[发明专利]一种基于力学模型的分块式电机定子壳体及其装配设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机定子壳体技术领域，具体来说是一种基于力学模型的分块式电机定子壳体及其装配设计方法。

背景技术

随着电动汽车行业的飞速发展，相关技术也在不断进步，永磁同步电机作为电动汽车内核心部件，直接决定电动汽车的性能。目前新能源汽车领域内永磁同步电机定子与壳体主要是通过热套工艺进行装配，即将电机壳体加热，使壳体膨胀、内径扩大，随后将定子装入，随着环境温度骤降，壳体内径尺寸迅速减小，定子与壳体之间依靠过盈量来保证两者不发生相对位移。

采用此种装配方式主要存在以下不足：

1、由于电机工作过程中产生的热量主要是通过定子铁芯直接传递给壳体，由壳体内部冷却介质或外界空气带出，要求定子铁芯与壳体内表面接触十分良好，否则两部件之间的装配间隙会造成较大的接触热阻，热量很难传递出来，势必造成绕组温升较快。这对定子铁芯表面粗糙度以及过盈量的控制要求较高，加工难度较大；

2、采用此种装配方式在进行热套时，装配工艺较为复杂，操作十分不便，对装配工人体力、技术要求较高，装配不成功比例较高，且易对壳体以及定子造成不可恢复性损坏；

3、采用热套工艺装配的电机，后期壳体或定子出现损坏时无法对其中一个进行替换维修；

4、采用热套工艺无法对电机定子与壳体之间预紧力进行量化控制，此环节随机性较大，产品在温升、性能等方面一致性较差。

如何研发出一种不采用热套工艺的定子与壳体的装配方式已经成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中热套工艺对定子与壳体安装存在诸多不便的缺陷，提供一种基于力学模型的分块式电机定子壳体及其装配设计方法来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于力学模型的分块式电机定子壳体，包括定子和壳体，

所述的壳体包括左半壳和右半壳，左半壳的一端设有螺栓固定座A、另一端设有螺栓固定座B，螺栓固定座A与螺栓固定座B两者呈镜像对应，右半壳的一端设有螺栓固定座C、另一端设有螺栓固定座D,螺栓固定座C与螺栓固定座D两者呈镜像对应，左半壳与右半壳相配合夹在定子的外侧且左半壳与右半壳两者呈镜像对应，左螺栓安装在螺栓固定座A与螺栓固定座C上，右螺栓安装在螺栓固定座B与螺栓固定座D上。

还包括导热垫圈，导热垫圈为圆柱形，导热垫圈套在定子上，所述的导热垫圈上位于左螺栓与右螺栓之间区域的厚度大于导热垫圈上位于左半壳弧底与右半壳弧底之间区域的厚度。

所述的左半壳内设有散热水道，散热水道位于左半壳的端部。

所述的导热垫圈上位于左螺栓与右螺栓之间区域与导热垫圈上位于左半壳弧底与右半壳弧底之间区域的厚度比为1:4-1:8。

所述的螺栓固定座A、螺栓固定座B、螺栓固定座C、螺栓固定座D、左螺栓和右螺栓的数量均为2个。

一种基于力学模型的分块式电机定子壳体的装配设计方法，包括以下步骤：

计算反扭矩作用下的预紧力产生的压强，

计算电机输出最大扭矩时，定子与壳体在反扭矩作用下的预紧力所产生的压强p，其计算公式如下：

其中：T为电机输出最大扭矩；u为定子与壳体间的静摩擦系数；l为定子与壳体接触部分沿轴向的长度；R为定子外圆半径；

计算定子与左半壳或右半壳接触面的总压力F，其计算公式如下：

其中S为定子与壳体1接触面面积；

计算壳体圆周方向单条线上的力F'，其计算公式如下：

其中，F为定子与左半壳或右半壳接触面的总压力，R为定子外圆半径；

合力的计算，

将壳体圆周方向上的力F'分解为其竖直方向的合力Q，Q即为所有螺栓的总预紧力，其计算公式如下：

其中，θ为壳体圆周方向上的力F'与左半壳或右半壳内圆弧顶法线方向的夹角，dθ为积分；

根据螺栓个数计算单个螺栓预紧力，

当左螺栓和右螺栓的数量均为2个时，单个螺栓的预紧力为Q/4；

计算单个螺栓所需的扭力N，其计算公式如下：

则：

其中，为螺栓的螺纹升角，d₂为螺栓的螺纹中径，ω为螺旋副当量摩擦角，d₀为螺栓直径，D₀为螺栓的环形支撑面外径，f_c为螺栓的与支撑面间摩擦系数。

有益效果