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CN107846092A - 一种集成制动钳的电动车轮毂电机 - Google Patents

一种集成制动钳的电动车轮毂电机 Download PDF

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Abstract

一种集成制动钳的电动车轮毂电机，属于电动车工程领域，包括车轴、轮毂、永磁铁心、永磁体、转子铁心、定子铁心、电枢绕组、制动钳和外壳。其特征在于：转子铁心和轮毂固定在车轴上，转子铁心兼作盘式制动器的制动盘；永磁铁心和定子铁心分别位于转子铁心的两侧并且固定在外壳上；转子铁心圆周上均布有9个扇形通孔；定子铁心朝向转子铁心的一侧有8个扇形凸出的电枢极，电枢极上绕有集中式的电枢线圈，沿圆周方向相邻的电枢极相差30度；永磁铁心朝向转子铁心的一侧有8个扇形凸出的永磁体，沿圆周方向相邻的永磁体相差30度。本技术有效实现了轮毂电机的驱动电机和制动卡盘的集成，节省了空间和成本。

Description

一种集成制动钳的电动车轮毂电机
技术领域
一种集成制动钳的电动车轮毂电机，属于电动车工程技术领域。
背景技术
电动车是采用电力驱动行驶的车辆总成，与以燃油发动机为动力源的车辆相比，电动车具有能耗低、污染小的优点，电动车通常采用轮毂电机驱动，轮毂电机的性能决定了电动车正常行驶和爬坡性能。轮毂电机的最大特点是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，使车辆机械部分大大简化。
目前，电动车用轮毂电机的相关专利主要集中在轮毂电机主体结构和装配方法上，例如发明专利：电动车轮毂电机及电动车车轮，申请号为：201410510008.2，公开了一种电动车轮毂电机及其使用该电动车轮毂电机的电动车车轮。其中电动车轮毂电机包括轮轴、轮毂、安装与所述轮毂的转子、定子和支撑所述定子的支撑盘。该申请的电动车轮毂电机在相同体积与输出电流时能提供更强的推动力。可以为车辆提供更强的推动力，产生热量更小，耗电量更小，效率更高。
另外，还有一些轮毂式驱动电机的专利，例如申请的发明专利：201610256109.0电动车混合励磁轮毂电机，提出了实现轮毂与驱动电机的集成混合励磁轮毂电机，该电机具有双面盘式结构，可以提高电机的比功率。申请专利号：201710165532.4集中励磁的电动车轮毂电机，该电机作为发电机运行时，调节励磁电流即可控制不同转速下的输出电压，可以回收制动能量并给电动车蓄电池充电，作为电动机运行时，调节励磁电流和电枢电流的大小，可以控制所述轮毂电机的输出转矩。
还有一些关于轮毂电机制动的专利，例如申请号：CN201320752271.3的专利：一种轮毂电机的制动结构，主要结构包括刹车盘，刹车钳和刹车摩擦片，该实用新型采用的制动结构可以同时作用于轮毂电机的两侧端盖。
本申请轮毂电机制动结构有效实现了轮毂电机的驱动电机和制动卡盘的集成，节省了空间和成本，其中，转子铁心和轮毂固定在车轴上，转子铁心兼作盘式制动器的制动盘，有着更好的制动效果。
发明内容
为了发明一种集成制动钳的电动车轮毂电机，实现轮毂电机、制动钳的一体化设计，保证电动车行驶动力性、稳定性和制动性。本发明采取如下方案：
一种集成制动钳的电动车轮毂电机，其特征在于：由车轴、轮毂、永磁铁心、永磁体、转子铁心、定子铁心、电枢绕组、制动钳和外壳组成；转子铁心和轮毂固定在车轴上，转子铁心兼作盘式制动器的制动盘；外壳通过轴承与车轴连接；
永磁铁心和定子铁心分别位于转子铁心的两侧并且固定在外壳上；转子铁心圆周上均布有9 个扇形通孔；定子铁心朝向转子铁心的一侧有8个扇形凸出的电枢极，沿圆周方向相邻电枢极相差30度，定子铁心上没有电枢极的部位为扇形通孔；
永磁铁心朝向转子铁心的一侧有8个扇形凸出的永磁体，沿圆周方向相邻永磁体相差30度，相邻的永磁体充磁方向相反；转子铁心上没有永磁体的部位为扇形通孔；电枢极的扇形端面和永磁体的扇形端面相同，且电枢极和永磁体在轴向上对齐；
定子铁心上的每个电枢极绕有集中式的电枢线圈，相邻电枢线圈的绕制方向相反；制动钳固定在外壳上且位于永磁铁心圆周方向上没有永磁体的扇形通孔处。
