轮毂电机的制作方法
1.本公开涉及一种轮毂电机，特别是一种27槽30极轮毂无刷电机。
背景技术：
2.27槽30极轮毂无刷电机存在电动自行车领域，一般常用的锂电池包的电压为36v、48v等，电池包电压不能太高(比如72v)。这是因为高电压要串联更多的电芯和更强的电池保护功能模块，电池成本会增加很多，直接导致用户购车成本增加。由于电池包电压不能太高，所以需要高效率的轮毂电机。
技术实现要素：
3.本公开的至少一实施例提供一种轮毂电机，其包括定子和转子。该定子包括定子铁芯和线圈组件。定子铁芯包括定子主体和从定子主体径向向外延伸的27个极齿，27个极齿包括在周向方向上依次排列的第一至第二十七极齿。该线圈组件包括第一相线圈组、第二相线圈组和第三相线圈组。该第一相线圈组包括：第一相第一支路，其包括单根的第一电线；第一相第二支路，其包括单根的第二电线；以及第一相第三支路，其包括单根的第三电线。该第二相线圈组包括：第二相第一支路，其包括单根的第四电线；第二相第二支路，其包括单根的第五电线；以及第二相第三支路，其包括单根的第六电线。该第三相线圈组包括：第三相第一支路，包括单根的第七电线；第三相第二支路，包括单根的第八电线；以及第三相第三支路，包括单根的第九电线、第一电线从线头依次沿第一绕线方向围绕第一极齿、沿与第一绕线方向相反的第二绕线方向围绕第二极齿和沿第一绕线方向围绕第三极齿缠绕到线尾，第二电线从线头依次沿第一绕线方向围绕第十极齿、沿第二绕线方向围绕第十一极齿和沿第一绕线方向围绕第十二极齿缠绕到线尾，第三电线从线头依次沿第一绕线方向围绕第十九极齿、沿第二绕线方向围绕第二十极齿和沿第一绕线方向围绕第二十一极齿缠绕到线尾，第四电线从线头依次沿第一绕线方向围绕第四极齿、沿第二绕线方向围绕第五极齿和沿第一绕线方向围绕第六极齿缠绕到线尾，第五电线从线头依次沿第一绕线方向围绕第十三极齿、沿第二绕线方向围绕第十四极齿和沿第一绕线方向围绕第十五极齿缠绕到线尾，第六电线从线头依次沿第一绕线方向围绕第二十二极齿、沿第二绕线方向围绕第二十三极齿和沿第一绕线方向围绕第二十四极齿缠绕到线尾，第七电线从线头依次沿第一绕线方向围绕第七极齿、沿第二绕线方向围绕第八极齿和沿第一绕线方向围绕第九极齿缠绕到线尾，第八电线从线头依次沿第一绕线方向围绕第十六极齿、沿第二绕线方向围绕第十七极齿和沿第一绕线方向围绕第十八极齿缠绕到线尾，第九电线从线头依次沿第一绕线方向围绕第二十五极齿、沿第二绕线方向围绕第二十六极齿和沿第一绕线方向围绕第二十七极齿缠绕到线尾，并且第一电线至第三电线的线头被电连接，第四电线至第六电线的线头被电连接，第七电线至第九电线的线头被电连接，第一电线至第九电线的线尾被电连接以形成公共端。该转子包括转子骨架和30个片状永磁体。该转子骨架为圆柱环形，并且在其内部限定转子腔。该30个片状永磁体沿周向方向间隔开布置转子腔中。
4.例如，在一些实施例中，第一至第九电线的直径在0.75-1.2mm的范围内，铁芯的极齿在径向外端处具有极齿间隙，极齿间隙在1.8-2.5mm的范围内，并且转子具有在0.65-0.9范围内的极弧系数。极弧系数指单个永磁体相对于转子的纵向轴线的圆心角与12度之间的比例。
5.例如，在一些实施例中，永磁体的高度比定子铁芯的高度小1-2mm。
6.例如，在一些实施例中，定子的外圆与转子的内圆之间的气隙在0.3-0.5的范围内。
7.例如，在一些实施例中，永磁体之间的间隔距离大于1.4mm。
8.例如，在一些实施例中，该定子还包括刚性的短路构件，其包括短路主体和连接到短路主体且在周向方向上间隔布置的9个接线部分。第一至第九电线的线尾分别电连接和机械连接到9个接线部分，短路主体电连接9个接线部分以形成第一至第九电线的公共端。
9.例如，在一些实施例中，短路主体是铜环。9个第一接线部分是从铜环径向向外延伸的9个凸片。第一至第九电线的线尾分别挂到并焊接到9个凸片，以形成第一至第九电线的公共端。
10.例如，在一些实施例中，定子还包括定子骨架。短路构件的短路主体是第一pcb板，包括设置在其上的第一导电迹线。9个第一接线部分包括固定到定子骨架中并且从定子骨架突出的插针，插针插入并焊接到第一pcb板的焊接孔中以电连接到第一导电迹线，从而形成第一至第九电线的公共端。
11.例如，在一些实施例中，短路主体是圆环盘形的第一pcb板，包括设置在其上的第一导电迹线。9个第一接线部分包括从第一pcb板的周向边缘凹入的第一凹入部和设置在第一凹入部处以电连接到第一导电迹线的第一导电材料，线尾放置在第一凹入部中并焊接到第一导电材料，从而形成第一至第九电线的公共端。
