CN105720712B - 一种定子液冷且转子磁钢内置式的盘式轮毂电动机 - Google Patents

Abstract

本发明的定子液冷且转子磁钢内置式盘式电动机包括定子组件、驱动端转子组件、非驱动端转子组件、旋转变压器；定子液冷且转子磁钢内置式盘式电动机，是一种轴向励磁磁通电机，采用双转子单定子架构，其中转子采用磁钢内置式结构，热管理采用定子液冷+定子绕组塑封环氧树脂组合散热模式。采用定子液冷+定子绕组塑封环氧树脂组合散热模式的盘式电机，功率密度、扭矩密度可以做的更大，结构更加紧凑。

Description

一种定子液冷且转子磁钢内置式的盘式轮毂电动机

技术领域

本发明涉及一种纯电动、混合动力汽车领域的电动机，具体涉及一种定子液冷且转子磁钢内置式的盘式轮毂电动机。

背景技术

在纯电动、混合动力汽车领域应用的电机多为径向磁通的交流永磁同步电动机、直流电机或者交流异步电动机，由于传统径向电机轴向安装尺寸较大，功率密度和效率都偏低，不利于在电动汽车领域空间要求严格、效率要求高的场合应用。

常规的水冷电机，一般采用机座水冷或者少数的端盖水冷等单一冷却形式，而纯电动、混合动力汽车用电机防护等级要求高，底盘安装空间狭小，电机在加速超车、爬坡等工况，产生大量的热量，考虑到机座内空气的导热能力比较差，有时仅仅靠机座水冷或者端盖水冷来换热往往不能及时散出，给电机温升带来极大挑战。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种定子冷却液冷却且转子内置式的盘式电动机。

本发明采用如下技术方案：

一种定子液冷且转子磁钢内置式的盘式轮毂电动机，其特征在于，所述电动机包括定子组件（st100）、驱动端转子组件（ro200）、非驱动端转子组件（ro300）、旋转变压器（re400）；所述驱动端转子组件（ro200）包括磁钢（ro206），该磁钢（ro206）外圆周及底面涂覆有磁钢底面胶，使用磁钢支架（ro205）定位所述磁钢（ro206），在所述磁钢（ro206）外侧安装有主磁极（ro207）和漏磁极（ro209），所述主磁极（ro207）、漏磁极（ro209）通过螺钉固定到所述磁钢支架（ro205）上，转子铁芯（ro203）通过螺钉固定到所述磁钢支架（ro205）上，驱动端端盖（ro202）通过螺钉固定到所述转子铁芯（ro203）上。

根据上述的电动机，其特征在于，驱动端轴承座（st113）通过螺钉固定到支撑骨架（st107）上，非驱动端轴承座（st114）为分半结构，蛇型冷却水道（st115）放置在所述支撑骨架（st107）与所述非驱动端轴承座（st114）之间，一侧端面通过所述驱动端轴承座（st113）轴向定位，另一侧端面通过轴承外盖（st116）轴向定位，并布置有冷却液入口（st119）和冷却液出口（st120）；所述定子组件（st100）包括定子铁芯（st101），该定子铁芯（st101）的外壁面套有定子绕组（st102），所述定子绕组（st102）塑封有环氧树脂。

根据上述的电动机，其特征在于，通过一对背对背设置的角接触球轴承（ro214）、角接触轴承（ro215）实现所述定子组件（st100）与非驱动端转子组件（ro300）和驱动端转子组件（ro200）的相对运动。

根据上述的电动机，其特征在于，所述蛇型冷却水道（st115）中的冷却液采用50%水和50%乙二醇体积比混合而成。

根据上述的电动机，其特征在于，所述电动机的驱动端端盖（ro202）、机座（1）、非驱动端端盖（ro310）采用6082系列铝合金，并进行阳极氧化发黑处理。

根据上述的电动机，其特征在于，所述磁钢（ro206）的每块单体采用分块设计，由4块等高的梯形小磁钢组成。

根据上述的电动机，其特征在于，所述非驱动端转子组件（ro300）的非驱动端端盖（ro310）内部设置有唇形密封（ro309），所述唇形密封（ro309）与所述定子组件（st100）中的轴承外盖（st116）相接触。

