纯电动汽车用带刹车助力的液冷式高效TM电机

摘要

本发明涉及一种电动汽车用全密闭内液冷式TM高效电机，其上集成了高精度位置传感器和真空助力泵。另外在电机端盖口、轴端、接线口、各个连接端面等处加设了专用密封装置，达到良好的电机防水目的。本发明TM高效电机转矩大、动态性能好、高效节能、噪声低、密闭可靠。该技术可有效控制电机高速运转时的温升，能有效防水，保证雨天或路面积水的情况下，电机安全运行，从而提高电机工作效率和电机的安全性能及防护等级，延长其使用寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及纯电动汽车驱动电机技术，具体地讲是一种电动汽车用液冷式高效驱动电机 (Technological Motor，简称高效TM电机)。这是一种驱动动力强劲、密闭、液冷式散热、 高效电动汽车驱动电机。该驱动电机将刹车助力和位置传感器与TM电机集成在一起，具有体 积小、重量轻、高效节能、功能多等特点。

背景技术

目前作为电动汽车驱动的电机类型有异步电动机、永磁无刷电机和开关磁阻电机。异步 电动机转矩波动较小，但效率较低，特别在低速阶段；永磁无刷电机效率较高，但制造工艺 复杂，有退磁问题，可靠性不高，因此也不理想；TM电机是在开关磁阻电机结构基础上发展 起来的电机，具有结构坚固、可靠性高，全工作范围内效率高，低启动电流和高启动转矩的 优点，这些都是其它类型的电机不可比拟的。在燃油汽车上，刹车助力技术相对比较成熟， 真空助力器的真空助力阀通过接入发动机的真空进气管道，发动机起动后，发动机的进气歧 管处的真空度上升，随之，真空助力器的真空气室、应用气室的真空度均上升，并处于随时 工作的准备状态。当进行制动时，踩下制动踏板，踏板力经杠杆放大后作用在控制阀推杆上， 达到刹车助力的目的。而纯电动汽车要解决刹车助力只能靠外加电动刹车助力真空泵来实现， 还要增加压力延时开关。本发明把简单的机械离心式刹车助力真空泵与TM高效电机结合形成 了多动力总成纯电动汽车驱动电机。

TM高效电机的旋转离不开位置传感器，现有的位置传感器体积较大，由于电动汽车的空 间有限，对电机的体积和大小都有一定的限制，尤其是前驱的电动轿车。本发明结合TM电机 的结构特点，将高精度位置编码器与电机进行集成设计，使得位置传感器占用空间小，编码 盘位置检测电路板易于安装、调节，实现了编码器与TM电机一体化的结构设计，腾出足够的 空间实现电动汽车刹车真空助力。

发明内容

本发明的目的是提供一种带刹车助力真空泵的电动车载全密闭液冷式高效TM电机，它集 成了高精度位置传感器，电机高效节能、转矩大、动态性能好、可靠性高、寿命长。该技术 可以解决车载纯电动汽车刹车失去助力的问题、驱动电机防水问题和其他类型驱动电机动力 不足的问题。

本发明的技术方案如下：

电动车载全密闭液冷式TM电机防水、散热设计：

如图1所示，TM电机由双凸极结构定子1、转子2、多功能轴3、前端盖4、后端盖5、6、 电机外壳7、定子顶丝8、接线口盖板9、轴承10和11、前轴承室盖及编码盘安装底座12、 液冷剂进出口13和14、光栅编码盘15、发光管安装孔16、光栅编码器电路板17、真空刹车 助力泵底座18、真空刹车助力泵油封室19、真空刹车助力泵20、真空刹车助力泵密封槽21、 真空刹车助力泵齿轮轴22、多个位置的密封圈23、24、25、26、27、28和29、后轴承室盖 30、连接变速箱的法兰盘31和TM电机端盖螺栓32、33、34、35等组成。其中前后端盖4、 5、6与电机外壳7连接处有密封圈24和26；前轴承室盖4、轴承室盖及编码盘安装底座11 和真空助力泵16之间有密封圈26和27；在轴承室盖及编码盘安装底座12和真空刹车助力 泵20之间轴上有双油封，以保证刹车助力泵中的油不会沿着轴壁渗漏。在电机接口盖板9、 转子的两个轴端、电机接线盖周边及进线口、进出水端口、密闭式位置传感器处均设有密封 垫、密封环、防水圈。以上设计保证了TM电机全密闭以及防水。

