大功率高速盘式电机的制作方法

本发明属于工业自动控制技术和新能源汽车驱动电机技术领域，特别涉及一种大功率高速盘式电机，适用于使用直流电源供电和交流电源供电的驱动系统。

背景技术：

电机控制技术的发展和电机在新能源汽车领域的应用，越来越多的驱动类电机控制系统得到广泛使用。这些系统往往要求电机运行在较高转速，并有较大的输出功率，同时电机的体积和重量都必须有效控制。通常这类电机的外径与电机长度的比例相对较小，轴向有相对充足的空间，而在有某些特殊的应用场合，要求电机的径长比要大，整个电机扁平为盘式结构如同盘子，同时还需要工作在较高的转速，这点恰恰与电机的大径长比相矛盾，本发明就是在这样的背景下产生等。

技术实现要素：

本发明专利的目的是提供一种大功率高速盘式电机，具体的讲，是一种工作在高转速下并且电机结构扁平的大功率驱动电机。为解决上述问题，本发明中采用伞形转子组件支撑结构、反向对穿的编码器连接方式、榫卯型转子铁芯固定方式、串并结合的散热水道设计等一系列的创新方法，在满足电机外形体积约束的前提下实现了电机的全部功能，很好得解决了现有技术中的矛盾。

本发明包括前法兰组件1、后法兰组件2、定子组件3、转子组件4等，转子组件4通过轴承与后法兰组件2连接在一起，前法兰组件1和后法兰组件2通过止口与定子组件3连接，并使用螺丝固定在一处，转子组件4通过轴承与定子组件1连接，这四部分构成完整的电机。

转子组件4包括转子铁芯9、转子套10、扣片11、异形键12，形成伞形支撑结构；采用榫卯型的转子铁芯9固定方式将转子铁芯9与转子套10相连；

后法兰组件2包括后法兰5、主轴6、编码器7、编码器连接杆8，使用反向对穿的方式进行转子组件4与编码器7的连接，编码器7的出轴与转子套10的出轴通过联轴器16连接，形成反向对穿的编码器连接方式；

定子组件1包括散热套13、外壳14，外壳14使用热装的方法套在散热套13外面，成为一个整体，形成串并结合的散热水道。

后法兰组件2包括后法兰5、主轴6、编码器7、编码器连接杆8等，主轴6与后法兰5通过螺丝固定连接，编码器连接杆8使用顶丝与编码器7固定在一起，并通过编码器7与主轴6固定，编码器连接杆8穿过主轴6上面的开孔。

转子组件4包括转子铁芯9、转子套10、扣片11、异形键12等；转子铁芯9套装在转子套10上，通过转子套10上面的台阶限制轴向位置，在转子铁芯9和转子套10之间使用异形键12来控制切向位移。

定子组件1包括散热套13、外壳14等，外壳14使用热装的方法套在散热套13外面，形成一个整体。

本发明的创新点

1转子组件为伞形支撑结构

受到空间的限制，电机结构扁平，无法像常规电机那样在后端一定的轴向空间内安装用于反馈位置信号的编码器7以供控制系统进行控制，为解决这一问题，本发明转子组件4采用了伞形支撑结构。与常规电机不同，本发明中将后端轴承15的内圈与主轴6固定，外圈旋转，利用轴承的外圈支撑起整个转子组件4。主轴6与后法兰5连接固定，并不旋转，通过转子组件4所含的转子套10输出转速和转矩，转子组件4为旋转部分。转子套10为阶梯型结构，与轴承的滚珠构成伞形支撑结构支撑起整个旋转部分。这样一来，可以在后端轴承15内圈的主轴6内部来给编码器7留出安装空间，使得编码器的非旋转部分得以固定，并且不占用轴向高度。

2反向对穿的编码器连接方式

为节约轴向空间，使用反向对穿的方式进行转子组件4与编码器7的连接。编码器7的出轴与转子套10的出轴通过联轴器16连接，转子套10连接的出轴较大，并且该出轴开有通孔使得编码器连接杆8能够从中穿过。联轴器16开孔较大的一侧直接连接到转子套10的出轴上，联轴器16开孔较小的一侧与穿过转子套10出轴和联轴器16的编码器连接杆8相连，实现两出轴反向对穿相连。并且，在与联轴器7直径较小一段相连的编码器连接杆8侧开有一字型槽，用于编码器7与转子组件4相对位置的调整，调整到位后使用顶丝将编码器连接杆8与联轴器16相连。在编码器连接杆16中间位置安装支撑轴承17确保不会发生变形。

3榫卯型转子铁芯固定方式

电机运行时为立式安装，考虑到电机运行时的特点，采用榫卯型的转子铁芯9固定方式将转子铁芯9与转子套10相连。该固定方式的零件包括扣片11、异形键12、转子套10、转子端环18等几部分。异形键12上面开槽，开槽宽度与扣片11厚度一致，也与转子套10上面开槽宽度一致。转子套10与转子铁芯9采用异形键12控制切向相对运动，扣片11嵌入到异形键12上的键槽控制轴向相对运动，转子端环18控制扣片11不会发生径向位移，三重嵌套保证了结构稳固。

