CN111769688B - 一种高度集成模块化轮毂电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高度集成模块化轮毂电机，属于纯电动汽车技术领域。该高度集成模块化轮毂电机包括集成化电机和并联冷却系统，集成化电机包括转动总成、定子总装和控制模块总装，定子总装位于转动总成内部，定子总装固定在定子固定套筒轴向外侧，定子固定套筒内部固定控制模块总装；控制模块总装的冷却板内部设有冷却管路A，定子固定套筒中设置有冷却管路B，冷却管路B与冷却管路A并联，形成并联冷却系统。本发明具有高度集成化和高效散热冷却的性能，改善整个电机适应复杂工况的适应性。

Description

一种高度集成模块化轮毂电机
技术领域
本发明属于纯电动汽车技术领域，尤其涉及一种高度集成模块化轮毂电机。
背景技术
轮毂电机是一种内定子、外转子形式的电机，其动力、传动和制动装置都整合在轮毂内，大量简化了电动汽车的机械部件，与传统电机相比，具有良好的机动性、高效率的传动性、较高的车身内部空间利用性和良好的动力学性能等。
目前大多数轮毂电机与其驱动控制器分离式布置，驱动控制器布置在电动汽车车架上，驱动控制器再连接电机进行驱动，连接线束和接口过多，布置起来较为麻烦。受制于国外专利以及电机巨头公司的技术封锁，难以查找模块化电机的一手资料，仅仅通过一些报告宣传查找到有限的信息，再者采用表贴式永磁体轮毂电机不能够提供足够的磁阻转矩，对于复杂工况如过载爬坡、高速巡航、急加减速和频繁启停适应性较差。
当前轮毂电机和驱动控制器采用的冷却系统为串联冷却方式，冷却水流过电机的冷却管路之后再流入驱动控制器的冷却管路，最后回到冷却水箱形成一个循环，但是冷却水经过电机之后，温度上升较多，对控制器的散热效果变得很差；目前还有很多驱动系统的控制器采用最原始的自然风冷散热，对于复杂工况的表现更差。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种高度集成模块化轮毂电机，具有高度集成化和高效散热冷却的性能，改善整个电机适应复杂工况的适应性。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种高度集成模块化轮毂电机，包括集成化电机和并联冷却系统，所述集成化电机包括转动总成、定子总装和控制模块总装，定子总装位于转动总成内部；
所述控制模块总装包括依次设置并固连在一起的控制器板、冷却板和逆变器板，控制器板、冷却板和逆变器板数量相同，且均采用均匀分布的方式；控制器板之间通过导线并联，控制器板和逆变器板通过导线串联；其中一块控制器板上设有接口总成板；冷却板内部设有冷却管路A；
所述定子总装固定在定子固定套筒轴向外侧，定子固定套筒内部固定控制模块总装；定子固定套筒中设置有冷却管路B，冷却管路B与冷却管路A并联，形成并联冷却系统。
上述技术方案中，所述定子固定套筒侧面设有套筒出水口和套筒进水口，套筒出水口、套筒进水口分别与冷却管路B的出水口、进水口连通。
上述技术方案中，所述冷却管路B采用周向冷却管路或者轴向冷却管路或者螺旋式冷却管路。
上述技术方案中，所述套筒出水口、套筒进水口位于定子固定套筒同一侧，所述冷却管路B的出水口、进水口位于冷却管路B的同一侧。
上述技术方案中，所述接口总成板上设置有冷却管路总出水口和冷却管路总进水口，分别与连通的冷却管路A末端的进出水口连接。
上述技术方案中，所述接口总成板还设有三相电接口，与定子总装的绕组的总接头连接。
上述技术方案中，所述冷却管路采用F型，且固定在上下端盖的凹槽中。
上述技术方案中，所述控制器板、冷却板和逆变器板采用扇环形状。
上述技术方案中，所述控制器板、冷却板和逆变器板的数量均为六个。
