定子组件、轮毂电机及电动车的制作方法

1.本实用新型涉及电机技术领域，特别涉及一种定子组件、轮毂电机及电动车。


背景技术：

2.相关技术中，在轮毂电机中设有霍尔传感器，霍尔传感器通常是安装在定子铁芯中，需要在定子铁芯中开设传感器安装槽，并通过冷压或胶粘工艺将霍尔传感器固定在安装槽中，霍尔传感器感在径向方向上感应转子组件的永磁体磁场。传感器安装槽在一定程度上影响电机的性能，且霍尔传感器安装工艺复杂，有待改进。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种定子组件，霍尔传感器的安装工艺简单，有效提高霍尔传感器的可靠性。
4.本实用新型同时提出具有上述定子组件的轮毂电机。
5.本实用新型还提出具有上述轮毂电机的电动车。
6.根据本实用新型第一方面实施例的定子组件，包括定子铁芯、定子支架、支撑托架以及霍尔板，所述定子铁芯具有封闭的轭部，所述轭部的外周设置有多个齿部，所述齿部连接有绕组，所述定子支架固定连接于所述定子铁芯，所述定子支架位于所述轭部的内部，所述支撑托架连接于所述定子支架，所述支撑托架设置有至少一个霍尔板安装架，所述霍尔板连接于所述霍尔板安装架，所述霍尔板连接有至少一个霍尔传感器，沿所述定子铁芯的径向，所述霍尔传感器位于所述绕组的外侧。
7.根据本实用新型第一方面实施例的定子组件，至少具有如下有益效果：定子组件的定子支架连接有支撑托架，支撑托架通过霍尔板安装架安装霍尔板，霍尔传感器连接在霍尔板上，霍尔传感器位于所述绕组的外侧，对应于转子组件的永磁体，能够感应转子永磁体的轴向端部磁场；定子组件采用霍尔板安装霍尔传感器，免去在定子铁芯中开设传感器安装槽，防止影响定子组件的电磁性能，有利于提升轮毂电机的性能。
8.根据本实用新型第一方面的一些实施例，所述支撑托架设置有多个所述霍尔板安装架，多个所述霍尔板安装架沿所述支撑托架的周向间隔分布。
9.根据本实用新型第一方面的一些实施例，所述支撑托架设置有三个所述霍尔板安装架，所述霍尔板呈弧形并且连接三个所述霍尔板安装架。
10.根据本实用新型第一方面的一些实施例，所述霍尔板安装架设置有第一连接件，所述霍尔板设置有配合所述第一连接件的安装孔。
11.根据本实用新型第一方面的一些实施例，所述第一连接件包括多个立柱，多个所述立柱为周向分布，所述立柱的端部设置有挡块，所述挡块抵接于所述霍尔板。
12.根据本实用新型第一方面的一些实施例，所述霍尔板安装架设置有肋板，所述肋板与所述第一连接件布置在所述霍尔板安装架的两个相对面，所述肋板连接所述支撑托架。
13.根据本实用新型第一方面的一些实施例，所述支撑托架设置有多个第二连接件，多个所述第二连接件沿所述支撑托架的周向分布，所述第二连接件连接所述定子支架。
14.根据本实用新型第一方面的一些实施例，所述支撑托架设置有多个跨槽连接线，所述跨槽连接线电性连接所述绕组。
15.根据本实用新型第二方面实施例的轮毂电机，包含第一方面实施例的定子组件。
16.根据本实用新型第二方面的一些实施例，轮毂电机包括中轴，所述定子组件固定连接于所述中轴，所述中轴上通过轴承支撑有转子组件，所述转子组件具有永磁体，沿所述中轴的径向，所述霍尔传感器与所述永磁体位置对应。
17.根据本实用新型第二方面的一些实施例，沿所述中轴的轴向，所述霍尔传感器与所述永磁体之间的距离为l，满足1mm≤l≤4mm。
18.根据本实用新型第三方面实施例的电动车，包含第二方面实施例的轮毂电机。
19.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
20.本实用新型的附加方面和优点结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
21.图1为本实用新型第二方面实施例的轮毂电机的剖视图；
