CN111181284B - 一种盘式轮毂驱动电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种盘式轮毂驱动电机。包括定子组件和转子组件；定子组件包括环状的定子固定架、若干定子单元、固定轴和轴状法兰，转子组件包括前法兰、磁轭和永磁体等；改进在于：所述定子固定架包括环状的外固定架和环状的内水套，且外固定架套设在内水套的外圆周上；外固定架包括固定环和若干翅片，若干翅片呈放射状均布设于固定环的外圆周上；每片翅片内开设有U形水道；所述若干定子单元分别对应固定设于相邻二块翅片之间。工作时，每片翅片内的U形水道中的冷却液循环流动带走定子单元上产生的热量。本发明将电机的冷却水路直接和电机的绕组相接触，有效增加电机绕组的散热面积和减小电机热路传导热阻，有效提高电机的散热功率，其功率密度大于6kW/kg。

Description

一种盘式轮毂驱动电机

技术领域

本发明属于电动机技术领域，具体涉及一种用于新能源汽车的轮毂驱动电机。

背景技术

轴向磁通分块铁心无磁轭电机属于盘式电机的一种，由于其独特的拓扑结构，具有功率密度高，效率高等优点，很适合轮毂驱动这种对电机体积和重量要求严格的应用场合。但是由于该种电机不存在磁轭，很难集成冷却***。目前是通过在集中绕组单元背部集成铜管的方式进行散热，如图12所示。但是，该种冷却方式铜管和绕组的接触面积小，散热效率低，严重限制了电机的输出功率。根据文献报道，目前采用该种冷却方式的轴向磁通分块铁心无磁轭电机功率密度一般小于4kW/kg。

发明内容

为了实现有效增加电机绕组的散热面积和减小热路热阻，有效提高电机的散热功率，通过结构改进，本发明提供一种盘式轮毂驱动电机。

本发明在电机绕组单元中间布置翅片结构，绕组和翅片结构贴合，翅片内部开有水道；水道中的冷却液可以有效将绕组上产生的热量带走。

一种盘式轮毂驱动电机包括定子组件1和转子组件2；定子组件1包括环状的定子固定架、若干定子单元、固定轴17和轴状法兰16，每个定子单元包括定子铁心、定子线圈绕组和固定卡子；转子组件2包括前法兰、磁轭、永磁体、外壳和后法兰；使用时，定子组件1固定安装在车身底盘上；转子组件2固定安装在轮毂上，转子组件2相对于定子组件1旋转时带动车轮一同旋转，改进在于：

所述定子固定架包括环状的外固定架19和环状的内水套18，且外固定架19套设有内水套18的外圆周上；

所述外固定架19包括固定环和若干翅片191，若干翅片191均布设于固定环的外圆周上，呈放射状；每片翅片191内开设有U形水道192，U形水道192的两端口贯通固定环的内圆周；所述若干定子单元分别对应固定设于相邻二块翅片191之间；

所述内水套18的外圆周径向上分别开设有同轴的环状的第一水槽181和环状的第二水槽186；所述第一水槽181的槽口和第二水槽186槽口均位于内水套18的外圆周上；所述第一水槽181的下部设有进水口184，第一水槽181的槽口对应连通着U形水道192的一个端口；所述第二水槽186的下部设有出水口185；第二水槽186的槽口对应连通着U形水道192的另一个端口；

所述轴状法兰16的轴向开设有贯通轴向的进水管15和出水管151，所述进水口中184的另一端连通着轴状法兰16的进水管15；所述出水口中185的另一端连通着轴状法兰16的出水管151；

工作时，每片翅片191内的U形水道192中的冷却液循环流动带走定子单元上产生的热量。

进一步限定的技术方案如下：

所述外固定架19的固定环上均布设有十八片翅片191，十八片翅片191中的U形水道192分成三组，六个U形水道192组成一组；所述第一水槽181和第二水槽186内分别由三块隔板183分割出容积相同的三个水室，所述水室均为扇形，且第一水槽181内的三个水室和第二水槽186的三个水室错开120度角；一组U形水道与一个水室对应。所述第一水槽181内的一个水室再由隔板分割出一个进水室和一个出水室；所述进水室的下部连通着进水管184的一端，进水室的槽口处对应连通着三个U形水道192的一个端口，三个U形水道192的另一个端口连通着第二水槽186内的相应水室；所述出水室的下部连通着出水管185的一端，出水室的槽口处对应连通着另三个U形水道192的一个端口，另三个U形水道192的另一个端口连通着第二水槽186内的相应水室；所述第一水槽181内的第二个水室的槽口对应连通着第二组的六个U形水道192的一个端口，第二组的六个U形水道192的另一个端口连通着第二水槽186内的相应水室；所述第一水槽181内的第三个水室的槽口对应连通着第三组的六个U形水道192)的一个端口，第三组的六个U形水道192的另一个端口连通着第二水槽186内的相应水室；实现三路并联的水冷结构。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1.本发明将电机的冷却水路直接和电机的绕组相接触，可以有效增加电机绕组的散热面积和减小电机热路传导热阻，从而有效提高电机的散热功率，其功率密度大于6kW/kg。

