本發(fā)明涉及電機定子殼體技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是一種基于力學(xué)模型的分塊式電機定子殼體及其裝配設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

隨著電動汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，相關(guān)技術(shù)也在不斷進步，永磁同步電機作為電動汽車內(nèi)核心部件，直接決定電動汽車的性能。目前新能源汽車領(lǐng)域內(nèi)永磁同步電機定子與殼體主要是通過熱套工藝進行裝配，即將電機殼體加熱，使殼體膨脹、內(nèi)徑擴大，隨后將定子裝入，隨著環(huán)境溫度驟降，殼體內(nèi)徑尺寸迅速減小，定子與殼體之間依靠過盈量來保證兩者不發(fā)生相對位移。

采用此種裝配方式主要存在以下不足：

1、由于電機工作過程中產(chǎn)生的熱量主要是通過定子鐵芯直接傳遞給殼體，由殼體內(nèi)部冷卻介質(zhì)或外界空氣帶出，要求定子鐵芯與殼體內(nèi)表面接觸十分良好，否則兩部件之間的裝配間隙會造成較大的接觸熱阻，熱量很難傳遞出來，勢必造成繞組溫升較快。這對定子鐵芯表面粗糙度以及過盈量的控制要求較高，加工難度較大；

2、采用此種裝配方式在進行熱套時，裝配工藝較為復(fù)雜，操作十分不便，對裝配工人體力、技術(shù)要求較高，裝配不成功比例較高，且易對殼體以及定子造成不可恢復(fù)性損壞；

3、采用熱套工藝裝配的電機，后期殼體或定子出現(xiàn)損壞時無法對其中一個進行替換維修；

4、采用熱套工藝無法對電機定子與殼體之間預(yù)緊力進行量化控制，此環(huán)節(jié)隨機性較大，產(chǎn)品在溫升、性能等方面一致性較差。

如何研發(fā)出一種不采用熱套工藝的定子與殼體的裝配方式已經(jīng)成為急需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中熱套工藝對定子與殼體安裝存在諸多不便的缺陷，提供一種基于力學(xué)模型的分塊式電機定子殼體及其裝配設(shè)計方法來解決上述問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于力學(xué)模型的分塊式電機定子殼體，包括定子和殼體，

所述的殼體包括左半殼和右半殼，左半殼的一端設(shè)有螺栓固定座A、另一端設(shè)有螺栓固定座B，螺栓固定座A與螺栓固定座B兩者呈鏡像對應(yīng)，右半殼的一端設(shè)有螺栓固定座C、另一端設(shè)有螺栓固定座D,螺栓固定座C與螺栓固定座D兩者呈鏡像對應(yīng)，左半殼與右半殼相配合夾在定子的外側(cè)且左半殼與右半殼兩者呈鏡像對應(yīng)，左螺栓安裝在螺栓固定座A與螺栓固定座C上，右螺栓安裝在螺栓固定座B與螺栓固定座D上。

還包括導(dǎo)熱墊圈，導(dǎo)熱墊圈為圓柱形，導(dǎo)熱墊圈套在定子上，所述的導(dǎo)熱墊圈上位于左螺栓與右螺栓之間區(qū)域的厚度大于導(dǎo)熱墊圈上位于左半殼弧底與右半殼弧底之間區(qū)域的厚度。

所述的左半殼內(nèi)設(shè)有散熱水道，散熱水道位于左半殼的端部。

所述的導(dǎo)熱墊圈上位于左螺栓與右螺栓之間區(qū)域與導(dǎo)熱墊圈上位于左半殼弧底與右半殼弧底之間區(qū)域的厚度比為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、左螺栓和右螺栓的數(shù)量均為2個。

