轮毂电机及驱动轮的制作方法

1.本实用新型涉及轮毂电机技术领域，特别是涉及一种轮毂电机及驱动轮。


背景技术：

2.在要求低转速大扭矩的自动驾驶及移动机器人领域，轮毂电机得到了广泛应用，同时，自动驾驶及移动机器人的快速发展又对轮毂电机的设计提出了更高要求。然而，传统的轮毂电机不仅成本高，而且还存在齿槽转矩高、转矩脉动大的问题，无法满足整机成本低、运行平稳的要求。


技术实现要素：

3.基于此，有必要提供一种轮毂电机及驱动轮；该轮毂电机的成本相对更低，且能够有效减小电机的齿槽转矩，并降低转矩脉动，以满足对成本低、运行平稳的要求。
4.其技术方案如下：
5.一个实施例提供了一种轮毂电机，包括：
6.定子，所述定子包括定子轭和定子齿，所述定子齿设有多个并间隔设在定子轭的外周；
7.转子，所述转子包括多个磁块，所述多个磁块用于固定到驱动轮上，且所述多个磁块呈海尔贝克阵列布置于所述定子的外周。
8.上述轮毂电机，定子固定设置，转子环绕在定子的外周且不与定子接触，而转子的磁块固定在驱动轮上，由于转子是固定在驱动轮上，相比传统的转子结构，成本相对更低；同时，磁块呈海尔贝克阵列布置，能够有效减小电机的齿槽转矩，并降低电机的转矩脉动，使电机运行过程中更加平稳。
9.下面进一步对技术方案进行说明：
10.在其中一个实施例中，多个所述磁块包括第一磁块和第二磁块，所述第一磁块的形状和所述第二磁块的形状不相同，所述第一磁块和所述第二磁块沿所述定子的外周交错布置。
11.在其中一个实施例中，所述第一磁块具有第一表面，所述第二磁块具有用于与所述第一表面贴合的第二表面，以使相邻的所述第一磁块和所述第二磁块贴合设置。
12.在其中一个实施例中，所述第一磁块和所述第二磁块中的一者为矩形磁块，所述第一磁块和所述第二磁块中的另一者为梯形磁块。
13.在其中一个实施例中，所述第一磁块为矩形磁块，所述第二磁块为梯形磁块；所述第二磁块具有第一底部和第二底部，所述第一底部的长度大于所述第二底部的长度，所述第二底部位于所述第二磁块的朝向所述定子的一侧。
14.在其中一个实施例中，所述第一磁块的充磁方向与所述第一表面垂直；位于所述第一磁块的一侧的所述第二磁块的充磁方向由所述第一底部朝向所述第二底部，位于所述第一磁块的另一侧的所述第二磁块的充磁方向由所述第二底部朝向所述第一底部。
15.在其中一个实施例中，所述第一磁块和位于所述第一磁块相对两侧的所述第二磁块和对应的两个相邻定子齿之间形成闭合的磁力线回路。
16.在其中一个实施例中，所述第二磁块的充磁方向为沿所述转子的径向。
17.在其中一个实施例中，所述定子齿等间隔设在所述定子轭的外周，且所述定子齿与所述定子轭一体设置。
18.在其中一个实施例中，所述磁块为铁氧体磁性磁块。
19.另一个实施例提供了一种驱动轮，包括：
20.轮本体；
21.如上述任一个技术方案所述的轮毂电机，所述磁块固定在所述轮本体上。
22.上述驱动轮，能够应用于自动驾驶或移动机器人领域，由于转子是固定在驱动轮上，相比传统的转子结构，节省了转子轭，成本相对更低；同时，磁块呈海尔贝克阵列布置，磁块之间贴合设置，形成磁力线回路，减少漏磁，从而能有效减小电机的齿槽转矩，并降低电机的转动脉动，使电机运行过程中更加平稳。
附图说明
23.构成本技术的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
24.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。
25.此外，附图并不是以1:1的比例绘制，并且各个元件的相对尺寸在附图中仅示例地绘制，而不一定按照真实比例绘制。
26.图1为本实用新型实施例中轮毂电机的结构示意图；
27.图2为图1实施例中转子的结构示意图；
28.图3为图2实施例中第一磁块和第二磁块的布置示意图；
29.图4为图1实施例中定子的结构示意图；
30.图5为图1实施例中定子和转子的磁力线回路示意图；
31.图6为针对图1实施例中轮毂电机的海尔贝克阵列磁块进行仿真得到的反电动势波形图。
32.附图标注说明：
33.100、转子；110、第一磁块；120、第二磁块；121、第一底部；122、第二底部；200、定子；210、定子轭；211、安装孔；220、定子齿。
具体实施方式
34.下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明：
35.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域
技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
