電動汽車用直流無刷電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電機設計及制造領域，特別提供電動汽車用永磁電動汽車用直流無刷電機。
【背景技術】
[0002]永磁無刷直流電機的設計方法一般有電磁設計方法和場路結合的設計方法。目前用得較多的仍然是傳統(tǒng)的電磁設計方法，即用電磁計算完成設計，有條件時再對完成的設計方案進行磁場有限元校核，并作適當調整。電磁設計方法是永磁無刷直流電機的經(jīng)典基本設計方法。其設計思路為:由技術要求確定轉子結構，由轉子結構和永磁體性能確定磁負荷B —，由性能要求及散熱條件確定電負荷A，最后根據(jù)電磁負荷確定基本尺寸D、L。該方法的優(yōu)點是思路清晰、參數(shù)確定、方案易整理;缺點是經(jīng)驗參數(shù)多，計算精度較低。場路結合的設計方法以有限元磁場分析為基礎，磁路參量用有限元分析得到，而電路參數(shù)按電路方法計算可以用Mat Iab軟件編程來分析計算。其優(yōu)點是磁場分析精度較高(一般二維磁場計算即可滿足設計要求)，缺點是負載磁場分析時定子等效電流的幅值和位置不定，所以磁場分析和電路的計算必須相結合。

【發(fā)明內容】

永磁無刷直流電機具有高效、高功率密度以及良好的調速性能正逐漸成為電動汽車傳動中所使用的首選電機。
[0003]本發(fā)明所述的電動汽車用電動汽車用直流無刷電機開發(fā)過程包含了系統(tǒng)電機原理設計、控制器原理設計、系統(tǒng)匹配設計、PCB設計、整體結構設計、綜合布線設計、整體發(fā)熱設計、電機加工工藝設計、PCB外協(xié)加工、PCB焊接和單板調試、散熱器加工、殼體加工、銅排加工、零部件進廠及過程加工檢驗、樣機總裝、系統(tǒng)功能調試、外場功率臺架試驗、裝車路況試驗、驗證。
[0004]—種電動汽車用直流無刷電機，適用于電動汽車，電機本體包括外轉子組件、內定子組件和電機軸，外轉子組件包括外轉子圓柱狀殼體，外轉子圓柱狀殼體前后兩端設置有與之緊固連接的前蓋和后蓋，外轉子圓柱狀殼體的內壁上沿著電機軸方向粘結有2對永磁稀土單元，外轉子通過軸承與電機軸可轉動的連接，內定子組件包括定子鐵芯疊片，內定子鐵芯疊片為2對并且與永磁稀土單元一一對應設置，定子鐵芯疊片的端部設置有定子繞組，散熱后殼的后壁上分布有陣列式水冷散熱片。
[0005]散熱器安裝面上還裝配有控制器，控制器主要由電路、霍爾位置傳感器、霍爾電流傳感器和控制機箱組成。
[0006]電路有輸入濾波器、IGBT功率模塊和IGBT功率驅動板組成;控制器機箱由航空插頭接口板、母板、控制板和電源板組成。
[0007]所述的控制器具有CAN2.0B通信控制，和3位的I/O數(shù)字控制口作為啟/停、倒車、剎車制動輔助控制功能，和I個模擬加速信號輸入?？刂破骶哂羞^電流、過電壓和欠電壓的保護功能。
[0008]3位的I/O數(shù)字控制口具體為24VDC、1mA驅動、高電平有效;模擬加速信號輸入為O?1Vo
[0009]滿足如下指標要求:
a、帶載條件下電機啟動過載電流S3倍，可編程設定堵轉電流S 1800A；
b、電機電流穩(wěn)態(tài)測量精度<2%;
c、電機轉速測量精度<1%;
d、電源電壓測量精度<2%;
e、通信協(xié)議采用多重命令應答模式，以保障司控系統(tǒng)的準確操作。
