CN107342666A - 一种带有喷油管设计的电机定子与壳体安装结构及其喷油管的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有喷油管设计的电机定子与壳体安装结构及其喷油管的设计方法，与现有技术相比解决了电机定子与壳体的安装结构无法满足实际使用需要的缺陷。本发明的壳体内表面的两个端部处分别设有环状凸台A和环状凸台B，壳体位于环状凸台A处的内径小于壳体位于环状凸台B处的内径，壳体内表面上位于环状凸台A与环状凸台B之间等分设置有若干个凹槽，凹槽与壳体的轴向相平行；凹槽内均放置有喷油管，喷油管的一端设有油嘴，喷油管的另一端接有进油软管，进油软管通过进油分接头与右进油管相接，油嘴的喷洒方向朝向定子铁芯端部的绕组处。本发明极大地简化了油冷电机结构设计方法以及定子壳体的装配工艺。

Description

一种带有喷油管设计的电机定子与壳体安装结构及其喷油管 的设计方法

技术领域

本发明涉及电动汽车电机技术领域，具体来说是一种带有喷油管设计的电机定子与壳体安装结构及其喷油管的设计方法。

背景技术

随着电动汽车行业的飞速发展，相关技术也在不断进步，永磁同步电机作为电动汽车内核心部件，直接决定电动汽车的性能。

新能源汽车领域内对永磁同步电机的要求越来越高，电机功率密度越做越大，散热已成为制约电机功率密度不断提高的最主要因素。目前电动汽车用永磁同步电机绝大部分采用水冷结构，即电机定子产生的热量通过壳体传递至壳体水道内部冷却介质，由冷却介质将其带出系统。同时定子与壳体之间依靠过盈配合来保证两者不发生相对位移，具体装配方式为通过热套工艺实现。

采用此种结构设计主要存在以下不足：

1、传统水冷电机只针对定子外表面进行散热，绕组部分散热路径较长，散热较为困难，难以满足功率密度很高的电机散热需求；

2、由于电机工作过程中产生的热量主要是通过定子铁芯直接传递给壳体，由壳体水道内部冷却介质带出，这要求定子铁芯与壳体内表面接触十分良好。否则两部件之间的装配间隙会造成较大的接触热阻，热量很难传递出来，势必造成绕组温升较快。因此此结构对定子铁芯表面粗糙度以及过盈量的控制要求较高，加工难度较大；

3、电机定子与壳体采用过盈的装配方式，对过盈量的控制十分严格，过大则易对壳体造成损坏、过小对散热不利。并且针对过盈量的控制只能模糊化处理，无法做到量化，致使在工作过程中易出现随着温度的升高定子与壳体发生相对位移。

4、采用过盈配合的装配方式，在维护过程中壳体或定子出现损坏时，无法对壳体或定子进行单独替换维修。

如何开发出一种全新的电机定子与壳体的安装结构已经成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中电机定子与壳体的安装结构无法满足实际使用需要的缺陷，提供一种带有喷油管设计的电机定子与壳体安装结构及其喷油管的设计方法来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种带有喷油管设计的电机定子与壳体安装结构，包括壳体和定子铁芯，定子铁芯安装在壳体内，

所述壳体内表面的两个端部处分别设有环状凸台A和环状凸台B，壳体位于环状凸台A处的内径小于壳体位于环状凸台B处的内径，壳体内表面上位于环状凸台A与环状凸台B之间等分设置有若干个凹槽，凹槽与壳体的轴向相平行；凹槽内均放置有喷油管，喷油管的一端设有油嘴，喷油管的另一端接有进油软管，进油软管通过进油分接头与右进油管相接，油嘴的喷洒方向朝向定子铁芯端部的绕组处。

还包括左进油管，所述的喷油管分为数量均等的左喷油管和右喷油管，左进油管位于壳体的左端，右进油管位于壳体的右端，左进油管依次通过进油分接头、进油软管与左喷油管相接，右进油管依次通过进油分接头、进油软管与右喷油管相接，左喷油管的油嘴的喷洒方向朝向定子铁芯右端部的绕组处，右喷油管的油嘴的喷洒方向朝向定子铁芯左端部的绕组处。