一種基于力學(xué)模型的分塊式電機定子殼體的裝配設(shè)計方法，包括以下步驟：

計算反扭矩作用下的預(yù)緊力產(chǎn)生的壓強，

計算電機輸出最大扭矩時，定子與殼體在反扭矩作用下的預(yù)緊力所產(chǎn)生的壓強p，其計算公式如下：

其中：T為電機輸出最大扭矩；u為定子與殼體間的靜摩擦系數(shù)；l為定子與殼體接觸部分沿軸向的長度；R為定子外圓半徑；

計算定子與左半殼或右半殼接觸面的總壓力F，其計算公式如下：

其中S為定子與殼體1接觸面面積；

計算殼體圓周方向單條線上的力F'，其計算公式如下：

其中，F(xiàn)為定子與左半殼或右半殼接觸面的總壓力，R為定子外圓半徑；

合力的計算，

將殼體圓周方向上的力F'分解為其豎直方向的合力Q，Q即為所有螺栓的總預(yù)緊力，其計算公式如下：

其中，θ為殼體圓周方向上的力F'與左半殼或右半殼內(nèi)圓弧頂法線方向的夾角，dθ為積分；

根據(jù)螺栓個數(shù)計算單個螺栓預(yù)緊力，

當(dāng)左螺栓和右螺栓的數(shù)量均為2個時，單個螺栓的預(yù)緊力為Q/4；

計算單個螺栓所需的扭力N，其計算公式如下：

則：

其中，為螺栓的螺紋升角，d₂為螺栓的螺紋中徑，ω為螺旋副當(dāng)量摩擦角，d₀為螺栓直徑，D₀為螺栓的環(huán)形支撐面外徑，f_c為螺栓的與支撐面間摩擦系數(shù)。

有益效果

本發(fā)明的一種基于力學(xué)模型的分塊式電機定子殼體及其裝配設(shè)計方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比采用分塊式電機殼體設(shè)計，依靠螺栓對左半殼和右半殼兩部分進行固定安裝，極大地簡化了電機定子殼體的裝配工藝。通過在定子與殼體之間布置導(dǎo)熱墊圈，減小了由于裝配工藝以及加工精度對電機溫升的影響，大大提高了電機的散熱性能。本發(fā)明減小了裝配過程對定子和殼體的損壞率，同時方便后期對電機進行拆解維修以及部件更換，提高部件的利用率。同時通過力學(xué)模型設(shè)計，實現(xiàn)了根據(jù)電機最大扭矩要求對殼體與定子之間預(yù)緊力的量化控制，從而保證了電機運行過程中的穩(wěn)定性以及產(chǎn)品的一致性，且結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖2為圖1的A-A剖面圖；

圖3為本發(fā)明中導(dǎo)熱墊圈的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中定子的受力示意圖；

圖5為本發(fā)明所涉及的方法順序圖；

其中，1-殼體、2-散熱水道、3-導(dǎo)熱墊圈、4-定子、5-左螺栓、6-右螺栓、11-左半殼、12-右半殼、13-螺栓固定座A、14-螺栓固定座B、15-螺栓固定座C、16-螺栓固定座D。

具體實施方式

為使對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征及所達成的功效有更進一步的了解與認(rèn)識，用以較佳的實施例及附圖配合詳細(xì)的說明，說明如下：

如圖1所示，本發(fā)明所述的一種基于力學(xué)模型的分塊式電機定子殼體，包括定子4和殼體1。殼體1為分塊設(shè)計，并非傳統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，其包括左半殼11和右半殼12。如圖2所示，左半殼11的一端設(shè)有螺栓固定座A13、另一端設(shè)有螺栓固定座B14，螺栓固定座A13與螺栓固定座B14兩者呈鏡像對應(yīng)，螺栓固定座A13、螺栓固定座B14與左半殼11為一體結(jié)構(gòu)，用于配合安裝。同樣，右半殼12的一端設(shè)有螺栓固定座C15、另一端設(shè)有螺栓固定座D16,螺栓固定座C15與螺栓固定座D16兩者呈鏡像對應(yīng)，螺栓固定座C15、螺栓固定座D16與右半殼12也可以為一體結(jié)構(gòu)。左半殼11與右半殼12相配合夾在定子4的外側(cè)，左半殼11與右半殼12兩者呈鏡像對應(yīng)，通過左半殼11與右半殼12相夾對定子4進行固定，從而避免了使用傳統(tǒng)的熱套工藝。左螺栓5安裝在螺栓固定座A13與螺栓固定座C15上，右螺栓6安裝在螺栓固定座B14與螺栓固定座D16上，通過左螺栓5和右螺栓6將左半殼11與右半殼12可拆卸地安裝在定子4的外側(cè)。

殼體1對定子4不僅是安裝作用，更為關(guān)鍵的作用為散熱作用。傳統(tǒng)技術(shù)中的熱套工藝，使得殼體1的內(nèi)表面與定子4充分接觸進行散熱。而通過左螺栓5和右螺栓6進行安裝的方式，存在無法保證殼體1內(nèi)表面與定子4充分接觸，因此在此采用導(dǎo)熱墊圈3的設(shè)計。如圖3所示，導(dǎo)熱墊圈3用于定子4的散熱使用，導(dǎo)熱墊圈3為圓柱形，導(dǎo)熱墊圈3套在定子4上，將定子4的熱量傳遞出。由于還需保證一定的預(yù)緊力，左螺栓5和右螺栓6在施加扭力后，殼體1會存在一定程度的變形，即呈橢圓形，殼體1在左螺栓5和右螺栓6處的直徑大于殼體1在左半殼11弧底與右半殼12弧底處的直徑。因此，可以將導(dǎo)熱墊圈3上位于左螺栓5與右螺栓6之間區(qū)域的厚度大于導(dǎo)熱墊圈3上位于左半殼11弧底與右半殼12弧底之間區(qū)域的厚度，這樣當(dāng)左螺栓5和右螺栓6施加扭力，殼體1產(chǎn)生變形時，導(dǎo)熱墊圈3可以更好的貼服在殼體1的內(nèi)表面。

