轮毂电机及电动自行车的制作方法

本申请属于电机技术领域，尤其涉及一种轮毂电机和包括该轮毂电机的电动自行车。

背景技术：

目前，电动自行车的电机、电池和电机控制模块都是分体安装的，这种设计会造成整车生产时安装麻烦，线束连接冗杂，且成本较高。并且外置的电池包使产品体重和重量庞大，加大整车设计的难度。同时考虑传感器反馈信号需要经过较长的线束传输，存在信号干扰的可能，使电机的控制难度增加，提高了控制器的开发要求。

也就是说，基于目前的电机电气架构，轮毂电机安装时十分麻烦，需要较多的线束和安装空间，成本较高。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种轮毂电机和包括该轮毂电机的电动自行车，以解决现有轮毂电机电气架构导致电机安装麻烦，需要较多线束和安装空间，成本较高的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种轮毂电机，包括定子、转子和电机位置信息采集模块，还包括设置于所述轮毂电机内部的电机控制模块和/或电源模块；

其中，所述电源模块与所述电机控制模块连接，所述电机控制模块分别与所述电机位置信息采集模块、所述定子连接。

可以看出，相较于外置电机控制模块，将电机控制模块内置于轮毂电机，可以用更短的线束来传输电机位置反馈信号，并且可以减少信号干扰和热损耗，使得采样的转子位置信号更加准确，控制性能更优，系统的效率和可靠性更高。

相较于外置电源模块，将电源模块内置于轮毂电机，可以节约外置电源的所占空间，减少安装空间，降低成本。同时，提升了电源的防护性。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，当所述电源模块设置于所述轮毂电机内部时，所述电源模块安装于定子支架；

所述定子支架设置有至少一个安装通孔，所述安装通孔用于安装电池。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，当所述电源模块设置于所述轮毂电机内部时，所述轮毂电机还包括设置于电机两侧，用于为所述电源模块风冷散热的通孔。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，当所述电机控制模块和所述电源模块均设置于所述轮毂电机内部时，所述电机控制模块和所述电源模块为一个集成的电控模组。

可以看出，将电源模块与电机控制模块集成为一个电控模组，相比传统的两个独立部件之间互相连接，该方式可以减少一条线束，易于生产安装，降低生产成本。再将该模组放置到轮毂电机内部，实现电机电控一体化。这样不仅节省了安装空间，并且可以提高控制器性能。

进一步地，所述电控模组设置于定子支架内。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述电机控制模块包括驱动功率单元和控制单元；

所述驱动功率单元与所述控制单元连接；所述驱动功率单元与所述定子连接，所述控制单元与所述电机位置信息采集模块连接。

所述电机位置信息采集模块为编码器或霍尔传感器。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，当所述电机位置信息采集模块为编码器时，所述编码器由反射式码盘和读头处理电路构成，或者，由多级磁环和读头处理电路构成。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述轮毂电机为外转子电机时，所述编码器安装在外转子前端盖的安装槽内。

第二方面，本申请实施例提供一种电动自行车，包括整车控制模块、整车系统电源模块、充电模块、电源模块、电机控制模块以及轮毂电机；

其中，所述轮毂电机为上述第一方面任一项所述的轮毂电机；所述电源模块和/或所述电机控制模块设置于所述轮毂电机的内部；

所述充电模块分别与所述电源模块、所述整车控制模块连接，所述整车控制模块分别与所述电源模块、所述整车系统电源模块连接，所述整车系统电源模块与所述电源模块连接，并为所述整车控制模块供电。

结合第二方面，在一种可能的实现方式中，还包括智能电子仪表模块，所述智能电子仪表模块与所述整车控制模块连接；

所述整车系统电源模块还用于为所述智能电子仪表模块供电。

可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面的相应内容，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的轮毂电机的一种结构示意框图；

图2为本申请实施例提供的轮毂电机的另一种结构示意框图；

图3为本申请实施例提供的轮毂电机的又一种结构示意框图；

图4为本申请实施例提供的轮毂电机的结构示意框图；

图5为本申请实施例提供的电动自行车的一种结构示意框图；

图6为本申请实施例提供的电动自行车的另一种结构示意框图；

图7为本申请实施例提供的电动自行车的另一种结构示意框图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

本申请实施例提供一种内置电机控制模块和/或电源模块的轮毂电机和包括该轮毂电机的电动自行车。

下面首先对轮毂电机进行介绍。

本申请实施例提供的轮毂电机包括定子、转子和电机位置信息采集模块，还包括设置于轮毂电机内部的电机控制模块和/或电源模块；

其中，电源模块与所述电机控制模块连接，电机控制模块分别与电机位置信息采集模块、定子连接。

也就是说，在本申请实施例中，可以只将电机控制模块设置于轮毂电机的内部，可以只将电源模块设置于轮毂电机的内部，也可以同时将电源模块和电机控制模块设置于轮毂电机的内部。下面将分别对这三种方案进行介绍。

