气隙可控的减载单转子双定子轴向轮毂电机转子总成

1.本发明涉及轴向磁场轮毂电机技术领域，具体为一种气隙可控的减载单转子双定子轴向轮毂电机转子总成。


背景技术：

2.轮毂电机直接安装在轮毂内部的空间中，省去了传动轴等冗长的传动机构，直接将电机输出的动力传递到车轮上，其具有底盘占用空间小、传动效率高、易于实现汽车智能化和滑板式底盘等特点，在未来的汽车市场前景广阔。现有的轮毂电机属于精密装配产品，细微的装配误差都会影响轮毂电机的使用和寿命。以单转子双定子轴向轮毂电机为例，转子盘和两侧定子的气隙间距的调整尤其重要，轴向磁场电机的气隙值极小仅为2毫米左右，若电机转子盘和两侧定子的气隙间距无法保证均匀且一致，则会导致转子盘受到两侧不平衡的磁拉力，进而会极大地影响电机的功率和使用寿命。
3.一方面，对于精密安装的单转子双定子轴向轮毂电机而言，零件加工时产生的尺寸链累积误差是不可避免的，任何加工误差都只能尽量减小，无法完全消除，若因装配精度导致转子盘和两侧定子的两侧气隙不均匀，会导致转子两侧磁拉力不一致，最终导致轮毂电机运行时的转子冲击单侧定子噪声、转子与单侧定子偏磨甚至损坏，因此，单转子双定子轴向轮毂电机的转子盘和两侧定子的气隙间距的调整对轮毂电机性能的影响尤为巨大。另一方面，现有的转子盘是碳纤维陶瓷盘与铝合金合头通过普通螺栓直接紧固，但是由于转子盘的碳纤维陶瓷盘和铝合金合头材料热膨胀系数不同，当电机运转持续发热时，二者会产生不同的径向变形量，使得螺栓受到额外的剪切力，在恶劣的工况条件下螺栓极易折断过早的失效。最后，在使用普通螺栓进行精密装配时，即使在单转子双定子轴向轮毂电机的转子盘和两侧定子装配过程中发现转子盘和两侧定子的气隙间距，以现有的装配技术也极难将气隙值和均匀程度调整到一个较为理想的状态。
4.此外，现有的轮毂电机中转子盘中永磁体依靠磁钢胶固定于转子盘内，、在电机持续运行过程中不断地发热，但轮毂空间内散热条件又十分有限，使得温度接近于磁钢胶的使用温度上限，此时永磁体又受到电机定子工作时产生的巨大的磁拉力，会导致转子盘中的永磁体出现固定不可靠的情况。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中的上述问题，本发明提供一种新型轮毂电机转子总成，具体为气隙可控的减载单转子双定子轴向轮毂电机转子总成。本发明解决了现有技术中不能在转子盘和两侧定子的装配过程中调节气隙间距等问题，以及轮毂工况条件下由于转子盘的碳纤维陶瓷盘和铝合金合头材料热膨胀系数不同产生的剪切力对于紧固螺栓的冲击失效的缺陷。
6.本发明的技术方案如下所述：气隙可控的减载单转子双定子轴向轮毂电机转子总成，包括合头1、浮动螺栓100
和盘模块200；合头1上制有适配浮动块3的开槽10；盘模块200包括碳纤维陶瓷盘7、永磁体8，永磁体8与碳纤维陶瓷盘7过渡配合固定，碳纤维陶瓷盘7上制有适配浮动垫片5的安装孔70；浮动螺栓100包括浮动螺母2、浮动块3、双头螺柱4、浮动垫片5、锁止螺母6，浮动块3制有与合头1的开槽10适配的限位槽沿30，双头螺柱4包括大径螺纹端和小径螺纹端，浮动螺母2、浮动块3均能够与双头螺柱4的大径螺纹端螺纹啮合，浮动垫片5和锁止螺母6均能够与双头螺柱4的小径螺纹端啮合，并且，浮动块3与浮动垫片5相邻适配；浮动块3与合头1的开槽10适配安装，浮动垫片5贯穿碳纤维陶瓷盘7的安装孔70，浮动螺栓100依次与浮动块3、浮动垫片5螺纹连接，两端通过浮动螺母2、锁止螺母6螺纹啮合，将合头1与盘模块200通过浮动螺栓100紧固，并且，浮动块3与合头1的适配使得浮动块3能够随着碳纤维陶瓷盘7受热径向膨胀时在合头1的开槽10内径向滑动；同时，通过调整浮动垫片5的相对位置能够调节碳纤维陶瓷盘7的轴向位置，进而实现单转子双定子轴向轮毂电机转子总成与两侧定子的气隙可控。
7.优选，碳纤维陶瓷盘7上适配浮动垫片5的安装孔70的孔径略大于适配的浮动垫片5的外径，适配工况条件下碳纤维陶瓷盘7受热时对双头螺栓8径向的变形量。
