一種基於彈性力學模型進行凹槽設計的電機定子殼體組件的製作方法
2023-10-04 09:32:54 2
本實用新型涉及電動汽車電機技術領域，具體來說是一種基於彈性力學模型進行凹槽設計的電機定子殼體組件。
背景技術：
在「環境汙染」和「能源危機」的雙重壓力下，開發節能環保的新能源汽車已成為當今世界汽車工業未來的發展方向。電機作為新能源汽車的關鍵零部件，是推動新能源汽車發展的核心技術之一。
當前新能源汽車電機中定子殼體單元主要依靠過盈量進行裝配固定從而傳遞扭矩，具體步驟為首先將殼體加熱使其膨脹，然後將定子壓入殼體，待定子殼體單元冷卻至室溫，通過定子與殼體接觸面的過盈量來進行緊固。電機正常工作時，通過定子與殼體之間的靜摩擦抵消轉子的反作用扭矩。
該裝配結構和方式存在以下不足：
1、定子與殼體裝配面導熱係數低，散熱效果差；2、定子與殼體裝配面通過過盈量相互擠壓變形，裝配面間易產生間隙，降低了裝配的穩定性；3、定子與殼體進行過盈裝配，影響了結構的圓度，增加了電機的振動與噪音；4、在極寒條件下，殼體遇冷收縮，此時殼體與定子裝配面在極寒下進一步擠壓變形，易使殼體漲裂。
因此如何設計出一種新的裝配結構保證電機工作的穩定性和安全性已經成為急需解決的技術問題。
技術實現要素：
本實用新型的目的是為了解決現有技術中電機定子殼體安裝結構無法滿足實際使用需要的缺陷，提供一種基於彈性力學模型進行凹槽設計的電機定子殼體組件來解決上述問題。
為了實現上述目的，本實用新型的技術方案如下：
一種基於彈性力學模型進行凹槽設計的電機定子殼體組件，包括定子和殼體，定子過盈裝配在殼體內，
所述定子的外側面上設有凹槽，凹槽與定子的軸線相平行，凹槽基於定子的徑向俯視呈長方形，凹槽基於定子的軸向俯視呈扇環形。
所述凹槽的數量為若干個，若干個凹槽在定子的外側面上呈等分圓周布置。
所述凹槽的數量大於3個，凹槽的深度為相鄰凹槽間的定子弧長的十分之一。
所述的凹槽內均填充有導熱膠。
有益效果
本實用新型的一種基於彈性力學模型進行凹槽設計的電機定子殼體組件，與現有技術相比通過在定子外圓上增加了填充導熱膠的凹槽設計，保證了電機工作的穩定性和安全性，並通過力學模型給出了凹槽的具體設計方法，具有結構簡單、易於實現的特點。
其具有以下優點：
1、通過凹槽中導熱膠的設計，使得其具備優異的導熱性能，能夠改善定子與殼體的接觸熱阻；
2、定子與殼體過盈裝配後，接觸面相互擠壓，部分導熱膠會被擠出進入到接觸面的間隙中，增大了有效接觸面積，鞏固了定子與殼體之間的連接和散熱效果；
3、導熱膠具有良好的防震性和吸振性，有利於減小電機的振動與噪音；
4、極寒條件下，殼體收縮擠壓定子，此時凹槽為定子預留了一定的變形空間，降低了因過盈配合導致殼體漲裂的風險。
附圖說明
圖1為本實用新型的徑向結構示意圖；
圖2為圖1的A-A向結構剖視圖；
圖3為本實用新型所涉及的方法順序圖；
其中，1-定子、2-殼體、3-導熱膠、4-凹槽。
具體實施方式
為使對本實用新型的結構特徵及所達成的功效有更進一步的了解與認識，用以較佳的實施例及附圖配合詳細的說明，說明如下：
如圖1和圖2所示，本實用新型所述的一種基於彈性力學模型進行凹槽設計的電機定子殼體組件，包括定子1和殼體2，定子1過盈裝配在殼體2內。定子1的外側面上設有凹槽4，凹槽4為凹槽織構，凹槽4的設計為定子2預留了一定的變形空間，降低了在寒冷氣候條件下因過盈配合導致殼體1漲裂的風險。但定子1為電動中的關鍵部件，其需要具有良好的強度以承受與轉子配合使用時，能夠傳遞大扭矩。因此在定子1上進行凹槽4的設計，其需要基於彈性力學模型而設計，凹槽4不能在定子1上隨便設計布置。