22.图2为本实用新型第一方面实施例的定子组件的结构示意图一；
23.图3为本实用新型第一方面实施例的定子组件的结构示意图二；
24.图4为本实用新型第一方面实施例中支撑托架和霍尔板的结构示意图一；
25.图5为本实用新型第一方面实施例中支撑托架和霍尔板的结构示意图二；
26.图6为本实用新型第一方面实施例中支撑托架的结构示意图；
27.图7为本实用新型第一方面实施例中支撑托架去除跨槽连接线的结构示意图一；
28.图8为本实用新型第一方面实施例中支撑托架去除跨槽连接线的结构示意图二；
29.图9为图7中的a处放大视图；
30.图10为本实用新型第二方面实施例中转子组件的结构示意图一；
31.图11为本实用新型第二方面实施例中转子组件的结构示意图二；
32.图12为本实用新型第二方面实施例中转子组件的分解示意图。
33.附图标号如下：
34.中轴100、轴承110；
35.壳体组件200、封脂腔201、主壳体210、第二挡圈211、副壳体220、轮辋230；
36.定子组件300、绕组310、定子铁芯320、齿部321、轭部322、定子支架330、轴套331支撑托架340、霍尔板安装架341、肋板3411、第一连接件342、立柱3421、挡块3422、第二连接件343、跨槽连接线344、霍尔板350、霍尔传感器351；
37.转子组件400、转子包塑件410，转子包塑件410、第一挡圈411、散热风叶412、内套筒413、导流孔414、轴承座420、磁轭430、永磁体440；
38.齿轮组件500、太阳轮510、行星轮520、行星架530、外齿圈540。
具体实施方式
39.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
40.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
41.在本实用新型的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
42.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
43.相关技术中，电动车采用轮毂电机作为动力部件，轮毂电机的外转子和轮辋为一体结构，而轮毂电机在设计上追求动力系统、传动系统及刹车系统集成为一体。轮毂电机中设有霍尔传感器，霍尔传感器感用于在径向方向上感应转子组件的永磁体的磁场，霍尔传感器通常是安装在定子铁芯上，需要在定子铁芯中开设传感器安装槽，并通过冷压或胶粘工艺将霍尔传感器固定在安装槽中，但是传感器安装槽在一定程度上影响电机的性能，且霍尔传感器安装工艺复杂，有待改进。霍尔传感器和霍尔板之间通过针脚或硬线连接，在轮毂电机的长时间运行后，霍尔传感器的针脚或硬线容易发生断裂，这是电动车的轮毂电机主要的失效问题之一，影响电动车的使用可靠性。
44.如图1所示，本实用新型第二方面的实施例提出一种应用于电动车的轮毂电机，轮毂电机包括中轴100以及连接于中轴100的壳体组件200、定子组件300、转子组件400以及齿轮组件500，中轴100连接于电动车的车架并且作为安装基础，壳体组件200包括主壳体210、副壳体220以及轮辋230，主壳体210和副壳体220分置在轮辋230的两端，主壳体210和副壳体220通过螺丝固定连接在轮辋230的两端，中轴100上安装有三个轴承110，主壳体210、副壳体220以及转子组件400各连接于一个轴承110，均能相对中轴100转动。
45.参照图2和图3，定子组件300包括绕组310及定子铁芯320，定子铁芯320包括轭部322和多个无齿靴的齿部321，绕组310连接在齿部321上。定子铁芯320具有一定厚度并且形成封闭的轭部322，多个齿部321沿轭部322的周向均布，齿部321采用直齿，便于装入绕组310。
