一种新能源汽车永磁同步油冷电机及定子内径尺寸设计方法

文档序号:22448 发布日期:2021-09-21 浏览:26次 >En<

阅读说明:本技术 一种新能源汽车永磁同步油冷电机及定子内径尺寸设计方法 (New energy automobile permanent magnet synchronous oil-cooled motor and stator inner diameter size design method ) 是由 杨超 陈甦欣 徐嘉悦 于 2021-06-20 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种新能源汽车永磁同步油冷电机,包括定子、转子及壳体,所述定子与壳体间隙布置,所述定子与壳体之间通过键槽配合,上述的定子与壳体通过键槽配合,替代了悬臂结构,可靠性显著提高;并且取消螺栓连接,成本低,装配简单,拆装方便;定子与壳体通过与壳体键槽配合定子刚度显著增加,噪声振动得到显著改善,并且从噪声振动控制角度,采用上述定子内径的设计方法,计算出定子尺寸参数范围,规避由于油冷结构所带来的振动噪声问题。(The invention relates to a permanent magnet synchronous oil-cooled motor of a new energy automobile, which comprises a stator, a rotor and a shell, wherein the stator and the shell are arranged in a clearance way, are matched through a key slot, and are matched through the key slot, so that a cantilever structure is replaced, and the reliability is obviously improved; the bolt connection is cancelled, so that the cost is low, the assembly is simple, and the disassembly and the assembly are convenient; the rigidity of the stator and the shell is obviously increased by matching the stator with a shell key groove, noise vibration is obviously improved, and from the aspect of noise vibration control, the size parameter range of the stator is calculated by adopting the design method of the inner diameter of the stator, so that the problem of vibration noise caused by an oil cooling structure is avoided.)

一种新能源汽车永磁同步油冷电机及定子内径尺寸设计方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车电机

技术领域

,具体涉及一种新能源汽车永磁同步油冷电机及定子内径尺寸设计方法。

背景技术

随着新能源技术的发展,新能源汽车的市场接受度也不断提高,对于新能源汽车生产及研发的相关企业发展前景也十分有利,采用纯电能作为动能的新能源汽车的市场占有率最高,纯电动的新能源汽车中动力的输出主要采用电机,而电机的设计在整个电机的性能及稳定性表现尤为关键,目前新能源汽车所采用的油冷电机的定子主要是通过螺栓与壳体进行连接,并且使定子与壳体表面存在一定的间隙,便于储存和流通冷却油,从而起到散热的效果;现有的油冷电机目前方案存在以下问题:其一是:定子与壳体通过螺栓连接,电机内部增加连接件,成本高;其二是:定子与壳体通过螺栓固定连接,螺栓一端悬空,一端固定,处于悬臂梁的情况,振动耐久可靠性存在问题;其三是:相对于水冷电机,定子与壳体分离,且螺栓悬空,定子系统的刚度大幅度下降,更易发出振动噪声,影响整车的驾驶体验;其四是:缺少一种有效的设计方法,从设计方案的角度来弥补由于油冷电机结构导致的定子刚度下降,噪声振动增大的问题。

发明内容

本发明的目的是:提供一种新能源汽车永磁同步油冷电机及定子内径尺寸设计方法,能够有效消除现有技术中存在的问题,并且通过提供可靠的定子内径尺寸设计思路,能够解决由于油冷电机结构导致的定子刚度下降,噪声振动增大的问题。

为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:

新能源汽车永磁同步油冷电机,包括定子、转子及壳体,所述定子与壳体间隙布置,所述定子与壳体之间通过键槽配合。

本发明还存在以下特征:

键槽沿着所述定子与壳体的周向方向间隔设置多组。

所述键槽由凸台和凹槽构成。

所述凸台设置在定子的外壁,所述凹槽设置在壳体的内壁。

所述凸台沿着定子的外壁等角度设置四组,所述凹槽沿着壳体的内壁等角度设置四组。

所述凸台沿着定子的轴向长度方向布置。

所述凹槽沿着壳体的轴向长度方向布置。

所述凸台的截面为矩形或三角形。

所述凹槽的截面轮廓与凸台的截面轮廓吻合。

一种新能源汽车永磁同步油冷电机定子内径尺寸设计方法,其特征在于:所述机定子内径尺寸设计包括如下步骤:

第一步,计算定子的呼吸模态频率大小:

其中f0是定子呼吸模态频率,Dc是定子的平均外径,ρc为定子铁芯的密度,Ec为定子铁芯的弹性模量,ki为定子压装的叠压系数,kmd为质量系数,Mt为定子齿质量,Mw为定子绕组质量,Mi为绝缘层质量,Mc为定子铁芯质量;

第二步,计算定子呼吸模态下的振动放大系数:

其中为fr外部激励频率,ξ0为呼吸模态下的阻尼比

第三步,建立定子呼吸模态频率与振动放大系数之间的关系,通常情况下外部激励频率fr与呼吸模态频率f0相等时则定子总成结构将发生共振,此时电机振动将达到峰值,因此考虑fr=f0的情况下振动放大系数h0与阻尼比ξ0之间关系即可:

第四步,计算在外部电磁激励的情况下,定子呼吸模态对外辐射的振动幅值:

ω0=2πf0

Mc=2πDchcρcLi

其中A0为定子振动幅值,Din为定子内径,Li为定子轴向有效长度,Pr为电磁激励幅值,Mc为定子铁芯质量,hc为定子的设计厚度,ω0为呼吸模态对应的角频率;