上述技术方案中，一组控制器板、冷却板和逆变器板，与一个定子模块组成局部模块，局部模块单独使用或者多个连接起来共同使用。
本发明通过以上技术方案，可以实现如下的有益效果：
1)本发明的控制模块总装分为多个部分，每部分的控制模块总装由控制器板、冷却板以及逆变器板构成，三个板通过紧固螺栓固定在定子固定套筒上；冷却板内部设有冷却管路，且冷却板设置在控制器板与逆变器板中间，对两者进行冷却，能够更好的吸收两者产生的热量。
2)本发明将定子整体分成多个定子模块，分别进行绕组缠绕，有利于提高工作效率、减少缠绕失误；多个定子模块通过圆柱形连接杆与定子固定套筒连接成一体，一个定子模块故障时，有利于快速更换故障件，加快维修速度。
3)本发明的一个定子模块和六分之一控制模块总装组成局部模块，局部模块可以单独作用，适应于小转矩的工况；局部模块也可以多个连接起来共同作用，此时可以应用于较大转矩的工况；在运行中某个局部模块发生故障，便于更换，其它局部模块还可保证电机正常运行。
4)本发明中定子固定套筒设置有周向冷却管路，冷却板内部的冷却管路与周向冷却管路同时对电机内部进行冷却，有利于保证电机高效率持续的运行。
5)本发明采用内置式V型永磁体，安装在永磁体装配槽中，有效的提高电机的磁阻转矩，能够适应多种复杂的工况，比如紧急制动、急加减速、高速巡航、过载爬坡、频繁启停、低速轻载等工况。
附图说明
图1为本发明所述高度集成模块化轮毂电机爆炸图；
图2为本发明所述转动总成爆炸图；
图3为本发明所述六分之一定子模块示意图；
图4为本发明所述六分之一定子模块结构示意图，图4(a)是六分之一定子模块叠片装配图，图4(b)是六分之一定子模块叠片爆炸图；
图5为本发明所述控制模块总装爆炸图；
图6为本发明所述冷却板装配图；
图7为本发明所述控制器板的接口集成示意图；
图8为本发明所述控制模块总装中六个F型冷却管路连接示意图；
图9为本发明所述定子固定套筒和连接杆装配图；
图10为本发明所述定子固定套筒内部设置的周向冷却管路示意图；
图11为本发明所述电机与控制模块总装的并联冷却系统示意图；
图12为本发明所述六个局部模块示意图。
附图标记说明如下：
1-紧固螺栓A，2-前封闭端盖，3-转动总成，3-1-转子，3-2-永磁体装配槽，3-3-螺栓固定孔，3-4-内置式V型永磁体，4-定子总装，4-1-定子模块，4-2-绕组，4-3-连接孔，5-控制模块总装，5-1-控制器板，5-2-接口集成板，5-3-冷却板，5-4-逆变器板，6-后封闭端盖，7-紧固螺栓B，8-1-F型冷却管路总出水口，8-2-F型冷却管路总进水口，8-3-三相电接口ABC，9-1-定子固定套筒，9-2-套筒出水口，9-3-套筒进水口，9-4-连接杆，9-5-固定孔，9-6-螺栓固定孔，10-1-冷却板下端盖，10-2-F型冷却管路，10-3-冷却板上端盖，11-紧固螺栓C，12-1-周向冷却管路，12-2-周向冷却管路进水口，12-3-周向冷却管路出水口，13-软管，14-主轴，15-局部模块。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明的一种高度集成模块化轮毂电机，包括高度集成化电机和并联冷却系统。
如图1所示，高度集成化电机包括紧固螺栓A1、前封闭端盖2、转动总成3、定子总装4、控制模块总装5、后封闭端盖6、紧固螺栓B7、紧固螺栓C11和主轴14。
如图2所示，转动总成3包括转子3-1和内置式V型永磁体3-4，转子3-1两侧面上均匀设有螺栓固定孔3-3，转子3-1侧面上还加工有永磁体装配槽3-2；前封闭端盖2通过紧固螺栓A1与转子3一侧面的螺栓固定孔3-3连接成一体，后封闭端盖6通过紧固螺栓B7与转子3另一侧面的螺栓固定孔3-3连接成一体；内置式V型永磁体3-4安装在永磁体装配槽3-2中，形成凸极式结构，能够提供更大的转矩，可以适应多种复杂工况，比如紧急制动、急加减速、高速巡航、过载爬坡、频繁启停等工况。
