CN102975614B - 一种用于直驱型电动汽车的开关磁通电机 - Google Patents
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Abstract
一种用于直驱型电动车的开关磁通电机，包括开关磁通电机、旋转变压器、主减速器、差速器、半轴、桥壳和驱动车轮。开关磁通电机的输出动力经主减速器减速，经差速器实现驱动车轮之间的差速运行，再由半轴传递给驱动车轮以实现整车的动力传递，本装置采用无线圈绕组、无永磁体的整体式转子结构，以旋转变压器作为电机输出转速和转子相位的监测回馈装置，以汽车主减速器的主动齿轮轴为电机轴，以汽车主减速器壳为电机外壳的一部分，实现电机和驱动桥的直接驱动。本装置整体结构紧凑，尤其是电机转子结构简单，使用维护方便，抗冲击震动强，生产成本低，输出转矩和输出转速高等优点，满足汽车在各种复杂工况下行驶的要求。
Description
技术领域
本发明属于汽车工程技术领域，具体涉及一种用于直驱型电动汽车的开关磁通电机。
背景技术
根据我国《新能源汽车产业发展规划》草案，到2020年新能源汽车产业化和市场规模要达到全球第一，新能源汽车（插电式混合动力汽车、纯电动汽车、氢燃料电池汽车等）保有量达到500万辆。因此，电动汽车的发展具有广阔的前景。
目前，用于纯电动汽车的驱动电机种类以及与电动汽车的传动系统的组合形式较多。但是各种电机与电动汽车驱动系统普遍存在：交流感应电机起动力矩小，无刷永磁电机功率密度小、体积大、效率低、结构复杂、成本高、可靠性低、噪音大等缺陷。此外，电动汽车用电机的性能要求具有特殊性，即汽车行驶过程中要求电机速度变化快、变化频繁高，受到的振动冲击大，使用环境恶劣。因此，发明一种用于电机直驱型电动汽车的开关磁通电机满足电动汽车的动力性和通过性要求，实现电动汽车驱动装置的微型化和高可靠性具有重要的现实意义。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于直驱型电动汽车的开关磁通电机，能够实现电动汽车高速、高可靠性运行。
为了达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种用于直驱型电动汽车的开关磁通电机，包括开关磁通电机4、旋转变压器5、主减速器、差速器9、半轴7、桥壳8和驱动车轮6；开关磁通电机4的电机后端盖4-6与配置在其后端的旋转变压器5的旋变定子5-1相连接，开关磁通电机4的前端与主减速器连接；主减速器的主动齿轮轴2与开关磁通电机4的轴是一体的，主动齿轮轴2端部的齿轮与从动齿轮10相啮合，从动齿轮10与差速器9的壳体相连；差速器9的半轴齿轮与半轴7通过花键相连，半轴7和驱动车轮6相连；开关磁通电机4的输出动力经主减速器、差速器9和半轴7传递到驱动车轮6。
所述的开关磁通电机4包括一个电机转子4-1及与之相配置的一个定子铁芯4-2，电机转子4-1上没有布置线圈绕组和永磁体；定子铁芯4-2内侧布置十二个定子绕组4-4和十二个永磁体4-7。
所述的开关磁通电机4的定子铁芯4-2采用0.35mm或0.5mm的圆环形硅钢片叠加，每片硅钢片的外侧为圆形，内侧被十二个大扇形槽和十二个小扇形槽等分成锯齿状，十二个大扇形槽和十二个小扇形槽间隔布置。
所述的开关磁通电机4的电机转子4-1为中空的圆柱体结构，电机转子4-1外侧有10个扇形外凸齿均布的圆柱体结构。
所述的旋转变压器（5）由旋变定子（5-1）、旋变转子（5-2）和旋变线圈（5-6）组成；旋变定子（5-1）同轴布置在旋变转子（5-2）外侧，旋变线圈（5-6）绕制在旋变定子（5-1）上；旋变转子5-2是一个外圈有五个弧形凸齿的圆柱体；旋变定子5-1的内侧的二十个径向扇形凹槽内布置有旋变线圈5-6；旋变定子5-1安装在旋变外壳5-5的内孔中，通过盖板5-3和螺钉5-4固定在电机后端盖4-6上。