第一种方案，内置电机控制模块和电源模块

参见图1示出的轮毂电机的一种结构示意框图，该轮毂电机包括定子11、转子12、电机位置信息采集模块13、电机控制模块14和电源模块15。

电源模块15与电机控制模块14电连接和通信连接(例如，可以通过can总线或rs485连接)，该电源模块可以为电机控制模块供电。具体应用中，该电机控制模块可以为foc电机控制器，该电源模块可以为但不限于锂电池组pack包。

电机控制模块14分别与定子11、电机位置信息采集模块连接。电机位置信息采集模块可以用于采集电机转子的位置信息、速度信息等，该电机位置信息采集模块可以为霍尔传感器或编码器。电机控制模块通过uvw相线与定子连接，电机位置信息采集模块通过采样线与电机控制器连接。在一些实施例中，电机控制模块也可以通过板级连接传感器与电机位置信息采集模块连接。

可以看出，将电源模块和电机控制模块均设置轮毂电机内部，可以节省安装空间，减少线束，降低成本。同时，将电机控制模块内置于轮毂电机，可以使用更短的线束甚至于板级连接传感器来传输采样信号，减少了信号干扰和热损耗，可以提高转子位置信号的准确性，从而提高电机控制性能，提高系统效率和可靠性。另外，将电源模块内置于轮毂电机，还可以提高电池的防护性。

第二种方案，内置电机控制模块

参见图2示出的轮毂电机的另一种结构示意框图，该轮毂电机包括定子21、转子22、电机位置信息采集模块23以及电机控制模块24。该电机控制模块由电源模块25供电。

相较于图1，图2示出的轮毂电机只将电源控制模块内置于轮毂电机内部，电源模块设置于轮毂电机外部。图2中与图1相似或相关的部分，可以参见上文相应内容，在此不再赘述。

第三种方案，内置电源模块

参见图3示出的轮毂电机的又一种结构示意框图，该轮毂电机包括定子31、转子32、电机位置信息采集模块33以及电源模块35。该电源模块35可以为电机控制模块34供电，电机控制模块34设置于轮毂电机外部。

相较于图1和图2，图3示出的轮毂电机将电源模块内置于轮毂电机，将电机控制模块设置于轮毂电机外部。图3与图1、图2的相似或相关的部分，可以参见上文相应内容，在此不再赘述。

在一些实施例中，当电源模块设置于轮毂电机内部时，可以将电源模块安装于定子支架上。首先在定子支架上设置至少一个安装通孔，通孔的数量可以根据实际需要设定；然后将在每一个安装通孔上安装一个电池，通过多个通孔上的电池组成电池组。当然，上述电源模块的安装方式还可以为其它，在此不作限定。

将电源模块设置于轮毂电机内部时，电源模块工作过程中会产生热量。为了散热，可以在轮毂电机的两侧设置通孔，用于为电源模块风冷散热，从而提升电池的散热性能，使得整车更加安全。

在一些实施例中，当电源模块和电机控制模块均设置于轮毂电机内部时，可以将电机控制模块和电源模块集成为一个电控模组后，再将该电控模组安装至轮毂电机内部。进一步地，可以将该电控模组设置于定子支架内部。定子支架内部是空心的，可以将该电控模组安装在定子支架内部的任意位置。

相比传统的两个独立部件之间互相连接，将电源模块与电机控制模块集成为一个电控模组，可以减少一条线束，易于生产安装，降低生产成本。再将该模组放置到轮毂电机内部，实现电机电控一体化。这样不仅节省了安装空间，并且可以提高控制器性能。

通过将电控模组设置于定子支架上，以将电源和电机控制器均设置于轮毂电机内部，无需对电机控制器作额外的防水、防尘、防冲击等处理，提高了电控模组的防护性，节省成本。同时，可以用很短的线束相互连接，以减少整车线束和安装空间。

上述电机控制模块可以包括驱动功率单元和控制单元，其中，驱动功率单元与控制单元连接；驱动功率单元与定子连接，控制单元与电机位置信息采集模块连接。

以图4示出的轮毂电机的结构示意框图为例，该轮毂电机包括定子41、转子42、电机位置信息采集模块43、电机控制模块44以及电源模块45，其中，电源控制模块44包括驱动功率单元441和控制单元442。

具体应用中，驱动功率单元441可以为电机驱动功率电路，控制单元442可以为cpu最小系统arm-m4内核。驱动功率单元通过uvw及母线电流采样、pwm输出驱动三相功率管与控制单元连接。

