CN206195481U - 一种基于弹性力学模型进行凹槽设计的电机定子壳体组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于弹性力学模型进行凹槽设计的电机定子壳体组件，与现有技术相比解决了电机定子壳体安装结构无法满足实际使用需要的缺陷。本实用新型包括定子和壳体，定子过盈装配在壳体内，所述定子的外侧面上设有凹槽，凹槽与定子的轴线相平行，凹槽基于定子的径向俯视呈长方形，凹槽基于定子的轴向俯视呈扇环形。本实用新型通过在定子外圆上增加了填充导热胶的凹槽设计，保证了电机工作的稳定性和安全性。

Description

一种基于弹性力学模型进行凹槽设计的电机定子壳体组件

技术领域

本实用新型涉及电动汽车电机技术领域，具体来说是一种基于弹性力学模型进行凹槽设计的电机定子壳体组件。

背景技术

在“环境污染”和“能源危机”的双重压力下，开发节能环保的新能源汽车已成为当今世界汽车工业未来的发展方向。电机作为新能源汽车的关键零部件，是推动新能源汽车发展的核心技术之一。

当前新能源汽车电机中定子壳体单元主要依靠过盈量进行装配固定从而传递扭矩，具体步骤为首先将壳体加热使其膨胀，然后将定子压入壳体，待定子壳体单元冷却至室温，通过定子与壳体接触面的过盈量来进行紧固。电机正常工作时，通过定子与壳体之间的静摩擦抵消转子的反作用扭矩。

该装配结构和方式存在以下不足：

1、定子与壳体装配面导热系数低，散热效果差；2、定子与壳体装配面通过过盈量相互挤压变形，装配面间易产生间隙，降低了装配的稳定性；3、定子与壳体进行过盈装配，影响了结构的圆度，增加了电机的振动与噪音；4、在极寒条件下，壳体遇冷收缩，此时壳体与定子装配面在极寒下进一步挤压变形，易使壳体涨裂。

因此如何设计出一种新的装配结构保证电机工作的稳定性和安全性已经成为急需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中电机定子壳体安装结构无法满足实际使用需要的缺陷，提供一种基于弹性力学模型进行凹槽设计的电机定子壳体组件来解决上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种基于弹性力学模型进行凹槽设计的电机定子壳体组件，包括定子和壳体，定子过盈装配在壳体内，

所述定子的外侧面上设有凹槽，凹槽与定子的轴线相平行，凹槽基于定子的径向俯视呈长方形，凹槽基于定子的轴向俯视呈扇环形。

所述凹槽的数量为若干个，若干个凹槽在定子的外侧面上呈等分圆周布置。

所述凹槽的数量大于3个，凹槽的深度为相邻凹槽间的定子弧长的十分之一。

所述的凹槽内均填充有导热胶。

有益效果

本实用新型的一种基于弹性力学模型进行凹槽设计的电机定子壳体组件，与现有技术相比通过在定子外圆上增加了填充导热胶的凹槽设计，保证了电机工作的稳定性和安全性，并通过力学模型给出了凹槽的具体设计方法，具有结构简单、易于实现的特点。

其具有以下优点：

1、通过凹槽中导热胶的设计，使得其具备优异的导热性能，能够改善定子与壳体的接触热阻；

2、定子与壳体过盈装配后，接触面相互挤压，部分导热胶会被挤出进入到接触面的间隙中，增大了有效接触面积，巩固了定子与壳体之间的连接和散热效果；

3、导热胶具有良好的防震性和吸振性，有利于减小电机的振动与噪音；

4、极寒条件下，壳体收缩挤压定子，此时凹槽为定子预留了一定的变形空间，降低了因过盈配合导致壳体涨裂的风险。

附图说明

图1为本实用新型的径向结构示意图；

图2为图1的A-A向结构剖视图；

图3为本实用新型所涉及的方法顺序图；

其中，1-定子、2-壳体、3-导热胶、4-凹槽。

具体实施方式

为使对本实用新型的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图1和图2所示，本实用新型所述的一种基于弹性力学模型进行凹槽设计的电机定子壳体组件，包括定子1和壳体2，定子1过盈装配在壳体2内。定子1的外侧面上设有凹槽4，凹槽4为凹槽织构，凹槽4的设计为定子2预留了一定的变形空间，降低了在寒冷气候条件下因过盈配合导致壳体1涨裂的风险。但定子1为电动中的关键部件，其需要具有良好的强度以承受与转子配合使用时，能够传递大扭矩。因此在定子1上进行凹槽4的设计，其需要基于弹性力学模型而设计，凹槽4不能在定子1上随便设计布置。

