[发明专利]防尘防水透气的长寿命无刷永磁直流电机

说明书

在无刷永磁直流电机的壳体上、在直径方向对称设计装配有防尘防水透气功能的微多孔新材料组件，用于电机内外的气压均衡、防止内外气压差大于1KPa；电机轴的动密封采用化学镀镍磷‑聚四氟乙烯复合材料镀层替代传统的电镀铬镀层，构成具有低摩擦系数并且与水不润湿的新型复合材料镀层，替代传统的电镀铬镀层，降低了摩擦副的磨损速度、提高动密封的密封有效性、保证动密封处对流体的渗透阻力足够高；本发明可以有效地防止水从动密封处进入电机内部、从而延长了电机和车辆的使用寿命。

技术领域

本发明属于电动两轮车辆领域，有关电动两轮车辆使用的无刷永磁直流电机，尤其是有关提高电动两轮车辆使用寿命、具有防尘防水透气的长寿命无刷永磁直流电机。

背景技术

目前中国电动两轮车市场保有量接近3亿辆，常规的电动两轮车辆多数采用轮毂电机或中置电机带动后轮驱动，目前行业内主要采用无刷永磁直流电机作为电动两轮车辆的驱动电机、采用铅酸电池或锂离子电池等直流电源提供能量。常规的无刷永磁直流电机采用全密封结构设计、初始设计目的是防止外部的粉尘和水进入电机内部。

无刷永磁直流电机在使用过程中由于存在铁芯的磁滞效应及导线电阻热、永久磁铁中的涡流效应、动密封处及轴承处的机械摩擦热等发热因素，电机本体在车辆骑行使用一定时间后会发热，电机内部的空气受热后会膨胀、由于体积受限、电机的内部气压会增加；这样的密封结构在电机使用时间不长时、只要动密封处的密封仍然可靠、内部的热空气被密封在电机里面、使用时问题还不大。

电动两轮车辆的骑行和停放环境恶劣，车辆在使用环境中存在灰尘、雨天骑行时可能会有雨水淋洒到电机动密封处、长期运转后电机动密封处的橡胶唇口和轴之间的摩擦副经历长期滑动摩擦会出现磨损现象，对于常规使用2年左右的车辆或骑行强度高的外卖用电动两轮车辆，当电机的动密封处摩擦副之间磨损严重时，会出现从动密封处进水而电机失效的现象；其本质原因是：无刷永磁直流电机在车辆正常骑行后由于电机内部发热，内部的空气受热膨胀导致压强增大、内部的高压气体会从动密封处向外部泄露，而当车辆停驶15分钟左右、电机冷却下来后，这时电机内部可能会出现负压现象，若是此时动密封处附近有水，可能会出现水在负压作用下从动密封处被吸进电机内部的现象，继而导致铁芯绕组绝缘失效、永磁体失效、电机失效的问题。

为提高无刷永磁直流电机的使用寿命、延长电动两轮车整车的使用寿命，特提出本发明的以下内容和技术解决方案。

发明内容

本发明为解决以上问题，经深入分析现有电动两轮车辆用无刷永磁直流电机的失效原因和电机结构设计、所用材料的诸多缺点后，提出以下创新的技术方案：在无刷永磁直流电机的壳体上、在直径方向对称设计、装配制造有防尘、防水、透气功能的微多孔新材料组件，在保证电机壳体基本的防尘、防水功能的前提下，微多孔新材料组件还具备透气功能，用于电机内外的气压均衡、防止内外气压差大于1KPa、从而降低了水或/和粉尘从外部通过电机轴上的动密封处进入电机内部的“动力”；同时，电机的壳体轴头处的油封与轴的动密封处采用低摩擦系数的摩擦副新型设计，电机轴上的新型涂层或镀层采用滑动摩擦系数f小于等于0.5*(传统电镀铬镀层的摩擦系数)的高硬度陶瓷涂层或化学镀镍磷-聚四氟乙烯复合材料镀层(Ni-P-PTFE)或物理气相沉积TiN等镀层，替代传统的电镀铬镀层，轴上的陶瓷涂层采用氧化铝-氧化钛Al₂O₃-13％TiO₂(AT13)或Al₂O₃-40％TiO₂(AT40)、氧化铬Cr₂O₃等热喷涂陶瓷涂层，陶瓷涂层热喷涂后经精密磨削、精密抛光；考虑到陶瓷涂层的加工效率略低、加工成本略高，也可以采用化学镀工艺在轴上的动密封处制备具有低摩擦系数的复合材料镀层，复合材料镀层优选化学镀镍磷Ni-P或Ni-B时复合嵌入16-35Vol.％的聚四氟乙烯PTFE纳米粒子，构成具有低摩擦系数并且与水不润湿的新型复合材料镀层，替代传统的轴上动密封处所采用的电镀铬镀层。