12.例如，在一些实施例中，定子还包括电路连接构件，其包括连接主体和9个第二接线部分。连接主体是第二pcb板，其包括设置在其上的多个第二导电迹线。9个第二接线部分包括从第二pcb板的周向边缘凹入的第二凹入部和设置在第二凹入部处以电连接到相应的第二导电迹线的第二导电材料，线头放置在相应的第二凹入部分中并焊接到相应的第二导电材料，以实现第一至第三电线的电连接、第四至第六电线的电连接和第七至第九电线的电连接。
13.例如，在一些实施例中，第一至第九电线是单根的漆包线。
附图说明
14.为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本公开的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
15.图1为根据本公开的一实施例的定子的立体图；
16.图2为图1中的定子的分解立体图；
17.图3为图1中的定子的俯视图；
18.图4为图1中定子的线圈组件的电线连接示意图；
19.图5为图1中的定子的电路连接构件的平面图；
20.图6为图1中定子的短路构件的立体图；
21.图7为根据本公开的另一实施例的定子的分解立体图；
22.图8为根据本公开的又一实施例的定子的俯视图；
23.图9为根据本公开的一实施例的转子的立体图；
24.图10为图9中的转子的平面图；
25.图11为图10中虚线框部分的放大视图；
26.图12为图9中的转子的分解立体图；
27.图13为图9中的转子的隔磁桥的立体图；
28.图14为图9中的转子的隔磁桥的平面图；
29.图15为根据本公开的一实施例的27槽30极轮毂电机的剖视图；
30.图16为包括常规27槽30极轮毂电机的齿槽力矩；并且
31.图17为根据本公开的一实施例的27槽30极轮毂电机的齿槽力矩。
具体实施方式
32.下面，参照附图详细描述根据本公开的实施例的轮毂电机。为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。
33.因此，以下对结合附图提供的本公开的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本公开的范围，而是仅仅表示本公开的选定实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
34.除非上下文另有定义，否则单数形式包括复数形式。在整个说明书中，术语“包括”、“具有”、等在本文中用于指定所述特征、数字、步骤、操作、元件、部件或其组合的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、元件、部件或其组合。
35.另外，即使使用诸如“第一”、“第二”等序数的术语用于描述各种部件，但这些部件并不受这些术语的限制，并且这些术语仅用于区分一个元件与其他元件。
36.概述
37.本公开的实施例提供一种轮毂电机，其中分别改进了定子和转子的效率，并且优化了诸如定子的线圈组件中的电线的直径、极齿间隙以及转子的极弧系数这些彼此相互关联的参数，从而实现了电机效率的最大化并降低了制造成本。
38.定子
39.一般情况下，在所有部件性能不变的情况下，为了提高电机效率，最有效的方式就是提高定子的线圈组件的槽满率，减小铜的损耗，但是现有的轮毂无刷电机的定子存在良品率低、安全性差、效率低、电磁噪音大、生产率低的缺陷。
40.现有的轮毂无刷电机的定子中的每个相位的绕组由串联的线圈组成(即，串联绕组)，串联绕组需要用单根直径很大的铜线制作绕组，但是，由于定子铁芯机械设计尺寸的限制，导致无法在铁芯上绕制单根大直径(》1.3mm)的漆包线，转而采用比较细的多股线合
并成一股，再去做绕线。
41.然而，多股细线在绕线过程包括，单股细线在承受绕线机拉力的情况下从线筒抽出后，经过合并夹具合成一股，再经过绕线机飞叉，最后经过绕线夹具滑入定子铁芯槽中。在这个过程中，极易产生绝缘皮损伤造成绕组短路击穿，毁坏电机。
42.另外，定子绕线过程包括把多股细线从线筒引出以后再合成一股线束引到飞叉绕线机的飞叉位置，然后在通过飞叉治具，把合成一股的线束滑入定子绕线位置进行绕线。由于多股细线合并在一起并且必须经过飞叉治具滑入定子的容线槽中，多股细线同时缠绕时因内外圈的半径不同，不同股细线在治具之间的过线速度不同。缠绕在外圈的电线中的张力大于缠绕的内圈的电线中的张力。进而，外圈的电线由于张力大的原因缠绕得紧密，而内圈的线缠绕得松散，造成部分内圈会从外圈间局部挤出，整个线圈的缠绕杂乱、无序。这导致槽满率低，电机效率低，并且大大影响了通电后的电感与驱动效率，同时也是电磁噪音的根源。