46.定子铁芯320一般采用硅钢片裁切而成，将裁切出的硅钢片加工成卷绕式的定子铁芯320，为了提高硅钢片的利用率，在裁切时需要提前设计拼料裁切方式，如果定子铁芯320的齿部321设置有齿靴，在切割定子铁芯时，必须要根据齿靴去设计拼料裁切方式，但是无论如何优化，在有齿靴的情况下，硅钢片的材料利用率最多也只能达70％，很难进一步提升。本实用新型实施例的定子铁芯320采用无齿靴的齿部321，优化拼料裁切方式，进而提高硅钢片的材料利用率。
47.可以理解的是，齿部321设置为直齿状，绕组310无须在齿部321上绕线，可以在外部利用工装完成绕线，操作空间大，能够有效提高绕线槽满率。此外，绕组310采用非圆形截面的铝导线，比如长方形、正方形或腰圆形截面的铝导线，而齿部321采用直齿形结构，比如齿部321的截面同样为正方形，绕组310的铝导线匹配齿部321的形状，铝导线紧密贴合在齿部321的外壁，使得铝导线的排布更为紧密，因而提高了定子组件300的绕线槽满率，在定子组件300的体积不变的情况下，提升了轮毂电机的功率密度和效率，轮毂电机应用于电动车，有助于提升电动车的续航能力。
48.参照图2和图3，本实用新型第一方面的实施例提出一种应用于轮毂电机的定子组件300，定子组件300的定子铁芯320连接有定子支架330，定子支架330安装在轭部322的内孔中，定子支架330与定子铁芯320固定为一体，定子支架330的中部设置有轴套331，轴套331固定在中轴100上，实现转子组件300的定位。定子支架330上安装有支撑托架340，支撑托架340的周边设置有至少一个霍尔板安装架341，霍尔板安装架341用于安装霍尔板350，霍尔板350上设置至少一个霍尔传感器351，在中轴100的径向上，霍尔传感器351与转子组件400的永磁体440位置对应，如图1所示，永磁体440位于绕组310的外侧，霍尔传感器351也位于绕组310的外侧，利用霍尔传感器351感应永磁体440端部的磁场，以确定永磁体440的位置，有助于准确控制轮毂电机的运转。
49.定子组件300具有支撑托架340，支撑托架340通过霍尔板安装架341安装霍尔板350，霍尔传感器351设置在霍尔板350上，霍尔传感器351的固定安装更简单，便于操作，提高组装效率；定子组件300采用霍尔板350安装霍尔传感器351，免去在定子铁芯320中开设传感器安装槽，避免影响定子组件300的电磁性能，有利于提升轮毂电机的性能。
50.可以理解的是，霍尔板350具有一定的外形尺寸，为了稳定支撑霍尔板350，支撑托架340设置有至少两个霍尔板安装架341，若采用两个霍尔板安装架341，则两个霍尔板安装架341连接在霍尔板350的两端，以稳定支撑霍尔板350，防止霍尔板350移位或者变形。
51.参照图5，可以理解的是，考虑到转子组件400是旋转的圆形部件，霍尔板350上设有三个霍尔传感器351，三个霍尔传感器351应当布置为圆弧形，以感应旋转的永磁体440的磁场，对应的，霍尔板350为弧形板件；定子组件300的每相对应一个霍尔传感器351，利于驱动轮毂电机，使轮毂电机的起步力矩更大。在支撑托架340上设置三个霍尔板安装架341，霍尔板350的两端和中部各布置一个霍尔板安装架341，三个霍尔板安装架341同样呈弧形布置，对应于霍尔板350的形状。
52.可以理解的是，霍尔传感器351采用贴片式结构连接在霍尔板350上，代替针脚或硬线连接，消除了针脚或硬线断裂导致失效的问题，大大提高使用可靠性及使用寿命。
53.参照图4至图7，可以理解的是，霍尔板安装架341上设置有第一连接件342，第一连接件342用于固定连接霍尔板350，在霍尔板350上设置安装孔352，第一连接件342与安装孔352配合，实现霍尔板安装架341与霍尔板350的固定。
