CN108448850B - 电机及汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电机及汽车，所述电机包括外壳、转子、第一定子组件和第二定子组件；所述转子穿设于所述外壳的中空部位，所述第一定子组件和所述第二定子组件分别设于所述外壳的两相对侧面；所述转子包括设有转轴孔和磁钢槽的转子铁芯，所述磁钢槽沿所述转子铁芯的圆周方向均匀间隔设置，所述磁钢槽的数量为偶数个；所述磁钢槽的形状为不规则的扇环形，所述不规则的扇环形的两条弧与所述转轴孔同心，所述不规则的扇环形的两条直边的延长线的交点与所述转轴孔的轴心不重合。本发明的电机采用双定子和单转子并行的排布方式，构成双气隙结构，提高了散热性能，且显著削弱齿槽转矩，降低低速运行时的速度波动、振动和噪声，使电机运行更加平稳。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体地，涉及一种电机及汽车。
背景技术
随着新能源的兴起，电动汽车在国家和地方政府的大力扶持下高速发展，而驱动电机一直是电动汽车的关键重点难点，对转矩、效率、尺寸、重量等的要求都非常苛刻。现市场上主流的轮边电机大多径长比D/L小，转子内部有较大空间没有充分利用，散热性差，且齿槽转矩过大，从而造成电机运行不平稳。
发明内容
基于此，有必要针对传统电机的径长比D/L小，转子内部有较大空间没有充分利用，散热性差，且齿槽转矩过大，从而造成电机运行不平稳问题，提供一种电机及汽车。
一种电机，包括外壳、转子、第一定子组件和第二定子组件；所述外壳为中空筒体状，所述转子穿设于所述外壳的中空部位，所述第一定子组件和所述第二定子组件分别设于所述外壳的两相对侧面，且所述转子、第一定子组件以及第二定子组件均同轴设置；所述转子包括设有转轴孔和磁钢槽的转子铁芯，设于所述转轴孔内的转轴，以及设于所述磁钢槽内的永磁体；所述转轴孔设于所述转子铁芯的中心，所述磁钢槽沿所述转子铁芯的圆周方向均匀间隔设置，所述磁钢槽的数量为偶数个；所述磁钢槽的形状为不规则的扇环形，所述不规则的扇环形的两条弧与所述转轴孔同心，所述不规则的扇环形的两条直边的延长线的交点位于所述转子铁芯上，且所述交点与所述转轴孔的轴心不重合。
本技术方案的电机采用双定子和单转子并行的排布方式，构成双气隙结构，提高了散热性能，且结构紧凑、径长比D/L大，减小电机在驱动桥内部的轴向安装尺寸，使整车布置更加灵活。另外，由于本技术方案的转子铁芯两条直边的延长线的交点与所述转轴孔的轴心不重合，即构成了偏心结构，使磁钢槽沿圆周方向呈一定角度偏移，此设计能够显著削弱齿槽转矩，降低低速运行时的速度波动、振动和噪声，使电机运行更加平稳。
进一步地，所述第一定子组件与所述转子之间的气隙，与所述第二定子组件与所述转子之间的气隙相同。
进一步地，所述第一定子组件包括依次设置的第一面盖、第一端盖和第一定子，所述第一定子通过轴承与所述转轴连接，所述第一端盖上面向所述第一面盖一侧设有第一水冷组件；和/或所述第二定子组件包括依次设置的第二面盖、第二端盖和第二定子，所述第二定子通过轴承与所述转轴连接，所述第二端盖上面向所述第二面盖一侧设有第二水冷组件。
进一步地，所述第一端盖上面向所述第一定子一侧设有导热层；和/或所述第二端盖上面向所述第二定子一侧设有导热层。
进一步地，所述第一水冷组件包括设于所述第一端盖侧壁的第一回旋形水道，以及分别与所述第一回旋形水道两端连通且延伸至第一端盖外部的第一进水口和第一出水口；和/或所述第二水冷组件包括设于所述第二端盖侧壁的第二回旋形水道，以及分别与所述第二回旋形水道两端连通且延伸至第二端盖外部的第二进水口和第二出水口。
进一步地，所述第一回旋形水道呈开口式凹槽状，所述第一回旋形水道的凹槽开口侧为面向所述第一面盖一侧；和/或所述第二回旋形水道呈开口式凹槽状，所述第二回旋形水道的凹槽开口侧为面向所述第二面盖一侧。
进一步地，所述第一端盖与所述第一面盖之间设有密封圈；和/或所述第二端盖与所述第二面盖之间设有密封圈。
