CN102738921A - 一种水冷式轮毂电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车用的水冷式轮毂电机，适用于电动汽车的水冷式外转子轮毂电机。它采用外转子与前后端盖共同构成转子总成。电机定子部分由定子与定子支架两部分构成。定子支架由前后端盖和内设有循环水套的支架本体构成。定子支架外圈与定子铁心的内孔嵌在一起组定子总成。定子支架内孔与电机轴连接。电机轴加工有中心孔，并在前端沿径向加工有若干孔，径向孔与轴向孔相通，用于电缆与冷却水管的引出。定子支架设有冷却液的进液和出液槽，沿径向加工有用于安装冷却液管的孔。冷却液管通过电机轴的径向孔与轴向中心孔引出。本发明通过水冷系统提高轮毂电机散热能力，从而使其输出功率与转矩大幅提高，同时这种电机非常方便与整车实现集成。

Description

一种水冷式轮毂电机

技术领域

本发明涉及电动汽车用的水冷式轮毂电机，属电动汽车用电机技术领域。

背景技术

电动汽车包括混合动力汽车、燃料电池汽车、纯电动汽车等，它具有节能、环保的特点，是新一代汽车技术的发展方向。目前所开发的电动汽车一般是在传统汽车底盘中通过改造动力传动系而成。如混合动力汽车是通过在传动系中加入驱动电机并借助动力合成器实现动力合成而驱动汽车。燃料电池汽车则是燃料电池输出的电能及辅助能源的电能给驱动电机提供动力驱动汽车。纯电动汽车则是通过动力电池为驱动电机提供电能驱动汽车。在所有电动汽车构型方案中，采用将电机直接与车轮集成的方案，即轮毂电机驱动方案或者称为“电动轮”，是最有利于整车性能提升的。轮毂电机驱动技术是提高电动汽车性能的一项关键技术，它给汽车带来巨大优势，使整车结构得到简化，各轮驱动力仅通过驱动电机即可实现独立控制而不必像传统汽车那样要对整车动力传动系及制动系进行综合控制才能实现车轮驱动力控制，轮毂电机驱动技术可以较低成本实现性能更好的汽车底盘控制技术并实现传统汽车底盘所无法实现的某些先进技术。

轮毂电机驱动技术在国外民用车领域已开始进入产品应用阶段。国外主要汽车公司均开发了轮毂电机驱动汽车。国内轮毂电机驱动电动汽车处于技术研究阶段。采用轮毂电机驱动的混合动力汽车技术已成为新一代军用车辆动力驱动技术的重要发展方向。美国、德国、法国、日本等均在进行军用混合动力技术的研究，无一例外的均采用了轮毂电机驱动+混合动力的方案。可见采用轮毂电机驱动已成为未来新一代电动汽车驱动系统发展的重要方向。而轮毂电机则是该技术的关键总成，其与一般的电动汽车驱动电机相比，工作环境恶劣，要求有很大的驱动转矩，导致电机工作电流很大，目前国内外开发的很多轮毂电机均采用风冷结构，由于散热条件差，导致轮毂电机输出功率与转矩均不满足整车要求，阻碍了电动汽车轮毂电机驱动技术的进步。本发明提出了一种结构紧凑，适用于电动汽车的水冷式轮毂电机结构。

发明内容

本发明的目的是提出一种适用于电动汽车的水冷式轮毂电机，通过水冷系统提高轮毂电机散热能力，从而使其输出功率与转矩得到大幅提高，达到电动汽车整车性能要求。同时这种电机方便与整车实现集成。

本发明的所述的轮毂电机采用外转子水冷式结构，外转子与前后端盖共同构成转子总成。电机定子总成由定子与定子支架两部分构成。定子支架由前后端盖和内设有循环水套的支架本体构成。定子支架外圈与定子铁心的中心孔嵌在一起组定子总成。定子支架内孔与电机轴轴颈配合并通过螺钉连接在一起。电机轴加工有中心孔，并在前端沿径向加工有若干孔，用于电缆与冷却水管的引出。冷却水管安装在定子支架上的进液孔与出液孔上并通过电机轴的中心孔引出电机之外。电机动力电缆与信号线等亦通过电机轴中心孔引出电机之外。