本发明采用无线圈绕组、无永磁体的整体式转子结构，以旋转变压器作为电机输出转速和转子相位的监测回馈装置，以汽车主减速器的主动齿轮轴为电机轴，以汽车主减速器壳为电机外壳的一部分，实现电机和驱动桥的直接驱动。该电机的整体结构紧凑，转子结构简单，使用维护方便，抗冲击震动强，生产成本低，输出转矩和输出转速高等优点，适合于汽车在各种复杂工况下运行。
附图说明
图1为本发明的总体布置图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为图2的M-M截面剖视图。
图4为定子铁芯4-2的端面截型图。
图5为电机转子4-1的端面截型图。
图6为图2的N-N截面剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
参照图1，一种用于直驱型电动汽车的开关磁通电机，包括开关磁通电机4、旋转变压器5、主减速器、差速器9、半轴7、桥壳8和驱动车轮6。电动汽车驱动桥采用整体式车桥结构，主减速器、差速器9和半轴7布置在桥壳8内，桥壳8两端连接两个驱动车轮6。整车的电源由蓄电池提供，蓄电池提供的直流电源经控制器变换之后输入到开关磁通电机4。开关磁通电机4的输出扭矩经主减速器减速之后，传递给差速器9，差速器9根据汽车的行驶工况进行差速之后将动力输出至两个半轴7，经半轴7传送至驱动车轮6。在电动汽车上采用整体式车桥形式，对于简化悬架结构，优化整车布置，改善汽车的动力性和制动性具有突出的优点；开关磁通电机4的输出扭矩经过主减速器变换之后，可明显改善整车的动力性。采用差速器9和半轴7的连接方式可以很好的实现汽车弯道行驶能力和通过性，降低汽车行驶工况的特殊性对开关磁通电机4的控制要求。
主减速器采用单级双曲面齿轮或螺旋锥齿轮形式，其中主动齿轮采用齿轮轴的结构形式，主动齿轮轴2与开关磁通电机4的电机转子4-1制作成一体。开关磁通电机4的前端盖和主减速器壳制作成一体，主减速器壳的一端设计成外凸缘结构，成为开关磁通电机4的电机前端盖，这样减少了电机和主减速器的零件数目，而且省去了开关磁通电机4和主减速器之间的连接原件，减少了整体的结构尺寸，实现电机直驱。
如图2和图3，开关磁通电机4由一个电机转子4-1，一个定子铁芯4-2、一个电机壳4-3、十二个定子绕组4-4、六个螺栓螺母组件4-5、一个电机后端盖4-6、十二个永磁体4-7和主减速器壳1组成。主减速器壳1的外侧部分是电机的前端盖，中间通过电机轴承3与主动齿轮轴2连接，电机转子4-1与主动齿轮轴2固定连接，定子铁芯4-2内侧布置十二个定子绕组4-4和十二个永磁体4-7；十二个定子绕组4-4和十二个永磁体4-7间隔布置。电机外壳4-3的外侧布置有散热翅，由于电机外壳内壁直接与电机的定子铁芯4-2的外侧面接触。电机工作时，定子绕组产生的热量通过传导方式经电机外壳上的散热翅散失到空气中。开关磁通电机4的进线孔布置在电机后端盖上，这样一方面利于安装方便，另一方面，电机的进线孔布置在电机后端盖上，在电机外壳上不需要加工进线孔和安装位置，简化了电机外壳的结构。
开关磁通电机的电机后端盖4-6采用透盖形式，电机后端盖4-6的外侧安装旋转变压器5。这种安装方式便于旋转变压器5与电机4实现同轴安装，两者之间不需要联轴器等其它连接零件，简化旋转变压器5和电机4之间的连接关系。