36.请参照图1至图5，一个实施例提供了一种轮毂电机，包括定子200和转子100。其中：
37.如图4所示，定子200大致呈圆环状布置，定子200的中部设有安装孔211，安装孔211用于将定子200固定到所需的位置。
38.如图2和图3所示，转子100包括磁块，磁块用于固定到驱动轮上，磁块设有多个并呈海尔贝克阵列布置于定子200的外周。
39.如图2和图3所示，转子100包括多个磁块，多个磁块需要固定到驱动轮上，同时，磁块按海尔贝克阵列进行布置并形成环形结构，如图1所示，该环形结构位于定子200的外周，定子200和转子100之间并不接触，以实现相对转动。
40.可以理解的是：定子200上还需要布置线圈绕组等必要结构，这里不再赘述。
41.在传统的转子结构中，磁块固定在转子轭上，而在本实施例的轮毂电机中，转子的磁块用于固定在驱动轮机壳上，该轮毂电机省去了转子轭，成本相对更低；在传统的转子结构中，磁块之间存在间隔，会存在有漏磁现象，该轮毂电机中，磁块呈海尔贝克阵列布置，磁块之间贴合布置，磁钢之间形成磁力线回路，减少漏磁，从而能有效减小电机的齿槽转矩，并降低电机的转动脉动，使电机运行过程中更加平稳。在一个实施例中，请参照图2和图3，磁块包括第一磁块110和第二磁块120，第一磁块110的形状和第二磁块120的形状不相同，第一磁块110和第二磁块120沿定子200的外周交错布置。
42.如图3所示的实施例中，第一磁块110和第二磁块120的形状不相同，且两个第一磁块110之间设有一个第二磁块120，两个第二磁块120之间设有一个第一磁块110，如此交替设置形成环形结构。
43.在一个实施例中，请参照图2和图3，第一磁块110具有第一表面，第二磁块120具有用于与第一表面贴合的第二表面，以使相邻的第一磁块110和第二磁块120贴合设置。
44.如图3所示的实施例中，第一磁块110和第二磁块120之间无缝贴合，以形成环形结构。例如，图3所示的视角下，第一磁块110的右侧与第二磁块120的左侧紧密贴合，该第二磁块120的右侧与相邻的第一磁块110的左侧紧密贴合，不再赘述。
45.在一个实施例中，请参照图2和图3，第一磁块110和第二磁块120中的一者为矩形磁块，第一磁块110和第二磁块120中的另一者为梯形磁块。
46.如图2和图3所示，第一磁块110和第二磁块120的形状不相同，例如，第一磁块110为矩形磁块，第二磁块120为梯形磁块，第一磁块110和第二磁块120交替紧密贴合在驱动轮上，以形成转子100的环形结构，并环绕在定子200的外周。
47.在一个实施例中，请参照图2和图3，第一磁块110为矩形磁块，第二磁块120为梯形磁块；第一磁块110具有与第二磁块120贴合的第一表面，第二磁块120具有与第一磁块110贴合的第二表面；第二磁块120具有第一底部121和第二底部122，第一底部121的长度大于第二底部122的长度，第二底部122位于第二磁块120的朝向定子200的一侧。
48.如图3所示的实施例中，第一磁块110为矩形磁块，第二磁块120为梯形磁块。图3所示的视角下，梯形磁块的上侧为第一底部121，梯形磁块的下侧为第二底部122，第一底部121相当于梯形的下底，第二底部122相当于梯形的上底，上底的尺寸小于下底的尺寸，图3
中，第二底部122为第二磁块120的朝向定子200的一侧，也即，第二底部122位于转子100的环形结构的内侧，相对的，第一底部121位于转子100的环形结构的外侧。
49.如图3所示的视角下，第二磁块120大致为倒梯形结构。
50.具体地，第二磁块120为倒等腰梯形。
51.可选地，第一底部121与驱动轮的轮本体内环侧壁粘接固定或过盈配合。
52.如图3所示，若轮毂电机的极数为2*p，t为转子100的环形结构的厚度，b1为第一磁块110的宽度，b2为第二磁块120上第二底部122的宽度即短边宽度，b3为第二磁块120上第一底部121的宽度即长边宽度，d为驱动轮的壳内径，则存在尺寸关系式：
53.b1+b3＝π*d/(2*p)，b1+b2＝π*(d
k-2t)/(2*p)；
54.同时，b2位于0.5b1～1.5b1之间。
55.在一个实施例中，请参照图5，第一磁块110的充磁方向为沿转子100的切线方向。
56.如图5所示的实施例中，其中的一个第一磁块110的充磁方向大致为左右方向，且充磁方向与第一表面垂直。。
57.在一个实施例中，请参照图5，位于第一磁块110的一侧的第二磁块120的充磁方向由第一底部121朝向第二底部122，位于第一磁块110的另一侧的第二磁块120的充磁方向由第二底部122朝向第一底部121。