进一步地，所述转子还包括分别设于所述转子铁芯两相对侧面的第一压片和第二压片，所述第一压片和所述第二压片上均设有通槽，所述通槽的位置与数量分别与所述磁钢槽的位置与数量匹配，所述通槽的形状与所述磁钢槽的形状一致，且所述通槽的尺寸小于所述磁钢槽的尺寸。
进一步地，所述转子铁芯、第一压片和第二压片均为不导磁结构。
本技术方案还提供一种汽车，所述汽车包括如上述任一实施例所述的电机。本技术方案的电机设于车轮一侧，并通过传动装置与车轮连接。
附图说明
图1为本发明所述实施例的电机的爆炸示意图；
图2为本发明所述实施例的电机的装配示意图；
图3为本发明所述实施例的电机的转子铁芯的结构示意图；
图4为本发明所述实施例的电机的转子的剖面图；
图5为本发明所述的实施例的电机的第一端盖的结构示意图；
图6为本发明所述的实施例的电机的第二端盖的结构示意图。
10、外壳；20、转子；21、转子铁芯；211、转轴孔；212、磁钢槽；213、键槽；214、第一通风结构；215、第二通风结构；216、销钉孔；22、转轴；221、平行键；231、第一压板；232、第二压板；24、防松螺帽；251、第一压片；252、第二压片；26、销钉；30、第一定子组件；31、第一面盖；32、第一端盖；321、密封槽；33、第一定子；34、第一水冷组件；341、第一回旋形水道；342、第一进水口；343、第一出水口；344、第一进水管；345、第一出水管；40、第二定子组件；41、第二面盖；42、第二端盖；43、第二定子；44、第二水冷组件；441、第二回旋形水道；442、第二进水口；443、第二出水口；444、第二进水管；445、第二出水管；50、轴承；60、旋转变压器；70、变压器外壳。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
如图1至图3所示的一种电机，包括外壳10、转子20、第一定子组件30和第二定子组件40；所述外壳10为中空筒体状，所述转子20穿设于所述外壳10的中空部位，所述第一定子组件30和所述第二定子组件40分别设于所述外壳10的两相对侧面，所述转子20、第一定子组件30以及第二定子组件40均同轴设置，且转子20与第一定子组件30及第二定子组件40之间均存在气隙；所述转子20包括设有转轴孔211和磁钢槽212的转子铁芯21，设于所述转轴孔211内的转轴22，以及设于所述磁钢槽212内的永磁体；所述转轴孔211设于所述转子铁芯21的中心，所述磁钢槽212沿所述转子铁芯21的圆周方向均匀间隔设置，为了形成均匀的磁场，所述磁钢槽212的数量为偶数个，形成对极结构；本实施方式设置有八个磁钢槽212，形成四对极结构，在其他实施方式中，可根据不同的使用场合使用不对的极对数，也可为两对极、三对极等。所述磁钢槽212的形状为不规则的扇环形，所述不规则的扇环形的两条弧与所述转轴孔211同心，所述不规则的扇环形的两条直边的延长线的交点A位于所述转子铁芯21上，且所述交点A与所述转轴孔211的轴心B不重合。进一步地，本实施方式中两条直边的延长线所呈的夹角α范围为30°-50°。本实施方式的电机采用双定子和单转子并行的排布方式，构成双气隙结构，提高了散热性能，且结构紧凑、径长比D/L大，减小电机在驱动桥内部的轴向安装尺寸，使整车布置更加灵活。另外，由于本实施方式的转子铁芯21两条直边的延长线的交点A与所述转轴孔211的轴心B不重合，即构成了偏心结构，使磁钢槽212沿圆周方向呈一定角度偏移，此设计能够显著削弱齿槽转矩，降低低速运行时的速度波动、振动和噪声，使电机运行更加平稳。并且，本实施方式的转子铁芯21采用不导磁的高分子量聚乙烯材料制成，该材料重量轻、强度大，可有效降低电机的总重量，更进一步减小电机整体体积，提高电机功率密度，使电机发挥更大的扭矩和功率，电机性能得以显著提高。
所述转子铁芯21上用于形成所述转轴孔211的侧壁上设有键槽213，同时，所述转轴22上相应位置设有与所述键槽213配合的平行键221，即所述转子铁芯21与所述转轴22为键连接。
