本發(fā)明屬于純電動、混合動力汽車驅(qū)動領(lǐng)域，具體涉及一種定子輪轂水冷且雙定子三轉(zhuǎn)子架構(gòu)的軸向磁通盤式電動機。

背景技術(shù)：

在純電動、混合動力汽車驅(qū)動領(lǐng)域應(yīng)用的電機多為徑向磁通的交流永磁同步電動機、直流電機或者交流異步電動機，由于傳統(tǒng)徑向電機軸向安裝尺寸較大，功率密度和效率都偏低，不利于在電動汽車領(lǐng)域空間要求嚴格、效率要求高的場合應(yīng)用。

常規(guī)的水冷電機，一般采用機座水冷或者少數(shù)的端蓋水冷等單一冷卻形式，而純電動、混合動力汽車用電機防護等級要求高，底盤安裝空間狹小，電機在加速超車、爬坡等工況，產(chǎn)生大量的熱量，考慮到機座內(nèi)空氣的導熱能力比較差、機座水道或者端蓋水道與定子鐵芯存在裝配間隙，導致很大的傳導熱阻，有時僅僅靠機座水冷或者端蓋水冷來換熱往往不能及時散出，給電機溫升管理帶來極大挑戰(zhàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種定子輪轂水冷且雙定子三轉(zhuǎn)子架構(gòu)的軸向磁通盤式電動機，具有對流換熱效率高，換熱面積大，導熱速度快等優(yōu)點，采用這種散熱結(jié)構(gòu)的盤式電機，功率密度、扭矩密度可以做得更高，結(jié)構(gòu)更加緊湊，適應(yīng)于未來對電機安裝空間有苛刻要求的場合。

為了達到上述目的，本發(fā)明包括通過驅(qū)動端定子組件和非驅(qū)動端定子組件組成的定子組件，驅(qū)動端定子組件至非驅(qū)動端定子組件間依次設(shè)置有驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件、中間轉(zhuǎn)子組件和非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件，驅(qū)動端定子組件的外側(cè)設(shè)置有驅(qū)動端端蓋，驅(qū)動端端蓋上設(shè)置有驅(qū)動端軸承外蓋，非驅(qū)動端定子組件的外側(cè)設(shè)置有非驅(qū)動端端蓋，非驅(qū)動端端蓋上設(shè)置有非驅(qū)動端軸承外蓋，非驅(qū)動端軸承外蓋上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)變壓器組件，定子組件上的機座上固定有出線盒組件，機座上開設(shè)有進水口接頭和出水口接頭。

所述驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件、中間轉(zhuǎn)子組件和非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件通過背靠背安裝的第一角接觸球軸承和第二角接觸球軸承進行軸向定位。

所述驅(qū)動端定子組件和非驅(qū)動端定子組件采用并聯(lián)供電模式或串聯(lián)供電模式。

所述驅(qū)動端定子組件和非驅(qū)動端定子組件的結(jié)構(gòu)相同，均包括定子鐵芯，定子鐵芯的外壁上繞有定子繞組，定子繞組的槽內(nèi)直線段采用第一槽楔和第二槽楔壓緊，定子繞組兩側(cè)分別通過第一外箍圈、第二外箍圈、第一內(nèi)箍圈和第二內(nèi)箍圈固定在定子輪轂上，定子鐵芯上開設(shè)三個軸向通風孔，定子鐵芯的兩側(cè)端面徑向通風槽。

所述定子繞組st109采用c級絕緣漆包線，并采用多股并繞。

所述出線盒組件包括出線盒殼體，出線盒殼體內(nèi)固定有三個填料函和一個溫檢接頭，出線盒殼體與蓋板和背板共同組成密閉空腔，蓋板上設(shè)置有三個接線銅柱，接線銅柱的一端通過機座上的過線孔引出后接入定子繞組(st109)的引出線，接線銅柱的另一端外接動力電纜。