同時，凹槽4的數量可以為多個，多個凹槽4在定子1的外側面上呈等分圓周布置。多個凹槽4在定子1的外側面上呈等分圓周布置的設計，也是基於定子1的強度和扭矩而考慮，例如，若定子1上兩個凹槽4相鄰過近，則兩個凹槽4的相鄰處容易在使用時出現斷裂或破損，其可靠性大大降低。同樣，基於彈性力學模型，在有多個凹槽4的設計中，凹槽4的具體尺寸也產生相應的變化。因此，基於彈性力學模型，凹槽4設計與定子1的軸線相平行，即凹槽4在定子1的軸向上。
凹槽4基於定子1的徑向俯視呈長方形，如圖1所示，從定子1徑向的角度去看凹槽4，凹槽4呈長方形；凹槽4基於定子1的軸向俯視呈扇環形，如圖2所示，從定子1軸向的角度去看凹槽4，凹槽4呈扇環形。凹槽4在定子1徑向角度設計成長方形，其是為了保證定子1在凹槽4所處的部分，定子1的軸向上的扭距可以保持穩定，此外也使凹槽4便於加工。而凹槽4在定子1軸向角度設計成扇環形，其是為了保證凹槽4能夠很好地配合定子1，保證其扭距，另外也便於彈性力學模型的建立。而在此凹槽4在定子1軸向角度設計成扇環形，如圖2所示，其基於定子1的圓點處，形成了中心角θ，可以根據彈性力學模型在不同扭矩要求下設計出中心角θ。
基於聖維南原理，凹槽4的數量在大於3個的情況下，凹槽4的深度為相鄰凹槽4間的定子1弧長的十分之一，該設計可以降低了凹槽對力學模型邊界條件的影響，保證了力學模型計算的準確性。在凹槽4內均填充有導熱膠3，導熱膠3的好處在於鞏固了定子與殼體之間的連接和散熱效果、具有良好的防震性和吸振性，而正是因為定子1上凹槽4的合理設計，在滿足定子1扭矩需要的基礎上，為導熱膠3提供了容納空間。在凹槽4的兩端還可以與定子1的兩端保留一定距離，即凹槽4在定子1上呈四周內陷結構，這樣可以方便導熱膠3的安裝與存放。
當電機採用本實用新型的電機定子殼體單元的裝配結構時，能夠改善定子1與殼體2的接觸熱阻，增大了有效接觸面積，鞏固了定子1與殼體2之間的連接，減小了電機的振動與噪音，降低了因過盈配合導致殼體2漲裂的風險，保證了電機工作的穩定性和安全性，且結構簡單，易於實現。
定子殼體單元主要由殼體2以及位於殼體2內部的定子1(定子鐵芯)組成，基於彈性力學模型，通過給定的過盈量ε、電機轉矩T、凹槽個數n、定子和殼體軸向接觸長度等參數，可以求得單個凹槽在定子1的中心角θ的取值範圍，從而確定定子1外圓上等分圓周分布的凹槽4的尺寸。如圖3所示，一種基於彈性力學模型進行凹槽設計的電機定子殼體組件的凹槽設計方法，以凹槽4周向邊界的延長線經過定子1的圓心、對定子1與殼體2接觸的區域進行分析，其包括以下步驟：
第一步，計算參數的設置，設定相應的計算參數，通過此步驟建立殼體2徑向的變形量ε1與接觸壓強P之間的關係。如圖2所示，設定定子1與殼體2接觸面間的單邊過盈量為ε，殼體2徑向的變形量為ε1，定子1徑向的變形量為ε2，定子1與殼體2配合的接觸壓強為P，凹槽個數為n，凹槽4基於定子的中心角為θ。
第二步，計算殼體2徑向的變形量ε1，此步驟是建立定子1徑向變形量ε2與接觸壓強P之間的關係。其計算公式如下：
其中：E1為殼體2的彈性模量、μ1為殼體2的泊松比、R1為殼體2外圓半徑、R為定子1的外圓半徑、P為殼體2與定子1的接觸壓強。