4串并结合的散热水道

在外壳14的外圈开设水道进行水冷散热。在外壳14的开有多层散热沟槽，在外壳14的一侧的奇数散热筋上铣出豁口，在对侧的偶数筋上铣出豁口。冷却水流入水道的第一层，经左右两边并联的半圆型水路流入第二层，如此往复。第一层水路为并联结构，再与第二层水路串联，构成串并结合的散热水道。

本发明由于使用环境的轴向空间有限，该电机中所述电机为立式安装的扁平盘式结构，要求电机的径长比很大。同时，电机的工作点又要求在高速状态下实现大功率输出，这与大径长比的盘式结构又形成直接的矛盾。本发明中采用伞形转子组件支撑结构、反向对穿的编码器连接方式、榫卯型转子铁芯固定方式、串并结合的散热水道设计等一系列的创新方法，在满足电机外形体积约束的前提下实现了电机的全部功能，很好得解决了现有技术中的矛盾。电机具有功率密度大、工作转速高、扁平盘式、运行可靠等优点。实现了电机在大功率高速运行状态的扁平结构，结构简单易行、加工方便、运行可靠。

附图说明

图1为大功率高速盘式电机外形图。

图2为大功率高速盘式电机伞形支撑结构与反向对穿的编码器连接方式示意图。

图3为大功率高速盘式电机转子组件4结构图。

图4为大功率高速盘式电机串并结合的散热水道示意图。

图中，前法兰组件1、后法兰组件2、定子组件3、转子组件4、后法兰5、主轴6、编码器7、编码器连接杆8、转子铁芯9、转子套10、扣片11、异形键12、散热套13、外壳14、后端轴承15、编码器连接杆16、支撑轴承17、转子端环18。

具体实施方式

本发明专利的目的是提供一种立式安装的大功率高速盘式电机，具体的讲，是一种工作在高转速下并且电机结构扁平的大功率电机。

本发明包括前法兰组件1、后法兰组件2、定子组件3、转子组件4等，转子组件4通过轴承与后法兰组件2连接在一起，前法兰组件1和后法兰组件2通过止口与定子组件3连接，并使用螺丝固定在一处，转子组件4通过轴承与定子组件1连接，这四部分构成完整的电机。其中后法兰组件4由后法兰5、主轴6、编码器7、编码器连接轴8等组成；转子组件包括转子铁芯9、转子套10、扣片11、异形键12等；定子组件1由散热套13、外壳14等组成。

1伞形转子组件支撑结构

主轴6固定在后法兰5上，在主轴6上压装后端支撑轴承15，轴承内圈与主轴6固定在一处，因主轴6与后法兰5固定，轴承内圈也被固定，这样只有轴承外圈旋转。后端支撑轴承15外圈支撑起整个转子组件4，转子组件4的支撑结构为多台阶转子套10，与轴承外圈以及轴承内部的滚珠构成伞形支撑结构。轴承采用角接触球轴承，产生斜向上的支撑力，如同伞形结构支撑起旋转部分，确保高速旋转和轴向冲击。

2反向对穿的编码器连接方式

编码器7的旋转部位通过编码器连接杆8实现编码器7与转子组件4的连接。编码器连接杆8一端通过顶丝与编码器7的旋转部分连接成一体，作为编码器7的出轴。编码器7的出轴与转子套10的出轴通过联轴器16连接。转子套10连接的出轴较大，并且开有通孔。联轴器16开孔较大的一侧直接连接到转子套10的出轴上，联轴器16开孔较小的一侧与穿过转子套10出轴和联轴器16的编码器连接杆8相连，实现两出轴反向对穿相连。在与联轴器7直径较小一段相连的编码器连接杆8侧开有一字型槽，用于编码器7与转子组件4相对位置的调整，调整到位后使用顶丝将编码器连接杆8与联轴器16相连。在编码器连接杆16中间位置安装支撑轴承17确保不会发生变形。

3榫卯型转子铁芯9固定方式

转子套10下部有凸起的台阶用来对转子铁芯9进行支撑，上部开有沟槽用于扣片11的放置。异形键12上面开槽，开槽宽度与扣片11厚度一致，也与转子套10上面开槽宽度一致。转子铁芯9压入转子套10，通过异形键12传递转矩。扣片11嵌入到转子套10和异形键12上面的沟槽中，防止转子铁芯9上下攒动，在扣片11的外延有转子端环18作为限位控制扣片11的径向位移，这样并不需要其他的固定零件就实现了整个转子铁芯9的固定。使用扣片11和异形键12的结合控制了转子铁芯9的轴向、径向位移，简单方便可靠。

4串并结合的散热水道

在散热套14的外圈开有多层散热沟槽，散热套14的外圈与机壳15的内圈构成散热水道。在散热套14的一侧的奇数散热筋上铣出豁口，在对侧的偶数筋上铣出豁口。当冷却水从位于奇数层一侧进水口进入后沿环形水道的两边流动，形成并联结构，通过对侧的豁口流入第二层，与第二层并联的水路串联在一起。在第二层同样是两个半圆的水道并联，再流入到下一个奇数层，循环往复，最终从排水口流出。