所述蓋板與出線盒殼體之間設(shè)有橡膠墊，接線銅柱通過環(huán)氧底板的端面限位。

所述非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件和驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件的結(jié)構(gòu)相同，均包括磁鋼，磁鋼的底面涂覆有磁鋼底面膠，磁鋼固定在轉(zhuǎn)子鐵芯上，相鄰的磁鋼間設(shè)置有用于限位的磁鋼隔條；

所述中間轉(zhuǎn)子組件包括第一磁鋼框架和第二磁鋼框架，第一磁鋼框架和第二磁鋼框架間固定有中間轉(zhuǎn)子磁鋼，中間轉(zhuǎn)子磁鋼的底面涂覆有磁鋼底面膠；

所述驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件與中間轉(zhuǎn)子組件固定在第一軸套的兩側(cè)，中間轉(zhuǎn)子組件與非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件固定在第二軸套的兩側(cè)，第一軸套和第二軸套與軸均通過花鍵副連接，第一軸套的外側(cè)通過弧鍵定位，第二軸套的外側(cè)通過弧鍵定位；

所示非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件和驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件的磁鋼以及中間轉(zhuǎn)子磁鋼外均涂覆有環(huán)氧鍍層。

所述旋轉(zhuǎn)變壓器組件包括固定在旋轉(zhuǎn)變壓器定子法蘭盤上的旋轉(zhuǎn)變壓器定子，旋轉(zhuǎn)變壓器定子內(nèi)設(shè)置有旋轉(zhuǎn)變壓器鐵芯，旋轉(zhuǎn)變壓器定子法蘭盤上開設(shè)有若干用于調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器定子圓周位置的腰形孔，旋轉(zhuǎn)變壓器定子法蘭盤固定在非驅(qū)動端軸承外蓋上，旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子固定在旋轉(zhuǎn)變壓器軸套上，并通過軸用擋圈限制軸向運動，旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子設(shè)置在旋轉(zhuǎn)變壓器定子內(nèi)，旋轉(zhuǎn)變壓器定子法蘭盤外設(shè)置有固定在非驅(qū)動端軸承外蓋上的旋轉(zhuǎn)變壓器外蓋。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用雙定子三轉(zhuǎn)子的架構(gòu)，機座上開設(shè)有進水口接頭和出水口接頭，使冷卻液能夠進入電機內(nèi)部進行熱交換，本裝置具有對流換熱效率高，換熱面積大，導熱速度快等優(yōu)點，采用這種散熱結(jié)構(gòu)的盤式電機，功率密度、扭矩密度可以做得更高，結(jié)構(gòu)更加緊湊，適應(yīng)于未來對電機安裝空間有苛刻要求的場合。

進一步的，本發(fā)明的定子鐵芯設(shè)計成獨立的無軛部定子齒塊，每個定子齒塊繞有集中繞組，因采用獨立的分段電樞結(jié)構(gòu)，可以顯著降低鐵芯的渦流損耗，從而提高電機運行效率。同時，由于轉(zhuǎn)子采用了磁鋼表貼式結(jié)構(gòu)以及12槽10極的近極槽配合，盤式電動機具有較好的弱磁擴速能力，適合高速運行工況。

進一步的，本發(fā)明中驅(qū)動端轉(zhuǎn)子磁鋼、中間轉(zhuǎn)子磁鋼和非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子磁鋼均采用分塊設(shè)計，并進行環(huán)氧鍍層來阻斷渦流以降低渦流損耗。

進一步的，本發(fā)明的定子繞組采用細的、漆膜耐溫等級更高的c級絕緣漆包線，多股并繞以降低高頻渦流銅耗等措施。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的零部件爆炸結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明的整體剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明的磁路結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明的供電模式結(jié)構(gòu)圖；其中，(a)雙定子串聯(lián)供電，(b)為雙定子并聯(lián)供電；

圖5為本發(fā)明的定子組件剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖6為本發(fā)明的定子組件爆炸結(jié)構(gòu)圖；

圖7為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子組件剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖8為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子組件爆炸結(jié)構(gòu)圖；

圖9為本發(fā)明的出線盒組件剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖10為本發(fā)明的出線盒組件爆炸結(jié)構(gòu)圖；