43.再者，多股细线一起缠绕一定会有相互摩擦和挤压的作用力，所以绕线机只能以很慢的速度(2-4秒转一圈)进行绕线，严重影响生产效率，但绕线速度加快，就会产生电线损伤和绝缘问题，电机在高负载情况下就会产生严重的安全隐患。
44.因此，为了提高电机效率，以及电机的噪音、安全性、良品率和生产效率。需要改进作为轮毂电机的重要部分的定子。
45.图1为根据本公开的一实施例的定子的立体图，图2为图1中的定子的分解立体图，并且图3为图1中的定子的俯视图。
46.如图1-图3所示，定子包括轴110、定子骨架120、定子铁芯130、线圈组件140、电路连接构件150和短路构件160。
47.定子铁芯130包括定子主体133和从定子主体133径向向外延伸的27个极齿131，这27个极齿131分别包括在周向方向上依次排列的第一至第二十七极齿131。图3中在相应的极齿131旁边示出了极齿131的序号。定子骨架120用于电绝缘定子铁芯130的极齿131。替代地，还可以通过涂覆绝缘材料来电绝缘定子铁芯130的极齿131。
48.线圈组件140包括用于流过第一相电流的第一相线圈组、用于流过第二相电流的第二相线圈组和用于流过第三相电流的第三相线圈组。第一相线圈组包括第一相第一支路、第一相第二支路和第一相第三支路，其分别由单根的第一电线141、单根的第二电线142和单根的第三电线143缠绕形成。第二相线圈组包括第二相第一支路、第二相第二支路和第二相第三支路，其分别由单根的第四电线144、单根的第五电线145和单根的第六电线146缠绕形成。第三相线圈组包括第三相第一支路、第三相第二支路和第三相第三支路，其分别由单根的第七电线147、单根的第八电线148和单根的第九电线149缠绕形成。
49.具体地，如图3所示，第一至第九电线141～149以如下的方式缠绕：第一电线141从线头依次沿第一绕线方向围绕第一极齿131、沿第二绕线方向围绕第二极齿131和沿第一绕线方向围绕第三极齿131缠绕到线尾。第二电线142从线头依次沿第一绕线方向围绕第十极齿131、沿第二绕线方向围绕第十一极齿131和沿第一绕线方向围绕第十二极齿131缠绕到线尾。第三电线143从线头依次沿第一绕线方向围绕第十九极齿131、沿第二绕线方向围绕第二十极齿131和沿第一绕线方向围绕第二十一极齿131缠绕到线尾。第四电线144从线头依次沿第一绕线方向围绕第四极齿131、沿第二绕线方向围绕第五极齿131和沿第一绕线方
向围绕第六极齿131缠绕到线尾。第五电线145从线头依次沿第一绕线方向围绕第十三极齿131、沿第二绕线方向围绕第十四极齿131和沿第一绕线方向围绕第十五极齿131缠绕到线尾。第六电线146从线头依次沿第一绕线方向围绕第二十二极齿131、沿第二绕线方向围绕第二十三极齿131和沿第一绕线方向围绕第二十四极齿131缠绕到线尾。第七电线147从线头依次沿第一绕线方向围绕第七极齿131、沿第二绕线方向围绕第八极齿131和沿第一绕线方向围绕第九极齿131缠绕到线尾。第八电线148从线头依次沿第一绕线方向围绕第十六极齿131、沿第二绕线方向围绕第十七极齿131和沿第一绕线方向围绕第十八极齿131缠绕到线尾。第九电线149从线头依次沿第一绕线方向围绕第二十五极齿131、沿第二绕线方向围绕第二十六极齿131和沿第一绕线方向围绕第二十七极齿131缠绕到线尾。第一绕线方向可以为顺时针和逆时针中的一个，第二绕线方向与第一绕线方向相反。因此，每一相线圈组相隔6个极齿131，每个支路中相邻的两个极齿131上的电线的绕线方向相反。同一相线圈组的相邻支路之间间隔开120
°
。
50.第一至第三电线141～143的线头被电连接以作为第一相线圈组的第一相连接端，第四至第六电线144～146的线头被电连接以作为第二相线圈组的第二相连接端，第七至第九电线147～149的线头被电连接以作为第三相线圈组的第三相连接端。第一至第九电线141～149的线尾被电连接以形成公共端。
51.由于定子采用单根电线组成线圈组件140，极大地简化了定子绕线工艺，有利于进行自动化、大批量生产。另外，由于采用单根电线组成线圈组件140，在绕线过程中，线与线之间的摩擦和挤压作用力降低，电线的可靠性增加，避免了在多根股线组成线圈组件140的情况下可能发生的电线绝缘皮损伤。此外，由于采用单根电线组成线圈组件140，电线被缠绕得更加整齐，避免了在多根股线组成线圈组件140的情况下多根股线之间的张力差异造成的线圈组件140的杂乱和无序。进而，线圈组件140的槽满率被提高(例如，约35％)，电感和驱动效率提高，并且电磁噪音降低。再者，由于采用单根电线组成线圈组件140，绕线速率相比于采用多根股线组成线圈组件140的情况更高，提高了生产效率。最后，用于单根电线绕线的设备额占地面积被降低，有利于生产线的高效排布。