2.本发明结构设计合理，散热翅片既可以起到固定定子铁心和绕组的作用，又可以对电机绕组进行散热。

3.与传统液冷电机相比，该种电机不需要先将绕组上产生的热量传导到定子铁心，再通过定子铁心传导到液冷壳体，而是将热量直接传导到液冷壳体上。该种电机可以有效减小定子绕组和液冷管路之间的热阻，提高电机的散热效率，从而可以提高输出功率。

4.传统的轮毂电机输出功率65kw，扭矩700Nm，电机整机重量为37kg，而采用本发明中的电机，在输出功率和扭矩保持相同的前提下，电机整机重量仅为22.5kg，而电机有效重量仅为9.5kg，因此采用本发明中的电机，可以有效提高电机的功率密度。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为定子组件的装配图；

图3为图2的右视图；

图4为转子组件的装配图；

图5为外固定架结构示意图；

图6为内水套结构示意图；

图7为图6的径向剖视图；

图8为外固定架和内水套的第一水槽的径向对应剖视图；

图9为外固定架和内水套的第二水槽的径向对应剖视图；

图10为冷却液在内水套和外固定架之间流动路径的展开示意图；

图11为外固定架的径向剖视图；

图12为现有技术的盘式轮毂电机结构示意图。

上图中序号：定子组件1、转子组件2、前轴承3、后轴承4、角度传感器5、定子铁心11、定子线圈绕组12、固定卡子13、碳纤维固定板14、进水管15、出水管151、轴状法兰16、固定轴17、内水套18、外水套19、前法兰21、磁轭22、永磁体23、外壳24、后法兰25、第一水槽181、层间隔板182、层内隔板183、进水管184、出水管185、第二水槽186、翅片191、进出水道192。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。

实施例1

传统的盘式轮毂电机，电机重量26kg，峰值功率55kW，外形尺寸Φ240mm×140mm，峰值扭矩120Nm，电机功率密度2.12kW/kg。

本实施例的盘式轮毂电机，其它结构与现有的盘式轮毂电机保持一致，只改进冷却***，电机重量22kg，峰值功率135kW，峰值扭矩300Nm，电机的功率密度6.1kW/kg。

参见图1，一种盘式轮毂驱动电机包括定子组件1和转子组件2；定子组件1包括环状的定子固定架、若干定子单元、固定轴17和轴状法兰16；参见图3，每个定子单元包括定子铁心11、定子线圈绕组12和固定卡子13。参见图4，转子组件2包括前法兰21、磁轭22、永磁体23、外壳24和后法兰25。使用时，定子组件1固定安装在车身底盘上；转子组件2固定安装在轮毂上，转子组件2相对于定子组件1旋转时带动车轮一同旋转；改进在于：

参见图2，定子固定架包括环状的外固定架19和环状的内水套18，且外固定架19套设有内水套18的外圆周上。

参见图5，外固定架19包括固定环和十八片翅片191，十八片翅片191均布安装于固定环的外圆周上，呈放射状；每片翅片191内开设有U形水道192，U形水道192的两端口贯通固定环的内圆周，见图11。若干定子单元分别对应固定安装于相邻二块翅片191之间，见图3。

参见图6，内水套18的外圆周径向上分别开设有同轴的环状的第一水槽181和环状的第二水槽186。第一水槽181的槽口和第二水槽186的槽口均位于内水套18的外圆周上。第一水槽181的下部联通着进水口184的一端，第一水槽181的槽口对应连通着U形水道192的一个端口；第二水槽186的下部联通着出水口185的一端；第二水槽186的槽口对应连通着U形水道192的另一个端口。

第一水槽181和第二水槽186内分别由三块层内隔板183分割出容积相同的三个水室，所述水室均为扇形；第一水槽181内的三个水室和第二水槽186的三个水室错开120度角。十八片翅片191中的U形水道192分成三组，六个U形水道192组成一组，一组U形水道与一个水室对应。参见图7，第一水槽181内的一个水室再由层内隔板183分割出一个进水室和一个出水室。参见图8和图9，进水室的下部连通着进水口中184的一端，进水室的槽口处对应连通着三个U形水道192的一个端口，三个U形水道192的另一个端口连通着第二水槽186内的相应水室。出水室的下部连通着出水口185的一端，出水室的槽口处对应连通着另三个U形水道192的一个端口，另三个U形水道192的另一个端口连通着第二水槽186内的相应水室。第一水槽181内的另两个水室的槽口处分别对应连通着六个U形水道192的一个端口，六个U形水道192的另一个端口连通着第二水槽186内的相应水室；实现三路并联的水冷结构。