58.如图5所示的视角下，第一磁块110的左侧和右侧均有一个第二磁块120，左侧的第二磁块120的充磁方向大致为由下到上，也即由第二底部122到第一底部121，而右侧的第二磁块120的充磁方向大致为由上到下，也即由第一底部121到第二底部122。
59.需要说明的是：
60.第一磁块110的充磁方向、与第一磁块110相邻的两个第二磁块120的充磁方向需能够配合形成闭合的磁力线回路。例如，图5所示的视角下，第一磁块110的充磁方向大致为由左到右，此时，第一磁块110左侧的第二磁块120的充磁方向需为由第二底部122到第一底部121，而第一磁块110右侧的第二磁块120的充磁方向需为由第一底部121到第二底部122，以能够形成闭合的磁力线回路。
61.如图5所示的实施例中，第一磁块110、第二磁块120和定子200之间能够形成一个闭合的磁力线回路。
62.在一个实施例中，请参照图5，第二磁块120的充磁方向为沿转子100的径向。
63.如图5所示的视角下，第一磁块110的左侧和右侧均有一个第二磁块120，左侧的第二磁块120的充磁方向沿转子100的径向且朝向转子100的外侧，右侧的第二磁块120的充磁方向沿转子100的径向且朝向转子100的内侧。
64.在一个实施例中，请参照图4，定子200包括定子轭210和定子齿220，定子齿220设有多个并间隔设在定子轭210的外周。
65.如图4所示的实施例中，定子轭210大致呈圆环状设置，圆环的内侧形成安装孔211，圆环的外侧布置有多个定子齿220。
66.在一个实施例中，定子齿220等间隔设在定子轭210的外周，且定子齿220与定子轭210一体设置。
67.如图1和图5所示，定子200和转子100之间具有间隔，以形成气隙。
68.如图5所示，转子100在绕定子200转动的过程中，第一磁块110、第一磁块110相对
两侧的第二磁块120和对应的两个相邻定子齿220之间形成闭合的磁力线回路，与传统的转子结构相比，减少了通过相邻两个磁块和转子轭之间形成闭合的磁力线回路，从而减少了电磁谐波，避免了漏磁现象的发生。
69.具体地，如图5所示的视角下，位于第一磁块110左侧的第二磁块120的磁力线由下朝上，第一磁块110的磁力线由左朝右，位于第一磁块110右侧的第二磁块120的磁力线由上朝下，位于第一磁块110右侧的第二磁块120所对应的定子齿220的磁力线由上朝下，定子轭210的磁力线由右朝左，位于第一磁块110左侧的第二磁块120所对应的定子齿220的磁力线由下朝上，从而形成一个闭合的磁力线回路，不再赘述。
70.在一个实施例中，磁块的材料为铁氧体磁性材料。
71.相比汝铁硼磁性材料，铁氧体磁性材料能够降低转子100的成本，大致能够节约60％的磁材成本；同时，磁块固定到驱动轮上，相比传统的转子结构，相当于磁块在原有基础上减少了17％。同时，相比同尺寸的传统电机结构，转矩最大值由45n.m下降到6n.m；输出力矩虽然减少了23％，但转矩脉动也减小了2.5倍，以满足低速平稳的要求。
72.另一个实施例提供了一种驱动轮，包括轮本体和如上述任一个实施例所述的轮毂电机，磁块固定在轮本体上。
73.该驱动轮能够应用于自动驾驶或移动机器人领域，由于转子100是固定在驱动轮上，相比传统的转子结构，成本相对更低；同时，磁块呈海尔贝克阵列布置，能够有效减小电机的齿槽转矩，并降低电机的转矩脉动，使电机运行过程中更加平稳。
74.可选地，磁块粘接固定在轮本体的内环侧壁上。
75.如图6所示的反电动势波形图，接近于正弦曲线，齿槽的转矩更低，转矩脉动也更低，以提升轮毂电机的运行平稳性，提高驱动轮的运动性能。
76.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
77.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
78.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
79.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅
表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
80.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
81.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
82.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。