本发明的有益效果：

本发明的盘式电机热管理设计能主动降低损耗和被动降低损耗。主动降低损耗方面主要考虑采用了超薄的硅钢片制作定子铁芯st101、主磁极ro207、主磁极ro302和漏磁极ro209、漏磁极ro304，用来降低铁耗，磁钢ro206、磁钢ro305的每块单体采用4段梯形块设计，并进行环氧镀层来阻断涡流以降低涡流损耗，定子绕组st102采用细的、漆膜耐温等级更高的漆包线、多股并绕以降低高频涡流铜耗等措施。被动降低损耗方面，将定子组件st100的定子绕组st102使用环氧树脂塑封，提高导热系数，并采用蛇型冷却水道st115通冷却液带走热量。磁钢ro206、磁钢ro305采用耐温等级更高的N38EH烧结钕铁硼材质。通过以上措施，盘式电机具有了更高的耐温升等级,可以承受更大的过载，结构更加紧凑，提高了电机功率密度和扭矩密度；

此外，本发明的盘式电机弱磁调速能力较宽。驱动端转子组件ro200和非驱动端转子组件ro300采用了磁钢ro206、磁钢ro305内置式结构，通过布置主磁极ro207、主磁极ro302和漏磁极ro209、漏磁极ro304，获取了不相等的交/直轴磁路，从而拥有了较宽的弱磁调速能力。盘式电机的内花键与变速器或者差速器的输出轴上的外花键通过花键副连接，其中与变速器耦合，用于减速；与差速器耦合或者直接安装到轮毂，用于直驱，因去掉了齿轮箱，降低了齿轮箱组件功率损耗和***的复杂度、提高了***的效率和可维护性。主要作为牵引动力，对空间、可靠性、高功率密度、高效率、低噪声等要求苛刻，适合于纯电动、混合动力汽车等领域作为直驱、匹配差速器或者变速箱的应用。

附图说明

图1为本发明盘式电机的零部件***结构图。

图2为本发明盘式电机的整体剖面结构图。

图3为本发明盘式电机的磁路结构图。

图4为本发明盘式电机的定子组件剖面结构图。

图5为本发明盘式电机的定子组件***结构图。

图6为本发明盘式电机的驱动端转子组件剖面结构图。

图7为本发明盘式电机的驱动端转子组件***结构图。

图8为本发明盘式电机的非驱动端转子组件剖面结构图。

图9为本发明盘式电机的非驱动端转子组件***结构图。

图10为本发明盘式电机的旋转变压器组件剖面图。

图11为本发明盘式电机的旋转变压器组件***结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述。

所述的定子液冷且转子内置式盘式电动机，是一种轴向励磁磁通电机，采用双转子单定子架构，其中转子采用磁钢内置式结构，热管理采用定子液冷与定子绕组环氧树脂塑封组合模式；包括定子组件st100、驱动端转子组件ro200、非驱动端转子组件ro300、旋转变压器re400。定子组件st100位于驱动端转子组件ro200与非驱动端转子组件ro300的中间，驱动端转子组件ro200和非驱动端转子组件ro300与机座1之间通过止口定位。驱动端转子组件ro200、非驱动端转子组件ro300、机座1通过紧定螺钉2紧定连接成一个旋转的整体，定子组件st100作为静止部分，固定到底盘上，方便出线以及注入冷却液。旋转变压器re400的旋变转子通过紧定螺钉re402固定到非驱动端转子组件ro300所包含的主轴ro213上，旋变定子通过紧定螺钉re410固定到定子组件st100所包含的轴承外盖st116上，如图1，图2所示。

所述的定子液冷且转子内置式盘式电动机的磁路贯穿定子组件st100、驱动端转子组件ro200和非驱动端转子组件ro300。具体磁路如下：磁钢ro305a→主磁极ro302a→定子铁芯st101a→主磁极ro207c→磁钢ro206c→转子铁芯ro203→磁钢ro206b→主磁极ro207b→定子铁芯st101b→主磁极ro302b→磁钢ro305b→转子铁芯ro307。其中相邻磁钢ro305a与ro305b、ro206a与ro206b极性相反，相对磁钢ro305a与ro206a、ro305b与ro206b极性相反，如图3所示。