54.参照图9，可以理解的是，第一连接件342由四个立柱3421构成，四个立柱3421周向均布并形成柱状体，四个立柱3421组成的柱状体能够穿过安装孔352，在立柱3421的端部设置有沿径向凸出的挡块3422，四个立柱3421的挡块3422形成挡圈，组装后，挡块3422和霍尔板安装架341配合夹住霍尔板350，从而实现固定，挡块3422防止第一连接件342从安装孔352中脱出，提高使用稳定性。为了便于组装，在挡块3422上设置导向斜面，组装时，安装孔
352的边缘抵接导向斜面，压下霍尔板350推动立柱3421变形，自动装入，简单快捷。
55.可以理解的是，四个立柱3421的截面可以是扇形，配合组成柱状体，也可以是其他形状的截面，配合组成柱状体。立柱3421的数量也可以是两个、三个或者更多，同样能够满足固定霍尔板350。
56.可以理解的是，第一连接件342还可以采用螺丝、销钉、铆钉等，同样能够配合安装孔352完成对霍尔板350的固定，满足结构稳定性要求。
57.参照图7和图8，将霍尔板安装架341设置第一连接件342的侧面定义为正面，则相对面为背面，在背面上设置有肋板3411，肋板3411沿霍尔板安装架341的长度方向横贯布置，考虑到支撑托架340为注塑件，一体注塑成型霍尔板安装架341及肋板3411，肋板3411延伸至支撑托架340。利用肋板3411提高霍尔板安装架341的结构强度和刚度，有利于稳定支撑霍尔板350。
58.参照图3、图5和图8，可以理解的是，支撑托架340还设置有多个第二连接件343，第二连接件343用于连接定子支架330，考虑到定子支架330为圆形，多个第二连接件343沿支撑托架340的周向布置为一个圆环，其中采用三个周向均布的第二连接件343为较佳方案。
59.可以理解的是，第二连接件343与第一连接件342可以采用同样的结构，比如第二连接件343同样由四个立柱3421构成，四个立柱3421周向均布并形成柱体状，四个立柱3421能够穿过定子支架330上的通孔(图中未示出)，在立柱3421的端部设置有沿径向凸出的挡块3422，四个立柱3421的挡块3422形成挡圈，组装后，挡块3422和支撑托架340配合夹住定子支架330，从而实现固定。
60.当然，第二连接件343也可以采用螺丝、销钉、铆钉等，同样能够实现固定连接定子支架330的功能，满足结构稳定性要求。
61.参照图2和图4，可以理解的是，支撑托架340上布置有多个跨槽连接线344，跨槽连接线344电性连接绕组310的接线端，利用多个跨槽连接线344实现串联多个接绕组310。跨槽连接线344与绕组310的接线端可采用焊接固定，跨槽连接线344位于背离绕组310的一侧，便于进行焊接。
62.参照图1，齿轮组件500包括太阳轮510、三个行星轮520、行星架530以及外齿圈540，太阳轮510固定连接于转子组件400，行星架530固定连接中轴100，三个行星轮520转动连接在行星架530上，外齿圈540固定连接于主壳体210，行星轮520同时啮合于太阳轮510、外齿圈540，转子组件400带动太阳轮510旋转，太阳轮510驱动三个行星轮520旋转，三个行星轮520再驱动外齿圈540与主壳体210旋转，主壳体210带动轮辋230旋转，轮辋230属于电动车的车轮，因此轮毂电机直接驱动车轮转动，实现电动车的行驶。此外，行星轮520为双联齿轮，通过行星轮520实现了两级的传动减速，降低了轮辋230的转速，同时提升轮毂电机的输出扭矩，有利于电动车提速。
63.可以理解的是，齿轮组件500位于转子组件400和主壳体210之间，因此转子组件400和主壳体210配合组成一个封脂腔201，齿轮组件500设在封脂腔201内，封脂腔201一方面是容纳齿轮组件500，防止齿轮组件500外露，另一方面是容置润滑脂，使得太阳轮510、三个行星轮520以及外齿圈540的表面能够涂覆润滑脂，提供充足的润滑，减少磨损。