所述定子铁芯的外表面设有若干个定位槽，定位槽与壳体的轴向相平行，定位槽与凹槽两者数量相同，定位槽与凹槽两者依序对应，喷油管放置在凹槽与定位槽之间。

所述的喷油管数量为12个。

所述的喷油管的纵向截面为矩形。

一种带有喷油管设计的电机定子与壳体安装结构中喷油管的设计方法，包括以下步骤：

根据电机输出的最大扭矩，计算单个喷油管承受的扭矩，其计算公式如下：

其中：为电机输出最大扭矩；为喷油管数量；

根据单个喷油管所承受的扭矩，计算出单个喷油管与凹槽接触面的最大应力，其计算公式如下：

，

其中：为喷油管宽；为喷油管位于凹槽内长度；为定子铁芯的外径；

获取定子铁芯许用挤压应力值、壳体许用挤压应力值和喷油管许用挤压应力值，计算定子铁芯、壳体和喷油管三者的挤压应力值的最小值，

，

其中，为最小值计算函数；

获取单个喷油管与凹槽接触面的最大应力且 ，设计出喷油管参数判断方程式，其方程式如下：

；

喷油管的参数设计，在喷油管参数判断方程式中输入单个喷油管的宽、喷油管位于凹槽内长度和喷油管数量，判断其是否满足喷油管参数判断方程式；

若满足喷油管参数判断方程式，则认定当前喷油管的参数设计合格；

若不满足喷油管参数判断方程式，则认定当前喷油管的参数设计不合格，调整单个喷油管的宽、喷油管位于凹槽内长度和喷油管数量，使其满足喷油管参数判断方程式。

有益效果

本发明的一种带有喷油管设计的电机定子与壳体安装结构及其喷油管的设计方法，与现有技术相比极大地简化了油冷电机结构设计方法以及定子壳体的装配工艺，增加了冷却油对电机绕组端部直接喷射冷却，喷油管在对绕组喷射冷却的同时可以对电机定子铁芯进行散热，大大提高了电机的散热性能。

本发明通过喷油管放置在凹槽内的设计，不仅使得喷油管充当了键（加强筋）的作用，取代了传统的过盈配合方式，有效避免了采用过盈配合时过盈量不足造成的电机运行过程中定子与壳体发生相对位移，以及过盈量过大造成的装配困难、壳体易损坏的问题，方便后期对电机进行拆解维修以及部件更换，提高部件的利用率；而且喷油管围绕定子铁芯外圆，进一步地提高了散热效果。同时由于采用了喷油管充当键（加强筋）的设计，能够根据电机最大扭矩要求对喷油管进行理论设计，避免了采用过盈配合难以实现量化控制的问题，从而保证了电机运行过程中的稳定性以及产品的一致性，且结构简单，易于实现。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A-A向剖视图；

图3为图2的B-B向剖视图；

图4为本发明中喷油管的结构示意图；

图5为本发明中进油分接头的结构示意图；

图6为图1中壳体的A-A向剖视图；

图7为图1中定子铁芯的A-A向剖视图；

其中，1-壳体、2-定子铁芯、3-绕组、4-喷油管、5-进油软管、6-进油分接头、7-右进油管、8-左进油管、11-环状凸台A、12-环状凸台B、13-凹槽、21-定位槽、41-油嘴。

具体实施方式

为使对本发明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所示，本发明所述的一种带有喷油管设计的电机定子与壳体安装结构，包括壳体1和定子铁芯2，定子铁芯2安装在壳体1内，定子铁芯2与壳体1仍然采用传统的热套工艺进行安装，但无需考虑过盈配合的问题。

如图3所示，壳体1内表面的两个端部处分别设有环状凸台A11和环状凸台B12，环状凸台A11和环状凸台B12用于对定子铁芯2进行限位，因此壳体1位于环状凸台A11处的内径小于壳体1位于环状凸台B12处的内径。这样，在进行定子铁芯2与壳体1的热套安装时，定子铁芯2可以从壳体1的环状凸台B12处塞入，限位在壳体1的环状凸台A11处，待壳体1冷却后，再通过环状凸台B12和环状凸台A11共同将定子铁芯2限定在壳体1内。

