本發(fā)明涉及電機(jī),尤其是涉及外轉(zhuǎn)子式電機(jī)。
背景技術(shù):
外轉(zhuǎn)子式電機(jī)由于其緊湊的結(jié)構(gòu)而具有廣泛的用途。尤其是隨著對環(huán)境保護(hù)的重視,諸如輪轂電機(jī)的外轉(zhuǎn)子式電機(jī)越來越廣泛地被應(yīng)用在諸如電動滑板車、電動自行車、電動摩托車或電動汽車等的電動車輛中。輪轂電機(jī)的最大特點(diǎn)是可以將動力、傳動和制動裝置都整合到輪轂內(nèi),因此可以使電力車輛的機(jī)械結(jié)構(gòu)大大簡化。但是,由于輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)比較緊湊,使得輪轂電機(jī)的散熱問題變得非常重要。輪轂電機(jī)的冷卻性能經(jīng)常成為制約其額定功率的瓶頸。如果能夠?qū)⑤嗇炿姍C(jī)的冷卻性有效提升,可允許輪轂電機(jī)具有更大的額定功率。
用于輪轂電機(jī)的傳統(tǒng)冷卻方法包括自然空氣冷卻法和強(qiáng)制液體冷卻法。對于自然空氣冷卻法而言,通常通過空氣與兩個端蓋的表面之間的自然對流來將熱量散發(fā)到空氣中。對于強(qiáng)制液體冷卻法而言,通常需要采用泵和散熱器來將輪轂電機(jī)產(chǎn)生的熱量排出。當(dāng)采用外轉(zhuǎn)子式輪轂電機(jī)時,由于繞組支撐在位于該輪轂電機(jī)內(nèi)部的定子上,用于繞組散熱的熱傳遞路徑需要通過軸和通過定子與端蓋之間形成的氣隙,這導(dǎo)致了繞組和外部環(huán)境之間存在很高的熱阻。因而,期望減小前述熱阻來提高輪轂電機(jī)的性能。
因此,需要對現(xiàn)有的外轉(zhuǎn)子式電機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的就是要克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的至少一種缺陷,提出一種 改進(jìn)的外轉(zhuǎn)子式電機(jī),這種外轉(zhuǎn)子式電機(jī)的散熱效果能夠得到顯著地提高。
為此,根據(jù)本發(fā)明的一方面,提供一種外轉(zhuǎn)子式電機(jī),包括:
軸;
圍繞所述軸固定地設(shè)置在所述軸上的定子,其中,所述定子包括由多個定子鐵芯片疊置在一起構(gòu)成的軛部以及位于所述軛部的徑向內(nèi)側(cè)并用于將所述軛部固定地支撐在所述軸上的支撐部,所述軛部徑向向外地形成有多個繞組齒,在每個所述繞組齒上分別繞有繞組,所述支撐部上形成有多個開口;
圍繞所述軸設(shè)置在所述定子的徑向外側(cè)的轉(zhuǎn)子;
通過第一軸承被可轉(zhuǎn)動地支撐在所述軸上并且與所述轉(zhuǎn)子固定地連接的第一端蓋;
通過第二軸承被可轉(zhuǎn)動地支撐在所述軸上并且與所述轉(zhuǎn)子固定地連接的第二端蓋,所述第一端蓋和所述第二端蓋與所述轉(zhuǎn)子的至少一部分共同限定所述外轉(zhuǎn)子式電機(jī)的內(nèi)部空間;以及
用于促使氣流通過所述繞組周圍的間隙和所述多個開口在所述內(nèi)部空間中循環(huán)流動的氣流驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
優(yōu)選地,所述氣流驅(qū)動機(jī)構(gòu)是以下的至少一種:位于所述第一端蓋和所述第二端蓋中的一個的內(nèi)表面上的離心風(fēng)扇;設(shè)置在所述第一端蓋的內(nèi)表面上并且布置成引導(dǎo)氣流徑向流動的第一導(dǎo)流片;以及設(shè)置在所述第二端蓋的內(nèi)表面上并且布置成引導(dǎo)氣流徑向流動的第二導(dǎo)流片。
優(yōu)選地,在包括所述離心風(fēng)扇的情況下,所述離心風(fēng)扇設(shè)置為隨著所述第一端蓋或所述第二端蓋一起轉(zhuǎn)動或者由獨(dú)立的電動機(jī)驅(qū)動。
優(yōu)選地,在包括多個所述第一導(dǎo)流片的情況下,所述第一導(dǎo)流片具有連續(xù)的彎曲形狀或者包括間斷的、沿著同一或不同彎曲路徑布置的多個段。
優(yōu)選地,在包括多個所述第二導(dǎo)流片的情況下,所述第二導(dǎo)流片具有連續(xù)的彎曲形狀或者包括間斷的、沿著同一或不同彎曲路徑布置的多個段。
