專利名稱：電動汽車高速輪轂驅(qū)動電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種設(shè)置在電動汽車輪轂中的高速驅(qū)動電機，特別是 一種高效內(nèi)磁式永磁輪轂電機。
技術(shù)背景現(xiàn)有的輪轂驅(qū)動電機， 一般采用低速和中速，因此，這些電機體積大， 笨重，銅損大，效率低?，F(xiàn)有技術(shù)中的輪轂驅(qū)動電機的定子線圈是完全嵌 在定子鐵芯槽內(nèi)的，轉(zhuǎn)子相對于定子作高速旋轉(zhuǎn)時，其磁通也高速旋轉(zhuǎn)， 磁力線除了切割線圈之外，也在定子鐵芯中進行高速切割，從而感應(yīng)出很 大的渦流，使鐵芯產(chǎn)生很大的功率損耗，以致無法實現(xiàn)真正意義上的高速運轉(zhuǎn)，現(xiàn)有輪轂電機最高速度沒有超過2000轉(zhuǎn)/分鐘。以上種種缺陷均源于電機技術(shù)的滯后和電機結(jié)構(gòu)的不合理。實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種 電動汽車高速輪轂驅(qū)動電機，電機通過極大地提高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速使電機的運行 力矩成悟下降，電機的體積縮小，重量減輕，同時還導(dǎo)致電機的電氣參數(shù) 得到改善，使電機損耗大幅下降。另外，它采用一種全新的結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)子 高速旋轉(zhuǎn)時，磁力線只切割線圈，而不在定子中產(chǎn)生渦流損耗，使電衫UL 乎沒有鐵損，特別適用于電動汽車。
定子筒及其一端設(shè)置的輪半軸，和定子端蓋及外轉(zhuǎn)子軸共同組成一個封閉的圓筒;外轉(zhuǎn)子以輪半軸和外轉(zhuǎn)子軸為支撐套在上述圓筒之外并通過減速 齒輪箱座、減速齒輪箱圈、外轉(zhuǎn)子端蓋與輪轂相連接；在上述圓筒之內(nèi)裝 配著轉(zhuǎn)子軸，套接在轉(zhuǎn)子軸上的轉(zhuǎn)子軸套外圈設(shè)置有一個U形環(huán)槽，永 磁鋼體設(shè)置在U形環(huán)槽的內(nèi)側(cè)下壁上；采用高分子材料固化粘結(jié)的定子 線圈末端與定子筒上的定子線圈環(huán)槽相嵌套，處于定子線圈環(huán)槽外的定子 線圈的有效部分伸入U形環(huán)槽內(nèi)，處于U形環(huán)槽內(nèi)側(cè)上壁和內(nèi)側(cè)下壁上 的永磁鋼體之間；定子筒、外轉(zhuǎn)子筒、U形環(huán)槽、定子線圈與輪半軸同心； 轉(zhuǎn)子軸還與減速機構(gòu)相連接。所述減速機構(gòu)的太陽齒輪位于轉(zhuǎn)子軸上，太陽齒輪與3個行星齒輪相 嚙合，行星齒輪上的二級減速齒輪與傳動齒輪相嚙合，傳動齒輪與齒圈相 嚙合。電機的永磁鋼體的對數(shù)最多為3對；永磁鋼體的有效長度和永磁鋼 體的有綿直徑的比值大于l.5。本實用新型設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)十分新穎，克服了現(xiàn)有技術(shù)中該類電機的 種種缺陷。轉(zhuǎn)子采用U形環(huán)槽的磁極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，定子線圈處于轉(zhuǎn)子的U 形環(huán)槽的內(nèi)磁場中，使電機的磁場對定子筒處于屏蔽無切割狀態(tài)。處于封閉磁場內(nèi)的定子線圈無鐵芯，因此，電機幾乎無鐵損。由于稀土7乂磁鋼體的優(yōu)良抗去磁特性，及高密度磁能積，使電機主磁場在大氣隙狀態(tài)下，磁 場強度無衰減，使去掉了定子鐵芯的定子線圈處于大氣隙強磁場中，不影 響電機的輸出效率。由于電機的速度極高，因此定子線圈幾何尺寸減小， 匝數(shù)也成倍減少，所以電機的銅損也極小。本電機尺寸小，損耗小，力矩 小，轉(zhuǎn)動慣量小，加速快，制動特性好，利于起動、加速和剎車，特別適 用于電動汽車。