所述的定子组件st100，如图4，图5所示，包括定子铁芯st101，定子铁芯st101由高磁导率、低损耗、超薄硅钢片径向叠压而成，以降低定子铁芯损耗，在上下槽口位置，各焊接2道焊缝，将每一个单体形成一个整体。定子铁芯st101的每个齿上套有定子绕组st102，定子绕组st102引出三相UVW引出线。

将支撑骨架st107嵌入到定子铁芯st101的相邻2个齿之间，定子绕组st102两侧的端面使用外端环st106与外端环st109，螺钉st104与螺钉st111，内端环st106与内端环st106、螺钉st103与螺钉st110固定到支撑骨架st107，形成一个整体，以限制定子铁芯st101、定子绕组st102的径向、轴向、切向运动。

驱动端轴承座st113通过螺钉st112固定到支撑骨架st107上，非驱动端轴承座st114，为了便于安装拆卸，设计成分半结构，蛇型冷却水道st115放置在支撑骨架st107与非驱动端轴承座st114之间，一侧端面通过驱动端轴承座st113轴向定位，另一侧端面通过轴承外盖st116轴向定位，并布置有冷却液入口st119、冷却液出口st120。

定子绕组st102、定子铁芯st101产生的热量，通过定子绕组st102所塑封的环氧树脂，传导到铝合金材质的支撑骨架st107，然后通过蛇型冷却水道st115中的流动冷却液带走。这种设计，增大主要发热源的接触散热面积，显著改善了定子散热效果。

轴承外盖st116通过螺钉st118固定到支撑骨架st107上。温度传感器检测线从轴承外盖st116的外圈孔中引出，使用橡胶套筒密封。

所述的驱动端转子组件ro200，为了使电机具有宽的弱磁调速能力，将驱动端转子组件ro200设计成磁钢ro206内置式结构，达到交/直轴磁阻不相等，同时可以牢靠固定磁钢以及降低漏磁通的目的，所述的驱动端转子组件ro200包括磁钢ro206，磁钢ro206外圆周及底面涂覆磁钢底面胶，使用磁钢支架ro205来定位磁钢ro206，限制其切向、径向运动。在磁钢ro206的外侧安装有主磁极ro207和漏磁极ro209，通过螺钉ro208将主磁极ro207、漏磁极ro209固定到磁钢支架ro205上，接着通过螺钉ro204将转子铁芯ro203固定到磁钢支架ro205上，最后通过螺钉ro201将驱动端端盖ro202固定转子铁芯ro203上。

定子组件st100与非驱动端转子组件ro300和驱动端转子组件ro200的相对运动，通过在主轴ro213安装有一组背对背设置的角接触球轴承ro214、角接触轴承ro215实现，与主轴ro213过盈配合链接，与驱动端轴承座st113和非驱动端轴承座st114过渡配合链接，其中角接触轴承ro214内圈的一侧通过主轴ro213止口定位，外圈通过定子组件st100中的非驱动端轴承座st114的端面限位；角接触轴承ro215内圈一侧通过主轴ro213的止口限位，外圈通过定子组件st100中的驱动端轴承座st113的端面限位，内圈另一侧通过止动螺母ro216固定。主轴ro213通过螺钉ro201固定到驱动端端盖ro202，外接的内花键轴套ro211通过螺钉ro210固定到驱动端端盖ro202，同时，在非驱动端盖 ro310安装有O型圈ro312实现静密封，如图6，图7所示。

所述的非驱动端转子组件ro300包括主磁极ro302、漏磁极ro304、磁钢ro305、磁钢支架ro306、转子铁芯ro307、非驱动端端盖ro310以及螺钉ro301、螺钉ro303、螺钉308、螺钉ro311与驱动端转子组件ro200结构、固定方式基本相同。不同之处在于非驱动端端盖ro310内部设置有唇形密封ro309，唇形密封ro309与定子组件st100中的轴承外盖st116相接触，实现接触式密封效果，同时，在非驱动端盖 ro310安装有O型圈ro312实现静密封，如图8，图9所示。