定子总装4位于转动总成3内部，如图3所示，定子总装4由定子模块4-1和绕组4-2组成，本实施例中，定子模块4-1设置六个；如图4(a)、(b)所示，定子模块4-1由多个定子叠片叠加而成，每个定子叠片下端开有三个连接孔4-3；如图3所示，定子模块4-1上缠绕有绕组4-2，在定子模块4-1两端留有绕组接头，以便与其他定子模块4-1上的绕组进行连接，进而使得绕组成为一个整体。
如图5所示，控制模块总装5包括控制器板5-1、接口总成板5-2、冷却板5-3和逆变器板5-4，控制器板5-1均匀分布，形成第一扇环上，且接口总成板5-2设置在一块控制器板5-1；冷却板5-3周向均匀分布，形成第二扇环；逆变器板5-4周向均匀分布，形成第三扇环；第一扇环、第二扇环、第三扇环依次布置，并通过紧固螺栓C11固定为一体。由于控制器板5-1和逆变器板5-4发热量很大，将冷却板5-3设置在控制器板5-1和逆变器板5-4中间且面面接触，能够更好的对两者进行散热。控制器板5-1之间通过导线并联，控制器板5-1和逆变器板5-4通过导线串联。本实施例中，控制器板5-1、冷却板5-3和逆变器板5-4均优选为六个。
如图6所示，冷却板5-3内部设有F型冷却管路10-2，冷却板上端盖10-3和冷却板下端盖10-1通过紧固螺栓C11将F型冷却管路10-2固定在上下端盖的凹槽中，可以很好的抑制管路中冲入冷却水时带来的振动。
如图7所示，接口总成板5-2上布置了三相电接口8-3、F型冷却管路总出水口8-1和F型冷却管路总进水口8-2；如图8所示，将F型冷却管路10-2的进水口通过软管13连接到相邻F型冷却管路10-2的出水口，使得6个F型冷却管路10-2连通，且最后一组冷却管路进水口、出水口分别通过软管13连接到接口总成板5-2上的F型冷却管路总进水口8-2、F型冷却管路总出水口8-1。三相电接口8-3与绕组4-2的总接头连接。
如图9所示，定子模块4-1下端通过连接杆9-4插入定子固定套筒9-1轴向外侧的固定孔9-5，使得定子模块4-1与定子固定套筒9-1连接形成一体；定子固定套筒9-1侧面设有套筒出水口9-2和套筒进水口9-3，出水管路接口9-2和进水管路接口9-3设置在一侧，有利于与冷却水泵连接时冷却管路的布置；定子固定套筒9-1轴向内侧设有螺栓固定孔9-6，将控制器板5-1、接口总成板5-2、冷却板5-3和逆变器板5-4通过紧固螺栓C11固连到定子固定套筒9-1内部；如图1所示，定子固定套筒9-1通过主轴14与后封闭端盖6预留中心孔连接。
如图10所示，定子固定套筒9-1中设置有周向冷却管路12-1，周向冷却管路进水口12-2和周向冷却管路出水口12-3设置在同一侧；如图11所示，周向冷却管路12-1与F型冷却管路10-2采用并联模式，即冷却水泵将冷却水箱中的水通过套筒进水口9-3、F型冷却管路总进水口8-2向两个冷却管路进行泵水，进而同时对电机和控制模块总装5进行冷却，有利于增强电机内部的散热。其中周向冷却管路进水口12-2与套筒进水口9-3连通，周向冷却管路出水口12-3与套筒出水口9-2连通。
本实施例中，一个定子模块4-1和六分之一控制模块总装5组成如图12所示的局部模块15，局部模块15可以单独使用，适应于小转矩的工况；局部模块15也可以多个连接起来共同使用，此时可以应用于较大转矩的工况；在运行中某个局部模块15发生故障，便于更换，其它局部模块15还可保证电机正常运行。
上述F型冷却管路10-2、周向冷却管路12-1组成并联冷却系统。
本发明一种高度集成模块化轮毂电机的工作过程为：当车辆处于过载爬坡、高速巡航、急加减速等转矩需求大、大电流工况下时，需求功率很大，此时电机和控制模块总装的发热量非常大，ECU控制冷却水泵，使通过冷却系统管路中的流速流量增加；当车辆处于紧急制动、频繁启停、低速轻载工况时，ECU控制冷却水泵，使冷却系统管路中流速流量降低。