52.为了与单根电线的使用配合以实现电机效率的最大化，对27槽定子采用如上所述的特定的绕线方式。图4为图1中定子的线圈组件140的电线连接示意图，其中方块中的数字与极齿131的序号对应。图4中示出了包括第一相第一支路1410、第一相第二支路1420和第一相第三支路1430的第一相线圈组1401；包括第二相第一支路1440、第二相第二支路1450、第二相第三支路1460的第二相线圈组1402；以及包括第三相第一支路1470、第三相第二支路1480和第三相第三支路1490的第三相线圈组1403。图4还示出了第一相连接端140a、第二相连接端140b、第三相连接端140d和公共端140d。
53.如图4所示，由于存在3根电线彼此并联连接，利用这样的绕线方式，即使采用单根电线来绕制线圈组件140，也能满足定子对电流承载能力的要求。此外，不仅如此，上述特定绕线方式，包括线圈缠绕的方向、每个相中的每个支路中的极齿131的布置，均与单根电线配合实现定子所安装到的电机效率的最大化。通过这样的绕线方式，不必需采用直径很大的单根电线即可满足用于电动自行车的27槽定子对效率的要求。
54.在相同规格尺寸的情况下，相比于常规的定子，使用本公开的实施例的定子的电机具有更高的功率，电机效率被提高。
55.在本示例中，第一至第九电线141～149是单根的漆包线。与多根电线组成的线束不同，单根的电线的外部包覆有单一的绝缘套管。而在多根电线组成的线束中，多根电线分别由绝缘套管包覆并在绕线时被合并成线束。例如，漆包线可以采用高温型号。
56.此外，还对第一至第九电线141～149的直径、铁芯130的极齿131间隙等进行优化，以进一步提高定子的效率。
57.例如，第一至第九电线141～149的直径可以在0.75-1.2mm的范围内。通过将单根的第一至第九电线141～149的直径设置在0.75-1.2mm的范围内，实现了定子效率的最大化。一方面，在线圈组件140的绕制过程中，将飞叉治具放置在极齿131之间的间隙中，通过将电线沿飞叉治具滑入该间隙中进行绕线。因此，极齿131之间的间隙，尤其是极齿131在径向外端处的极齿131之间的间隙(极齿间隙132)限制了电线的直径。而极齿间隙132过大会导致漏磁，这进而会导致定子效率的降低。因此，电线的直径不能过大。另一方面，尽管已经通过优化绕线方式而提高了由单根电线组成的定子的效率，但是仍然需要尽可能地增大电线的直径以提高效率。因此，电线的直径不能过小。通过权衡单根电线的直径对定子的效率的影响，将单根的第一至第九电线141～149的直径设置在0.75-1.2mm的范围内，从而实现了定子效率的最大化。
58.例如，铁芯130的极齿131在径向外端处具有极齿间隙132，该极齿间隙132在1.8-2.5mm的范围内。通过将铁芯130的极齿131在径向外端处的极齿间隙132设置在1.8-2.5mm的范围内，实现了定子效率和生产效率的权衡的最优化。当在径向外端处的极齿间隙132小于1.8mm时，绕线难度增加，从而可能造成生产效率降低以及单根电线的机械损伤，例如划伤。当在径向外端处的极齿间隙132大于2.5mm时，两个极齿131之间的漏磁增大，从而造成定子效率的降低。
59.另外，为了提高制造定子的自动化水平和生产效率，对第一至第九电线141～149的线头和线尾的连接方式进行了改进。
60.如图1所示，在本实施例中，电路连接构件150用于连接第一至第九电线141～149的线头，其包括连接主体和9个第二接线部分。图5为图1中的定子的电路连接构件150的平面图。如图5所示，连接主体151采用第二pcb板(印刷电路板)的形式。该第二pcb板上设置有多个第二导电迹线(未示出)。第一至第九电线141～149的线头电连接到该多个第二导电迹线以实现第一至第三电线141～143的线头的电连接、第四至第六电线144～146的线头的电连接以及第七至第九电线147～149的线头的电连接。电路连接构件150还包括9个第二接线部分152。该9个第二接线部分152包括从第二pcb板的周向边缘凹入的9个第二凹入部和设置在9个第二凹入部处以电连接到第二导电迹线的第二导电材料。该9个第二凹入部沿周向方向间隔开布置，以对应于第一至第九电线的线头所在的位置。可以自动化地或者手动地将第一至第九电线141～149的线头放置在9个第二凹入部中，并将这些线头分别焊接到相应的第二凹入部中，以通过第二导电迹线实现如上所述的电连接。在本示例中，第二凹入部从第二pcb板的外周边缘凹入。在其他示例中，第二凹入部也可以从第二pcb板的内周边缘凹入。电路连接构件150通过诸如螺钉的紧固件固定到定子骨架120。