如图4所示，为了进一步保证转子铁芯21与转轴22的连接强度，还包括用于定位转子铁芯21与转轴22的第一压板231和第二压板232。所述转轴22上设有用于定位第二压板232位置的定位台阶，所述第二压板232通过定位台阶紧贴于转子铁芯21一侧，且所述转子铁芯21的转轴孔211四周设有销钉孔216，所述第二压板232上设有与所述销钉孔216配合的通孔，从而所述转子铁芯21与所述第二压板232通过销钉26紧固连接；所述第一压板231紧贴于所述转子铁芯21另一侧，即所述第一压板231与所述第二压板232分别设于所述转子铁芯21两相对侧面；所述第一压板231通过防松螺帽24与所述转子铁芯21紧贴。具体地，所述防松螺帽24的内径与所述转轴22相应部位的外径匹配，且二者通过配合面的螺纹旋进，从而使防松螺帽24压住第一压板231，锁紧转子铁芯21。所述第一压板231和第二压板232共同配合，进一步提高了转子铁芯21与转轴22的连接强度。另外，本实施方式的第一压板231、第二压板232以及防松螺帽24均采用铝合金材料制成，减少转子20整体重量。
如图3所示，所述转子铁芯21上还开设有沿所述转子铁芯21的圆周方向均匀间隔设置的第一通风结构214，所述第一通风结构214设于相邻两个所述磁钢槽212之间，且所述第一通风结构214的数量与所述磁钢槽214的数量相同。另外，所述转子铁芯21上沿所述转轴孔21的圆周方向，开设有一圈均匀间隔设置的第二通风结构215；所述第二通风结构215设于所述磁钢槽212和所述转轴孔211之间。本实施方式所述第一通风结构214与第二通风结构215均为通风孔，且所述第一通风结构214包括两个扇环形通风孔，所述扇环形通风孔充分利用了转子铁芯21上剩余的空间。两组通风结构充分利用转子铁芯21本体的空间，使转子铁芯21的重量减小，减少转子20的转动惯量，保证了转子20的强度，同时也提高了电机的散热性能。
如图4所示，为了加强永磁体与磁钢槽212的配合强度，使永磁体在转子20转动时不易掉出，本实施方式的转子20还包括用于压住所述永磁体的第一压片251和第二压片252，所述第一压片251和第二压片252分别设于转子铁芯21的两相对侧面，通过所述第一压片251和第二压片252定位所述永磁体，使其不从所述磁钢槽212中掉出。具体地，所述第一压片251和所述第二压片252的厚度均为0.5mm，且第一压片251和第二压片252上均设有通槽，所述通槽的位置与数量分别与所述磁钢槽212的位置与数量匹配，并且所述通槽的形状与所述磁钢槽212的形状一致，且所述通槽的尺寸小于所述磁钢槽212的尺寸，即所述通槽为所述磁钢槽212等比例缩小后尺寸，具体地，本实施方式的通槽的尺寸在磁钢槽212的尺寸的基础上等比例缩小了1/6；由于所述通槽的尺寸小于所述磁钢槽212的尺寸，从而通槽凸出的边缘与永磁体接触，并采用激光焊接的方式将永磁体与所述通槽凸出的边缘部分焊接，从而卡住永磁体，使其不从磁钢槽212中掉落。为了减小电机体积，所述永磁体为高牌号的烧结的钕铁硼材料，永磁体放置在磁钢槽212内，为内置式，第一压片251和第二压片252压住转子铁芯21两相对侧面，通过激光焊接或其它有效焊接方式固定住永磁体，加工工艺简单，方便批量生产。相比传统的永磁电机转子大多采用表贴式结构，这种结构的永磁体粘贴在转子额部，当电机高速运转时，特别是电动车用的永磁轮边电机高速运转时，由于高速离心力的存在，表贴式结构无法满足高速运转，限制了电机的最高转速，降低了电机的性能，而本实施方式的内置式结构把永磁体置于转子铁芯21内部，且固定永磁体的第一压片251和第二压片252只有0.5mm厚，进一步节省了电机的轴向空间，缩小电机体积，方便了电动车内的轴向布局。
进一步地，本实施方式的第一压片251和第二压片252均采用不导磁的不锈钢材料制成，在其他实施方式中，也可为其他不导磁合金材料。本实施方式的转子铁芯21、第一压片251和第二压片252均采用不导磁材料，是因为永磁体与导磁材料会额外生产一个环形磁路，增加了永磁体的损耗，降低了电机的效率，另外生产时如果材料导磁，则不便于转子20的装配和加工，增加了生产难度。
