-定子鐵芯內徑-定子鐵芯的軛部厚度A3)/定子鐵芯槽數。

其中α的取值範圍是0.3～0.9，優選地，α+定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值在0.9～1.2之間，本實施例中，α+定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值取1.2，其中，α值取0.9，定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值是0.3，定子性能最佳。特別說明的是，本發明中所指「定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值」為以毫米為單位的無量綱數，即本發明取的「定子鐵芯的單層矽鋼片厚度的數值」為無單位數值，單位不帶入公式中進行計算。

實施例2-5能夠達到實施例1記載的技術效果，不再贅述。

最後應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對本發明保護範圍的限制，儘管參照較佳實施例對本發明作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的實質和範圍。