8.优选，盘模块还包括梯形弹簧片9；进一步的，碳纤维陶瓷盘7上制有与永磁体8适配的安装槽71，并且所述安装槽70内侧制有用于安装梯形弹簧片9内凹形开槽711，通过梯形弹簧片9的弹力将永磁体8固定于碳纤维陶瓷盘7内，抵御电机工作时永磁体8受到线圈产生的轴向磁拉力。再进一步的，永磁体8与碳纤维陶瓷盘7依靠梯形弹簧片9与磁钢胶固定连接。
9.优选，梯形弹簧片9及永磁体8置有若干，沿碳纤维陶瓷盘7圆周方向均匀分布。
10.优选，所述浮动螺栓100置有若干，沿合头1圆周方向均匀分布。
11.本发明的合头与车桥轴承转子相连将电机的扭矩传递到轮胎上，浮动螺栓通过调整浮动螺母的松紧实现盘模块的轴向位移，盘模块既作为轮毂电机转子，也作为机械制动的刹车盘，实现轮毂电机驱动制动相结合。本发明解决了轴向磁场轮毂电机装配时难以调整气隙、碳纤维陶瓷盘受热径向膨胀时螺栓连接不可靠和现有碳纤维陶瓷盘与永磁体仅靠磁钢胶的配合不够紧密的问题。
12.有益效果1、单转子双定子轴向轮毂电机的气隙是电机转子上永磁体表面到相邻的电机定子铁芯表面的距离，电机的气隙对电机的性能至关重要，气隙大小影响电机的总体性能，双定子轴向轮毂电机设计的关键在于能否通过保证气隙的对称性来保证电机轴向力平衡，使电机运转平稳、高效。本发明解决了电机因加工精度限制以及电机定子和电机转子装配后无法快捷方便地调整使得轴向电机两侧气隙均匀一致的问题。若发现需要调整两侧气隙时，本发明能够通过对浮动螺栓的调整以及精准的测量仪器的配合，确保电机装配时的气隙值、对称性以及均匀程度的理想状态。
13.2、现有技术中由于合头与碳纤维陶瓷盘材料热膨胀系数的差异，使得转子工作受热时，碳纤维陶瓷盘与合头径向变形量使得螺栓受到额外的剪力导致连接螺栓过早的失
效。本发明由于采用浮动螺栓设计，浮动块可以在确保连接螺栓与碳纤维陶瓷盘的径向位移一致的同时保证螺栓连接在轴向上的可靠性，使之不会受到因连接两侧材料热膨胀系数不同而产生的剪力，从而提高了该螺栓连接的可靠性。
14.3、由于轴向轮毂电机因空间有限散热条件相对于一般的使用场景更恶劣，因双定子盘式轴向磁场电机工作时，转子受到两侧定子产生的磁拉力巨大，用以连接电机转子与转子永磁体的磁钢胶可能接近使用温度上限而出现连接不可靠的情况，本发明通过梯形弹簧片的设计实现了永磁体与碳纤维陶瓷盘的有效紧固。而且，本发明所采用的弹簧片安装较为简单，极大地降低了装配时所增加的时间成本。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1是本发明实施例示出的轮毂电机转子总成的爆炸结构示意图；图2是本发明实施例示出的轮毂电机转子总成的合头1、碳纤维陶瓷盘7、永磁体8的前视结构示意图；图3是本发明实施例示出的轮毂电机转子总成的梯形弹簧片9、永磁体8、碳纤维陶瓷盘7的剖面结构示意图；图4是本发明实施例示出的轮毂电机转子总成的等轴测结构示意图；图5是本发明实施例示出的轮毂电机转子总成的剖面结构示意图；图6是本发明实施例示出的轮毂电机转子总成的浮动螺栓100剖面结构示意图；图7是本发明实施例示出的轮毂电机转子总成的浮动螺栓100的等轴测结构示意图；图8是本发明实施例示出的轮毂电机转子总成的合头1前视结构示意图；图9是本发明实施例示出的轮毂电机转子总成的碳纤维陶瓷盘7的剖面结构示意图；图中：1、合头；2、浮动螺母；3、浮动块；4、双头螺柱；5、浮动垫片；6、锁止螺母；7、碳纤维陶瓷盘；8、永磁体； 9、梯形弹簧片。
17.其中，10、开槽； 30、限位槽沿；70、安装孔；71、安装槽；711、凹形开槽。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
19.本具体实施的目的在于提供一种气隙可控的减载单转子双定子轴向轮毂电机转子总成，解决现有技术中的轴向磁场轮毂电机装配时难以调整转子和两侧定子间距气隙的问题和碳纤维陶瓷盘7受热径向膨胀时螺栓失效的问题。
20.以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必须的。