附圖1是本實用新型一實施例剖視結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖2是減速機構(gòu)部分放大結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖3是附圖2的A-A結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖4是轉(zhuǎn)子磁通的斷面示意圖。附圖中標記分述如下1^輪半軸；2—油封蓋；3—外轉(zhuǎn)子軸；4一 電機引線；5—定子線圈環(huán)槽；6—定子線圈；7—永磁鋼體；8—U形環(huán)槽； 9"轉(zhuǎn)子軸套；10~轉(zhuǎn)子軸；ll一定子筒；m轂；13—定子端蓋；14 一外轉(zhuǎn)子筒；15—減速齒輪箱座；16—傳動齒輪軸；17—行星齒輪軸；18 一傳動齒輪；l"齒圈；2(h-外轉(zhuǎn)子端蓋；21—行星齒輪；22—二級減速 齒輪；23—太陽齒輪；24—減速齒輪箱圈；25—主磁通；26—漏磁通。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細的描述。 如附圖1所示，本實用新型的電機體積小，重量輕，設(shè)置在電動汽車的輪 轂12之中。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)中的輪轂電機最大的不同就在于電機 轉(zhuǎn)子采用極高的運行速度(本實施例設(shè)計為6000轉(zhuǎn)/分以上)。根據(jù)機械原理M=P/n(式中M—力矩；P—功率.，n—轉(zhuǎn)速) 由上式可見，當功率P確定時，力矩M與轉(zhuǎn)速n成反比。下面以一 例說明高速電機的優(yōu)越性能。將一臺普通輪轂電機換成9倍原來轉(zhuǎn)速的本實用新型高速電機，功 率不變，本高速電機轉(zhuǎn)子為原轉(zhuǎn)子半徑的1/3，即等于r/3，則Mg 二 (P/n) /9 二 1/9XP/n = 1/9 M (式中Mr高速電機力矩) 按f/3將Mg分解，Mg = (rXF) /9 二 r/3XF/3(式中F—原轉(zhuǎn)子扭力；r一原轉(zhuǎn)子半徑)此時，轉(zhuǎn)子半徑為原電
機的1/3，轉(zhuǎn)子軸的扭力也比原電機縮小了 3倍。普通電機的體積為Q 二 dr、1(式中Ch^電機體積；1—電機定子長度；d—電機定子系數(shù)〉1.2) 由于本電機特殊的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子鐵芯半徑即為電機半徑，所以dg二 1， 因此，電機的體積為Q g 二 (r /3 " Jil = Q /9d = Q / (9X1.2) = Q /10. 8 (式中Q r"高速電機體積)由上兩式可見，相同功率的電機，轉(zhuǎn)速提高9倍后，轉(zhuǎn)子體積為原電 機的1/10.8。當電機的材料不變(仍用鐵、銅)，那么，本實用新型電機 比原電機輕了約ll倍。本實用新型電機采用3路行星減速齒輪系統(tǒng)，所以轉(zhuǎn)子的輸出扭力分 攤在3路行星減速齒輪上，此時轉(zhuǎn)子的扭力比原電機小了 3倍，則每路行 星齒輪上的受力為1/3XF/3 = F/9?？梢娦行驱X輪的受力只有原電機輸 出扭力的1/9。若原電機軸輸出扭力為180牛，貝體實用新型的高速電機 輸出扭力60牛，而行星齒輪嚙合力僅20牛，行星減速齒輪的受力將近降 了10倍，因此電機減速系統(tǒng)齒輪的體積和模數(shù)艦艮小，這樣就可將電機 和減速系統(tǒng)都集成在輪轂之上(見附圖2、 3)。