如图6所示，壳体1内表面上位于环状凸台A11与环状凸台B12之间等分设置有多个凹槽13，凹槽13用于放置喷油管4。凹槽13与壳体1的轴向相平行，即凹槽13与壳体1的径向相垂直。如图2所示，凹槽13内均放置有喷油管4，喷油管4在此的作用有三种：一、用于输送冷却油，从而能够对定子铁芯2端部的绕组3进行降温；二、由于喷油管4位于凹槽13内，凹槽13为壳体1的轴向方向，喷油管4则可以对定子铁芯2的外部进行进一步的散热；三、同样由于喷油管4位于凹槽13内且为壳体1的轴向方向布置，即位于定子铁芯2与壳体1之间，在此喷油管4又起到了加强筋（固定键）的作用，通过喷油管4对定子铁芯2在转动方向上进行约束。也正因为加强筋（固定键）的产生，在定子铁芯2与壳体1热套工艺中，也无需考虑过盈配合的问题。

如图4所示，喷油管4的一端设有油嘴41，喷油管4的另一端接有进油软管5，油嘴41为喷射头。进油软管5通过进油分接头6与右进油管7相接，如图5所示，进油分接头6为油路分化装置，将右进油管7的进油分从多个进油软管5中输出。同时，进油软管5连接的油嘴41，其喷洒方向朝向定子铁芯2端部的绕组3处，直接对绕组3端部进行降温。

为了能够针对定子铁芯2两个端部的绕组3都进行降温，还可以包括左进油管8，同时，喷油管4分为数量均等的左喷油管和右喷油管。喷油管4数量可以为12个，左喷油管和右喷油管各为6个间隔布置。左喷油管和右喷油管都为喷油管4结构，只是安装方向不同。左进油管8位于壳体1的左端，右进油管7位于壳体1的右端，左进油管8用于处于壳体1右端的绕组3进行降温，右进油管7用于处于壳体1左端的绕组3进行降温。左进油管8依次通过进油分接头6、进油软管5与左喷油管相接，右进油管7依次通过进油分接头6、进油软管5与右喷油管相接，左喷油管的油嘴41的喷洒方向朝向定子铁芯2右端部的绕组3处，右喷油管的油嘴41的喷洒方向朝向定子铁芯2左端部的绕组3处。即左喷油管所接的进油软管5位于壳体1的左端，左喷油管的油嘴41位于壳体1的右端；右喷油管所接的进油软管5位于壳体1的右端，左喷油管的油嘴41位于壳体1的左端。

为了配合喷油管4的限位安装固定，如图7所示，还可以在定子铁芯2的外表面设多个定位槽21。同样，定位槽21与壳体1的轴向相平行，定位槽21与凹槽13两者数量相同。定位槽21与凹槽13两者依序对应，喷油管4放置在凹槽13与定位槽21之间。

为了方便喷油管4具体数量、尺寸的确定，喷油管4的纵向截面为矩形，即使用矩形管，其较为圆形管更易计算。在此，还提供一种当喷油管4的纵向截面为矩形，即为矩形管时其喷油管的设计方法，包括以下步骤：

第一步，根据电机输出的最大扭矩。根据电机性能参数需求，确定电机输出的最大扭矩，由于反扭矩的作用，定子会承受方向相反、大小相同的反扭矩作用，为保证定子铁芯2与壳体1之间不发生相对位移，定子2所承受的反扭矩会传递至喷油管4，因此，先计算单个喷油管4承受的扭矩，其计算公式如下：

其中：为电机输出最大扭矩；为喷油管4数量。

第二步，根据单个喷油管4所承受的扭矩，计算出单个喷油管4与凹槽13接触面的最大应力。其计算公式如下：

，

其中：为喷油管4宽，在此由于喷油管4为矩形管，其喷油管4的宽即为喷油管4的高。为喷油管4位于凹槽13内长度，为定子铁芯2的外径。

第三步，获取定子铁芯2许用挤压应力值、壳体1许用挤压应力值和喷油管4许用挤压应力值。许用挤压应力值为其部件本身能够承受的压力值，计算计算定子铁芯2、壳体1和喷油管4三者的挤压应力值的最小值的目的在于，所设计出来的单个喷油管4与凹槽13接触面的最大应力应该要能够同时满足定子铁芯2、壳体1和喷油管4的许用挤压应力，以防止定子铁芯2、壳体1和喷油管4的变形、破裂。