在本实施例中，F型冷却管路10-2不局限于本设计，只要能够实现对驱动控制部分有良好散热性能即可，冷却板上端盖10-3和冷却板下端盖10-1也可以开槽直接合并起来，只要保证冷却板密封性能达到要求即可；周向冷却管路12-1也是不局限于本设计，可以采用轴向冷却管路或者螺旋式冷却管路，只要能够满足电机内部散热即可，轴向冷却管路同周向冷却管路布置相同，由于螺旋式散热管路进出水口不在同侧，需要重新布置接入外面的冷却管路。
在本实施例中，定子模块4-1数目不局限于本设计，数目根据设计要求可多可少，只要能够实现定子功能即可，制器板5-1、冷却板5-3和逆变器板5-4的数目和形状不局限于本设计，板子的形状和数目都可以根据设计要求，在保证基础功能前提下，可以进行适当的改变。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高度集成模块化轮毂电机，其特征在于，包括集成化电机和并联冷却系统，所述集成化电机包括转动总成(3)、定子总装(4)和控制模块总装(5)，定子总装(4)位于转动总成(3)内部；
所述控制模块总装(5)包括依次设置并固连在一起的控制器板(5-1)、冷却板(5-3)和逆变器板(5-4)，控制器板(5-1)、冷却板(5-3)和逆变器板(5-4)数量相同，且均采用均匀分布的方式；控制器板(5-1)之间通过导线并联，控制器板(5-1)和逆变器板(5-4)通过导线串联；其中一块控制器板(5-1)上设有接口总成板(5-2)；冷却板(5-3)内部设有冷却管路A；
所述定子总装(4)固定在定子固定套筒(9-1)轴向外侧，定子固定套筒(9-1)内部固定控制模块总装(5)；定子固定套筒(9-1)中设置有冷却管路B，冷却管路B与冷却管路A并联，形成并联冷却系统。
2.根据权利要求1所述的高度集成模块化轮毂电机，其特征在于，所述定子固定套筒(9-1)侧面设有套筒出水口(9-2)和套筒进水口(9-3)，套筒出水口(9-2)、套筒进水口(9-3)分别与冷却管路B的出水口、进水口连通。
3.根据权利要求2所述的高度集成模块化轮毂电机，其特征在于，所述冷却管路B采用周向冷却管路或者轴向冷却管路或者螺旋式冷却管路。
4.根据权利要求3所述的高度集成模块化轮毂电机，其特征在于，所述套筒出水口(9-2)、套筒进水口(9-3)位于定子固定套筒(9-1)同一侧，所述冷却管路B的出水口、进水口位于冷却管路B的同一侧。
5.根据权利要求1所述的高度集成模块化轮毂电机，其特征在于，所述接口总成板(5-2)上设置有冷却管路总出水口(8-1)和冷却管路总进水口(8-2)，分别与连通的冷却管路A(10-2)末端的进出水口连接。
6.根据权利要求1所述的高度集成模块化轮毂电机，其特征在于，所述接口总成板(5-2)还设有三相电接口(8-3)，与定子总装(4)的绕组(4-2)的总接头连接。
7.根据权利要求1所述的高度集成模块化轮毂电机，其特征在于，所述冷却管路A采用F型，且固定在上下端盖的凹槽中。
8.根据权利要求1所述的高度集成模块化轮毂电机，其特征在于，所述控制器板(5-1)、冷却板(5-3)和逆变器板(5-4)采用扇环形状。
9.根据权利要求8所述的高度集成模块化轮毂电机，其特征在于，所述控制器板(5-1)、冷却板(5-3)和逆变器板(5-4)的数量均为六个。
10.根据权利要求9所述的高度集成模块化轮毂电机，其特征在于，一组控制器板(5-1)、冷却板(5-3)和逆变器板(5-4)，与一个定子模块(4-1)组成局部模块(15)，局部模块(15)单独使用或者多个连接起来共同使用。
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