圖11為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)變壓器組件剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖12為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)變壓器組件爆炸結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。

如圖1，圖2所示，本發(fā)明采用雙定子三轉(zhuǎn)子架構(gòu)，有主軸設(shè)計，其中轉(zhuǎn)子采用磁鋼表貼式結(jié)構(gòu)，溫升管理采用整個定子輪轂水冷循環(huán)冷卻散熱模式；包括驅(qū)動端定子組件st100a、非驅(qū)動端定子組件st100b、驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件ro200a、中間轉(zhuǎn)子組件ro200b、非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件ro200c、出線盒組件te300、旋轉(zhuǎn)變壓器組件re400。定子組件st100a位于驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件ro200a和中間轉(zhuǎn)子組件ro200b中間，定子組件st100b位于中間轉(zhuǎn)子組件ro200b和非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件ro200c中間，驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件ro200a、中間轉(zhuǎn)子組件ro200b和非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件ro200c通過2個花鍵軸套連接。旋轉(zhuǎn)變壓器組件re400通過緊定螺釘re411固定到非驅(qū)動端軸承外蓋4上，出線盒組件te300通過緊定螺釘te301固定到定子組件st100中的機座st102上。驅(qū)動端端蓋1和非驅(qū)動端端蓋2通過雙頭螺柱st123和螺母st124固定到定子組件st100的機座st102上，3個轉(zhuǎn)子組件的軸向定位通過2個背靠背安裝的角接觸球軸承ro213、角接觸球軸承ro222實現(xiàn)，兩側(cè)使用驅(qū)動端軸承外蓋3、非驅(qū)動端軸承外蓋4固定。

如圖3所示，定子輪轂水冷且雙定子三轉(zhuǎn)子架構(gòu)的軸向磁通盤式電動機的磁路貫穿定子組件st100、驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件ro200a、中間轉(zhuǎn)子組件ro200b和非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件ro200c。具體磁路如下：第一磁鋼ro202a→第一定子鐵芯st107a→第二磁鋼ro207a→第二定子鐵芯st107c→第三磁鋼ro211a→第三轉(zhuǎn)子鐵芯ro212→第四磁鋼ro211b→第四定子鐵芯st107d→第五磁鋼ro207b→第五定子鐵芯st107b→第六磁鋼ro202b→第六轉(zhuǎn)子鐵芯ro201。其中相鄰位置的第一磁鋼ro202a與第六磁鋼ro202b，第二磁鋼ro207a與第五磁鋼ro207b，第三磁鋼ro211a與第四磁鋼ro211b極性相反，相同位置的第一磁鋼ro202a、第二磁鋼ro207a和第三磁鋼ro211a，第六磁鋼ro202b、第五磁鋼ro207b和第四磁鋼ro211b極性相同。

如圖4所示，軸向磁通盤式電機有兩個定子組件st100a、定子組件st100b，可以采用并聯(lián)供電模式，承受更大的電流；亦可以采用串聯(lián)供電模式，可以承受更大的電壓。

如圖5和圖6所示，定子組件st100包括定子鐵芯st107，定子鐵芯st107由高磁導率、低損耗、超薄硅鋼片卷繞而成，然后分割成一個個獨立的電樞齒，以降低定子鐵芯渦流損耗。定子鐵芯st107的外壁面繞有定子繞組st109，定子繞組st109槽內(nèi)直線段使用第一槽楔st106和第二槽楔st108壓緊，定子繞組st109的內(nèi)外端部通過第一外箍圈st105、第二外箍圈st121、第一內(nèi)箍圈st104、第二內(nèi)箍圈st119、緊定螺釘st101、緊定螺釘st103、緊定螺釘st120、緊定螺釘st122固定到定子輪轂st113，以限制其軸向運動。定子鐵芯st107上開設(shè)有三個軸向通風孔，定子鐵芯st107的兩側(cè)端面徑向通風槽。進水口接頭st114、出水口接頭st115通過緊定螺釘st123、緊定螺釘st124固定到機座st102上。