如上所述一种集成制动钳的电动车轮毂电机，其特征在于：转子铁心扇形通孔的扇形外径比电枢极端面扇形的外径大，转子铁心通孔的扇形内径比永磁体端面扇形的内径小。
如上所述一种集成制动钳的电动车轮毂电机，其特征在于：电枢线圈依据相位不同分为四相电枢绕组。
一种集成制动钳的电动车轮毂电机，其特征在于：
由车轴、轮毂、第二定子铁心、转子铁心、第一定子铁心、电枢绕组、制动钳和外壳组成；转子铁心和轮毂固定在车轴上，转子铁心兼作盘式制动器的制动盘；外壳通过轴承与车轴连接；
第一定子铁心和第二定子铁心分别位于转子铁心的两侧并且固定在外壳上；
转子铁心圆周上均布有4k个扇形通孔，k为正整数；
皆呈半环形的第一定子铁心和第二定子铁心朝向转子铁心的一侧各有3k个扇形凸出的电枢极，沿圆周方向每个电枢极相差60/k度；第一定子铁心和第二定子铁心上的电枢极在轴向上对齐，且第一定子铁心的电枢极上绕有集中式的电枢线圈，相邻电枢线圈的绕制方向相反；制动钳固定在外壳上且在圆周方向上与第一定子铁心相差180/k度。
本发明的有益效果是：
1转子铁心是带通孔的转盘，质量轻，转动惯量小，响应迅速；
2实现了制动盘和轮毂电机转子铁心合二为一，减轻了重量，节省了空间；
3各相绕组完全隔离，永磁体和电枢绕组隔离，短路电流不会引起故障的传播，提高了可靠性；
4定转子导磁面积大，在同样饱和的磁密下，本申请的技术磁通量大，反电势高，电机功率大；
5永磁体和电枢绕组易于散热，能适合高温运行环境；
6本申请的电枢绕组为集中式绕组，内阻小，效率高。
附图说明
图1是集成制动钳的电动车轮毂电机实施例一纵剖图，其中：1车轴、2轮毂、3永磁铁心、4永磁体、5转子铁心、6定子铁心、7电枢绕组、8制动钳、9外壳。
图2是实施例一永磁铁心示意图，其中：3永磁铁心、4永磁体、8制动钳。
图3是实施例一转子铁心示意图，其中：1车轴、5转子铁心、8制动钳。
图4是实施例一定子铁心示意图，其中：6定子铁心、7电枢绕组、8制动钳。
图5是集成制动钳的电动车轮毂电机实施例二纵剖图，其中：1车轴、2轮毂、3第二定子铁心、4转子铁心、5第一定子铁心、6电枢绕组、7摩擦片、8制动钳、9外壳。
图6是实施例二第一定子铁心示意图，其中：5第一定子铁心、6电枢绕组、8制动钳。
图7是实施例二转子铁心示意图，其中：1车轴、4转子铁、8制动钳。
图8是实施例二第二定子铁心示意图，其中：3第二定子铁心、8制动钳。
具体实施方式
图1是集成制动钳的电动车轮毂电机实施例一纵剖图，其中：1车轴、2轮毂、3永磁铁心、4永磁体、5转子铁心、6定子铁心、7电枢绕组、8制动钳、9外壳。一种集成制动钳的电动车轮毂电机，其特征在于：由车轴、轮毂、永磁铁心、永磁体、转子铁心、定子铁心、电枢绕组、制动钳和外壳组成；转子铁心和轮毂固定在车轴上，转子铁心兼作盘式制动器的制动盘；外壳通过轴承与车轴连接。
永磁铁心和定子铁心分别位于转子铁心的两侧并且固定在外壳上；转子铁心圆周上均布有9个扇形通孔；定子铁心朝向转子铁心的一侧有8个扇形凸出的电枢极，沿圆周方向相邻电枢极相差30度，定子铁心上没有电枢极的部位为扇形通孔。
永磁铁心朝向转子铁心的一侧有8个扇形凸出的永磁体，沿圆周方向相邻永磁体相差 30度，相邻的永磁体充磁方向相反；转子铁心上没有永磁体的部位为扇形通孔；电枢极的扇形端面和永磁体的扇形端面相同，且电枢极和永磁体在轴向上对齐。
定子铁心上的每个电枢极上绕有集中式的电枢线圈，相邻电枢线圈的绕制方向相反；制动钳固定在外壳上且位于圆周方向上永磁铁心没有永磁体的扇形通孔处。
图2是实施例一永磁铁心示意图，其中：3永磁铁心、4永磁体、8制动钳。永磁铁心和定子铁心分别位于转子铁心的两侧并且固定在外壳上；永磁铁心朝向转子铁心的一侧有 8个扇形凸出的永磁体，沿圆周方向相邻永磁体相差30度，相邻的永磁体充磁方向相反；转子铁心没有永磁体的部位为扇形通孔；电枢极的扇形端面和永磁体的扇形端面相同，且电枢极和永磁体在轴向上对齐。
图3是实施例一转子铁心示意图，其中：1车轴、5转子铁心、8制动钳。转子铁心圆周上均布有9个扇形通孔；转子铁心扇形通孔的扇形外径比电枢极端面扇形的外径大，转子铁心通孔的扇形内径比永磁体端面扇形的内径小。