参见图2，轴状法兰16的外侧分别设有贯通轴向的进水管15和出水管151，进水口中184的另一端连通着轴状法兰16的进水管15；出水口中185的另一端连通着轴状法兰16的出水管151。

工作时，轴状法兰16的进水管15和出水管151串联在所述电机的冷却水路中。参见图10，冷却液从进水管15一侧流入，先进入内水套18，由于层内隔板183和层间隔板182作用，冷却液经过外固定架19的翅片上的U形水道192，再由内水套18的两层水槽即第一水槽181和第二水槽186中交替流动，最终冷却液从出水管151一侧流出。图1中虚线为冷却液流动的路线图。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。

实施例2：

本实施例的盘式轮毂电机，其它结构与传统的盘式轮毂电机保持一致，只改进冷却***，结构同实施例1，尺寸不同；重量15kg，峰值功率92kW，电机的功率密度6.1kW/kg。

不具有改进结构、其它部分结构相同的传统的盘式轮毂电机，电机重量17kg，峰值功率48kW，电机功率密度2.8kW/kg。

Claims (1)

1.一种盘式轮毂驱动电机，包括定子组件（1）和转子组件（2）；定子组件（1）包括环状的定子固定架、若干定子单元、固定轴（17）和轴状法兰（16），每个定子单元包括定子铁心、定子线圈和固定卡子；转子组件（2）包括前法兰、磁轭、永磁体、外壳和后法兰；使用时，定子组件（1）固定安装在车身底盘上；转子组件（2）固定安装在轮毂上，转子组件（2）相对于定子组件（1）旋转时带动车轮一同旋转，其特征在于：

所述定子固定架包括环状的外固定架（19）和环状的内水套（18），且外固定架（19）套设在内水套（18）的外圆周上；

所述外固定架（19）包括固定环和若干翅片（191），若干翅片（191）均布设于固定环的外圆周上，呈放射状；每片翅片（191）内设有U形水道（192），U形水道（192）的两端口贯通固定环的内圆周上；所述若干定子单元分别对应固定设于相邻二块翅片（191）之间；

所述内水套（18）的外圆周径向分别开设有同轴的环状的第一水槽（181）和环状的第二水槽（186）；所述第一水槽（181）的槽口和第二水槽（186）槽口均位于内水套（18）的外圆周上；所述第一水槽（181）的下部联通着进水口中（184）的一端，第一水槽（181）的槽口对应连通着U形水道（192）的一个端口；所述第二水槽（186）的下部联通着出水口（185）的一端；第二水槽（186）的槽口对应连通着U形水道（192）的另一个端口；

所述轴状法兰（16）的轴向开设有贯通轴向的进水管（15）和出水管（151），所述进水口（184）的另一端连通着轴状法兰（16）的进水管（15）；所述出水口（185）的另一端连通着轴状法兰（16）的出水管（151）；

工作时，轴状法兰（16）的进水管（15）和出水管（151）串联着电机的冷却水路，每片翅片（191）内的U形水道（192）中的冷却液循环流动带走定子单元上产生的热量；

所述外固定架（19）的固定环上均布设十八片翅片（191），十八片翅片（191）中的U形水道（192）分成三组，六个U形水道（192）组成一组；所述第一水槽（181）和第二水槽（186）内分别由三块隔板（183）分割出容积相同的三个水室，所述水室均为扇形，且第一水槽（181）内的三个水室和第二水槽（186）的三个水室错开120度角；一组U形水道与一个水室对应；所述第一水槽（181）内的一个水室再由隔板分割出一个进水室和一个出水室；所述进水室的下部连通着进水管（184）的一端，进水室的槽口处对应连通着三个U形水道（192）的一个端口，三个U形水道（192）的另一个端口连通着第二水槽（186）内的相应水室；所述出水室的下部连通着出水管（185）的一端，出水室的槽口处对应连通着另三个U形水道（192）的一个端口，另三个U形水道（192）的另一个端口连通着第二水槽（186）内的相应水室；所述第一水槽（181）内的第二个水室的槽口对应连通着第二组的六个U形水道（192）的一个端口，第二组的六个U形水道（192）的另一个端口连通着第二水槽（186）内的相应水室；所述第一水槽（181）内的第三个水室的槽口对应连通着第三组的六个U形水道（192）的一个端口，第三组的六个U形水道（192）的另一个端口连通着第二水槽（186）内的相应水室；实现三路并联的水冷结构。

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