21.实施例1如图1所示，气隙可控的减载单转子双定子轴向轮毂电机转子总成，包括合头1、浮动螺栓100和盘模块200；合头1上制有适配浮动块3的开槽10；盘模块200包括碳纤维陶瓷盘7、永磁体8和梯形弹簧片9，碳纤维陶瓷盘7上制有与永磁体8适配的安装槽71，并且所述安装槽70内侧制有用于安装梯形弹簧片9内凹形开槽711，永磁体8与碳纤维陶瓷盘7过渡配合固定，通过梯形弹簧片9的弹力将永磁体8固定于碳纤维陶瓷盘7内，抵御电机工作时永磁体8受到线圈产生的轴向磁拉力，碳纤维陶瓷盘7上制有适配浮动垫片5的安装孔70；如图7所示，浮动螺栓100包括浮动螺母2、浮动块3、双头螺柱4、浮动垫片5、锁止螺母6，浮动块3制有与合头1的开槽10适配的限位槽沿30，双头螺柱4包括大径螺纹端和小径螺纹端，浮动螺母2、浮动块3均能够与双头螺柱4的大径螺纹端螺纹啮合，浮动垫片5和锁止螺母6均能够与双头螺柱4的小径螺纹端啮合，并且，浮动块3与浮动垫片5相邻适配；浮动块3与合头1的开槽10适配安装，浮动垫片5贯穿碳纤维陶瓷盘7的安装孔70，浮动螺栓100依次与浮动块3、浮动垫片5螺纹连接，两端通过浮动螺母2、锁止螺母6螺纹啮合，将合头1与盘模块200通过浮动螺栓100紧固，浮动块3与合头1的适配能够使得浮动块3能够随碳纤维陶瓷盘7径向膨胀在合头1的开槽10内径向滑动；通过调整浮动垫片5的相对位置调节碳纤维陶瓷盘7的轴向位置，进而实现单转子双定子轴向轮毂电机转子总成与两侧定子的气隙可控。
22.本例中碳纤维陶瓷盘7依靠浮动垫片5调节轴向位置，浮动螺母2与锁止螺母6限制碳纤维陶瓷盘7在双头螺柱4上的轴向位置，浮动块3与浮动螺母2端面贴合，浮动块3与合头1轴向位置固定，通过改变浮动垫片5的相对位置，并依靠浮动螺母2与锁止螺母6的锁紧而实现盘模块200与双头螺柱4相对位置的改变，进而调节永磁体8与轮毂电机中两侧定子的气隙间距。
23.实施中，合头1轴向内侧与车桥轴承转子连接，轴向外侧与轮辋连接，将电机输出的扭矩直接传递到轮毂上。
24.实施中，上述合头1与浮动螺栓100靠浮动块3固定连接，合头1设计有多个供浮动块3随碳纤维陶瓷盘7径向膨胀而径向滑动的槽10。
25.实施中，浮动螺母2作为输入端，上述双头螺柱4作为输出端，实现盘模块的轴向位置调整。浮动垫片5和锁止螺母6作为盘模块的限位装置固定其在双头螺柱4上的轴向位置。
26.实施中，碳纤维陶瓷盘7由浮动垫片5和锁止螺母6固定其轴向位置，从而与双头螺柱4固定连接。
27.实施中，梯形弹簧片9及永磁体8置有若干，沿碳纤维陶瓷盘7圆周方向均匀分布；所述浮动螺栓100置有若干，沿合头1圆周方向均匀分布。
28.实施中，浮动块3能够在碳纤维陶瓷盘7在制动时产生巨大的热量而发生轻微的径
向膨胀时同步径向移动，保证了合头1与碳纤维陶瓷盘7的连接可靠性。
29.本发明解决了电机因加工精度限制以及电机定子和电机转子装配后无法快捷方便地调整使得轴向电机两侧气隙均匀一致的问题。若发现需要调整两侧气隙时，本发明能够通过对浮动螺栓的调整以及精准的测量仪器的配合，确保电机装配时的气隙值、对称性以及均匀程度的理想状态。而且，浮动块可以在确保连接螺栓与碳纤维陶瓷盘的径向位移一致的同时保证螺栓连接在轴向上的可靠性，使之不会受到因连接两侧材料热膨胀系数不同而产生的剪力，从而提高了该螺栓连接的可靠性。
30.本发明使用到的标准零件均可从市场购买，异形件根据三维和二维为图纸均可以在市场上找到对应的供应商进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺螺母、螺柱等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，再次不在详细说明，本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
31.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。