定子組件st100與非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件ro200c、中間轉(zhuǎn)子組件ro200b和驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件ro200a的相對運動，通過一對背對背安裝的第一角接觸軸承ro213與第二角接觸軸承ro222實現(xiàn)，第一角接觸軸承ro213和第二角接觸軸承ro222均與主軸ro209通過過盈配合鏈接，第一角接觸軸承ro213與第二角接觸軸承ro222分別與驅(qū)動端端蓋1和非驅(qū)動端端蓋2通過過渡配合鏈接，驅(qū)動端軸承外蓋3、非驅(qū)動端軸承外蓋4通過螺釘5、螺釘6用于的記憶角接觸軸承ro213與第二角接觸軸承ro222的軸向限位。

如圖9和圖10所示，出線盒組件te300，為了固定外接動力和溫檢信號引接線，分別引入了3個填料函te315、1個溫檢接頭te313，填料函te315固定到出線盒殼體te316上，蓋板te302通過螺釘te301固定出線盒殼體te316上，蓋板te302與出線盒殼體te316之間設(shè)有橡膠墊te305。定子繞組st109的引出線通過機座st102上的過線孔引出，使用螺母te312和接線銅鼻子te311連接到接線銅柱te308的一端，另一端使用接線銅鼻子te304外接動力電纜，同理，使用螺母te303壓緊。其中接線銅柱te308通過環(huán)氧底板te307的端面限位，其上套有橡膠圈te309，通過緊定螺釘固定法蘭盤st310，從而壓緊橡膠圈te309，壓緊起密封作用，定子繞組st109的溫度傳感器引接線通過溫檢插頭te313引出。同時，設(shè)置了密封墊te317、密封墊te302、密封墊te305，以保證出線盒組件te300內(nèi)部是一個密封的空間。

密封方面，出線盒te300內(nèi)部安裝有密封墊te317、密封墊te302、密封墊te305、環(huán)氧底板te307、接線銅柱te308、橡膠圈te309構(gòu)成出線盒部分的密封空間。

如圖5所示，機座st102上安裝有進水接頭st114和出水接頭st115，其上開有進/出水口。定子繞組st109、定子鐵芯st107、產(chǎn)生的熱量，通過流動的冷卻液帶走，通過定子輪轂st113的水冷循環(huán)冷卻設(shè)計以及定子繞組st109與定子輪轂st113的貼合裝配，增大主要發(fā)熱源的接觸散熱面積，提高熱源表面對流換熱系數(shù)，顯著改善了定子散熱效果，同時，通過定子鐵芯st107的軸向通風孔與兩個端面通風槽、風路可以多支路流動，增大表面的散熱面積，定子鐵芯st107、定子繞組st109產(chǎn)生的熱量可以較快的被帶走。

如圖7和圖8所示，非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件ro200c，為了使電機具有更高的功率密度，將轉(zhuǎn)子組件ro200c的非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子磁鋼ro211設(shè)計成表貼式結(jié)構(gòu)。非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件ro200c包括非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子磁鋼ro211，非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子磁鋼ro211底面涂覆磁鋼底面膠，使用非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子磁鋼隔條ro209來定位非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子磁鋼ro211，限制其切向、徑向、軸向運動。通過螺釘ro210將非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子磁鋼隔條ro209固定到非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子鐵芯ro212上。

中間轉(zhuǎn)子組件ro200b，將轉(zhuǎn)子組件ro200b中的中間轉(zhuǎn)子磁鋼ro207設(shè)計成表貼式結(jié)構(gòu)。中間轉(zhuǎn)子組件ro200b包括中間轉(zhuǎn)子磁鋼ro207，中間轉(zhuǎn)子磁鋼ro207底面涂覆磁鋼底面膠，兩側(cè)使用第一磁鋼框架ro206中間轉(zhuǎn)子、第二磁鋼框架ro208來定位中間轉(zhuǎn)子磁鋼ro211，限制其切向、徑向、軸向運動。通過螺釘ro205將第一磁鋼框架ro206、第二磁鋼框架ro208固定到一起。

