電動(dòng)汽車用直流無刷電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電機(jī)設(shè)計(jì)及制造領(lǐng)域，特別提供電動(dòng)汽車用永磁電動(dòng)汽車用直流無刷電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]永磁無刷直流電機(jī)的設(shè)計(jì)方法一般有電磁設(shè)計(jì)方法和場路結(jié)合的設(shè)計(jì)方法。目前用得較多的仍然是傳統(tǒng)的電磁設(shè)計(jì)方法，即用電磁計(jì)算完成設(shè)計(jì)，有條件時(shí)再對(duì)完成的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行磁場有限元校核，并作適當(dāng)調(diào)整。電磁設(shè)計(jì)方法是永磁無刷直流電機(jī)的經(jīng)典基本設(shè)計(jì)方法。其設(shè)計(jì)思路為:由技術(shù)要求確定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，由轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和永磁體性能確定磁負(fù)荷B —，由性能要求及散熱條件確定電負(fù)荷A，最后根據(jù)電磁負(fù)荷確定基本尺寸D、L。該方法的優(yōu)點(diǎn)是思路清晰、參數(shù)確定、方案易整理;缺點(diǎn)是經(jīng)驗(yàn)參數(shù)多，計(jì)算精度較低。場路結(jié)合的設(shè)計(jì)方法以有限元磁場分析為基礎(chǔ)，磁路參量用有限元分析得到，而電路參數(shù)按電路方法計(jì)算可以用Mat Iab軟件編程來分析計(jì)算。其優(yōu)點(diǎn)是磁場分析精度較高(一般二維磁場計(jì)算即可滿足設(shè)計(jì)要求)，缺點(diǎn)是負(fù)載磁場分析時(shí)定子等效電流的幅值和位置不定，所以磁場分析和電路的計(jì)算必須相結(jié)合。

【發(fā)明內(nèi)容】

永磁無刷直流電機(jī)具有高效、高功率密度以及良好的調(diào)速性能正逐漸成為電動(dòng)汽車傳動(dòng)中所使用的首選電機(jī)。
[0003]本發(fā)明所述的電動(dòng)汽車用電動(dòng)汽車用直流無刷電機(jī)開發(fā)過程包含了系統(tǒng)電機(jī)原理設(shè)計(jì)、控制器原理設(shè)計(jì)、系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、綜合布線設(shè)計(jì)、整體發(fā)熱設(shè)計(jì)、電機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)、PCB外協(xié)加工、PCB焊接和單板調(diào)試、散熱器加工、殼體加工、銅排加工、零部件進(jìn)廠及過程加工檢驗(yàn)、樣機(jī)總裝、系統(tǒng)功能調(diào)試、外場功率臺(tái)架試驗(yàn)、裝車路況試驗(yàn)、驗(yàn)證。
[0004]—種電動(dòng)汽車用直流無刷電機(jī)，適用于電動(dòng)汽車，電機(jī)本體包括外轉(zhuǎn)子組件、內(nèi)定子組件和電機(jī)軸，外轉(zhuǎn)子組件包括外轉(zhuǎn)子圓柱狀殼體，外轉(zhuǎn)子圓柱狀殼體前后兩端設(shè)置有與之緊固連接的前蓋和后蓋，外轉(zhuǎn)子圓柱狀殼體的內(nèi)壁上沿著電機(jī)軸方向粘結(jié)有2對(duì)永磁稀土單元，外轉(zhuǎn)子通過軸承與電機(jī)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接，內(nèi)定子組件包括定子鐵芯疊片，內(nèi)定子鐵芯疊片為2對(duì)并且與永磁稀土單元一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，定子鐵芯疊片的端部設(shè)置有定子繞組，散熱后殼的后壁上分布有陣列式水冷散熱片。
[0005]散熱器安裝面上還裝配有控制器，控制器主要由電路、霍爾位置傳感器、霍爾電流傳感器和控制機(jī)箱組成。
[0006]電路有輸入濾波器、IGBT功率模塊和IGBT功率驅(qū)動(dòng)板組成;控制器機(jī)箱由航空插頭接口板、母板、控制板和電源板組成。
[0007]所述的控制器具有CAN2.0B通信控制，和3位的I/O數(shù)字控制口作為啟/停、倒車、剎車制動(dòng)輔助控制功能，和I個(gè)模擬加速信號(hào)輸入?？刂破骶哂羞^電流、過電壓和欠電壓的保護(hù)功能。
[0008]3位的I/O數(shù)字控制口具體為24VDC、1mA驅(qū)動(dòng)、高電平有效;模擬加速信號(hào)輸入為O?1Vo
[0009]滿足如下指標(biāo)要求:
a、帶載條件下電機(jī)啟動(dòng)過載電流S3倍，可編程設(shè)定堵轉(zhuǎn)電流S 1800A；
b、電機(jī)電流穩(wěn)態(tài)測量精度<2%;
c、電機(jī)轉(zhuǎn)速測量精度<1%;
d、電源電壓測量精度<2%;
e、通信協(xié)議采用多重命令應(yīng)答模式，以保障司控系統(tǒng)的準(zhǔn)確操作。
[0010]電機(jī)結(jié)構(gòu)方面采用強(qiáng)迫風(fēng)冷和自然冷卻兩種結(jié)構(gòu)，突出結(jié)構(gòu)的緊湊性并大量使用新材料使電機(jī)能發(fā)揮最大的功率密度。采用永磁稀土電動(dòng)汽車用直流無刷電機(jī)結(jié)構(gòu)方式，本體設(shè)計(jì)采用聚磁和貼片式兩種磁鋼結(jié)構(gòu)以及定子線包集中繞法和分?jǐn)?shù)槽結(jié)構(gòu)，盡可能消除磁鋼產(chǎn)生的定位轉(zhuǎn)矩。運(yùn)行于三相六狀態(tài)輸出；控制器由數(shù)字信號(hào)處理單元、位置檢測(霍爾傳感器或旋變)單元、功率驅(qū)動(dòng)單元和能量回饋及制動(dòng)單元組成。在防護(hù)方面采用全封密防水結(jié)構(gòu)，使電機(jī)適合汽車在不同的環(huán)境下工作。