本发明的具体技术方案结合附图说明如下。

一种水冷式轮毂电机，包括转子总成和定子总成两部分，所述转子总成由转子铁心10、永磁体9和电机前后端盖5、12构成，所述转子铁心10为中空的圆柱形结构，永磁体9安装在转子铁心10内孔表面上，转子铁心10与电机前后端盖5、12螺钉连接，转子总成通过前后端轴承4、15支撑在电机轴2上；所述定子总成由定子铁心8和定子支架6两部分构成，定子支架6由定子支架前后端盖7、13和内设有循环水套的支架本体构成，定子支架6外圈与定子铁心8的内孔嵌在一起，定子支架本体中心孔30与电机轴轴颈52配合并用螺钉III16固定连接在一起，定子支架6上加工有冷却液进液孔与出液孔，冷却液管通过这两个孔连接水套，冷却液管经电机轴径向孔17与电机轴中心孔18引出至电机外部。

所述的电机轴2沿轴向中心线加工有电机轴中心孔18，并在靠近电机前端部位加工有若干个电机轴径向孔17，电机轴径向孔17与电机轴中心孔18相通，用于电机动力电缆、信号线与冷却水管的引出。

所述定子支架6的前端面上设有内外两圈螺纹孔，即定子支架前端面的螺纹孔28，后端面上设有一圈螺纹孔，即定子支架本体后端面的螺纹孔29，分别用于连接定子支架前后端盖7、13，定子支架6前后端面上设有环状水套和与环状水套相连的进回水槽24，在进回水槽24相应位置沿轴向各加工一个进回水槽轴向通孔23，分别用于连接进水管与回水管。

所述定子铁心8外圈设置若干个水套前后端面贯通槽27、31，用于布置定子绕组，内圈设置若干定子铁心内圈螺纹孔33用于与定子支架后端盖13的外圈通孔45配合并利用螺钉将之连接在一起，定子铁心8设置一中心孔用于与定子支架外圈配合。

所述电机后端盖12沿径向的外圈设置若干电机后端盖通孔35，并沿通孔所在分布圆加工一电机后端盖环形槽38，用于与转子铁心10后端面配合定位，电机后端盖12中心加工有电机后端盖轴承安装孔37，在电机后端盖沿轴向后端面设置凸台，并在凸台上加工若干电机后端盖螺纹孔36，用于采用螺栓连接汽车制动系统的制动盘或制动鼓。

所述电机前端盖5沿径向的外圈设置若干电机前端盖通孔42，并沿通孔所在分布圆加工一电机前端盖环形槽43，用于与转子铁心前端面配合定位，电机前端盖5中心加工有电机前端盖轴承安装孔39，该轴承安装孔外圈加工若干电机前端盖轮胎螺栓孔41，用于安装轮胎螺栓，轴承安装孔所处的凸台上加工一电机前端盖凸肩40，用于与轮胎螺栓头的切口配合，防止轮胎螺栓转动，电机前端盖5的前端面内圈加工若干电机前端盖螺纹孔44，用于预留安装轮毂电机的转子位置编码器或旋转变压器。

所述定子支架前端盖7为环状平板结构，内外圈分别加工有若干通孔，即定子支架前端盖内外圈通孔47、48，该通孔用于与定子支架本体前端面螺纹孔28连接，并将定子支架前端盖7固定在定子支架本体上，所述定子支架后端盖13亦为环状平板结构，内外圈分别加工有若干通孔，即定子支架后端盖内外圈通孔46、45，该通孔用于与定子支架本体后端面螺纹孔29及定子铁芯内圈螺纹孔33连接，并将定子支架后端盖13固定在定子支架6上。

所述轴承固定挡圈3为带凸缘的法兰结构，沿轴颈交替加工有3个沉头通孔54和3个通孔53，通孔53与电机轴径向通孔17的位置相对应，用于通过电机定子铁芯8的供电电缆、转子位置测试信号线束及冷却水管，沉头通孔54与电机轴径向螺纹孔51相对应，用于安装沉头螺钉将轴承固定挡圈3与电机轴2固定。

