电动汽车用直流无刷电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电机设计及制造领域，特别提供电动汽车用永磁电动汽车用直流无刷电机。
【背景技术】
[0002]永磁无刷直流电机的设计方法一般有电磁设计方法和场路结合的设计方法。目前用得较多的仍然是传统的电磁设计方法，即用电磁计算完成设计，有条件时再对完成的设计方案进行磁场有限元校核，并作适当调整。电磁设计方法是永磁无刷直流电机的经典基本设计方法。其设计思路为:由技术要求确定转子结构，由转子结构和永磁体性能确定磁负荷B —，由性能要求及散热条件确定电负荷A，最后根据电磁负荷确定基本尺寸D、L。该方法的优点是思路清晰、参数确定、方案易整理;缺点是经验参数多，计算精度较低。场路结合的设计方法以有限元磁场分析为基础，磁路参量用有限元分析得到，而电路参数按电路方法计算可以用Mat Iab软件编程来分析计算。其优点是磁场分析精度较高(一般二维磁场计算即可满足设计要求)，缺点是负载磁场分析时定子等效电流的幅值和位置不定，所以磁场分析和电路的计算必须相结合。
【发明内容】
永磁无刷直流电机具有高效、高功率密度以及良好的调速性能正逐渐成为电动汽车传动中所使用的首选电机。
[0003]本发明所述的电动汽车用电动汽车用直流无刷电机开发过程包含了系统电机原理设计、控制器原理设计、系统匹配设计、PCB设计、整体结构设计、综合布线设计、整体发热设计、电机加工工艺设计、PCB外协加工、PCB焊接和单板调试、散热器加工、壳体加工、铜排加工、零部件进厂及过程加工检验、样机总装、系统功能调试、外场功率台架试验、装车路况试验、验证。
[0004]—种电动汽车用直流无刷电机，适用于电动汽车，电机本体包括外转子组件、内定子组件和电机轴，外转子组件包括外转子圆柱状壳体，外转子圆柱状壳体前后两端设置有与之紧固连接的前盖和后盖，外转子圆柱状壳体的内壁上沿着电机轴方向粘结有2对永磁稀土单元，外转子通过轴承与电机轴可转动的连接，内定子组件包括定子铁芯叠片，内定子铁芯叠片为2对并且与永磁稀土单元一一对应设置，定子铁芯叠片的端部设置有定子绕组，散热后壳的后壁上分布有阵列式水冷散热片。
[0005]散热器安装面上还装配有控制器，控制器主要由电路、霍尔位置传感器、霍尔电流传感器和控制机箱组成。
[0006]电路有输入滤波器、IGBT功率模块和IGBT功率驱动板组成;控制器机箱由航空插头接口板、母板、控制板和电源板组成。
[0007]所述的控制器具有CAN2.0B通信控制，和3位的I/O数字控制口作为启/停、倒车、刹车制动辅助控制功能，和I个模拟加速信号输入。控制器具有过电流、过电压和欠电压的保护功能。
[0008]3位的I/O数字控制口具体为24VDC、1mA驱动、高电平有效;模拟加速信号输入为O?1Vo
[0009]满足如下指标要求:
a、带载条件下电机启动过载电流S3倍，可编程设定堵转电流S 1800A；
b、电机电流稳态测量精度<2%;
c、电机转速测量精度<1%;
d、电源电压测量精度<2%;
e、通信协议采用多重命令应答模式，以保障司控系统的准确操作。
[0010]电机结构方面采用强迫风冷和自然冷却两种结构，突出结构的紧凑性并大量使用新材料使电机能发挥最大的功率密度。采用永磁稀土电动汽车用直流无刷电机结构方式，本体设计采用聚磁和贴片式两种磁钢结构以及定子线包集中绕法和分数槽结构，尽可能消除磁钢产生的定位转矩。运行于三相六状态输出；控制器由数字信号处理单元、位置检测(霍尔传感器或旋变)单元、功率驱动单元和能量回馈及制动单元组成。在防护方面采用全封密防水结构，使电机适合汽车在不同的环境下工作。
[0011 ]随着永磁无刷直流电机越来越广泛的应用，一些特殊场合，如航天领域对电机的性能要求就更高，所以应当采取更精确的设计方法以满足要求。最常用的场路结合设计方法是在电磁设计之后进行有限元空载磁场校核。
[0012]—种电动汽车用直流无刷电机的CAD设计方法，包括如下步骤:
a、用电磁设计方法设计永磁无刷直流电机，确定电机基本结构和尺寸；
b、用有限元方法计算空载磁路，校核电磁设计的磁路计算结果；
c、用有限元方法和傅里叶分析方法计算Kf、Kd、Kq、Kad、Kaq，校核电磁设计中的相应参数；
d、用有限元方法计算Xad、Xaq，校核电磁设计的Xad、Xaq;
e、当上述步骤的计算误差达到精度要求时，求解相量图，确定Θ角，IN的幅值及位置，进行有限元负载磁场计算，校核电磁设计的负载永磁体工作点和工作特性计算结果；
f、用MatIab软件编程来仿真计算结果，进一步校对设计的正确性。
[0013]运用成熟有限元分析各种磁场变化和Matlab电磁设计方法、思路来设计稀土永磁电机，以及大功率电动汽车用直流无刷电机控制器设计经验，以高可靠性为前提、综合优化成本、充分地满足行业标准，高效地研制出高质量产品。
[0014]高性能钕铁硼永磁电动汽车用直流无刷电机、能适应磁霍尔或旋转变压器的位置检测传感器，通过大功率IGBT电子换向控制，实现电机软启(停)及无级调速功能，避免了启动时大电流对电源电池的冲击和对其它电子设备的电磁干扰;相对直流电机，减少了机械换向炭刷和滑环，其结构简单、可靠性高、体积小、比功率大(输出功率/重量)和高效率等优点。
【附图说明】
[0015]下面结合说明书附图对本发明做进一步详细说明:
图1为电动汽车用直流无刷电机侧视结构示意图；
图2为电动汽车用直流无刷电机主视结构示意图；
图3为电动汽车用直流无刷电机侧视剖面结构示意图； 图4为控制器安装图；
图5为有限元磁场分析结果磁路图；
图6为有限元磁场分析结果磁路图。
【具体实施方式】
[0016]附图符号说明:
I外转子组件、2内定子组件、3电机轴，101外转子圆柱状壳体、102前盖、103后盖、104永磁稀土单元、105轴承、106阵列式水冷散热片、107控制器、108霍尔屏蔽线、109螺钉。
[0017]实施例1
永磁无刷直流电机具有高效、高功率密度以及良好的调速性能正逐渐成为电动汽车传动中所使用的首选电机。
[0018]本发明所述的电动汽车用电动汽车用直流无刷电机开发过程包含了系统电机原理设计、控制器原理设计、系统匹配设计、PCB设计、整体结构设计、综合布线设计、整体发热设计、电机加工工艺设计、PCB外协加工、PCB焊接和单板调试、散热器加工、壳体加工、铜排加工、零部件进厂及过程加工检验、样机总装、系统功能调试、外场功率台架试验、装车路况试验、验证。
[0019]—种电动汽车用直流无刷电机，适用于电动汽车，电机本体包括外转子组件、内定子组件和电机轴，外转子组件包括外转子圆柱状壳体，外转子圆柱状壳体前后两端设置有与之紧固连接的前盖和后盖，外转子圆柱状壳体的内壁上