图4是实施例一定子铁心示意图，其中：6定子铁心、7电枢绕组、8制动钳。定子铁心朝向转子铁心的一侧有8个扇形凸出的电枢极，沿圆周方向相邻电枢极相差30度，定子铁心没有电枢极的部位为扇形通孔；每个定子铁心的电枢极上绕有集中式的电枢线圈，相邻电枢线圈的绕制方向相反；电枢线圈依据相位不同分为四相电枢绕组。
图5是集成制动钳的电动车轮毂电机实施例二纵剖图，其中：1车轴、2轮毂、3第二定子铁心、4转子铁心、5第一定子铁心、6电枢绕组、7摩擦片、8制动钳、9外壳。转子铁心和轮毂固定在车轴上，转子铁心兼作盘式制动器的制动盘；外壳通过轴承与车轴连接；第一定子铁心和第二定子铁心分别位于转子铁心的两侧并且固定在外壳上；转子铁心圆周上均布有4k个扇形通孔，k为的正整数，在本实施例中k＝1。
皆呈半环形的第一定子铁心和第二定子铁心朝向转子铁心的一侧各有3k个扇形凸出的电枢极，沿圆周方向每个电枢极相差60/k度；第一定子铁心和第二定子铁心上的电枢极在轴向上对齐，且第一定子铁心的电枢极上绕有集中式的电枢线圈，相邻电枢线圈的绕制方向相反；制动钳固定在外壳上且在圆周方向上与第一定子铁心相差180/k度的，制动钳内侧固定有两个摩擦片，两个摩擦片位于转子铁心的两侧。第一定子铁心和第二定子铁心之间的间隙是可调的。
图6是实施例二第一定子铁心示意图，其中：5第一定子铁心、6电枢绕组、8制动钳。在本实例中，第一定子铁心朝向转子铁心的一侧由3个扇形凸出的电枢极，沿圆周方向每个电枢极相差60度；第一定子铁心位于转子铁心的一侧并且固定在外壳上，第一定子铁心和第二定子铁心上的电枢极在轴向上对齐，且第一定子铁心的电枢极上绕有集中式的电枢线圈，相邻电枢线圈的绕制方向相反；制动钳固定在外壳上且在圆周方向上与第一定子铁心相差180度的，制动钳内侧固定有两个摩擦片，两个摩擦片位于转子铁心的两侧。第一定子铁心和第二定子铁心之间的间隙是可调的。
图7是实施例二转子铁心示意图，其中：1车轴、4转子铁、8制动钳。转子铁心扇形通孔的扇形外径比电枢极端面扇形的外径大，转子铁心通孔的扇形内径比电枢极端面扇形的内径小。
图8是实施例二第二定子铁心示意图，其中：3第二定子铁心、8制动钳。在本实例中，第二定子铁心朝向转子铁心的一侧由3个扇形凸出的电枢极，沿圆周方向每个电枢极相差60度；第二定子铁心位于转子铁心的另一侧并且固定在外壳上，第一定子铁心和第二定子铁心上的电枢极在轴向上对齐，制动钳内侧固定有两个摩擦片，两个摩擦片位于转子铁心的两侧。第一定子铁心和第二定子铁心之间的间隙是可调的。
实施例一的工作原理是：
由于本发明的励磁源永磁体和电枢极在轴向上对齐，因此当转子铁心能导磁的部分与电枢极对齐时，该电枢极匝链的磁阻最小、电枢绕组磁链最大；当转子铁心的扇形通孔对齐电枢极时，该电枢极匝链的磁阻最大、电枢绕组磁链最小。
当转子铁心能导磁的部分逐渐靠近电枢极时，该相电枢绕组与永磁体的互感在增加；该相电枢绕组的自感也在增加。当转子铁心能导磁的部分脱离电枢极时，该相电枢绕组与永磁体的互感在增加；该相电枢绕组的自感也在增加。
由于本申请电机电枢绕组与永磁体的互感、电枢绕组匝链的磁链也在不断变化，因此如果移动转子铁心，则电枢绕组会产生感应电动势。这就是本申请电机作为发电机运行的原理。
本申请电机作为电动机运行时，给产生正的感应电动势的一相绕组通以正向电流，则该绕组可以产生正的转矩；给产生负的感应电动势的一相绕组通以正向电流，则该绕组可以产生负的转矩。
实施例二的工作原理：当转子铁心能导磁的部分与电枢极对齐时，该电枢极匝链的磁阻最小、电枢绕组磁链最大；当转子铁心的扇形通孔对齐电枢极时，该电枢极匝链的磁阻最大、电枢绕组磁链最小。
当转子铁心能导磁的部分逐渐靠近电枢极时，该相电枢绕组的自感在增加。当转子铁心能导磁的部分脱离电枢极时，该相电枢绕的自感也在减小。
由于本申请电机电枢绕组的自感、电枢绕组匝链的磁链也在不断变化，因此如果给电枢绕组通电提供励磁磁场并移动转子铁心，则电枢绕组会在断开励磁电流后产生感应电动势。这就是本申请电机作为发电机运行的原理。
本申请电机作为电动机运行时，给自感上升的一相绕组通以正向电流，则该绕组可以产生正的转矩；给自感下降的的一相绕组通以正向电流，则该绕组可以产生负的转矩。