同时，凹槽4的数量可以为多个，多个凹槽4在定子1的外侧面上呈等分圆周布置。多个凹槽4在定子1的外侧面上呈等分圆周布置的设计，也是基于定子1的强度和扭矩而考虑，例如，若定子1上两个凹槽4相邻过近，则两个凹槽4的相邻处容易在使用时出现断裂或破损，其可靠性大大降低。同样，基于弹性力学模型，在有多个凹槽4的设计中，凹槽4的具体尺寸也产生相应的变化。因此，基于弹性力学模型，凹槽4设计与定子1的轴线相平行，即凹槽4在定子1的轴向上。

凹槽4基于定子1的径向俯视呈长方形，如图1所示，从定子1径向的角度去看凹槽4，凹槽4呈长方形；凹槽4基于定子1的轴向俯视呈扇环形，如图2所示，从定子1轴向的角度去看凹槽4，凹槽4呈扇环形。凹槽4在定子1径向角度设计成长方形，其是为了保证定子1在凹槽4所处的部分，定子1的轴向上的扭距可以保持稳定，此外也使凹槽4便于加工。而凹槽4在定子1轴向角度设计成扇环形，其是为了保证凹槽4能够很好地配合定子1，保证其扭距，另外也便于弹性力学模型的建立。而在此凹槽4在定子1轴向角度设计成扇环形，如图2所示，其基于定子1的圆点处，形成了中心角θ，可以根据弹性力学模型在不同扭矩要求下设计出中心角θ。

基于圣维南原理，凹槽4的数量在大于3个的情况下，凹槽4的深度为相邻凹槽4间的定子1弧长的十分之一，该设计可以降低了凹槽对力学模型边界条件的影响，保证了力学模型计算的准确性。在凹槽4内均填充有导热胶3，导热胶3的好处在于巩固了定子与壳体之间的连接和散热效果、具有良好的防震性和吸振性，而正是因为定子1上凹槽4的合理设计，在满足定子1扭矩需要的基础上，为导热胶3提供了容纳空间。在凹槽4的两端还可以与定子1的两端保留一定距离，即凹槽4在定子1上呈四周内陷结构，这样可以方便导热胶3的安装与存放。

当电机采用本实用新型的电机定子壳体单元的装配结构时，能够改善定子1与壳体2的接触热阻，增大了有效接触面积，巩固了定子1与壳体2之间的连接，减小了电机的振动与噪音，降低了因过盈配合导致壳体2涨裂的风险，保证了电机工作的稳定性和安全性，且结构简单，易于实现。

定子壳体单元主要由壳体2以及位于壳体2内部的定子1(定子铁芯)组成，基于弹性力学模型，通过给定的过盈量ε、电机转矩T、凹槽个数n、定子和壳体轴向接触长度等参数，可以求得单个凹槽在定子1的中心角θ的取值范围，从而确定定子1外圆上等分圆周分布的凹槽4的尺寸。如图3所示，一种基于弹性力学模型进行凹槽设计的电机定子壳体组件的凹槽设计方法，以凹槽4周向边界的延长线经过定子1的圆心、对定子1与壳体2接触的区域进行分析，其包括以下步骤：

第一步，计算参数的设置，设定相应的计算参数，通过此步骤建立壳体2径向的变形量ε₁与接触压强P之间的关系。如图2所示，设定定子1与壳体2接触面间的单边过盈量为ε，壳体2径向的变形量为ε₁，定子1径向的变形量为ε₂，定子1与壳体2配合的接触压强为P，凹槽个数为n，凹槽4基于定子的中心角为θ。