[0010]電機結構方面采用強迫風冷和自然冷卻兩種結構，突出結構的緊湊性并大量使用新材料使電機能發(fā)揮最大的功率密度。采用永磁稀土電動汽車用直流無刷電機結構方式，本體設計采用聚磁和貼片式兩種磁鋼結構以及定子線包集中繞法和分數(shù)槽結構，盡可能消除磁鋼產(chǎn)生的定位轉矩。運行于三相六狀態(tài)輸出；控制器由數(shù)字信號處理單元、位置檢測(霍爾傳感器或旋變)單元、功率驅動單元和能量回饋及制動單元組成。在防護方面采用全封密防水結構，使電機適合汽車在不同的環(huán)境下工作。
[0011 ]隨著永磁無刷直流電機越來越廣泛的應用，一些特殊場合，如航天領域對電機的性能要求就更高，所以應當采取更精確的設計方法以滿足要求。最常用的場路結合設計方法是在電磁設計之后進行有限元空載磁場校核。
[0012]—種電動汽車用直流無刷電機的CAD設計方法，包括如下步驟:
a、用電磁設計方法設計永磁無刷直流電機，確定電機基本結構和尺寸；
b、用有限元方法計算空載磁路，校核電磁設計的磁路計算結果；
c、用有限元方法和傅里葉分析方法計算Kf、Kd、Kq、Kad、Kaq，校核電磁設計中的相應參數(shù)；
d、用有限元方法計算Xad、Xaq，校核電磁設計的Xad、Xaq;
e、當上述步驟的計算誤差達到精度要求時，求解相量圖，確定Θ角，IN的幅值及位置，進行有限元負載磁場計算，校核電磁設計的負載永磁體工作點和工作特性計算結果；
f、用MatIab軟件編程來仿真計算結果，進一步校對設計的正確性。
[0013]運用成熟有限元分析各種磁場變化和Matlab電磁設計方法、思路來設計稀土永磁電機，以及大功率電動汽車用直流無刷電機控制器設計經(jīng)驗，以高可靠性為前提、綜合優(yōu)化成本、充分地滿足行業(yè)標準，高效地研制出高質量產(chǎn)品。
[0014]高性能釹鐵硼永磁電動汽車用直流無刷電機、能適應磁霍爾或旋轉變壓器的位置檢測傳感器，通過大功率IGBT電子換向控制，實現(xiàn)電機軟啟(停)及無級調速功能，避免了啟動時大電流對電源電池的沖擊和對其它電子設備的電磁干擾;相對直流電機，減少了機械換向炭刷和滑環(huán)，其結構簡單、可靠性高、體積小、比功率大(輸出功率/重量)和高效率等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0015]下面結合說明書附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明:
圖1為電動汽車用直流無刷電機側視結構示意圖；
圖2為電動汽車用直流無刷電機主視結構示意圖；
圖3為電動汽車用直流無刷電機側視剖面結構示意圖； 圖4為控制器安裝圖；
圖5為有限元磁場分析結果磁路圖；
圖6為有限元磁場分析結果磁路圖。
【具體實施方式】
[0016]附圖符號說明:
I外轉子組件、2內定子組件、3電機軸，101外轉子圓柱狀殼體、102前蓋、103后蓋、104永磁稀土單元、105軸承、106陣列式水冷散熱片、107控制器、108霍爾屏蔽線、109螺釘。
[0017]實施例1
永磁無刷直流電機具有高效、高功率密度以及良好的調速性能正逐漸成為電動汽車傳動中所使用的首選電機。
[0018]本發(fā)明所述的電動汽車用電動汽車用直流無刷電機開發(fā)過程包含了系統(tǒng)電機原理設計、控制器原理設計、系統(tǒng)匹配設計、PCB設計、整體結構設計、綜合布線設計、整體發(fā)熱設計、電機加工工藝設計、PCB外協(xié)加工、PCB焊接和單板調試、散熱器加工、殼體加工、銅排加工、零部件進廠及過程加工檢驗、樣機總裝、系統(tǒng)功能調試、外場功率臺架試驗、裝車路況試驗、驗證。
[0019]—種電動汽車用直流無刷電機，適用于電動汽車，電機本體包括外轉子組件、內定子組件和電機軸，外轉子組件包括外轉子圓柱狀殼體，外轉子圓柱狀殼體前后兩端設置有與之緊固連接的前蓋和后蓋，外轉子圓柱狀殼體的內壁上