61.对于公共端140d的电连接，在本公开的实施例中，可以使用专门的短路构件160连接第一至第九电线141～149的线尾以形成公共端140d。该短路构件160是刚性的。也就是说，该短路构件160不具有柔性，不会因为意外触碰而变形。此外，短路构件160还包括短路
主体和连接到短路主体并且在周向方向上间隔布置的9个第一接线部分，该第一至第九电线141～149的线尾分别电连接和机械连接到9个第一接线部分，短路主体电连接9个第一接线部分以形成第一至第九电线141～149的公共端140d。
62.在传统的定子中，通常通过将9个电线的线尾处的漆包线剥离，将该9个线尾浸锡后绞合在一起，然后用高温绝缘套管包覆9个线尾，来形成公共端140d。这样的公共端140d的形成方法不利于自动化生产。在本公开的一些实施例中，通过采用刚性的短路构件160连接9个线尾以形成公共端140d。由于短路构件160具有刚性，因此有利于通过自动化的设备将电线141～149的线尾连接到短路构件160以形成公共端140d。此外，由于9个第一接线部分在周向方向上间隔布置并且被短路主体电连接，因此可以将9个第一接线部分设置在相应电线最后缠绕的极齿131附近，以减小线尾的长度，从而减小定子谐波分量并且提高定子的可靠性。
63.图6为图1中定子的短路构件160的立体图。如图6所示，短路构件160的短路主体为环形主体161，9个第一接线部分是从环形主体161径向向外延伸的9个凸片162。例如，短路构件160可以是由诸如铜或铜合金的导电材料制成的一体件。第一至第九电线141～149的线尾分别挂到并且焊接到该9个凸片162以形成公共端140d。可以利用自动化设备自动地将第一至第九电线141～149的线尾挂到相应的凸片162上，然后通过诸如电阻焊将线尾自动化地焊接到该凸片162。在焊接的同时，漆包线将融化，省略了漆包线的剥离步骤。因此，有利于简化和自动化定子的制造过程。例如，凸片162可以从环形主体161的外周壁向外延伸并且与环形主体161的纵向轴线成20-45度范围内的角度。凸片162与环形主体161的纵向轴线形成的这样的角度有助于方便地将线尾挂到凸片162上，并且减小了线尾掉落的可能性。提高了定子的可靠性，降低了自动化难度。环形主体161可以在径向方向上设置在27个极齿131的内侧，在轴向方向上设置在27个极齿131的一端。凸片162可以设置在相邻的极齿131之间，并且沿纵向轴线向外延伸。环形主体161可以通过过盈配合固定到定子骨架120或者注塑到定子骨架120中。在本示例中，可以在形成线圈组件140之前将短路构件160安装到定子骨架120。
64.图7为根据本公开另一实施例的定子的分解透视图。图7所示的定子与图1-图6所示的定子的区别在于短路构件的构造。如图7所示，短路构件160’的短路主体是圆环盘形的第一pcb板161’，包括设置在其上的第一导电迹线(未示出)。9个第一接线部分162’采用插针的形式，其固定到定子骨架120中并且从定子骨架120突出。该9个第一接线部分162’焊接到第一pcb板161’以电连接到第一导电迹线，从而通过第一导电迹线形成第一至第九电线141～149的公共端140d。可以将9个第一接线部分与定子骨架120注塑在一起或者通过过盈配合插入到定子骨架120的相应安装孔中。可以利用自动化设备自动地将线尾焊接到第一接线部分162’上，然后将第一pcb板161’焊接并固定到第一接线部分162’上以电连接第一接线部分162’和第一导电迹线，从而形成公共端140d。如图7所示，可以使用螺钉163’将第一pcb板161’固定到定子骨架120。在本示例中，第一接线部分162’是插针的形式，其插入并焊接到第一pcb板161’的焊接孔1611’中。因此，使用由第一pcb板161’和固定到定子骨架120中并且从定子骨架120突出的第一接线部分162’组成的短路构件160’有助于简化和自动化定子的制造过程。在本示例中，可以在形成线圈组件140之前将第一接线部分162’安装到定子骨架120，在形成线圈组件140之后将第一pcb板161’安装到定子骨架120。