如圖9，圖10所示，驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件ro200a的結(jié)構(gòu)形式，與非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件ro200c的結(jié)構(gòu)形式相同，驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件ro200a與中間轉(zhuǎn)子組件ro200b通過的記憶軸套ro217上的兩側(cè)法蘭連接，使用緊定螺釘ro215、緊定螺釘ro218固定擰緊；同理，非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子組件ro200c與中間轉(zhuǎn)子組件ro200b通過第二軸套ro219上的兩側(cè)法蘭連接，使用緊定螺釘ro218、緊定螺釘ro220固定擰緊。第一軸套ro217、第二軸套ro219與軸ro216通過花鍵副連接，兩側(cè)使用第一弧鍵ro214、第二弧鍵ro221定位。

如圖11和圖12所示，旋轉(zhuǎn)變壓器組件re400，目的是為了精確的檢測轉(zhuǎn)子位置信號，設(shè)計有旋轉(zhuǎn)變壓器定子re408，過盈裝配到旋轉(zhuǎn)變壓器定子法蘭盤re410上。旋轉(zhuǎn)變壓器定子法蘭盤re410開有4個腰形孔，用于調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器定子re408的圓周位置，最后通過螺釘re409固定到非驅(qū)動端軸承外蓋4上；旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子re405通過平鍵re404固定到旋轉(zhuǎn)變壓器軸套re406上，使用軸用擋圈re406限制軸向運動，旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子re405設(shè)置在旋轉(zhuǎn)變壓器定子re408內(nèi)。旋轉(zhuǎn)變壓器外蓋re412通過緊定螺釘re411固定到非驅(qū)動端端蓋4上。

本發(fā)明的工作原理為：定子組件st100中的定子繞組st109外接電機逆變器輸出的三相交流電，產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動端轉(zhuǎn)子磁鋼ro202、中間轉(zhuǎn)子磁鋼ro207、非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子磁鋼ro211產(chǎn)生的磁場切割定子繞組st109，從而定子繞組st109產(chǎn)生的圓形旋轉(zhuǎn)磁場帶動驅(qū)動端轉(zhuǎn)子磁鋼ro202、中間轉(zhuǎn)子磁鋼ro207、非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子磁鋼ro211產(chǎn)生的永磁磁場同步旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。在盤式電機運行過程中產(chǎn)生的熱量，主要通過2個定子輪轂st113中的循環(huán)冷卻液帶走，由于采用定子輪轂st113水冷循環(huán)冷卻方案，盤式電機可以承受更大的過載，擁有更大的功率密度和扭矩密度；采用了表貼式轉(zhuǎn)子方案，使得盤式電機擁有了更高的功率密度和扭矩密度。

該盤式電機采用有主軸設(shè)計，減速器或者差速器的輸出軸上的內(nèi)花鍵與盤式電機的外花鍵，通過花鍵副連接，其中與減速器耦合，用于減速；或者與差速器耦合，用于直驅(qū)。主要作為牽引動力，適合應(yīng)用于純電動、混合動力汽車等對空間要求苛刻、直驅(qū)或者配減速器的領(lǐng)域。

被動降低損耗方面，定子輪轂st113設(shè)計有回旋型水道，定子繞組st109與定子輪轂st113緊密貼合裝配，將定子繞組st109、定子鐵芯st107產(chǎn)生的熱量傳導到定子輪轂st113，熱量通過水道內(nèi)的冷卻液帶走。定子鐵芯st107的每個獨立的電樞齒在軸向方向開有3個通風孔，兩側(cè)端面設(shè)計有徑向通風槽，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中，可以增大定子鐵芯表面的對流換熱系數(shù)，提高散熱能力。驅(qū)動端轉(zhuǎn)子磁鋼ro202、中間轉(zhuǎn)子磁鋼ro207、非驅(qū)動端轉(zhuǎn)子磁鋼ro211采用耐溫等級更高的n38eh燒結(jié)釹鐵硼材質(zhì)。通過以上措施，盤式電機具有了更高的耐溫升等級,可以承受更大的過載，結(jié)構(gòu)更加緊湊，提高了電機功率密度和扭矩密度。