本發(fā)明屬于電動車電機技術領域，具體涉及一種新型強制冷卻式軸向磁場大功率輪轂電機，用于多輪驅動的純電動汽車。

背景技術：

近年來，隨著石油資源的緊缺以及環(huán)境污染問題日益突出，普通燃油汽車的使用成本高, 同時對環(huán)境污染嚴重,特別是空氣污染,霧霾的產(chǎn)生與燃油汽車的排放密切相關，而霧霾天氣嚴重影響人們的身心健康和生活質(zhì)量,所以世界各大企業(yè)和科技公司都在積極研制、開發(fā)節(jié)能環(huán)保的新能源汽車，尤其是電動汽車。我國對電動汽車的研究比較晚,對電動汽車的電動輪的研究就更少了,我國對電動輪的研究主要在電動自行車上。但是近幾年隨著國家“863”計劃電動汽車課題研究的深入,各高校和研究所對輪轂電機的研究有所加強。

電動汽車輪轂電機是一種將電動機、傳動系統(tǒng)和制動系統(tǒng)融合在一起的輪轂裝置。但受車輪內(nèi)部空間和結構尺寸的限制,使驅動電機、制動系統(tǒng)、減速機構、控制系統(tǒng)的合理布置增加了難度。同時，輪轂電機的使用增加了汽車非簧載質(zhì)量,這對車輛的操縱穩(wěn)定性、平順性和舒適性產(chǎn)生不利的影響,而且車輛在大負荷低速爬長坡工況下,容易出現(xiàn)冷卻不足導致輪轂電機過熱燒毀的問題。

因此，發(fā)明一種新型強制冷卻式軸向磁場大功率輪轂電機，采用液體冷卻、結構簡單、輕量化程度高的三相交流輪轂電機，可以快速將輪轂電機產(chǎn)生的熱量擴散到空氣中,克服輪轂電機因功率加大、扭矩增加等超負荷工作導致其溫度過高無法正常運行的缺點,確保電動汽車在行駛過程中安全性。同時，盡可能的減輕輪轂電機的重量,來改善車輛的操縱穩(wěn)定性、平順性和舒適性。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種結構簡單、操作容易、散熱好、輸出轉矩大、功率密度強、調(diào)速范圍寬以及輕量化程度高的新型強制冷卻式軸向磁場大功率輪轂電機，解決了輪轂電機制造成本高、控制難、散熱差、輕量化程度低、輸出轉矩不足，啟動轉矩波動大、維修困難等問題。

本發(fā)明所采用的技術方案是：

一種新型強制冷卻式軸向磁場大功率輪轂電機，包括定子12、右轉子10、左轉子11、軸2、擋板9、密封套筒7、定位套筒13、冷卻機構；定子12通過鍵14固定連接在軸2，右轉子10和左轉子11通過軸承8支撐在軸2，左轉子11通過螺栓密封連接在密封套筒7左側，右轉子10通過螺栓密封連接在密封套筒7右側，擋板9通過螺栓壓緊鑲嵌在定子凸極12-1的永磁體和纏繞在定子凸極12-1上的電樞繞組16，定位套筒13空套在軸2上擋板9和軸承8之間，定位套筒13一端與擋板9一側接觸，另一端與軸承8內(nèi)圈一側接觸，用于定位定子12和左、右轉子之間的軸向間距，冷卻機構安裝在軸2的一端。

定子12包括定子凸極12-1、環(huán)形凸臺12-2、流通孔12-3、冷卻腔15，定子12為圓盤狀結構，通過鍵14固定連接在軸肩2-1，U型槽結構的定子凸極12-1沿定子12外圓端面圓周方向等角度分布，永磁體鑲嵌在定子凸極12-1的U型槽中，相鄰定子凸極12-1之間的扇形槽布置電樞繞組16，電樞繞組16纏繞在定子凸極12-1突出定子幅板的部分；定子12中定子幅板軸向寬度小于定子凸極12-1，在定子幅板左、右兩側有對稱的環(huán)形凸臺12-2，環(huán)形凸臺12-2有凸臺螺紋孔9-1，定子幅板上環(huán)形凸臺12-2內(nèi)徑與軸孔外徑之間有流通孔12-3，環(huán)形凸臺12-2結構尺寸不會影響電樞繞組16和永磁體17的安裝。

擋板9包括凸臺螺紋孔9-1、凸齒9-2，擋板9為非導磁性材料制造，分別對稱安裝在定子12幅板左、右兩側，凸齒9-2通過穿過凸臺螺紋孔9-1的螺栓壓緊鑲嵌在定子凸極12-1中 U型槽的永磁體17和纏繞在定子凸極12-1上的電樞繞組16，擋板9和定子12幅板左、右兩側的環(huán)形凸臺12-2通過穿過凸臺螺紋孔9-1的螺栓密封連接形成冷卻腔15。