所述转子总成的转子铁心10前后端面均加工有若干螺纹孔55，用于与电机前后端盖的通孔42、35配合，并通过螺钉II11将转子总成与电机前后端盖连接固定为一体，转子铁心前后端面与电机前后端盖的环形槽43、38配合定位。

循环水套位于定子支架6内，水套结构由沿定子支架轴向的水套轴向槽26、水套前后端面贯通槽27、31和进回水槽24、进回水槽轴向通孔23组成，轴向槽沿分布圆均布，进水槽将相邻径向槽贯通，出水槽亦采用相同结构将相邻两径向槽贯通。其它相邻径向槽按前后端面间隔依次采用水套前后端面贯通槽27、31贯通，进出水槽为对称结构，电机进出水口可互换。

本发明提出一种适用于电动汽车的水冷式外转子轮毂电机，通过水冷系统提高轮毂电机散热能力，从而使其输出功率与转矩得到大幅提高，达到电动汽车整车性能要求。同时这种电机非常方便与整车实现集成。

附图说明

图1电机总成结构图。

图2定子支架示意图，其中：

图2(a)定子支架前端主视图；

图2(b)是图2(a)的A-A向视图；

图2(c)定子支架后端主视图；

图2(d)是图2(c)的B-B向视图。

图3定子铁心结构图。

图4(a)电机后端盖结构图；

图4(b)是图4(a)的侧视图。

图5(a)电机前端盖结构图；

图5(b)是图5(a)的侧视图。

图6(a)定子后端盖；

图6(b)是图6(a)的侧视图。

图7(a)定子前端盖；

图7(b)是图7(a)的侧视图。

图8(a)电机心轴；

图8(b)是图8(a)剖面图；

图8(c)是图8(a)A-A向视图。

图9(a)轴承固定挡圈；

图9(b)是图9(a)C-C向视图。

图10(a)转子铁心；

图10(b)是图10(a)A-A向视图。

图11定子支架水套结构示意图

图中：1.螺钉I 2.电机轴 3.轴承固定挡圈 4.前端轴承 5.电机前端盖 6.定子支架 7.定子支架前端盖 8.定子铁芯 9.永磁体 10.转子铁心 11.螺钉II 12.电机后端盖 13.定子支架后端盖 14.密封圈 15.后端轴承 16.螺钉III 17.电机轴径向孔 18.电机轴中心孔 19.健槽20螺钉IV 21.螺钉V 22.螺钉VI 23.进回水槽轴向通孔 24.进回水槽 25.定子支架本体轴向通孔 26.水套轴向槽 27.水套前端面贯通槽 28.定子支架本体前端面螺纹孔 29.定子支架本体后端面螺纹孔 30.定子支架本体中心孔 31.水套后端面贯通槽 32.定子铁芯齿槽 33.定子铁芯内圈螺纹孔 34.定子铁芯中心孔 35.电机后端盖通孔 36.电机后端盖螺纹孔 37.电机后端盖轴承安装孔 38.电机后端盖环形槽 39.电机前端盖轴承安装孔 40.电机前端盖凸肩 41.电机前端盖轮胎螺栓孔 42.电机前端盖通孔 43.电机前端盖环形槽 44.电机前端盖螺纹孔 45.定子支架后端盖外圈通孔 46.定子支架后端盖内圈通孔 47.定子支架前端盖内圈通孔 48.定子支架前端盖外圈通孔 49.电机轴轴向螺纹孔 50.电机轴前端螺纹孔 51.电机轴径向螺纹孔 52.电机轴轴颈 53.通孔 54.沉头通孔 55.螺纹孔