本實用新型定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)是一種完全新穎的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子軸套9套 接在轉(zhuǎn)子軸10上，轉(zhuǎn)子設(shè)計為一種帶有U形環(huán)槽8的內(nèi)磁場結(jié)構(gòu)(見附 圖4)，現(xiàn)有技術(shù)中還沒有過這種特別的結(jié)構(gòu)。永磁鋼體7成環(huán)狀南北極 交替均布在U形環(huán)槽8的內(nèi)側(cè)下壁上，定子線圈6無鐵芯，其連線部分 嵌合在定子線圈環(huán)槽5內(nèi)，這個定子線圈環(huán)槽5與現(xiàn)有技術(shù)所述的線圈槽 的概念是完全不同的，它僅為固定定子線圈用，整個定子線圈6的有效部 分都嵌合在上述的U形環(huán)槽8的內(nèi)磁場，由于這種特殊的結(jié)構(gòu)，當定子
線圈6通電推動轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子的U形環(huán)槽8的內(nèi)磁場相對于定子線圈高速旋轉(zhuǎn)，永磁鋼體7和U形環(huán)槽8產(chǎn)生的內(nèi)磁場磁力線只切割 定子線圈6而產(chǎn)生電機反向電動勢，因線圈無鐵芯，所以不會產(chǎn)生渦流， 從而消除了鐵芯損耗，使鐵損僅為極小的漏磁鐵損，達到鐵損極小的程度。 磁場的磁極到U形環(huán)槽8的外壁形成回路，故磁場得到屏蔽，本設(shè)計使 磁場對定子的磁漏極小，所以定子筒ll內(nèi)也基本無渦流(見圖4)。此外，根據(jù)電機學(xué)原理(一般E = U ) E—電動勢U = COn(式中U—電機電壓；C一電機系數(shù)；O—磁通；n—轉(zhuǎn)速) 且C- (2pN) / (60a)(式中N—線圈總匝數(shù)；p""磁極對數(shù)；a--線圈支路數(shù)) 所以.C:U/ (①n)艮卩(2pN) / (60a) =U/ (On)N= (UX60a) / (2pX On)由上式可見直流電機的電壓U、磁通O、極對數(shù)p和支路數(shù)a確定后， 線圈匝線N和電機轉(zhuǎn)速n成反比。即電機轉(zhuǎn)速越高，電機的匝數(shù)越少。高速電機的轉(zhuǎn)速提高了 9倍，繞組的匝數(shù)僅為原電機的1/9。仍以上例， 若普通電機線圈電阻為0.9歐，電流為18A，線圈流過額定電流的損耗為P = I2XR 二 324X0.9 :291. 6瓦。本實用新型高速電機的功率不變，即電阻為0.1歐，電流為18A，則 線圈的銅損為Pg 二 324X0.1 二 32. 4瓦。計算結(jié)果表明，普通電機的銅 損比本實用新型電機高約9倍。因此，本實用新型的電機溫度低，效率高，轉(zhuǎn)速高，速度可達6000 轉(zhuǎn)/分鐘以上，比現(xiàn)有技術(shù)的普通輪轂電機轉(zhuǎn)速提高了十倍以上。本實用新型的帶有輪半軸1的定子筒11與帶有外轉(zhuǎn)子軸3的定子端
蓋13裝配成一個封閉的圓筒，圓筒內(nèi)定子線圈6用高分子固化粘結(jié)材料 與定子筒11同心固定在定子線圈環(huán)形槽5內(nèi)，電機轉(zhuǎn)子裝配在圓筒內(nèi)，
電機引線4由輪半軸1引出，外轉(zhuǎn)子筒14和減速齒輪箱座15、外轉(zhuǎn)子端 蓋20和減速齒輪箱圈24構(gòu)成外轉(zhuǎn)子，兩對外轉(zhuǎn)子軸承支撐在電機定子筒 H的輪半軸1和外轉(zhuǎn)子軸3上，外轉(zhuǎn)子能在定子外帶著輪轂自由轉(zhuǎn)動， 電機有轉(zhuǎn)子、定子和外轉(zhuǎn)子共三層結(jié)構(gòu)。