第三步，計算定子1徑向的變形量ε2，其計算公式如下：
其中：E2為定子1的彈性模量、μ2為定子1的泊松比、R2為定子1內圓半徑、R為定子1的外圓半徑、P為殼體2與定子1的接觸壓強。
第四步，將殼體2與定子1聯合計算，通過聯立方程組，約去未知參數ε1、ε2，將接觸壓強P用已知的設計參數來表示。
聯立殼體2徑向的變形量ε1、定子1徑向的變形量ε2、定子1與殼體2配合的單邊過盈量ε，其計算公式為：
ε＝ε1+ε2。
計算定子1與殼體2的接觸壓強p，計算公式如下：
其中：ε為定子1與殼體2配合的單邊過盈量、R為定子1的外圓半徑、E1為殼體2的彈性模量、μ1為殼體2的泊松比、R1為殼體2外圓半徑、E2為定子1的彈性模量、μ2為定子1的泊松比、R2為定子1內圓半徑。
第五步，計算定子與殼體過盈配合後能夠傳遞的最大扭矩T′，通過第四步中計算得到的接觸壓強P和已知的設計參數來建立定子、殼體配合後所能傳遞的最大扭矩與未知參數θ的關係。
其計算公式如下：
T′＝(2π-nθ)uplR2，
其中：θ為單個凹槽織在圓周截面上的中心角、u為定子與殼體接觸的靜摩擦係數、l為定子與殼體軸向的接觸長度、n為凹槽個數、R為定子1的外圓半徑、P為殼體2與定子1的接觸壓強。
在此，建立了基於定子與殼體過盈配合後能夠傳遞的最大扭矩T′與θ的方程式，根據實際需要的最大扭矩T，則可以確定θ的值。
第六步，計算凹槽4基於定子1的中心角θ，根據電機設計傳遞的最大扭矩T，以保證電機正常工作為前提，建立T′與T的關係，結合第五步中θ與T′的關係，進而求出θ的取值範圍。即利用電機正常工作下輸出的最大扭矩為T計算出凹槽4基於定子1的中心角θ。其具體步驟如下：
(1)設定要求電機正常工作下輸出的最大扭矩為T，最大扭矩T根據電動汽車對電機的實際要求來定。
(2)獲取定子與殼體配合後所能傳遞的最大扭矩值T′，且滿足T′≥T。滿足T′≥T的目的是，在進行了凹槽設計後的定子1，其要滿足設計要求的最大扭矩T，根據這個要求，確定凹槽具體尺寸數值的設計。
(3)計算中心角θ的取值範圍，其計算公式如下：
其中，T為設計要求電機正常工作下輸出的最大扭矩、ε為定子1與殼體2配合的單邊過盈量、u為定子與殼體接觸的靜摩擦係數、l為定子與殼體軸向的接觸長度、n為凹槽個數、R為定子1的外圓半徑、E1為殼體2的彈性模量、μ1為殼體2的泊松比、R1為殼體2外圓半徑、E2為定子1的彈性模量、μ2為定子1的泊松比、R2為定子1內圓半徑。
如圖2所示，計算出中心角θ後，通過等分圓周布置的凹槽4，設計出凹槽4具體的尺寸，使得在定子1的表面設計凹槽4後，還可以滿足實際的設計最大扭矩T的需要。
以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特徵和本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型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實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和範圍的前提下本實用新型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實用新型的範圍內。本實用新型要求的保護範圍由所附的權利要求書及其等同物界定。