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体内容及其实施方式作进一步详细说明。

图1所示为本发明的轮毂电机总成结构。永磁体9粘贴在转子铁心10上，构成轮毂电机转子环状部分，环状部分与电机前端盖5、后端盖12用螺钉II11连接在一起，构成转子总成。转子总成通过前后端轴承4、15支承在电机轴2上。定子铁心8的内圈与定子支架本体6的外圈嵌在一起。定子支架前端盖7通过螺钉I1、螺钉VI22与定子支架本体连接固定。定子后端盖12通过螺钉IV20、螺钉V21分别与定子支架本体6和定子铁芯8的内圈孔相连接固定。电机的励磁绕组缠绕在定子铁心8的齿槽上，上述部件构成定子总成部分。定子支架本体6内设计有水套，定子支架前后端盖7、13具有对水套内的冷却液密封的作用。定子总成通过螺钉III16固定在电机轴2上。轴承固定挡圈3套在电机轴前端，用于对电机前端轴承4起到预紧与固定作用。同时固定挡圈3上开有径向的通孔53与电机轴2上相应的电机轴径向孔17对应，定子支架6内的冷却液通过进出水槽的孔与软管引出并通过轴承挡圈3和电机轴上的电机轴径向孔17及电机轴中心孔18引出到电机外部。同时轴承挡圈3径向加工有沉头通孔54，其位置与电机轴上的径向螺纹孔51位置对应，通过螺钉将轴承挡圈3与电机轴固定在一起。

图2所示为定子支架6结构示意图。前端面上设有内外两圈螺纹孔28，后端面设有一圈定子支架本体后端面螺纹孔29，分别用于连接定子支架前端盖7和后端盖13，定子支架6外圈沿轴向设有若干水套轴向槽26和与之相连的进回水槽24，在进、回水槽相应位置沿轴向各加工一个进回水槽轴向通孔23，分别用于连接进水管与回水管。相邻径向槽在定子支架前后端面位置依次两两通过水套前端面水套前后端面贯通槽27、31贯通。这里进水槽与回水槽为对称结构，电机进水口与回水口可互换。定子支架本体内圈沿轴向加工有若干定子支架本体轴向通孔25，位置与电机轴2上的电机轴轴向螺纹孔49对应，定子支架中心孔30与电机轴轴颈52配合，利用螺钉III 16将二者连接固定在一起。

图3所示为定子铁心8结构示意图。外圈设置若干轴向槽32，用于布置定子绕组。内圈设置若干定子铁心内圈螺纹孔33用于与定子支架后端盖外圈通孔45配合并利用螺钉将之连接在一起。定子铁心中心孔34用于与定子支架6外圈配合。

图4所示为电机后端盖12，沿径向的外圈设置若干电机后端盖通孔35，并沿通孔所在分布圆加工一电机后端盖环形槽38用于与转子铁心10后端面配合定位。电机后端盖12中心加工有电机后端盖轴承安装孔37。在电机后端盖的后端面沿轴向设置凸台，并在凸台上加工若干电机后端盖螺纹孔36用于连接汽车制动系统的制动盘或制动鼓。

图5所示为电机前端盖5，沿径向的外圈设置若干电机前端盖轮胎螺栓孔42，并沿通孔所在分布圆加工一电机前端盖环形槽43用于与转子铁心10前端面配合定位。电机前端盖5中心加工有电机前端盖轴承安装孔39。电机前端盖轴承安装孔39外圈加工若干通孔用于安装轮胎螺栓。轴承安装孔所处的凸台上加工一电机前端盖凸肩40用于与轮胎螺栓头的切口配合，防止轮胎螺栓转动。电机前端盖5的前端面内圈加工若干机前端盖螺纹孔44用于安装轮测量毂电机转子位置的编码器或旋转变压器而预留。

图6所示为定子支架后端盖13结构示意图。所述定子支架后端盖13为环状平板结构，内外圈分别加工有若干通孔：定子支架后端盖内外圈通孔46、45。通孔用于与定子支架6后端面的定子支架本体后端面螺纹孔29及定子铁芯的内圈螺纹孔33连接并将定子支架后端盖13固定在定子支架6上。