65.图8为根据本公开的又一实施例的定子的立体图。图8所示的定子与图1-图6所示的定子的区别在于短路构件160的构造。如图8所示，短路构件160的短路主体是圆环盘形的第一pcb板161”，包括设置在其上的第一导电迹线。9个第一接线部分162”包括从第一pcb板的外周边缘凹入的第一凹入部和设置在第一凹入部处以电连接到导电迹线的第二导电材料以形成所述第一至第九电线141～149的公共端140d。可以手动地或者利用自动化设备自动地将线尾布置到第一凹入部中，然后将线尾焊接到第一凹入部处的第一导电材料，从而形成公共端140d。因此，使用由第一pcb板161”、第一凹入部和第一凹入部处的第一导电材料组成的短路构件160有助于简化和自动化定子的制造过程。在本示例中，可以在形成线圈组件140之后将第一pcb板161”和9个第一接线部分162”安装到定子骨架120。通过螺钉163”将第一pcb板161”固定到定子骨架120。
66.转子
67.为了提高电机效率，还需要改进作为轮毂电机的重要部分的转子。
68.转子包括沿周向方向布置的多个永磁体，通过该多个永磁体与定子的缠绕有线圈的极齿的相互作用，转子相对于定子转动。在常规的转子中，永磁体彼此紧挨着布置，永磁体之间几乎没有间隙。两片相邻的永磁铁的南极和北极的自吸引形成自回路，这部分磁场无法用于电机的有效磁路，属于无用磁路，造成浪费。并且，在相邻的永磁体彼此面对的表面处存在磁饱和区域，会产生额外的谐波和震动，劣化电机性能。
69.根据本公开的实施例的转子具有适当的永磁体之间的间隙，有效避免了磁饱和效应。因此，避免了由于磁饱和效应造成的谐波和震动，降低了电机噪声。此外，由于永磁体的体积变小，减少了永磁体的材料使用量和成本，间接保护了稀土资源。
70.图9为根据本公开的一实施例的转子的立体图，图10为图9中的转子的平面图，图11为图10中虚线框部分的放大视图，并且图12为图9中的转子的分解立体图。如图9-图12所示，转子包括轮毂主体210、设置在轮毂主体210圆柱壁内侧的导磁环220、安装到轮毂主体210中心孔处的第一轴承250、多个永磁体230和隔磁桥240。为了清楚地示出转子内部的结构，图9-图12未示出封闭轮毂主体210的开口的轮毂盖和安装在轮毂盖的中心孔处的第二轴承。轮毂主体210与轮毂盖共同组成轮毂壳体，以限定转子的内部空间，即转子腔。轮毂主体210和轮毂盖可以由铝合金材料制成。导磁环220可以为铁环，用于引导永磁体230的磁路。多个永磁体230沿周向方向布置在导磁环220的内侧并且粘接到导磁环220上。
71.图13为图9中的转子的隔磁桥240的立体图，图14为图9中的转子的隔磁桥240的平面图。如图13和图14所示，隔磁桥240包括环形主体241和从环形主体241沿轴向方向延伸的隔磁臂242。返回图9-图12，多个永磁体230彼此间隔布置，隔磁桥240的隔磁臂242插入在相邻的永磁体230之间以保持永磁体230彼此间隔开的布置。或者说，永磁体230插入到由隔磁桥240的隔磁臂242彼此间隔开形成的凹口中，从而彼此间隔布置。在该实施例中，转子用于27槽30极轮毂电机。转子包括30个永磁体230。
72.永磁体230例如由烧结铝铁硼材料制成，呈片状，并且优选地为弧形片状以遵循环形导磁环220的形状。例如，永磁体230的朝向周向方向的两个表面彼此平行。在该示例中，永磁体230相对于转子的纵向轴线的圆心角沿轴向方向保持不变。在其他示例中，永磁体230的朝向周向方向的两个表面彼此不平行。例如，永磁体230为梯形片状件。在该示例中，永磁体230相对于转子的纵向轴线的圆心角沿轴向方向变化。将永磁体相对于转子的纵向
轴线的圆心角定义为所测量到的最大圆心角。
73.电机功率分为两部分，一部分是有用功，一部分是无用功，电机的效率是指有用功与总功率的比值。电机的有用功占比越多，电机的效率就越高。在相邻的永磁体230彼此面对的表面(即朝向周向方向的表面)处的磁饱和区域消耗的功率属于无用功，因此需要尽量减少磁饱和强度，而相邻的永磁体230的n极磁铁与s极磁铁之间的距离与磁饱和强度正相关。例如，在本示例中，有30个永磁体230，那么就有15对ns极的饱和区域，这些饱和区域圆周均布在转子磁场中，当电机正常运转过程中，这些磁饱和区域中的磁场都是阻碍有用功部分的磁场流通的。因此，需要选择合适的永磁体230之间的间隙，以优化永磁体230之间的磁路布置，从而实现了电机效率最大化。
74.这里，限定极弧系数，其是指单个永磁体230相对于转子的纵向轴线的圆心角θ(参见图14)与转子的磁极的角度之间的比例，该转子的磁极的角度为360度除以永磁体230的数量。在本示例中，转子的磁极的角度是12
°
。本公开的实施例将极弧系数设置在0.65-0.9范围内，实现了电机效率的最优化。当极弧系数大于0.9时，无法有效避免磁饱和效应且造成材料浪费，并且难以精确保持永磁体230之间的较小间隙。当极弧系数小于0.65时，磁密度过小，无法满足电机对电流和功率的要求。