優(yōu)選，導(dǎo)熱墊圈3上位于左螺栓5與右螺栓6之間區(qū)域與導(dǎo)熱墊圈3上位于左半殼11弧底與右半殼12弧底之間區(qū)域的厚度比為1:4-1:8。同時，也可以將現(xiàn)在技術(shù)中的散熱水道2應(yīng)用在左半殼11和右半殼12上，如左半殼11內(nèi)也設(shè)有散熱水道2，散熱水道2位于左半殼11的端部，通過散熱水道2進一步增加散熱性能。同理，為了保證安裝可靠性，螺栓固定座A13、螺栓固定座B14、螺栓固定座C15、螺栓固定座D16、左螺栓5和右螺栓6的數(shù)量可以均為2個。

在此還提供一種用于分塊式電機定子殼體的裝配設(shè)計方法，從而確定單個螺栓所需的扭力，如圖5所示，一種基于力學(xué)模型的分塊式電機定子殼體的裝配設(shè)計方法，包括以下步驟：

第一步，計算反扭矩作用下的預(yù)緊力產(chǎn)生的壓強。

針對電機設(shè)計的輸出最大扭矩，計算定子4與殼體1在反扭矩作用下的預(yù)緊力所產(chǎn)生的壓強p，

其計算公式如下：

其中：T為電機輸出最大扭矩；u為定子與殼體間的靜摩擦系數(shù)；l為定子與殼體接觸部分沿軸向的長度；R為定子外圓半徑。

第二步，計算定子4與左半殼11或右半殼12接觸面的總壓力F。由于殼體1分成了左半殼11和右半殼12，在此只需針對左半殼11或右半殼12進行單一計算，若將兩者結(jié)合在一起作為殼體1的整體進行計算，其無法獲得左半殼11或右半殼12作為單一客體所承受的力。其計算公式如下：

其中為S定子4與殼體1接觸面面積。

第三步，計算殼體1圓周方向單條線上的力F'。其計算公式如下：

其中，F(xiàn)為定子4與左半殼11或右半殼12接觸面的總壓力，R為定子外圓半徑。

第四步，合力的計算。

將殼體1圓周方向上的力F'分解為其豎直方向的合力Q，Q即為所有螺栓的總預(yù)緊力，其計算公式如下：

其中，θ為殼體1圓周方向上的力F'與左半殼11或右半殼12內(nèi)圓弧頂法線方向的夾角，dθ為積分。如圖4所示，θ為在左半殼11或右半殼12上針對不同位置的殼體1圓周方向上所受到的力F'，與左半殼11和右半殼12組成的殼體1內(nèi)圓弧頂法線方向的夾角，其存在多個，因此利用積分運算將其進行歸納，得出合力Q，即為所有螺栓的總預(yù)緊力。

第五步，根據(jù)螺栓個數(shù)計算單個螺栓預(yù)緊力。

當(dāng)左螺栓5和右螺栓6的數(shù)量均為2個時，即總共有4個螺栓設(shè)計時，單個螺栓的預(yù)緊力為Q/4。實際應(yīng)用中可以為6個或8個螺栓設(shè)計，則單個螺栓的預(yù)緊力為Q/6或Q/8。

第六步，計算單個螺栓所需的扭力N，其計算公式如下：

則：

其中，為螺栓的螺紋升角，d₂為螺栓的螺紋中徑，ω為螺旋副當(dāng)量摩擦角，d₀為螺栓直徑，D₀為螺栓的環(huán)形支撐面外徑，f_c為螺栓的與支撐面間摩擦系數(shù)。

最終得出，若需滿足電機設(shè)計的輸出最大扭矩T，在分塊式電機定子殼體結(jié)構(gòu)的4個螺栓上，每個螺栓施加的扭力不少于扭力N，在進行左半殼11與右半殼12的螺栓安裝時，工作人員根據(jù)扭力扳手進行施加即可。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明要求的保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。