64.可以理解的是，考虑到在太阳轮510和三个行星轮520高速旋转中，由于离心力的作用会将润滑脂甩离，进而导致太阳轮510和三个行星轮520出现润滑不足的问题，因此在
转子组件400上设置第一挡圈411，主壳体210上设置第二挡圈211，第一挡圈411朝向主壳体210，第二挡圈211朝向转子组件400，第一挡圈411和第二挡圈211组成封脂腔201的侧壁，起到防止润滑脂外漏的作用，在中轴100的轴向上，第一挡圈411和第二挡圈211为交错布置，能够阻挡被甩离的润滑脂，促使润滑脂留在封脂腔201内，保证齿轮组件500具有充足的润滑，在中轴100的径向上，第一挡圈411和第二挡圈211相互靠近而且不接触，不影响转子组件400和主壳体210各自的独立转动。轮毂电机运行时，轮毂电机的定子组件通过电磁力作用推动转子组件400旋转，转子组件400通过齿轮组件500驱动壳体组件200旋转，壳体组件200通过轮辋230带动电动车的车轮转动，实现电动车的行驶。齿轮组件500位于转子组件400与主壳体210之间的封脂腔201内，封脂腔201内储存润滑脂，润滑脂涂覆在齿轮组件500的表面以提供润滑，转子组件400的第一挡圈411与主壳体210的第二挡圈211在轴向上交错，形成阻挡结构，能够防止润滑脂被甩出封脂腔201，使得润滑脂留在封脂腔201内以润滑齿轮组件500，提升润滑效果，避免齿轮组件500因润滑不足而发生磨损、失效等可靠性问题，提高轮毂电机的运行可靠性，提高电动车的使用可靠性。
65.可以理解的是，在中轴100的轴向上，第一挡圈411和第二挡圈211也可以不交错，两者为齐平布置，也即第一挡圈411的端面和第二挡圈211的端面位于同一平面，也能够阻挡被甩离的润滑脂，促使润滑脂留在封脂腔201内，保证齿轮组件500具有充足的润滑。
66.参照图1，可以理解的是，在中轴100的径向上，第一挡圈411位于第二挡圈211的外侧，第二挡圈211更加靠近中轴100。润滑脂被甩离后，先接触第二挡圈211，再接触第一挡圈411，而且第一挡圈411与第二挡圈211是交错的，能够限制被甩离的润滑脂，使得润滑脂留在封脂腔201内。
67.参照图10至图12，可以理解的是，转子组件400的主要构件是转子包塑件410，转子包塑件410通过在注塑成型的过程中一体包裹磁轭430及永磁体440，而且轴承座420与转子包塑件410也是一体成型的结构，轴承座420位于转子包塑件410的中心，轴承座420的内壁形成轴承室以配合轴承110，为了提高连结的稳固性，轴承座420的外壁具有多个周向分布的凸台，在注塑成型后，凸台嵌入转子包塑件410内，提高结构强度，而且有利于传递扭矩。考虑到转子包塑件410是注塑件，将第一挡圈411设置在转子包塑件410上，便于制造，降低成本。转子组件400采用一体化的结构，利用转子包塑件410包裹磁轭430及永磁体440实现固定，避免永磁体440脱落，提升转子组件400的可靠性，有利于提高轮毂电机的使用寿命。
68.参照图1和图6，可以理解的是，转子包塑件410设置有多个散热风叶412，多个散热风叶412沿转子包塑件410的周向均布，转子包塑件410设置有内套筒413，轴承座420连接在内套筒413的内壁，散热风叶412从内套筒413的外壁径向延伸，在轮毂电机的内部，散热风叶412是朝向定子组件300的，而且散热风叶412的外边缘高度较低，以避让定子组件300的绕组310。当转子组件400高速旋转，利用多个散热风叶412驱动气流流动，从而带走绕组310产生的热量，帮助降温，防止出现超温停机的问题。
69.参照图6至图8，可以理解的是，转子包塑件410上还设置有多个导流孔414，多个导流孔414沿转子包塑件410的周向均布，每个导流孔414布置在两个相邻的散热风叶412的延长线之间，比如可以是导流孔414与散热风叶412一一对应，也可以是导流孔414的数量为散热风叶412的一半。如图1所示，转子组件400高速旋转时，利用多个散热风叶412驱动气流流动，导流孔414作为气流流动的通道，连通了转子包塑件410的两侧，气流流动至壳体组件