75.此外，考虑到转子整体尺寸对磁路布置的影响，永磁体230之间的间隔距离大于1.4mm。
76.轮毂电机
77.本公开的至少一实施例提供一种轮毂电机，其包括定子和转子。该定子可以为如上所述的定子，并且该转子可以为如上所述的转子。
78.如上所述，电线的直径、极齿间隙和极弧系数彼此相互关联，共同影响电机效率。具体地，转子的极弧系数和和定子的极齿间隙之间的配合影响电机的齿槽效应。而电机的直径和极齿间隙又彼此相互影响并且相互制约。根据本公开的实施例的轮毂电机通过合理地设置转子的极弧系数与定子中电线的直径和极齿间隙，减小齿槽转矩、电机磁饱和区域引起的噪音，从而降低电机的谐波分量，并且提高电机的效率。
79.图15为根据本公开的一实施例的27槽30极轮毂电机的剖视图。如图15所示，该电机包括转子和定子。如上所述，定子包括轴110、固定到轴110并且包括27个极齿的定子铁芯130和缠绕在极齿上的线圈组件140。如上所述，转子包括具有轮毂主体210和轮毂盖260的轮毂壳体、导磁环220、30个永磁体230、固定到轮毂主体210的第一轴承250和固定到轮毂盖的第二轴承270。定子的轴110支撑在第一轴承250和第二轴承270上，使得转子能够相对于定子旋转。
80.该定子的线圈组件140可以通过第一至第九电线141～149以如上所述的特定方式缠绕在定子铁芯130的27个极齿131上而形成。该转子的30个永磁体230可以如上所述经由隔磁桥240彼此间隔开而布置。该第一至第九电线141～149的直径在0.75-1.2mm的范围内，该铁芯130的极齿131在径向外端处具有在1.8-2.5mm的范围内的极齿间隙132，并且该转子具有在0.65-0.9范围内的极弧系数。电线的直径、极齿间隙和极弧系数的这样的配置允许电机效率的最大化。
81.此外，在该轮毂电极中，定子的外圆(即，铁芯130的外圆)与转子的内圆(即，永磁体的内圆)之间的气隙300(图15中示出为粗黑线)在0.3-0.5mm的范围内，这与上述电线的
直径、极齿间隙和极弧系数的参数配合，进一步优化了电机效率。
82.在本示例中，永磁体230的高度与定子铁芯130的高度相同。在其他示例中，永磁体230比定子铁芯130的高度低1-2mm。在该示例中，即使高度小于定子铁芯130的高度，永磁体230仍可以在其端部产生足够的磁场与定子铁芯130配合。永磁体230的减小的体积减少了永磁体的材料使用量和成本，保护了稀土资源。
83.考虑到电机整体尺寸对磁路布置的影响，永磁体230之间的间隔距离大于1.4mm。
84.图16为包括常规27槽30极轮毂电机的齿槽力矩，并且图17为根据本公开的一实施例的27槽30极轮毂电机的齿槽力矩。如图16和图17所示，相比于包括常规转子的电机，根据本公开的实施例的电机的齿槽力矩从约0.16n
·
m减小到约0.06n
·
m。该齿槽力矩能够反映电机在磁饱和区域的无用功的大小。可见本公开的实施例的电机实现了改进的电机效率和降低的噪音。
85.以上所述实施例仅表达了本公开的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本公开专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本公开的保护范围。因此，本公开专利的保护范围应以所附权利要求为准。
技术特征：
1.一种轮毂电机，其包括：定子，所述定子包括：定子铁芯，其包括定子主体和从定子主体径向向外延伸的27个极齿，所述27个极齿包括在周向方向上依次排列的第一至第二十七极齿；线圈组件，包括：第一相线圈组，包括：第一相第一支路，包括单根的第一电线；第一相第二支路，包括单根的第二电线；以及第一相第三支路，包括单根的第三电线；第二相线圈组，包括：第二相第一支路，包括单根的第四电线；第二相第二支路，包括单根的第五电线；以及第二相第三支路，包括单根的第六电线；第三相线圈组，包括：第三相第一支路，包括单根的第七电线；第三相第二支路，包括单根的第八电线；以及第三相第三支路，包括单根的第九电线，其中，所述第一电线从线头依次沿第一绕线方向围绕第一极齿、沿与第一绕线方向相反的第二绕线方向围绕第二极齿和沿第一绕线方向围绕第三极齿缠绕到线尾，所述第二电线从线头依次沿第一绕线方向围绕第十极齿、沿第二绕线方向围绕第十一极齿和沿第一绕线方向围绕第十二极齿缠绕到线尾，所述第三电线从线头依次沿第一绕线方向围绕第十九极齿、沿第二绕线方向围绕第二十极齿和沿第