Claims (4)

1.一种集成制动钳的电动车轮毂电机，其特征在于：
由车轴、轮毂、永磁铁心、永磁体、转子铁心、定子铁心、电枢绕组、制动钳和外壳组成；
转子铁心和轮毂固定在车轴上，转子铁心兼作盘式制动器的制动盘；外壳通过轴承与车轴连接；
永磁铁心和定子铁心分别位于转子铁心的两侧并且固定在外壳上；
转子铁心圆周上均布有9个扇形通孔；
定子铁心朝向转子铁心的一侧有8个扇形凸出的电枢极，沿圆周方向相邻的电枢极相差30度，定子铁心上没有电枢极的部位为扇形通孔；
永磁铁心朝向转子铁心的一侧有8个扇形凸出的永磁体，沿圆周方向相邻的永磁体相差30度，相邻的永磁体充磁方向相反；转子铁心上没有永磁体的部位为扇形通孔；
电枢极的扇形端面和永磁体的扇形端面相同，且电枢极和永磁体在轴向上对齐；
定子铁心上的每个电枢极都绕有集中式的电枢线圈，相邻电枢线圈的绕制方向相反；
制动钳固定在外壳上且位于永磁铁心圆周方向上没有永磁体的扇形通孔处。
2.如权利要求1所述的一种集成制动钳的电动车轮毂电机，其特征在于：
转子铁心扇形通孔的扇形外径比电枢极端面扇形的外径大，转子铁心通孔的扇形内径比永磁体端面扇形的内径小。
3.如权利要求1所述的一种集成制动钳的电动车轮毂电机，其特征在于：
电枢线圈依据相位不同分为四相电枢绕组。
4.一种集成制动钳的电动车轮毂电机，其特征在于：
由车轴、轮毂、第二定子铁心、转子铁心、第一定子铁心、电枢绕组、制动钳和外壳组成；
转子铁心和轮毂固定在车轴上，转子铁心兼作盘式制动器的制动盘；外壳通过轴承与车轴连接；
第一定子铁心和第二定子铁心分别位于转子铁心的两侧并且固定在外壳上；
转子铁心圆周上均布有4k个扇形通孔，k为正整数；
皆呈半环形的第一定子铁心和第二定子铁心朝向转子铁心的一侧各有3k个扇形凸出的电枢极，沿圆周方向每个电枢极相差60/k度；第一定子铁心和第二定子铁心上的电枢极在轴向上对齐，且第一定子铁心的电枢极上绕有集中式的电枢线圈，相邻电枢线圈的绕制方向相反；
制动钳固定在外壳上且在圆周方向上与第一定子铁心相差180/k度。
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