轉子包括右轉子10、左轉子11、右轉子凸極10-1、螺紋孔10-2、左轉子凸極11-1、隔磁槽11-2、軸承座孔11-3，右轉子10和左轉子11都為圓盤狀結構，右轉子凸極10-1成矩形結構沿圓周方向等角度分布在右轉子10外徑邊緣一側，隔磁孔11-2沿徑向對稱分布在右轉子凸極10-1兩側，防止電樞繞組16和永磁體17產(chǎn)生的磁通沿右轉子10徑向泄露；左轉子凸極11-1成矩形結構沿圓周方向等角度分布在左轉子11外徑邊緣一側，隔磁孔11-2沿徑向對稱分布在左轉子凸極11-1兩側，防止電樞繞組16和永磁體17產(chǎn)生的磁通沿左轉子11徑向泄露，左轉子11上沿圓周方向等角度分布密封螺孔3-1，冷卻泵3與左轉子11通過穿過左轉子11上密封螺孔3-1和冷卻泵3外殼上密封螺孔3-1的螺栓密封連接；左轉子11通過穿過螺紋孔10-2的螺栓密封連接在密封套筒7左側，右轉子10通過穿過螺紋孔10-2的螺栓密封連接在密封套筒7右側。

軸2包括軸肩2-1、通孔2-2、流入通道2-3、流出通道2-4，電機定子12通過鍵14固定連接在軸肩2-1，通孔2-2沿對角線中心對稱分布在軸肩2-1兩側，左側通孔2-2軸線與流入通道2-3軸線相互垂直，右側通孔2-2軸線與流出通道2-4軸線相互垂直。

密封套筒7包括安裝孔7-1、螺紋孔10-2，螺紋孔10-2沿圓周方向等角度對稱布置在密封套筒7左、右兩側，左轉子11通過穿過左側螺紋孔10-2的螺栓密封連接，右轉子10通過穿過右側螺紋孔10-2的螺栓密封連接；安裝孔7-1軸向距離小于螺紋孔10-2，安裝孔7-1沿圓周方向等角度對稱布置在密封套筒7左、右兩側，安裝孔7-1個數(shù)少于螺紋孔10-2，輪輞與輪轂電機通過穿過安裝孔7-1的螺栓固定連接。

冷卻機構包括流進管5、流出管6、冷卻泵3、冷卻箱4，冷卻箱4上端通過流進管5與冷卻泵3密封連接，冷卻箱4下端與流出通道2-4密封連接，流出管6一端與冷卻泵3密封連接，另一端與流入通道2-3密封連接，冷卻泵3為齒輪式冷卻泵，冷卻泵3外殼有密封螺孔3-1，冷卻泵3將冷卻液經(jīng)流出通道2-4泵到冷卻箱4冷卻，經(jīng)冷卻的冷卻液通過流進管5進入冷卻泵3，最終冷卻液經(jīng)冷卻泵3和流入通道2-3進入定子12中的冷卻腔15。

本發(fā)明的有益效果在于：首先輪轂電機定子、轉子均采用雙凸極結構，永磁體和電樞繞組均布置在定子，永磁體和電樞繞組產(chǎn)生的磁通軸向導通且并行分布互不干擾，電機容錯性好、控制簡易、魯棒性好、制造工藝簡單、輸出轉矩大；其次永磁體數(shù)量大量縮減使輪轂電機質(zhì)量降低、結構緊湊、成本低廉，車輛平順性、穩(wěn)定性、舒適性明顯提高；最后輪轂電機增加散熱機構使得電機熱量及時傳播到空氣中，使得輪轂電機冷卻效果好，工作壽命長、穩(wěn)定性強。

附圖說明

圖1是新型強制冷卻式軸向磁場大功率輪轂電機的外觀圖；

圖2是新型強制冷卻式軸向磁場大功率輪轂電機的軸剖圖；

圖3是型強制冷卻式軸向磁場大功率輪轂電機軸的結構圖；

圖4是新型強制冷卻式軸向磁場大功率輪轂電機的定子結構圖；

圖5是新型強制冷卻式軸向磁場大功率輪轂電機的密封套筒結構圖；

圖6是新型強制冷卻式軸向磁場大功率輪轂電機的左轉子結構圖；

圖7是新型強制冷卻式軸向磁場大功率輪轂電機的右轉子結構圖；

圖8是新型強制冷卻式軸向磁場大功率輪轂電機的擋板結構圖；

圖9是新型強制冷卻式軸向磁場大功率輪轂電機的冷卻機構結構圖；

圖10是新型強制冷卻式軸向磁場大功率輪轂電機工作位置1；

圖11是新型強制冷卻式軸向磁場大功率輪轂電機工作位置2。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明:

如圖1至圖2，一種新型強制冷卻式軸向磁場大功率輪轂電機，包括輪胎1、軸2、軸肩2-1、通孔2-2、流入通道2-3、流出通道2-4、冷卻泵3、密封螺孔3-1、冷卻箱4、流進管5、流出管6、密封套筒7、安裝孔7-1、軸承8、擋板9、凸臺螺紋孔9-1、凸齒9-2、右轉子10、右轉子凸極10-1、螺紋孔10-2、左轉子11、左轉子凸極11-1、隔磁槽11-2、軸承座孔11-3、定子12、定子凸極12-1、環(huán)形凸臺12-2、流通孔12-3、定位套筒13、鍵14、冷卻腔15、電樞繞組16、永磁體17；定子12為圓盤狀結構，通過鍵14固定連接在軸肩2-1， U型槽結構的定子凸極12-1沿定子12外圓端面圓周方向等角度分布，永磁體17鑲嵌在定子凸極12-1的U型槽中，相鄰定子凸極12-1之間扇形槽區(qū)布置電樞繞組16，電樞繞組16纏繞在定子凸極12-1突出定子幅板的部分；定子12中定子幅板軸向長度小于定子凸極12-1，在定子幅板左、右兩側有對稱的環(huán)形凸臺12-2，環(huán)形凸臺12-2上有密封螺紋孔3-1，定子幅板上環(huán)形凸臺12-2內(nèi)徑與軸徑之間有流通孔12-3，環(huán)形凸臺12-2結構尺寸不影響電樞繞組16和永磁體17的安裝；擋板9中凸齒9-2通過穿過凸臺螺紋孔9-1的螺栓壓緊鑲嵌在定子凸極12-1的永磁體17和纏繞在定子凸極12-1上的電樞繞組16，擋板9和定子12兩側的環(huán)形凸臺12-2通過螺栓密封連接形成冷卻腔15；左轉子11通過軸承8支撐在軸2左端，右轉子10通過軸承8支撐在軸2右端，左轉子凸極11-1與定子凸極12-1軸向之間保持0.5-1mm間隙，右轉子凸極10-1與定子凸極12-1軸向之間保持0.5-1mm間隙；左轉子11通過穿過左側螺紋孔10-2的螺栓密封連接，右轉子10通過穿過右側螺紋孔10-2的螺栓密封連接，通過穿過安裝孔7-1的螺栓將輪轂電機與輪輞連接；冷卻機構安裝在軸2的一端，冷卻箱4上端通過流進管5與冷卻泵3密封連接，冷卻箱4下端與流出通道2-4密封連接，流出管6一端與冷卻泵3密封連接，另一端與流入通道2-3密封連接，冷卻泵3為齒輪式冷卻泵，冷卻泵3將冷卻液經(jīng)流出通道2-4泵到冷卻箱4冷卻，經(jīng)過冷卻的冷卻液通過流進管5進入冷卻泵3，最終冷卻液經(jīng)冷卻泵3和流入通道2-3進入定子12中的冷卻腔15。冷卻液在泵3作用下，在定子12中冷卻腔15、軸2及冷卻箱4之間循環(huán)流動，將電機工作過程中產(chǎn)生的熱量傳播到空氣中。

如圖3，軸2包括軸肩2-1、通孔2-2、流入通道2-3、流出通道2-4，電機定子12通過鍵14固定連接在軸肩2-1，通孔2-2沿對角線中心對稱分布在軸肩2-1兩側，左側通孔2-2軸線與流入通道2-3軸線垂直，右側通孔2-2軸線與流出通道2-4垂直，左側通孔2-2與流入通道2-3貫穿連接，右側通孔2-2與流出通道2-4貫穿連接。

如圖4，定子12包括定子凸極12-1、環(huán)形凸臺12-2、流通孔12-3、冷卻腔15，定子12為圓盤狀結構，通過鍵14固定連接在軸肩2-1，U型槽結構的定子凸極12-1沿定子12外圓端面圓周方向等角度分布，相鄰定子凸極12-1之間的扇形槽布置電樞繞組16，電樞繞組16纏繞在定子凸極12-1突出定子幅板的部分，永磁體17鑲嵌在定子凸極12-1的U型槽中；定子12中定子幅板軸向寬度小于定子凸極12-1，在定子幅板左、右兩側有對稱的環(huán)形凸臺12-2，環(huán)形凸臺12-2上有凸臺螺紋孔9-1，定子幅板環(huán)形凸臺12-2內(nèi)徑與軸徑孔外徑之間有流通孔12-3，環(huán)形凸臺12-2結構尺寸不會影響電樞繞組16和永磁體17的安裝。