可以理解的是，图4是基于图1的方案的示意图，同理，图2和图3对应的方案中的电机控制模块也类似，在此不再赘述。

在一些实施例中，上述电机位置信息采集模块为编码器或霍尔传感器。编码器由反射式码盘和读头处理电路构成，或者，由多级磁环和读头处理电路构成。

需要说明的是，目前的轮毂电机一般是采用霍尔传感器采集电机的位置信息反馈给控制器，以达到控制的目的。霍尔传感器一般设置于定子上，需要通过线束与电机控制器连接，并且传感器信号线与电机相线同束，存在信号串扰，线束越长，干扰量越大。霍尔传感器安装时会存在误差、采集精度不高，导致在实际控制过程中电机的反馈信号不准确，影响控制性能。为解决传感器精度不高的问题，将反射式码盘与读头处理电路构成的编码器，或由多级磁环、读头处理电路构成的编码器嵌套入轮毂电机中，因其精度高、体积小、抗干扰能力强，可使反馈信号更精准，提高了电机控制精度及性能，使整车运行更可靠。

在一些实施例中，当轮毂电机为外转子电机时，上述编码器可以安装在外转子前端盖的安装槽内，以节省安装空间，提高控制器性能。

在介绍完轮毂电机之后，下面将介绍包括该轮毂电机的电动自行车。

本申请实施例提供的电动自行车包括整车控制模块、整车系统电源模块、充电模块、电源模块、电机控制模块以及轮毂电机。

其中，轮毂电机为上述任一项的轮毂电机；电源模块和/或电机控制模块设置于轮毂电机的内部；

充电模块分别与电源模块、整车控制模块连接，整车控制模块分别与电源模块、整车系统电源模块连接，整车系统电源模块与电源模块连接，并为整车控制模块供电。

在一些实施例中，上述电动自行车还包括智能电子仪表模块，智能电子仪表模块与整车控制模块连接；整车系统电源模块还用于为智能电子仪表模块供电。

可以理解的是，在本申请实施例中，可以只将电机控制模块设置于轮毂电机的内部，可以只将电源模块设置于轮毂电机的内部，也可以同时将电源模块和电机控制模块设置于轮毂电机的内部。下面将分别对这三种方案对应的电动自行车进行介绍。

第一种方案，轮毂电机包括电源模块和电机控制模块

参见图5示出的电动自行车的一种结构示意框图，该电动自行车包括整车控制模块51、整车系统电源模块52、充电模块53以及轮毂电机54、智能电子仪表模块55。轮毂电机54包括定子541、转子542、电机位置信息采集模块543、电机控制模块544以及电源模块545。

其中，充电模块53接ac220v的输入，输出dc48v/60v给电源模块545充电，充电模块还通过can/rs485等与整车控制模块51连接。整车控制模块51通过can/rs485等与电源模块545连接，通过can/rs485与智能电子仪表模块55连接。整车系统电源模块52为整车控制模块51和智能电子仪表模块55供电。电源模块545还为整车系统电源模块52供电。

轮毂电机内部的连接关系请参见图1对应的内容，在此不再赘述。

第二种方案，轮毂电机包括电机控制模块，不包括电源模块

参见图6示出的电动自行车的另一种结构示意框图，该电动自行车包括整车控制模块61、整车系统电源模块62、充电模块63以及轮毂电机64、智能电子仪表模块65、电源模块66。轮毂电机64包括定子641、转子642、电机位置信息采集模块643以及电机控制模块644。

相较于图5，区别在于将电源模块设置于轮毂电机外部，各个模块的连接关系与图5的类似，在此不再赘述。其中，轮毂电机的连接关系请参见图2对应的内容，在此不再赘述。

第三种方案，轮毂电机包括电源模块，不包括电机控制模块

参见图7示出的电动自行车的另一种结构示意框图，该电动自行车包括整车控制模块71、整车系统电源模块72、充电模块73以及轮毂电机74、智能电子仪表模块75、电机控制模块76。轮毂电机74包括定子741、转子742、电机位置信息采集模块743以及电源744。

相较于图5，区别在于将电机控制模块设置于轮毂电机外部，各个模块的连接关系与图5的类似，在此不再赘述。其中，轮毂电机的连接关系请参见图3对应的内容，在此不再赘述。

具体应用中，上述充电模块为车载充电机(onboardcharger，obc)。整车控制模块为整车控制器(vehiclecontrolunit，vcu)。整车系统电源模块为整车系统电源dc/dc。

可以看出，将电源模块和/或电机控制模块内置于轮毂电机，可以减少整车连接线束和安装空间，降低整车成本；降低了传感器受干扰的可能性，提高了控制品质，使整车更可靠；提高了电池和电机控制器的防护性和散热性能，提高了整车的安全性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。