所述的旋转变压器组件re400，目的是为了精确的检测转子位置信号，旋变定子包括旋变定子铁芯re408，其上嵌有旋变定子绕组re407，旋变定子铁芯re408通过热套与旋变定子法兰re409过盈配合，并通过螺钉re410固定到定子组件st100中的轴承外盖st116上；旋变转子包括旋变转子铁芯re405，安装到轴套re401上，通过套筒re403调整其轴向距离，并通过键re404限制其切向运动，以及使用轴用挡圈re406限制其轴向运动，轴套re401通过螺钉re402固定到驱动端转子组件ro200中的主轴ro213上。旋变定子法兰re409开有腰形孔，用于调整旋变定子的圆周方向的位置，如图10，图11所示。

本发明的工作原理为：定子组件st100中的定子绕组st102外接逆变器输出的三相交流电，产生圆形旋转磁场，磁钢ro206、磁钢ro305产生的磁场切割定子绕组st102，从而定子绕组st102产生的圆形旋转磁场带动磁钢ro206、磁钢ro305产生的永磁磁场同步旋转，产生电磁转矩。在盘式电机运行过程中产生的热量，主要通过定子组件st100中的循环冷却液带走，由于采用了冷却液冷却+定子绕组st102塑封传导热方案，盘式电机可以承受更大的过载，拥有更大的功率密度和扭矩密度；采用了内置式转子方案，使得盘式电机拥有了更加宽广的弱磁调速能力，可以在更高转速下可靠运行。

尽管本说明书已经图示和描述了具体的实施实例，但本领域技术人员应该理解，在不背离本发明的范围的情况下，各种替换或等同实现都可以替代所示和所描述的这些具体实施实例。本申请旨在覆盖任何改变和本发明所讨论的各种具体实施实例。因此本发明仅由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种定子液冷且转子磁钢内置式的盘式轮毂电动机，其特征在于，所述电动机包括定子组件（st100）、驱动端转子组件（ro200）、非驱动端转子组件（ro300）、旋转变压器（re400）；所述驱动端转子组件（ro200）包括磁钢（ro206），该磁钢（ro206）外圆周及底面涂覆有磁钢底面胶，使用磁钢支架（ro205）定位所述磁钢（ro206），在所述磁钢（ro206）外侧安装有主磁极（ro207）和漏磁极（ro209），所述主磁极（ro207）、漏磁极（ro209）通过螺钉固定到所述磁钢支架（ro205）上，转子铁芯（ro203）通过螺钉固定到所述磁钢支架（ro205）上，驱动端端盖（ro202）通过螺钉固定到所述转子铁芯（ro203）上；驱动端轴承座（st113）通过螺钉固定到支撑骨架（st107）上，非驱动端轴承座（st114）为分半结构，蛇型冷却水道（st115）放置在所述支撑骨架（st107）与所述非驱动端轴承座（st114）之间，一侧端面通过所述驱动端轴承座（st113）轴向定位，另一侧端面通过轴承外盖（st116）轴向定位，并布置有冷却液入口（st119）和冷却液出口（st120）；所述定子组件（st100）包括定子铁芯（st101），该定子铁芯（st101）的外壁面套有定子绕组（st102），所述定子绕组（st102）塑封有环氧树脂。

2.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于，通过一对背对背设置的角接触球轴承（ro214）、角接触轴承（ro215）实现所述定子组件（st100）与非驱动端转子组件（ro300）和驱动端转子组件（ro200）的相对运动。

3.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于，所述蛇型冷却水道（st115）中的冷却液采用50%水和50%乙二醇体积比混合而成。

4.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于，所述电动机的驱动端端盖（ro202）、机座（1）、非驱动端端盖（ro310）采用6082系列铝合金，并进行阳极氧化发黑处理。

5.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于，所述磁钢（ro206）的每块单体采用分块设计，由4块等高的梯形小磁钢组成。

6.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于，所述非驱动端转子组件（ro300）的非驱动端端盖（ro310）内部设置有唇形密封（ro309），所述唇形密封（ro309）与所述定子组件（st100）中的轴承外盖（st116）相接触。