一绕线方向围绕第二十一极齿缠绕到线尾，所述第四电线从线头依次沿第一绕线方向围绕第四极齿、沿第二绕线方向围绕第五极齿和沿第一绕线方向围绕第六极齿缠绕到线尾，所述第五电线从线头依次沿第一绕线方向围绕第十三极齿、沿第二绕线方向围绕第十四极齿和沿第一绕线方向围绕第十五极齿缠绕到线尾，所述第六电线从线头依次沿第一绕线方向围绕第二十二极齿、沿第二绕线方向围绕第二十三极齿和沿第一绕线方向围绕第二十四极齿缠绕到线尾，所述第七电线从线头依次沿第一绕线方向围绕第七极齿、沿第二绕线方向围绕第八极齿和沿第一绕线方向围绕第九极齿缠绕到线尾，所述第八电线从线头依次沿第一绕线方向围绕第十六极齿、沿第二绕线方向围绕第十七极齿和沿第一绕线方向围绕第十八极齿缠绕到线尾，所述第九电线从线头依次沿第一绕线方向围绕第二十五极齿、沿第二绕线方向围绕第二十六极齿和沿第一绕线方向围绕第二十七极齿缠绕到线尾，并且所述第一电线至所述第三电线的线头被电连接，所述第四电线至所述第六电线的线头被电连接，所述第七电线至所述第九电线的线头被电连接，所述第一电线至所述第九电线的线尾被电连接以形成公共端；以及
转子，所述转子包括：转子骨架，其为圆柱环形，并且在其内部限定转子腔；30个片状永磁体，其沿周向方向间隔开布置转子腔中。2.根据权利要求1所述的轮毂电机，其中所述第一至第九电线的直径在0.75-1.2mm的范围内，所述铁芯的极齿在径向外端处具有极齿间隙，所述极齿间隙在1.8-2.5mm的范围内，并且所述转子具有在0.65-0.9范围内的极弧系数，所述极弧系数指单个永磁体相对于转子的纵向轴线的圆心角与12度之间的比例。3.根据权利要求1或2所述的轮毂电机，其中，所述永磁体的高度比所述定子铁芯的高度小1-2mm。4.根据权利要求1或2所述的轮毂电机，其中，所述定子的外圆与所述转子的内圆之间的气隙在0.3-0.5的范围内。5.根据权利要求1或2所述的轮毂电机，其中，所述永磁体之间的间隔距离大于1.4mm。6.根据权利要求1或2所述的轮毂电机，其中，所述定子还包括：刚性的短路构件，其包括短路主体和连接到短路主体且在周向方向上间隔布置的9个接线部分，所述第一至第九电线的线尾分别电连接和机械连接到9个接线部分，所述短路主体电连接9个接线部分以形成所述第一至第九电线的公共端。7.根据权利要求6所述的轮毂电机，其中，所述短路主体是铜环，所述9个第一接线部分是从铜环径向向外延伸的9个凸片，所述第一至第九电线的线尾分别挂到并焊接到9个凸片，以形成所述第一至第九电线的公共端。8.根据权利要求6所述的轮毂电机，其中，所述定子还包括定子骨架，其中，所述短路构件的所述短路主体是第一pcb板，包括设置在其上的第一导电迹线，所述9个第一接线部分包括固定到定子骨架中并且从定子骨架突出的插针，所述插针插入并焊接到第一pcb板的焊接孔中以电连接到第一导电迹线，从而形成所述第一至第九电线的公共端。9.根据权利要求6所述的轮毂电机，其中，所述短路主体是圆环盘形的第一pcb板，包括设置在其上的第一导电迹线，所述9个第一接线部分包括从第一pcb板的周向边缘凹入的第一凹入部和设置在第一凹入部处以电连接到第一导电迹线的第一导电材料，所述线尾放置在第一凹入部中并焊接到第一导电材料，从而形成所述第一至第九电线的公共端。10.根据权利要求1或2所述的轮毂电机，其中所述定子还包括电路连接构件，其包括连接主体和9个第二接线部分，所述连接主体是第二pcb板，其包括设置在其上的多个第二导电迹线，所述9个第二接线部分包括从第二pcb板的周向边缘凹入的第二凹入部和设置在第二
凹入部处以电连接到相应的第二导电迹线的第二导电材料，所述线头放置在相应的第二凹入部分中并焊接到相应的第二导电材料，以实现第一至第三电线的电连接、第四至第六电线的电连接和第七至第九电线的电连接。11.根据权利要求1或2所述的轮毂电机，其中，所述第一至第九电线是单根的漆包线。
技术总结
提供一种轮毂电机，包括定子和专利。该定子包括定子铁芯和线圈组件。该定子铁芯包括27个极齿。该线圈组件包括第一相线圈组、第二相线圈组和第三相线圈组。第一相线圈组包括：第一相第一支路，包括单根的第一电线；第一相第二支路，包括单根的第二电线；以及第一相第三支路，包括单根的第三电线。第二相线圈组包括：第二相第一支路，包括单根的第四电线；第二相第二支路，包括单根的第五电线；以及第二相第三支路，包括单根的第六电线。第三相线圈组包括：第三相第一支路，包括单根的第七电线；第三相第二支路，包括单根的第八电线；以及第三相第三支路，包括单根的第九电线。该转子包括转子骨架和沿周向方向间隔开布置的30个片状永磁体。磁体。磁体。