如图4，定子铁芯4-2是由厚度为0.35mm或0.5mm的硅钢片叠加而成，组成定子铁芯4-2的单片硅钢片截面为中间有十二个大径向扇形槽和十二个小径向扇形槽的圆形。定子铁芯4-2的外侧固定安装在电机壳的内孔壁上。电机转子4-1的外侧的凸齿顶端圆弧与定子铁芯4-2的内侧最小圆弧顶端之间保持0.5到1mm的间隙，形成电机转子和定子铁芯之间的磁场气隙。十二个永磁体4-7布置在定子铁芯4-2的十二个大扇形径向槽中，磁极方向沿定子铁芯4-2的轴向，相邻两个永磁体4-7的轴向磁场反向。十二个电机定子绕组4-4间隔交替布置在定子铁芯4-2的十二个小扇形径向槽内。
如图5，电机转子4-1电机转子4-1为中空的圆柱体结构，电机转子4-1外侧有10个扇形外凸齿均布的圆柱体结构。可以采用5、10、15号钢材料的棒料直接加工而成，外侧的齿直接用铣削加工而成。内孔中加工键槽，通过键与主动齿轮轴2连接，电机转子（4-1）上没有布置线圈绕组和永磁体，这种整体式结构简化了电机转子的结构和加工过程，降低了电机转子的转动惯量，也不会出现线圈和永磁体脱落现象。
如图6，旋转变压器5由旋变定子5-1、旋变转子5-2、旋变线圈5-6组成；旋变定子5-1同轴布置在旋变转子5-2外侧，旋变线圈5-6绕制在旋变定子5-1上；旋转变压器5用于检测开关磁通电机转动时的速度和位置。旋变转子5-2是一个外圈有5个弧形凸齿的圆柱体；旋变定子5-1的内侧均匀排列着20个径向扇形凹槽，凹槽内布置有旋变线圈5-6；旋变定子5-1安装在旋变外壳5-5的内孔中，通过盖板5-3和螺钉5-4连接在电机后端盖上。旋变转子5-2连接在主动齿轮轴2上，通过键与主动齿轮轴2周向固定，通过轴端压板和螺栓与主动齿轮轴2轴向固定。这样在开关磁通电机工作时带动旋转变压器5一起运动，实现开关磁通电机4的转速和电机转子位置的检测。
Claims (1)
1.一种用于直驱型电动汽车的开关磁通电机，其特征在于：包括开关磁通电机(4)、旋转变压器(5)、主减速器、差速器(9)、半轴(7)、桥壳(8)和驱动车轮(6)；开关磁通电机(4)的电机后端盖(4-6)与配置在其后端的旋转变压器(5)的旋变定子(5-1)相连接，开关磁通电机(4)的前端与主减速器连接；主减速器的主动齿轮轴(2)与开关磁通电机(4)的轴是一体的，主动齿轮轴(2)端部的齿轮与从动齿轮(10)相啮合，从动齿轮(10)与差速器(9)的壳体相连；差速器(9)的半轴齿轮与半轴(7)通过花键相连，半轴(7)和驱动车轮(6)相连；开关磁通电机(4)的输出动力经主减速器、差速器(9)和半轴(7)传递到驱动车轮(6)；
所述的开关磁通电机(4)包括一个电机转子(4-1)及与之相配置的一个定子铁芯(4-2)，电机转子(4-1)上没有布置线圈绕组和永磁体；定子铁芯(4-2)内侧布置十二个定子绕组(4-4)和十二个永磁体(4-7)；
所述的开关磁通电机(4)的定子铁芯(4-2)采用0.35mm或0.5mm的圆环形硅钢片叠加，每片硅钢片的外侧为圆形，内侧被十二个大扇形槽和十二个小扇形槽等分成锯齿状，十二个大扇形槽和十二个小扇形槽间隔布置；
所述的开关磁通电机(4)的电机转子(4-1)为中空的圆柱体结构，电机转子(4-1)为外侧有10个扇形外凸齿均布的圆柱体结构；
所述的旋转变压器(5)由旋变定子(5-1)、旋变转子(5-2)和旋变线圈(5-6)组成；旋变定子(5-1)同轴布置在旋变转子(5-2)外侧，旋变线圈(5-6)绕制在旋变定子(5-1)上；旋变转子(5-2)是一个外圈有5个弧形凸齿的圆柱体，没有线圈绕组；旋变定子(5-1)的内侧的20个径向扇形凹槽内布置有旋变线圈(5-6)；旋变定子(5-1)安装在旋变外壳(5-5)的内孔中，通过盖板(5-3)和螺钉(5-4)固定在电机后端盖(4-6)上。
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