图7所示为定子自支架前端盖7结构示意图。所述定子支架前端盖7为环状平板结构，内外圈分别加工有若干定子支架前端盖内外圈通孔47、48，通孔用于与定子支架6前端面的螺纹孔28连接并将定子前端盖固定在定子支架6上。

图8所示为电机轴2结构示意图。轴上的键槽19用于通过平键与汽车悬架的轮轴孔相连。要说明的是这里也可以采用花键结构与轮轴孔相连。电机轴2沿轴向中心线加工有电机轴中心孔18，并在靠近电机前端部位加工有若干个电机轴径向孔17和径向螺纹孔51，电机轴径向孔17与轴向的电机轴中心孔18相通，用于电机动力电缆、信号线与冷却水管的引出。电机轴前端螺纹孔51用于固定轴承固定挡圈3。

图9所示为轴承固定挡圈3结构示意图。它起到轴承预紧与固定的作用，轴承固定挡圈3为带凸缘的法兰结构，在沿轴向的凸缘上交替加工有3个沉头通孔54和3个通孔53。通孔53与电机轴径向孔17的位置相对应用于通过电机定子铁芯的供电电缆、转子位置测试信号线束及冷却水管等。沉头通孔54与电机轴径向螺纹孔51相对应，用于利用沉头螺钉将轴承固定挡圈3与电机轴2固定。

图10所示为转子铁芯10结构示意图。由转子铁心10与永磁体9两部分构成。转子铁心10为中空的圆管形结构，其内孔表面安装有永磁体9。转子前后端面均加工有若干螺纹孔55，用于与电机前后端盖的通孔35、42配合并利用螺钉将转子总成与电机前后端盖连接固定为一体。转子本体前后端面与电机前后端盖的环形槽38、43配合定位。

图11所示为定子支架水套结构沿水套轴向槽分布圆的展开示意图。水套径向槽沿分布圆均布。如图2a所示进水槽将相邻轴向槽贯通，出水槽亦采用相同结构将相邻两水套轴向槽26贯通。同理其它相邻径向槽按图11所示结构按定子支架本体前后端面间隔依次采用水套前后端面贯通槽27、31贯通。冷却液流动方向如图11所示。

Claims (10)

1.一种水冷式轮毂电机，包括转子总成和定子总成两部分，其特征在于，所述转子总成由转子铁心(10)、永磁体(9)和电机前后端盖(5、12)构成，所述转子铁心(10)为中空的圆柱形结构，永磁体(9)安装在转子铁心(10)内孔表面上，转子铁心(10)与电机前后端盖(5、12)螺钉连接，转子总成通过前后端轴承(4、15)支撑在电机轴(2)上；所述定子总成由定子铁心(8)和定子支架(6)两部分构成，定子支架(6)由定子支架前后端盖(7、13)和内设有循环水套的支架本体构成，定子支架(6)外圈与定子铁心(8)的内孔嵌在一起，定子支架本体中心孔(30)与电机轴轴颈(52)配合并用螺钉III(16)固定连接在一起，定子支架(6)上加工有冷却液进液孔与出液孔，冷却液管通过这两个孔连接水套，冷却液管经电机轴径向孔(17)与电机轴中心孔(18)引出至电机外部。

2.根据权利要求1所述的一种水冷式轮毂电机，其特征在于，所述的电机轴(2)沿轴向中心线加工有电机轴中心孔(18)，并在靠近电机前端部位加工有若干个电机轴径向孔(17)，电机轴径向孔(17)与电机轴中心孔(18)相通，用于电机动力电缆、信号线与冷却水管的引出。

3.根据权利要求1所述的一种水冷式轮毂电机，其特征在于，所述定子支架(6)的前端面上设有内外两圈螺纹孔，即定子支架前端面的螺纹孔(28)，后端面上设有一圈螺纹孔，即定子支架本体后端面螺纹孔(29)，分别用于连接定子支架前后端盖(7、13)，定子支架(6)前后端面上设有环状水套和与环状水套相连的进回水槽(24)，在进回水槽(24)相应位置沿轴向各加工一个进回水槽轴向通孔(23)，分别用于连接进水管与回水管。