第二步，计算壳体2径向的变形量ε₁，此步骤是建立定子1径向变形量ε₂与接触压强P之间的关系。其计算公式如下：

其中：E₁为壳体2的弹性模量、μ₁为壳体2的泊松比、R₁为壳体2外圆半径、R为定子1的外圆半径、P为壳体2与定子1的接触压强。

第三步，计算定子1径向的变形量ε₂，其计算公式如下：

其中：E₂为定子1的弹性模量、μ₂为定子1的泊松比、R₂为定子1内圆半径、R为定子1的外圆半径、P为壳体2与定子1的接触压强。

第四步，将壳体2与定子1联合计算，通过联立方程组，约去未知参数ε₁、ε₂，将接触压强P用已知的设计参数来表示。

联立壳体2径向的变形量ε₁、定子1径向的变形量ε₂、定子1与壳体2配合的单边过盈量ε，其计算公式为：

ε＝ε₁+ε₂。

计算定子1与壳体2的接触压强p，计算公式如下：

其中：ε为定子1与壳体2配合的单边过盈量、R为定子1的外圆半径、E₁为壳体2的弹性模量、μ₁为壳体2的泊松比、R₁为壳体2外圆半径、E₂为定子1的弹性模量、μ₂为定子1的泊松比、R₂为定子1内圆半径。

第五步，计算定子与壳体过盈配合后能够传递的最大扭矩T′，通过第四步中计算得到的接触压强P和已知的设计参数来建立定子、壳体配合后所能传递的最大扭矩与未知参数θ的关系。

其计算公式如下：

T′＝(2π-nθ)uplR²，

其中：θ为单个凹槽织在圆周截面上的中心角、u为定子与壳体接触的静摩擦系数、l为定子与壳体轴向的接触长度、n为凹槽个数、R为定子1的外圆半径、P为壳体2与定子1的接触压强。

在此，建立了基于定子与壳体过盈配合后能够传递的最大扭矩T′与θ的方程式，根据实际需要的最大扭矩T，则可以确定θ的值。

第六步，计算凹槽4基于定子1的中心角θ，根据电机设计传递的最大扭矩T，以保证电机正常工作为前提，建立T′与T的关系，结合第五步中θ与T′的关系，进而求出θ的取值范围。即利用电机正常工作下输出的最大扭矩为T计算出凹槽4基于定子1的中心角θ。其具体步骤如下：

(1)设定要求电机正常工作下输出的最大扭矩为T，最大扭矩T根据电动汽车对电机的实际要求来定。

(2)获取定子与壳体配合后所能传递的最大扭矩值T′，且满足T′≥T。满足T′≥T的目的是，在进行了凹槽设计后的定子1，其要满足设计要求的最大扭矩T，根据这个要求，确定凹槽具体尺寸数值的设计。

(3)计算中心角θ的取值范围，其计算公式如下：

其中，T为设计要求电机正常工作下输出的最大扭矩、ε为定子1与壳体2配合的单边过盈量、u为定子与壳体接触的静摩擦系数、l为定子与壳体轴向的接触长度、n为凹槽个数、R为定子1的外圆半径、E₁为壳体2的弹性模量、μ₁为壳体2的泊松比、R₁为壳体2外圆半径、E₂为定子1的弹性模量、μ₂为定子1的泊松比、R₂为定子1内圆半径。

如图2所示，计算出中心角θ后，通过等分圆周布置的凹槽4，设计出凹槽4具体的尺寸，使得在定子1的表面设计凹槽4后，还可以满足实际的设计最大扭矩T的需要。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种基于弹性力学模型进行凹槽设计的电机定子壳体组件，包括定子（1）和壳体（2），定子（1）过盈装配在壳体（2）内，其特征在于：

所述定子（1）的外侧面上设有凹槽（4），凹槽（4）与定子（1）的轴线相平行，凹槽（4）基于定子（1）的径向俯视呈长方形，凹槽（4）基于定子（1）的轴向俯视呈扇环形。

2.根据权利要求1所述的一种基于弹性力学模型进行凹槽设计的电机定子壳体组件，其特征在于：所述凹槽（4）的数量为若干个，若干个凹槽（4）在定子（1）的外侧面上呈等分圆周布置。

3.根据权利要求2所述的一种基于弹性力学模型进行凹槽设计的电机定子壳体组件，其特征在于：所述凹槽（4）的数量大于3个，凹槽（4）的深度为相邻凹槽（4）间的定子（1）弧长的十分之一。

4.根据权利要求2所述的一种基于弹性力学模型进行凹槽设计的电机定子壳体组件，其特征在于：所述的凹槽（4）内均填充有导热胶（3）。