如圖5，密封套筒7包括安裝孔7-1、螺紋孔10-2，螺紋孔10-2沿圓周方向等角度對稱布置在密封套筒7兩側，左轉子11通過穿過左側螺紋孔10-2的螺栓密封連接，右轉子10通過穿過右側螺紋孔10-2的螺栓密封連接，安裝孔7-1軸向距離小于螺紋孔10-2，安裝孔7-1沿圓周方向等角度對稱布置在密封套筒7左、右兩側，安裝孔7-1個數(shù)少于螺紋孔10-2，輪輞與穿過安裝孔7-1的螺栓固定連接。

如圖6，左轉子11為圓盤狀結構，左轉子凸極11-1成矩形結構沿圓周方向等角度分布于左轉子11外徑邊緣一側，隔磁孔11-2沿徑向對稱分布在左轉子凸極11-1兩側，防止電樞繞組16和永磁體17產(chǎn)生的磁通沿左轉子11徑向泄露，左轉子11上有密封螺孔3-1，冷卻泵3與左轉子11通過穿過左轉子11上密封螺孔3-1和冷卻泵3外殼上密封螺孔3-1的螺栓密封連接，左轉子11與密封套筒7通過穿過密封套筒7上左側螺紋孔10-2的螺栓密封連接。

如圖7，右轉子10為圓盤狀結構，右轉子凸極10-1成矩形結構沿圓周方向等角度分布于右轉子10外徑邊緣一側，隔磁孔11-2沿徑向對稱分布在右轉子凸極10-1兩側，防止電樞繞組16和永磁體17產(chǎn)生的磁通沿右轉子10徑向泄露，右轉子10通過穿過螺紋孔10-2的螺栓密封連接在密封套筒7右側。

如圖8，擋板9包括凸臺螺紋孔9-1、凸齒9-2，擋板9為非導磁性材料制造，分別安裝在定子12左、右兩側，凸齒9-2通過穿過凸臺螺紋孔9-1的螺栓壓緊鑲嵌在定子凸極12-1中 U型槽的永磁體17和纏繞在定子凸極12-1上的電樞繞組16，擋板9和定子12幅板左、右兩側的環(huán)形凸臺12-2密封連接形成冷卻腔15。

如圖9，冷卻機構包括流進管5、流出管6、冷卻泵3、冷卻箱4，冷卻箱4上端通過流進管5密封連接冷卻泵3，冷卻箱4下端密封連接流出通道2-4，流出管6一端和冷卻泵3密封連接，另一端和流入通道2-3密封連接，冷卻泵3為齒輪式冷卻泵，通過穿過密封螺孔3-1的螺栓將冷卻泵3與左轉子11密封連接，冷卻泵3將冷卻液經(jīng)流出通道2-4泵到冷卻箱4冷卻，最終經(jīng)冷卻泵3和流入通道2-3進入定子12中的冷卻腔15。

本發(fā)明的工作原理是：一種車用新型強制冷卻式軸向磁場大功率輪轂電機每相繞組的永磁磁鏈均為雙極性，根據(jù)電磁感應原理，當電機轉速穩(wěn)定時電樞繞組16中所匝的永磁磁鏈按照理想的正弦變化，而電樞繞組16中的反電動勢也是理想的正弦波。當電機右轉子凸極10-1與兩相鄰的電機定子凸極12-1其中一齒對齊時，電機定子12中電樞繞組16的匝鏈磁通方向相反且達到最大。一種車用新型強制冷卻式軸向磁場大功率輪轂電機每相電樞繞組16的磁場和永磁體17的磁場是并聯(lián)關系，使得每相電樞繞組16的磁通沒有穿過永磁體17，對永磁體17工作點的影響較小，不會造成永磁體17的不可逆退磁。因此，一種車用新型強制冷卻式軸向磁場大功率輪轂電機適合做無刷交流電機進行弱磁控制，電機的調(diào)速或伺服控制可以通過磁場的定向矢量變換實現(xiàn)。

本發(fā)明的工作過程是：一種車用新型強制冷卻式軸向磁場大功率輪轂電機按照磁通軸向切換的原理進行工作，工作過程中利用磁通切換形成旋轉力矩，磁通的切換過程通過電機的定子鐵芯和轉子鐵芯的展開模型來表述。電樞繞組16的匝鏈磁鏈方向為：當電機轉子運動到如圖10所示位置I時，從電樞繞組16經(jīng)過定子凸極12-1到右轉子凸極10-1；當電機轉子運動到如圖11所示的位置II時，從右轉子凸極10-1經(jīng)過定子凸極12-1進入電樞繞組16，左轉子11和右轉子10磁通切換過程一樣。在電機轉子從位置I到位置II的運動過程中，電樞繞組16的匝鏈磁通方向相反、大小相等。

在不脫離本發(fā)明設計精神的前提下，本領域相關技術人員對本發(fā)明的各種改進和變形，擴展后的輪轂電機也是本發(fā)明的保護內(nèi)容。