[0011 ]隨著永磁無刷直流電機(jī)越來越廣泛的應(yīng)用，一些特殊場合，如航天領(lǐng)域?qū)﹄姍C(jī)的性能要求就更高，所以應(yīng)當(dāng)采取更精確的設(shè)計(jì)方法以滿足要求。最常用的場路結(jié)合設(shè)計(jì)方法是在電磁設(shè)計(jì)之后進(jìn)行有限元空載磁場校核。
[0012]—種電動(dòng)汽車用直流無刷電機(jī)的CAD設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟:
a、用電磁設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)永磁無刷直流電機(jī)，確定電機(jī)基本結(jié)構(gòu)和尺寸；
b、用有限元方法計(jì)算空載磁路，校核電磁設(shè)計(jì)的磁路計(jì)算結(jié)果；
c、用有限元方法和傅里葉分析方法計(jì)算Kf、Kd、Kq、Kad、Kaq，校核電磁設(shè)計(jì)中的相應(yīng)參數(shù)；
d、用有限元方法計(jì)算Xad、Xaq，校核電磁設(shè)計(jì)的Xad、Xaq;
e、當(dāng)上述步驟的計(jì)算誤差達(dá)到精度要求時(shí)，求解相量圖，確定Θ角，IN的幅值及位置，進(jìn)行有限元負(fù)載磁場計(jì)算，校核電磁設(shè)計(jì)的負(fù)載永磁體工作點(diǎn)和工作特性計(jì)算結(jié)果；
f、用MatIab軟件編程來仿真計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步校對(duì)設(shè)計(jì)的正確性。
[0013]運(yùn)用成熟有限元分析各種磁場變化和Matlab電磁設(shè)計(jì)方法、思路來設(shè)計(jì)稀土永磁電機(jī)，以及大功率電動(dòng)汽車用直流無刷電機(jī)控制器設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以高可靠性為前提、綜合優(yōu)化成本、充分地滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，高效地研制出高質(zhì)量產(chǎn)品。
[0014]高性能釹鐵硼永磁電動(dòng)汽車用直流無刷電機(jī)、能適應(yīng)磁霍爾或旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測傳感器，通過大功率IGBT電子換向控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟(停)及無級(jí)調(diào)速功能，避免了啟動(dòng)時(shí)大電流對(duì)電源電池的沖擊和對(duì)其它電子設(shè)備的電磁干擾;相對(duì)直流電機(jī)，減少了機(jī)械換向炭刷和滑環(huán)，其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、體積小、比功率大(輸出功率/重量)和高效率等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明:
圖1為電動(dòng)汽車用直流無刷電機(jī)側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為電動(dòng)汽車用直流無刷電機(jī)主視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為電動(dòng)汽車用直流無刷電機(jī)側(cè)視剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為控制器安裝圖；
圖5為有限元磁場分析結(jié)果磁路圖；
圖6為有限元磁場分析結(jié)果磁路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]附圖符號(hào)說明:
I外轉(zhuǎn)子組件、2內(nèi)定子組件、3電機(jī)軸，101外轉(zhuǎn)子圓柱狀殼體、102前蓋、103后蓋、104永磁稀土單元、105軸承、106陣列式水冷散熱片、107控制器、108霍爾屏蔽線、109螺釘。
[0017]實(shí)施例1
永磁無刷直流電機(jī)具有高效、高功率密度以及良好的調(diào)速性能正逐漸成為電動(dòng)汽車傳動(dòng)中所使用的首選電機(jī)。
[0018]本發(fā)明所述的電動(dòng)汽車用電動(dòng)汽車用直流無刷電機(jī)開發(fā)過程包含了系統(tǒng)電機(jī)原理設(shè)計(jì)、控制器原理設(shè)計(jì)、系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、綜合布線設(shè)計(jì)、整體發(fā)熱設(shè)計(jì)、電機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)、PCB外協(xié)加工、PCB焊接和單板調(diào)試、散熱器加工、殼體加工、銅排加工、零部件進(jìn)廠及過程加工檢驗(yàn)、樣機(jī)總裝、系統(tǒng)功能調(diào)試、外場功率臺(tái)架試驗(yàn)、裝車路況試驗(yàn)、驗(yàn)證。
[0019]—種電動(dòng)汽車用直流無刷電機(jī)，適用于電動(dòng)汽車，電機(jī)本體包括外轉(zhuǎn)子組件、內(nèi)定子組件和電機(jī)軸，外轉(zhuǎn)子組件包括外轉(zhuǎn)子圓柱狀殼體，外轉(zhuǎn)子圓柱狀殼體前后兩端設(shè)置有與之緊固連接的前蓋和后蓋，外轉(zhuǎn)子圓柱狀殼體的內(nèi)壁上