優(yōu)選地,在所述第一端蓋和所述第二端蓋中的一個上設(shè)置有所述離心 風(fēng)扇并且還設(shè)置有多個所述第一導(dǎo)流片或多個所述第二導(dǎo)流片的情況下,所述離心風(fēng)扇位于多個所述第一導(dǎo)流片或多個所述第二導(dǎo)流片的徑向內(nèi)側(cè),并且所述離心風(fēng)扇和多個所述第一導(dǎo)流片或多個所述第二導(dǎo)流片都被布置成引導(dǎo)氣流向同一方向流動,即,都引導(dǎo)氣流離心流動或都引導(dǎo)氣流向心流動。
優(yōu)選地,在所述第一端蓋和所述第二端蓋的內(nèi)表面上都設(shè)置有所述氣流驅(qū)動機(jī)構(gòu)的情況下,位于所述第一端蓋和所述第二端蓋中的一個上的所述氣流驅(qū)動機(jī)構(gòu)被布置成引導(dǎo)氣流離心流動,而位于所述第一端蓋和所述第二端蓋中的另一個上的所述氣流驅(qū)動機(jī)構(gòu)被布置成引導(dǎo)氣流向心流動。
優(yōu)選地,在所述繞組齒的徑向內(nèi)側(cè)的所述軛部上形成有多個縱向通道。
優(yōu)選地,所述第一端蓋的外表面和/或所述第二端蓋的外表面上設(shè)置有散熱裝置。
優(yōu)選地,所述外轉(zhuǎn)子式電機(jī)是輪轂電機(jī),并且還包括設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子徑向外側(cè)并且隨著所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的輪轂。
根據(jù)本發(fā)明,通過促使氣流在電機(jī)的內(nèi)部空間中循環(huán)流動,使得被繞組產(chǎn)生的熱量加熱的氣流與第一端蓋和第二端蓋進(jìn)行充分換熱,進(jìn)而熱量通過第一端蓋和第二端蓋被散發(fā)到外部環(huán)境中,使得繞組和外部環(huán)境之間的熱阻能夠被顯著地降低,從而顯著地提高了外轉(zhuǎn)子式電機(jī)的散熱效果。
附圖說明
圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的輪轂電機(jī)的示意立體圖;
圖2是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的輪轂電機(jī)的爆炸圖;
圖3是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的輪轂電機(jī)的另一爆炸圖;
圖4是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的輪轂電機(jī)沿著軸向的剖視示意立體圖;
圖5是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的輪轂電機(jī)去掉端蓋后的側(cè)視圖;
圖6是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的第一端蓋的主視圖;
圖7是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的第二端蓋的主視圖;以及
圖8是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的輪轂電機(jī)沿著軸向的剖視圖,其中,箭頭顯示了氣流流動方向。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合示例詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是,這些示例性實(shí)施例并不意味著對本發(fā)明形成任何限制。
圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的輪轂電機(jī)的示意立體圖,圖2是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的輪轂電機(jī)的爆炸圖,圖3是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的輪轂電機(jī)的另一爆炸圖,圖4是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的輪轂電機(jī)沿著軸向的剖視示意立體圖,以及圖5是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的輪轂電機(jī)去掉端蓋后的側(cè)視圖。