第五步,联立公式⑤⑥⑦建立A0与f0的关系:

为简化计算公式,根据工程经验,f0取值通常在6000Hz至8000Hz之间,将等号右边f0取中值代入公式⑧进行简化计算:

第六步,联立公式①⑧⑩,建立振动幅值与定子尺寸的关系:

第七步,根据电机呼吸模态频率下的振动设计目标A0≤Am,计算定子尺寸的设计范围,基于公式

得出:

第八步,考虑到代入公式可得:

通过公式推导可得在考虑定子呼吸模态振动设计指标下,定子的内径设计范围:

其中为Am振动设计目标,Ec为定子铁芯材料的弹性模量,ki为定子压装的叠压系数,kmd为质量系数,Pr为电磁激励幅值,hc为定子的设计厚度。

与已有技术相比,本发明的有益效果体现在:上述的定子与壳体通过键槽配合,替代了悬臂结构,可靠性显著提高;并且取消螺栓连接,成本低,装配简单,拆装方便;定子与壳体通过与壳体键槽配合定子刚度显著增加,噪声振动得到显著改善,并且从噪声振动控制角度,采用上述定子内径的设计方法,计算出定子尺寸参数范围,规避由于油冷结构所带来的振动噪声问题。

附图说明

图1是油冷电机的定子与壳体配合的结构示意图;

图2是油冷电机的定子与壳体配合的端面示意图。

具体实施方式

结合图1和图2,对本发明作进一步地说明:

新能源汽车永磁同步油冷电机,包括定子100、转子及壳体200,所述定子100与壳体200间隙布置,所述定子100与壳体200之间通过键槽配合;所述键槽沿着所述定子100与壳体200的周向方向间隔设置多组。

在实际设计过程中,在定子100的外壁设置凸台110,在壳体200的内体设置凹槽210,所述凸台110沿着定子100的外壁等角度设置四组,所述凹槽210沿着壳体200的内壁等角度设置四组;所述凸台110沿着定子100的轴向长度方向布置;所述凹槽210沿着壳体200的轴向长度方向布置,实际应用时所述凸台110的截面为矩形或三角形;所述凹槽210的截面轮廓与凸台110的截面轮廓吻合。

对现有的油冷电机的定子100与壳体200之间的连接关系进行改进,定子100与壳体200通过键槽配合,替代了悬臂结构,可靠性显著提高;该定子100与壳体200之间取消螺栓的方式,使得成本低,装配简单,拆装更为方便;并且定子100与壳体200通过与键槽配合,定子100刚度显著增加,噪声振动得到显著改善;

定子100与壳体200通过凸台110与凹槽210配合进行连接,为了保证定子100散热,定子100外圆与壳体200内圆之间应留有一定间隙储存冷却油,但为了满足电机振动设计目标,尤其控制定子呼吸模态下的振动噪声,定子的厚度若太薄,会导致刚度过低,振动幅值较大;

因此同时考虑油冷散热效果以及噪声振动设计目标,基于动力学理论,结合图2所示,定子100厚度尺寸设计方法如下:所述机定子内径尺寸设计包括如下步骤:

第一步,计算定子的呼吸模态频率大小:

其中f0是定子呼吸模态频率,Dc是定子的平均外径,ρc为定子铁芯的密度,Ec为定子铁芯的弹性模量,ki为定子压装的叠压系数,kmd为质量系数,Mt为定子齿质量,Mw为定子绕组质量,Mi为绝缘层质量,Mc为定子铁芯质量;

第二步,计算定子呼吸模态下的振动放大系数:

其中为fr外部激励频率,ξ0为呼吸模态下的阻尼比

第三步,建立定子呼吸模态频率与振动放大系数之间的关系,通常情况下外部激励频率fr与呼吸模态频率f0相等时则定子总成结构将发生共振,此时电机振动将达到峰值,因此考虑fr=f0的情况下振动放大系数h0与阻尼比ξ0之间关系即可:

第四步,计算在外部电磁激励的情况下,定子呼吸模态对外辐射的振动幅值:

ω0=2πf0

Mc=2πDchcρcLi

其中A0为定子振动幅值,Din为定子内径,Li为定子轴向有效长度,Pr为电磁激励幅值,Mc为定子铁芯质量,hc为定子的设计厚度,ω0为呼吸模态对应的角频率;

第五步,联立公式⑤⑥⑦建立A0与f0的关系:

为简化计算公式,根据工程经验,f0取值通常在6000Hz至8000Hz之间,将等号右边f0取中值代入公式⑧进行简化计算:

第六步,联立公式①⑧⑩,建立振动幅值与定子尺寸的关系:

第七步,根据电机呼吸模态频率下的振动设计目标A0≤Am,计算定子尺寸的设计范围,基于公式

得出:

第八步,考虑到代入公式可得:

通过公式推导可得在考虑定子呼吸模态振动设计指标下,定子的内径设计范围:

其中为Am振动设计目标,Ec为定子铁芯材料的弹性模量,ki为定子压装的叠压系数,kmd为质量系数,Pr为电磁激励幅值,hc为定子的设计厚度。

本发明中,从噪声振动控制角度,提出了一种定子外径结构设计方法,计算出定子尺寸参数范围,规避由于油冷结构所带来的振动噪声问题。

对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

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