本实施方式所述第一定子组件30与所述转子20之间的气隙，与所述第二定子组件40与所述转子20之间的气隙相同，方便前期的装配和后期的控制，使磁场更均匀。本实施方式的气隙控制在1.5mm-2mmm内。具体地，所述气隙为第一定子组件30和/或第二定子组件40与转子铁芯21之间的垂直距离。
如图1结合图5、图6所示，所述第一定子组件30包括依次设置的第一面盖31、第一端盖32和第一定子33，所述第一定子33通过轴承50与所述转轴22连接，所述第一端盖32上面向所述第一面盖31一侧设有第一水冷组件34；和/或所述第二定子组件40包括依次设置的第二面盖41、第二端盖42和第二定子43，所述第二定子43通过轴承50与所述转轴22连接，所述第二端盖42上面向所述第二面盖41一侧设有第二水冷组件44。所述第一定子组件30和/或第二定子组件40与转子20之间的气隙即为第一定子33与转子铁芯21之间的垂直距离，和/或所述气隙为第二定子43与转子铁芯21之间的垂直距离。
由于设有第一水冷组件34的第一端盖32与第一定子33紧密连接，从而第一定子33在运行过程中所产生的热量将传导至第一端盖32上，通过第一水冷组件34将所传导的热量带走，提高电机的散热性能。同理，所述第二水冷组件44可将第二定子43的热量带走。
为了方便热传导，所述第一端盖32上面向所述第一定子33一侧即紧贴第一定子33一侧的贴合面设有导热层；和/或所述第二端盖42上面向所述第二定子43一侧设有导热层。本实施方式所述的导热层为导热树脂，在其他实施方式中可为导热硅胶或导热硅脂等导热材料。
具体地，所述第一水冷组件34包括设于所述第一端盖32侧壁的第一回旋形水道341，以及分别与所述第一回旋形水道341两端连通且延伸至第一端盖外部的第一进水口342和第一出水口343，且所述第一进水口342与第一出口水口343的方向均指向第一端盖32的轴心，利于冷却液进出；所述第一回旋形水道341充分利用第一端盖32的空间，增加了水道的长度，从而提高水冷散热效果。同理，所述第二水冷组件44包括设于所述第二端盖42侧壁的第二回旋形水道441，以及分别与所述第二回旋形水道441两端连通且延伸至第二端盖42外部的第二进水口442和第二出水口443，且所述第二进水口442与第二出口水口443的方向均指向第一端盖32的轴心。所述第一回旋形水道341围绕第一端盖32中心蜿蜒设置，所述第二回旋形水道441围绕第二端盖42中心蜿蜒设置。
本实施方式为了方便散热水的流进和流出，在所述第一进水口342和第一出水口343的端部还分别连接有第一进水管344和第一出水管345；所述第一进水管344与第一出水管345与汽车内的水泵连结，从而形成一个循环式的水冷散热系统。同理，在所述第二进水口442和第二出水口443的端部还分别连接有第二进水管444和第二出水管445；所述第二进水管444与第二出水管445与汽车内的水泵连结。
进一步地，本实施方式所述第一回旋形水道341呈开口式凹槽状，所述第一回旋形水道341的凹槽开口侧为面向所述第一面盖31一侧；通过第一面盖31将凹槽开口侧封住，从而达到冷却液沿水道循环流动的效果。具体地，所述第一端盖32与所述第一面盖31之间设有密封圈，所述第一端盖32上设有第一水冷组件34所在侧的外圈设有用于容纳所述密封圈的密封槽321，从而所述第一面盖31通过密封圈与专用密封胶配合，并通过螺钉固定在第一端盖32上，使第一端盖32上呈开口式凹槽第一回旋形水道341密封，形成密封水道。同理，所述第二回旋形水道呈441开口式凹槽状，所述第二回旋形水道441的凹槽开口侧为面向所述第二面盖41一侧,且所述第二端盖42和第二面盖41的配合结结构相同。
上述两组水冷组件形成的散热系统，结构和散热方式完全一致，能够有效对电机进行散热，同时结构简单，冷却效果好。工作原理：以第一水冷组件34为例，冷却水泵通过第一进水管345向第一进水口342冷却液提供冷却液，冷却液在第一端盖32与第一面盖31间形成的封闭的第一回旋型水道341中流动，对第一端盖32连接的第一定子33和轴承50进行散热降温，最后通过第一出水口343和第一出水管345流出进入水泵，实现冷却的循环流通。第二水冷组件44的工作原理同理。