如圖1-5所示,根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的輪轂電機(jī)1包括軸10、圍繞軸10并且固定地設(shè)置在軸10上的定子20、圍繞軸10設(shè)置在定子20的徑向外側(cè)的轉(zhuǎn)子30、位于定子20的軸向左側(cè)并且與轉(zhuǎn)子30固定地連接的第一端蓋40、以及位于定子20的軸向右側(cè)并且與轉(zhuǎn)子30固定地連接的第二端蓋50。第一端蓋40的內(nèi)表面和定子20之間以及第二端蓋50的內(nèi)表面和定子20之間均存在間隙。軸10的兩端能夠被支撐在例如車架(未示出)上。第一端蓋40和第二端蓋50分別通過設(shè)置在定子20兩側(cè)的軸10上的第一軸承11和第二軸承13被可轉(zhuǎn)動地支撐在軸10上。第一端蓋40和第二端蓋50與轉(zhuǎn)子30的至少一部分共同限定輪轂電機(jī)1的內(nèi)部空間,定子20位于該內(nèi)部空間中。這樣,在電機(jī)通電之后,轉(zhuǎn)子30以及與轉(zhuǎn)子30固定地連接的第一端蓋40和第二端蓋50能夠繞著定子20和軸10轉(zhuǎn)動。輪轂電機(jī)1通常還包括位于轉(zhuǎn)子30徑向外側(cè)并且隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的輪轂60。盡管在圖中輪轂60被顯示為與轉(zhuǎn)子30形成為一體,但是輪轂60可以與轉(zhuǎn)子30分開地形成并且通過焊接或緊密配合等方式被固定地連接在一起。
在本申請中,“第一端蓋”和“第二端蓋”中的“第一”和“第二”僅是為了描述方便而采用的,并不構(gòu)成對端蓋本身的特殊限定。例如,第一 端蓋也可以是位于所述定子的軸向右側(cè)的端蓋,此時,第二端蓋可以是位于所述定子的軸向左側(cè)的端蓋,也即,第一端蓋和第二端蓋的位置可以互換。
圖6是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的第一端蓋的主視圖和圖7是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的第二端蓋的主視圖。如圖2-4和圖6-7所示,第一端蓋40的內(nèi)表面上可以設(shè)置有向內(nèi)部空間突出的第一導(dǎo)流片41,第二端蓋50的內(nèi)表面上可以設(shè)置有向內(nèi)部空間突出的第二導(dǎo)流片51。盡管在優(yōu)選實(shí)施例中第一端蓋40和第二端蓋50的內(nèi)表面上均設(shè)置有導(dǎo)流片,應(yīng)理解的是也可以僅在第一端蓋40或第二端蓋50的內(nèi)表面上設(shè)置導(dǎo)流片。所述第一導(dǎo)流片和所述第二導(dǎo)流片的具體結(jié)構(gòu)和作用等將在后面詳述。第一端蓋40和第二端蓋50的外表面上也可以設(shè)置諸如散熱筋43和53的散熱裝置,從而使得所述第一端蓋和第二端蓋可以與外部環(huán)境進(jìn)行更充分的熱交換。所述散熱裝置可以是散熱筋,也可以是任何可以實(shí)現(xiàn)前述熱交換目的的其它結(jié)構(gòu)、部件或裝置等,例如不同形式的散熱片。第一端蓋40和第二端蓋50以及其上的導(dǎo)流片和散熱裝置優(yōu)選地都采用有利于散熱的材料制成。
回到圖4和5,位于轉(zhuǎn)子30的徑向內(nèi)側(cè)的定子20包括由多個定子鐵芯片疊置在一起構(gòu)成的軛部21以及位于軛部21的徑向內(nèi)側(cè)并用于將軛部21固定地支撐在軸10上的支撐部23。軛部21徑向向外地形成有多個繞組齒211,在每個繞組齒211上分別繞有繞組213。軛部21在繞組齒211的徑向內(nèi)側(cè)形成有多個縱向通道215。優(yōu)選地,多個縱向通道215沿著圓周方向均勻地分布。由于設(shè)置有多個縱向通道215,可以顯著地增大與縱向流過定子的氣流的換熱面積,而且由于縱向通道215緊鄰繞組213設(shè)置,可以快速高效地將熱量從繞組213傳遞離開繞組。支撐部23為盤狀,它與軛部21可以通過諸如焊接或緊密配合等連接方式被固定地連接在一起。支撐部23可以被鏤空,從而在相鄰輻條231之間形成多個開口233。優(yōu)選地,多個開口233也沿著圓周方向均勻地分布。具有輻條231的支撐部23不僅可以可 靠地支撐軛部21,而且還允許氣流流暢地通過。應(yīng)理解的是,多個開口233也可以是形成在支撐部23上的多個圓形或其它形狀的孔。