附圖2所示為減速機構(gòu)部分的放大示意，其太陽齒輪23位于轉(zhuǎn)子軸 10上，在其外設(shè)置有三個行星齒輪21，與行星齒輪21同軸的二級減速齒 輪22與3個傳動齒輪18相嚙合，傳動齒輪18與齒圈19相嚙合；多級齒 輪組成了減速機構(gòu)。圖中所述的外轉(zhuǎn)子筒14等中的"外轉(zhuǎn)子"是電機與 輪轂12相連接的部件，因與輪轂12—起轉(zhuǎn)動故稱其為"外轉(zhuǎn)子"。附圖 3為附圖2的A-A視圖，在圖3中可以更清楚地看至恪級齒輪之間的關(guān)系。
權(quán)利要求1、一種電動汽車高速輪轂驅(qū)動電機，驅(qū)動電機設(shè)置在電動汽車的輪轂中，含有定子、轉(zhuǎn)子、減速機構(gòu)、離合器，其特征在于所述的定子筒(11)及其一端設(shè)置的輪半軸(1)，和定子端蓋(13)及外轉(zhuǎn)子軸(3)共同組成一個封閉的圓筒；外轉(zhuǎn)子(14)以輪半軸(1)和外轉(zhuǎn)子軸(3)為支撐套在上述圓筒之外并通過減速齒輪箱座(15)、減速齒輪箱圈(24)、外轉(zhuǎn)子端蓋(20)與輪轂(12)相連接；在上述圓筒之內(nèi)裝配著轉(zhuǎn)子軸(10)，套接在轉(zhuǎn)子軸(10)上的轉(zhuǎn)子軸套(9)外圈設(shè)置有一個U形環(huán)槽(8)，永磁鋼體(7)設(shè)置在U形環(huán)槽(8)的內(nèi)側(cè)下壁上；采用高分子材料固化粘結(jié)的定子線圈(6)末端與定子筒(11)上的定子線圈環(huán)槽(5)相嵌套，處于定子線圈環(huán)槽(5)外的定子線圈(6)的有效部分伸入U形環(huán)槽(8)內(nèi)，處于U形環(huán)槽(8)內(nèi)側(cè)上壁和內(nèi)側(cè)下壁上的永磁鋼體(7)之間；定子筒(11)、外轉(zhuǎn)子筒(12)、U形環(huán)槽(8)、定子線圈(6)與輪半軸(1)同心；轉(zhuǎn)子軸(10)還與減速機構(gòu)相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動汽車高速輪轂驅(qū)動電機，其特征在于所述的減速機構(gòu)的太陽齒輪(23)位于轉(zhuǎn)子軸(10)上，太陽齒輪(23) 與3個行星齒輪(21)相嚙合，行星齒輪(21)上的二級減速齒輪(22) 與傳動齒輪(18)相嚙合，傳動齒輪(18)與齒圈(19)相嚙合。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車高速輪轂驅(qū)動電機，其特征在于: 電機的永磁鋼體(7)的對數(shù)最多為3對；永磁鋼體(7)的有效長度和永 磁鋼體(7)的有效直徑的比值大于1.5。
專利摘要本實用新型公開了一種電動汽車高速輪轂驅(qū)動電機，涉及一種設(shè)置在電動汽車輪轂中的高速驅(qū)動電機。定子及其一端設(shè)置的輪半軸，和輪半軸同心的軸的遠端設(shè)置的定子端蓋，共同組成一個封閉的圓筒，外轉(zhuǎn)子套接在上述圓筒之外并通過減速齒輪箱座、外轉(zhuǎn)子端蓋與輪轂相連接；在圓筒之內(nèi)，套接在轉(zhuǎn)子軸上的轉(zhuǎn)子外圈設(shè)置有一個U形環(huán)槽，永磁鋼體設(shè)置在U形環(huán)槽的內(nèi)側(cè)下壁上；采用高分子材料固化粘結(jié)的定子線圈末端與定子上的定子線圈槽相嵌套，處于定子線圈槽外的整個定子線圈的有效部分伸入U形環(huán)槽內(nèi)，轉(zhuǎn)子軸還與減速機構(gòu)相連接。本實用新型設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)十分新穎，克服了現(xiàn)有技術(shù)中該類電機的種種缺陷。
文檔編號B60L11/00GK201018344SQ200720083870
公開日2008年2月6日 申請日期2007年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月22日
發(fā)明者劉恒文 申請人:劉恒文