本实施范式的第一定子33和第二定子43的定子铁芯在加工时采用专用的冲卷床，使定子铁芯的冲槽和卷绕一次成型，既提高了硅钢片的利用率，又降低了电机的损耗。定子冲片采用0.3-0.5mm的高磁导率、低损耗的高牌号硅钢片。
本实施方式的电机还包括设于所述第一面盖31一侧的旋转变压器60和保护所述旋转变压器60的变压器外壳70。所述旋转变压器60采用磁阻式，用来精确检测、采集转子20的位置信号。
本实施方式还提供一种汽车，所述汽车包括如上述任一实施例所述的电机。本实施方式的电机设于车轮一侧，并通过传动装置与车轮连接。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种电机，其特征在于，包括外壳、转子、第一定子组件和第二定子组件；所述外壳为中空筒体状，所述转子穿设于所述外壳的中空部位，所述第一定子组件和所述第二定子组件分别设于所述外壳的两相对侧面，且所述转子、第一定子组件以及第二定子组件均同轴设置；所述转子包括设有转轴孔和磁钢槽的转子铁芯，设于所述转轴孔内的转轴，以及设于所述磁钢槽内的永磁体，所述转子铁芯与所述转轴键连接；所述转轴孔设于所述转子铁芯的中心，所述磁钢槽沿所述转子铁芯的圆周方向均匀间隔设置，所述磁钢槽的数量为偶数个；所述磁钢槽的形状为不规则的扇环形，所述不规则的扇环形的两条弧与所述转轴孔同心，所述不规则的扇环形的两条直边的延长线的交点位于所述转子铁芯上，且所述交点与所述转轴孔的轴心不重合。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述第一定子组件与所述转子之间的气隙，与所述第二定子组件与所述转子之间的气隙相同。
3.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述第一定子组件包括依次设置的第一面盖、第一端盖和第一定子，所述第一定子通过轴承与所述转轴连接，所述第一端盖上面向所述第一面盖一侧设有第一水冷组件；和/或所述第二定子组件包括依次设置的第二面盖、第二端盖和第二定子，所述第二定子通过轴承与所述转轴连接，所述第二端盖上面向所述第二面盖一侧设有第二水冷组件。
4.根据权利要求3所述的电机，其特征在于，所述第一端盖上面向所述第一定子一侧设有导热层；和/或所述第二端盖上面向所述第二定子一侧设有导热层。
5.根据权利要求3所述的电机，其特征在于，所述第一水冷组件包括设于所述第一端盖侧壁的第一回旋形水道，以及分别与所述第一回旋形水道两端连通且延伸至第一端盖外部的第一进水口和第一出水口；和/或所述第二水冷组件包括设于所述第二端盖侧壁的第二回旋形水道，以及分别与所述第二回旋形水道两端连通且延伸至第二端盖外部的第二进水口和第二出水口。
6.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，所述第一回旋形水道呈开口式凹槽状，所述第一回旋形水道的凹槽开口侧为面向所述第一面盖一侧；和/或所述第二回旋形水道呈开口式凹槽状，所述第二回旋形水道的凹槽开口侧为面向所述第二面盖一侧。
7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述第一端盖与所述第一面盖之间设有密封圈；和/或所述第二端盖与所述第二面盖之间设有密封圈。
8.根据权利要求1-7任一项所述的电机，其特征在于，所述转子还包括分别设于所述转子铁芯两相对侧面的第一压片和第二压片，所述第一压片和所述第二压片上均设有通槽，所述通槽的位置与数量分别与所述磁钢槽的位置与数量匹配，所述通槽的形状与所述磁钢槽的形状一致，且所述通槽的尺寸小于所述磁钢槽的尺寸。
9.根据权利要求8所述的电机，其特征在于，所述转子铁芯、第一压片和第二压片均为不导磁结构。
10.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的电机。
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