如圖2、圖4和圖6所示,離心風(fēng)扇45還可以設(shè)置在第一端蓋40的內(nèi)表面上。所述離心風(fēng)扇的主要作用是使電機(jī)內(nèi)的氣流通過所述多個縱向通道215和所述多個開口233快速地循環(huán)流動,由此氣流可以將熱量從繞組213帶走,并流過所述第一導(dǎo)流片和/或所述第二導(dǎo)流片進(jìn)行換熱,最后通過第一端蓋40和/或第二端蓋50將熱量散發(fā)到外部環(huán)境中,實(shí)現(xiàn)輪轂電機(jī)的冷卻。離心風(fēng)扇45可以設(shè)置為隨著第一端蓋40一起轉(zhuǎn)動,或者,離心風(fēng)扇45可以由獨(dú)立的電動機(jī)(未示出)驅(qū)動。當(dāng)離心風(fēng)扇45由獨(dú)立的電動機(jī)驅(qū)動時,可以根據(jù)冷卻輪轂電機(jī)的實(shí)時需求改變該電動機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而可以實(shí)時改變離心風(fēng)扇45的轉(zhuǎn)速和氣流的循環(huán)流速,由此可以更好地滿足輪轂電機(jī)在不同場合下的散熱需求。
如圖2、4和6所示,離心風(fēng)扇45優(yōu)選為設(shè)置在第一端蓋40內(nèi)表面的中心處。第一端蓋40的內(nèi)表面上可以形成有至少一個第一導(dǎo)流片41。優(yōu)選地,第一端蓋40的內(nèi)表面上具有多個第一導(dǎo)流片41,且它們布置成能夠引導(dǎo)氣流離心運(yùn)動即徑向向外流動。優(yōu)選地,離心風(fēng)扇45布置在多個第一導(dǎo)流片41的徑向內(nèi)側(cè)。例如,第一導(dǎo)流片41可以具有連續(xù)的彎曲形狀。如圖6所示,所述彎曲形狀的彎曲方向與輪轂電機(jī)工作時第一端蓋40的旋轉(zhuǎn)方向大體相反,也即,當(dāng)?shù)谝欢松w40沿圖6所示箭頭a方向旋轉(zhuǎn)時,第一導(dǎo)流片41由徑向內(nèi)側(cè)向徑向外側(cè)延伸時的方向與所示箭頭方向a大體相反。由此,有利于促使氣流迅速有效地沿著第一導(dǎo)流片41徑向向外流動,而且噪聲較小。多個第一導(dǎo)流片41可以沿著第一端蓋40的內(nèi)表面的周向方向間隔均勻地分布,也可以間隔不均勻地分布。此外,第一導(dǎo)流片41也可以不是連續(xù)的,而是包括間斷的沿著同一或不同彎曲路徑布置的多個段,這樣也可以起到引導(dǎo)氣流徑向向外流動的目的,但有可能降低加工的復(fù)雜性、減少導(dǎo)流片材料用量并有利于減輕第一端蓋40的總體重量。第一導(dǎo)流 片41可以通過各種方式設(shè)置在第一端蓋40的內(nèi)表面上,例如一體成型或者焊接、粘結(jié)等。
如圖7所示,第二端蓋50的內(nèi)表面上可以形成有至少一個第二導(dǎo)流片51。優(yōu)選地,第二端蓋50的內(nèi)表面上具有多個第二導(dǎo)流片51,且它們布置成能夠引導(dǎo)氣體向心流動,即徑向向內(nèi)流動。在第二端蓋50的內(nèi)表面的徑向方向上,多個第二導(dǎo)流片51可以布置在對應(yīng)于第一端蓋40上的多個第一導(dǎo)流片41的區(qū)域。類似于所述第一導(dǎo)流片,所述第二導(dǎo)流片也可以具有連續(xù)的彎曲形狀或者包括間斷的、沿著同一或不同彎曲路徑布置的多個段,只要能夠起到引導(dǎo)氣體徑向向內(nèi)流動的目的即可。第二導(dǎo)流片51可以通過與第一導(dǎo)流片41相同或不同的方式設(shè)置在第二端蓋50的內(nèi)表面上。
圖8是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的輪轂電機(jī)沿著軸向的剖視圖,其中,箭頭顯示了氣流流動方向。首先,離心風(fēng)扇45促使氣流由第一端蓋40內(nèi)表面的中心處徑向向外流動,隨后,氣流在多個第一導(dǎo)流片41的作用下繼續(xù)徑向向外流動,在氣流流過多個縱向通道215之后,第二端蓋50上的多個第二導(dǎo)流片51促使氣流徑向向內(nèi)流動,接著氣流流過支撐部23上形成的多個開口233,最后再在離心風(fēng)扇45的作用下開始下一個循環(huán)。