200的内腔，壳体组件200的主壳体210和副壳体220为金属件，比如铝合金制件，具有较大的结构强度和优良的传热性能，气流接触主壳体210和副壳体220，并且通过主壳体210和副壳体220将热量散发到外部空间。
70.转子组件400高速旋转，利用散热风叶412和导流孔414在轮毂电机的内部形成气流循环回路，提升了轮毂电机内部的空气对流能力，充分将绕组310产生的热量带走，提升了轮毂电机的散热性能，降低轮毂电机的温升，从而保证轮毂电机的输出效率稳定，满足轮毂电机的带负载运行需求。此外，散热风叶412还具备加强筋的作用，提升了转子组件400整体的结构强度和刚度，提高可靠性。
71.参照图11，可以理解的是，第一挡圈411一体成型在转子包塑件410上，而且多个导流孔414布置在第一挡圈411的外侧，从导流孔414中流过的气流不会进入封脂腔201，避免气流影响润滑脂。而且，导流孔414位于转子包塑件410的外边缘，气流能够快速流动至接触主壳体210，有利于散热。
72.参照图1，可以理解的是，在中轴100的径向上，绕组310与中轴100的距离基本等于导流孔414与中轴100的距离，两者位置对应，使得绕组310散发的热量被经过导流孔414的气流快速带走，有助于提升绕组310的散热效果。
73.参照图1，可以理解的是，在中轴100的径向上，永磁体440与中轴100的距离大致等于霍尔传感器351与中轴100的距离，霍尔传感器351与永磁体440的位置对应，转子组件400旋转时，霍尔传感器351位于永磁体440的轴向端部外侧，霍尔传感器351是一个磁场传感器，能够感应永磁体440端部的磁场，两者位置对应，提升可靠性。霍尔传感器351感应永磁体440端部的磁场，作用是检测永磁体440的磁极相对于定子绕组300的位置，霍尔传感器351的感应信息可以输入到控制器中，通过控制器在恰当时间改变定子绕组310的电流方向，能够完成轮毂电机的换相，产生需要的转矩。此外，还可以通过霍尔传感器351的感应信息控制轮毂电机的转速。
74.可以理解的是，将霍尔传感器351与永磁体440之间的距离定义为l，设定1mm≤l≤4mm，考虑到轮毂电机运转时，转子组件400是高速旋转的，霍尔传感器351与永磁体440之间需要保持一定的距离，防止霍尔传感器351碰撞到转子组件400，经过试验，霍尔传感器351与永磁体440之间的间距范围小于1mm，在转子组件400的旋转过程中容易发生碰撞摩擦，安全距离不足，因此设定1mm≤l；当霍尔传感器351与永磁体440之间的间距大于4mm，则霍尔传感器351能够感应到的永磁体440端部的磁场过小，霍尔传感器351无法准确检测永磁体440的位置，因此设定l≤4mm，其中l的取值在2mm至3mm为较佳方案。
75.本实用新型第二方面实施例提出的轮毂电机，包含第一方面实施例的定子组件300，包含定子组件300的全部技术方案，具有定子组件300的全部技术效果，不再一一赘述。
76.本实用新型第三方面实施例提出的电动车，包含第二方面实施例的轮毂电机，轮毂电机包括中轴100以及连接于中轴100的壳体组件200、定子组件300、定子组件300以及齿轮组件500，定子组件300包括绕组310、定子铁芯320以及支撑托架340，支撑托架340通过霍尔板安装架341安装霍尔板350，霍尔传感器351设置在霍尔板350上，霍尔传感器351的固定安装更简单，便于操作，提高组装效率；定子组件300采用霍尔板350安装霍尔传感器351，免去在定子铁芯320中开设传感器安装槽，避免影响定子组件300的电磁性能，有利于提升轮毂电机的性能。
77.上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下，作出各种变化。