，

其中，为最小值计算函数。

第四步，获取单个喷油管4与凹槽13触面的最大应力且 ，设计出喷油管参数判断方程式，其方程式如下：

。

基于喷油管参数判断方程式，则可以进行喷油管4的具体设计。

第五步，喷油管的参数设计。

在喷油管参数判断方程式中输入单个喷油管4的宽、喷油管4位于凹槽13内长度和喷油管4数量，判断其是否满足喷油管参数判断方程式。

若满足喷油管参数判断方程式，则认定当前喷油管4的参数设计合格。

若不满足喷油管参数判断方程式，则认定当前喷油管4的参数设计不合格，调整单个喷油管4的宽、喷油管4位于凹槽13内长度和喷油管4数量，使其满足喷油管参数判断方程式。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明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发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明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发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种带有喷油管设计的电机定子与壳体安装结构，包括壳体（1）和定子铁芯（2），定子铁芯（2）安装在壳体（1）内，其特征在于：

所述壳体（1）内表面的两个端部处分别设有环状凸台A（11）和环状凸台B（12），壳体（1）位于环状凸台A（11）处的内径小于壳体（1）位于环状凸台B（12）处的内径，壳体（1）内表面上位于环状凸台A（11）与环状凸台B（12）之间等分设置有若干个凹槽（13），凹槽（13）与壳体（1）的轴向相平行；凹槽（13）内均放置有喷油管（4），喷油管（4）的一端设有油嘴（41），喷油管（4）的另一端接有进油软管（5），进油软管（5）通过进油分接头（6）与右进油管（7）相接，油嘴（41）的喷洒方向朝向定子铁芯（2）端部的绕组（3）处。

2.根据权利要求1所述的一种带有喷油管设计的电机定子与壳体安装结构，其特征在于：还包括左进油管（8），所述的喷油管（4）分为数量均等的左喷油管和右喷油管，左进油管（8）位于壳体（1）的左端，右进油管（7）位于壳体（1）的右端，左进油管（8）依次通过进油分接头（6）、进油软管（5）与左喷油管相接，右进油管（7）依次通过进油分接头（6）、进油软管（5）与右喷油管相接，左喷油管的油嘴（41）的喷洒方向朝向定子铁芯（2）右端部的绕组（3）处，右喷油管的油嘴（41）的喷洒方向朝向定子铁芯（2）左端部的绕组（3）处。

3.根据权利要求1所述的一种带有喷油管设计的电机定子与壳体安装结构，其特征在于：所述定子铁芯（2）的外表面设有若干个定位槽（21），定位槽（21）与壳体（1）的轴向相平行，定位槽（21）与凹槽（13）两者数量相同，定位槽（21）与凹槽（13）两者依序对应，喷油管（4）放置在凹槽（13）与定位槽（21）之间。

4.根据权利要求1所述的一种带有喷油管设计的电机定子与壳体安装结构，其特征在于：所述的喷油管（4）数量为12个。

5.根据权利要求1所述的一种带有喷油管设计的电机定子与壳体安装结构，其特征在于：所述的喷油管（4）的纵向截面为矩形。

6.根据权利要求5所述的一种带有喷油管设计的电机定子与壳体安装结构中喷油管的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

61）根据电机输出的最大扭矩，计算单个喷油管（4）承受的扭矩，其计算公式如下：

其中：为电机输出最大扭矩；为喷油管（4）数量；

62）根据单个喷油管（4）所承受的扭矩，计算出单个喷油管（4）与凹槽（13）接触面的最大应力，其计算公式如下：

，

其中：为喷油管（4）宽；为喷油管（4）位于凹槽（13）内长度；为定子铁芯（2）的外径；

63）获取定子铁芯（2）许用挤压应力值、壳体（1）许用挤压应力值和喷油管（4）许用挤压应力值，计算定子铁芯（2）、壳体（1）和喷油管（4）三者的挤压应力值的最小值，

，

其中，为最小值计算函数；

64）获取单个喷油管（4）与凹槽（13）接触面的最大应力且 ，设计出喷油管参数判断方程式，其方程式如下：

；

65）喷油管的参数设计，在喷油管参数判断方程式中输入单个喷油管（4）的宽、喷油管（4）位于凹槽（13）内长度和喷油管（4）数量，判断其是否满足喷油管参数判断方程式；

若满足喷油管参数判断方程式，则认定当前喷油管（4）的参数设计合格；

若不满足喷油管参数判断方程式，则认定当前喷油管（4）的参数设计不合格，调整单个喷油管（4）的宽、喷油管（4）位于凹槽（13）内长度和喷油管（4）数量，使其满足喷油管参数判断方程式。