在每一個循環(huán)中,當(dāng)氣流流過縱向通道215時,繞組213產(chǎn)生的熱量被傳遞給流過的氣流,隨后,當(dāng)被加熱的氣流流過第一端蓋40和第一導(dǎo)流片41以及第二端蓋50和第二導(dǎo)流片51時,被加熱的氣流與第一端蓋40和第一導(dǎo)流片41以及第二端蓋50和第二導(dǎo)流片51進(jìn)行熱交換,熱量被傳遞給第一端蓋40和第一導(dǎo)流片41以及第二端蓋50和第二導(dǎo)流片51,從而使氣流被冷卻,同時熱量被進(jìn)一步傳遞給第一端蓋40和第二端蓋50,最后通過第一端蓋40和第二端蓋50及其上設(shè)置的散熱裝置傳遞給外界環(huán)境,從而實(shí)現(xiàn)了冷卻輪轂電機(jī)的目的。第一端蓋40上的多個導(dǎo)流片41不僅起到了傳熱的目的,還可以通過其形狀和布置方式起到離心風(fēng)扇的作用,從而有利于進(jìn)一步引導(dǎo)氣流徑向向外流動。類似的,第二端蓋50上的多個導(dǎo)流片51在傳熱的同時,也可以布置成引導(dǎo)氣流徑向向內(nèi)流動。
在前述優(yōu)選實(shí)施例中,第一端蓋40內(nèi)表面上的離心電機(jī)45、第一端蓋40內(nèi)表面上的第一導(dǎo)流片41和第二端蓋50內(nèi)表面上的第二導(dǎo)流片51均可以作為氣流驅(qū)動機(jī)構(gòu),用于促使氣流通過多個縱向通道和多個開口在電機(jī)內(nèi)部空間中循環(huán)流動。應(yīng)當(dāng)理解的是,采用上述三者中的任一個都可以實(shí)現(xiàn)前述氣流驅(qū)動之目的。例如,當(dāng)僅采用第一端蓋40內(nèi)表面上的離心風(fēng)扇45時,氣流仍然可以被徑向向外輸送并流過第一端蓋40的內(nèi)表面,進(jìn)而穿過所述多個縱向通道被加熱,隨后流過所述第二端蓋的內(nèi)表面和多個開口,最后回到所述離心風(fēng)扇處。在該過程中,被加熱的氣流可以直接與所述第一端蓋和第二端蓋進(jìn)行熱交換,達(dá)到冷卻的目的。類似的,在采用第一端蓋40內(nèi)表面上的第一導(dǎo)流片41或第二端蓋50內(nèi)表面上的第二導(dǎo)流片51時,氣流也可以沿著預(yù)定的封閉路徑流動,從而達(dá)到冷卻的目的。在既采用多個第一導(dǎo)流片41又采用多個第二導(dǎo)流片51的情況下,多個第一導(dǎo)流片41和多個第二導(dǎo)流片51中的一種被設(shè)置成促使氣流離心流動,另一種則被設(shè)置成促使氣流向心流動,但是在只采用多個第一導(dǎo)流片41或多個第二導(dǎo)流片51的情況下,多個第一導(dǎo)流片41或多個第二導(dǎo)流片51可以都被設(shè)置成促使氣流離心流動,也可以都被設(shè)置成促使氣流向心流動。另外,除了上述三者之外,也可以采用其它任何能夠?qū)崿F(xiàn)相同或類似目的的氣流驅(qū)動機(jī)構(gòu)。而且,氣流的流動路徑也不限于圖8箭頭所示,也可以是與之相反的流動路徑,這可以通過改變氣流驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)置位置和布置形式等予以實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明,通過促使氣流通過定子軛部上的多個縱向通道和支撐部上的多個開口快速循環(huán)流動,使得被繞組產(chǎn)生的熱量加熱的氣流與第一端蓋和第二端蓋進(jìn)行換熱,進(jìn)而熱量通過第一端蓋和第二端蓋被散發(fā)到外部環(huán)境中,使得繞組和外部環(huán)境之間的熱阻能夠被顯著地降低,從而顯著地提高了輪轂電機(jī)的散熱效果。
以上結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述。顯然,以上描述以及在附圖中示出的實(shí)施例均應(yīng)被理解為是示例性的,而不構(gòu)成對本發(fā)明的限 制。例如,在優(yōu)選實(shí)施例中定子軛部鄰近繞組的部分上形成有多個縱向通道,應(yīng)理解的是,即使沒有形成縱向通道也是可行的,此時氣流通過繞組周圍的間隙流動,只是這與形成縱向通道相比會降低電機(jī)的散熱效果。另外,盡管在優(yōu)選實(shí)施例中外轉(zhuǎn)子式電機(jī)被描述為輪轂電機(jī),應(yīng)理解的是本發(fā)明也適用于諸如風(fēng)扇電機(jī)等的其它外轉(zhuǎn)子式電機(jī)。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言,可以在不脫離本發(fā)明的精神的情況下對其進(jìn)行各種變型或修改,這些變型或修改均不脫離本發(fā)明的范圍。