4.根据权利要求1所述的一种水冷式轮毂电机，其特征在于，所述定子铁心(8)外圈设置若干个水套前后端面贯通槽(27、31)，用于布置定子绕组，内圈设置若干定子铁心内圈螺纹孔(33)用于与定子支架后端盖(13)的定子支架后端盖外圈通孔(45)配合并利用螺钉将之连接在一起，定子铁心(8)设置一中心孔用于与定子支架外圈配合。

5.根据权利要求1所述的一种水冷式轮毂电机，其特征在于，所述电机后端盖(12)沿径向的外圈设置若干电机后端盖通孔(35)，并沿通孔所在分布圆加工一电机后端盖环形槽(38)，用于与转子铁心(10)后端面配合定位，电机后端盖(12)中心加工有电机后端盖轴承安装孔(37)，在电机后端盖沿轴向后端面设置凸台，并在凸台上加工若干电机后端盖螺纹孔(36)，用于采用螺栓连接汽车制动系统的制动盘或制动鼓。

6.根据权利要求1所述的一种水冷式轮毂电机，其特征在于，所述电机前端盖(5)沿径向的外圈设置若干电机前端盖通孔(42)，并沿通孔所在分布圆加工一电机前端盖环形槽(43)，用于与转子铁心前端面配合定位，电机前端盖(5)中心加工有电机前端盖轴承安装孔(39)，该轴承安装孔外圈加工若干电机前端盖轮胎螺栓孔(41)，用于安装轮胎螺栓，轴承安装孔所处的凸台上加工一电机前端盖凸肩(40)，用于与轮胎螺栓头的切口配合，防止轮胎螺栓转动，电机前端盖(5)的前端面内圈加工若干电机前端盖螺纹孔(44)，用于预留安装轮毂电机的转子位置编码器或旋转变压器。

7.根据权利要求1所述的一种水冷式轮毂电机，其特征在于，所述定子支架前端盖(7)为环状平板结构，内外圈分别加工有若干通孔，即定子支架前端盖内外圈通孔(47、48)，该通孔用于与定子支架本体前端面螺纹孔(28)连接，并将定子支架前端盖(7)固定在定子支架本体上，所述定子支架后端盖(13)亦为环状平板结构，内外圈分别加工有若干通孔，即定子支架后端盖内外圈通孔(46、45)，该通孔用于与定子支架本体后端面螺纹孔(29)及定子铁芯内圈螺纹孔(33)连接，并将定子支架后端盖(13)固定在定子支架(6)上。

8.根据权利要求1所述的一种水冷式轮毂电机，其特征在于，所述轴承固定挡圈(3)为带凸缘的法兰结构，沿轴颈交替加工有3个沉头通孔(54)和3个通孔(53)，通孔(53)与电机轴径向通孔(17)的位置相对应，用于通过电机定子铁芯(8)的供电电缆、转子位置测试信号线束及冷却水管，沉头通孔(54)与电机轴径向螺纹孔(51)相对应，用于安装沉头螺钉将轴承固定挡圈(3)与电机轴(2)固定。

9.根据权利要求1所述的一种水冷式轮毂电机，其特征在于，所述转子总成的转子铁心(10)前后端面均加工有若干螺纹孔(55)，用于与电机前后端盖的通孔(42、35)配合，并通过螺钉II(11)将转子总成与电机前后端盖连接固定为一体，转子铁心前后端面与电机前后端盖的环形槽(43、38)配合定位。

10.根据权利要求1所述的一种水冷式轮毂电机，其特征在于，循环水套位于定子支架(6)内，水套结构由沿定子支架轴向的水套轴向槽(26)、水套前后端面贯通槽(27、31)和进回水槽(24)、进回水槽轴向通孔(23)组成，轴向槽沿分布圆均布，进水槽将相邻径向槽贯通，出水槽亦采用相同结构将相邻两径向槽贯通，其它相邻径向槽按前后端面间隔依次采用水套前后端面贯通槽(27、31)贯通，进出水槽为对称结构，电机进出水口可互换。

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