TM电机的散热设计是在图1中前端盖4上设计了如图2所示冷却剂进出口13、14，该进出口通 过管路直通冷却通道37，冷却通道在外壳上设计成U字形分布，与电机绕组分布相一致，这样 有利于绕组所在位置热量的散去，冷却通道37中的冷却剂36从冷却液出口排出后经过管路进 入冷却泵，由冷却泵的出水口进入散热水箱，散热水箱的大小根据TM电机散热的要求来计算 设计。这样就完成了TM电机的散热设计。

与TM电机一体化高精度位置传感器设计：

光栅编码器由图1中光栅编码器安装底座12、光栅编码器轴承、光栅编码盘15、光栅编码 器检测电路板17、发光管和相位盘等组成。图3为光栅编码器轴承，通过光栅码盘轴承孔40 与TM电机前轴连接，靠光栅码盘轴承键槽39固定，将图4所示的光栅编码盘15经过精密机械粘 贴在光栅码盘底座38上，并用卡簧卡紧，以免松脱。如图4所示，光栅码盘由转速光栅41和位 置光栅42两部分组成，转速光栅和增量式光栅的循环二进制光栅形同，均是由非常精细的等 间距光栅栅线按圆周状依次排列而成，因此能够达到很高的检测精度；位置光栅是有较长的 明暗等间距光栅条成圆周状依次排列而成，明暗条纹的数量和TM电机的定子极数相同，比如 用于12/8极TM电机，则位置光栅就有8条透光光栅条和8条遮光光栅条依次排列而成，且两种 光栅条的弧长相等。三相TM电机就有三层8条透光光栅条。本发明采用的光栅码盘是依据12/8 极TM电机设计的，转速光栅达到了1024个光栅，分辨率为0.175°，最小光栅间距为0.1mm。 通过位置传感器轴承，将图5检测电路板、光电管安装底座安装在图4所示轴承的41上，光电 管嵌入图5光电管安装孔45，将图6所示的编码器检测电路板通过电路板安装孔48、49、50固 定好，通过与前端盖安装孔46、47将调整好定、转子相对位置的底座与前端盖固定。前端盖 的左视图如图7所示。当调整编码器与TM电机转子位置一致过程中，光电管在可以在光电管移 动区51内滑动，调整完毕后将安装孔52与图6中与前端盖安装孔46、47用螺栓紧固，将位置传 感器固定好。

刹车真空助力设计：

纯电动汽车没有燃油发动机，要想实现刹车助力，需要按图8所示的电动真空助力系统 实现刹车助力。不可避免要使用电动真空泵，并且要配备真空压力报警器。本发明应用机械 式真空助力泵与TM电机有机组合，生成刹车真空助力系统，结构简单，稳定可靠。机械式真 空助力泵主要由泵体、转子、滑块、泵盖、齿轮、密封圈等零件组成。图9为真空助力泵底 座的正视图，其上有大小两个偏心圆54、55，真空助力泵内的转子经过TM电机真空助力齿 轮轴22，带动四个滑块在按电机旋转的方向沿图10中偏心圆上的凸台54和55旋转，滑块 在自身离心力的作用下，紧贴着泵体内壁滑行，吸气工作室不断扩大，被抽气体通过吸气管 打开单向阀(泵内装单向阀，对系统起保压作用)进入真空储气罐。当滑块转至一定位置时， 吸气完毕。此时，吸入的气体被隔离，转子继续旋转，被隔离的气体被逐渐压缩——压力升 高。当工作室转至与出气孔相通时，气体从出气孔排出，送入真空助力器内以备刹车产生助 力。在真空助力泵底座上有密封槽21，嵌入密封圈23可以防止泵内齿轮油外漏。

附图说明

图1TM高效电机轴向截面图

图2TM高效电机冷却系统正视剖面图

图3位置传感器轴承立体图

图4光栅码盘左视图

图5检测电路板、光电管安装底座左视图

图6光栅检测电路板左视图

图7TM电机前端盖左视图

图8电动刹车真空助力系统

图9刹车真空助力泵底座正视图

图10刹车真空助力泵底座左视图

具体实施方式

下面根据附图1—10进行说明：

TM电机由双凸极结构定子1、转子2、多功能轴3、前端盖4、后端盖5、6、电机外壳7、 定子顶丝8、接线口盖板9、轴承10和11、前轴承室及端盖和编码盘安装底座12、液冷剂进 出口13和14、光栅编码盘15、发光管安装孔16、光栅编码器电路板17、真空刹车助力泵底 座18、真空刹车助力泵油封室19、真空刹车助力泵20、真空刹车助力泵密封槽21、真空刹 车助力泵齿轮轴22、多个位置的密封圈23、24、25、26、27、28和29、后轴承室盖30、连 接变速箱的法兰盘31和TM电机端盖螺栓32、33、34、35等组成。TM电前轴承室及端盖和 编码盘安装底座12如图7所示，将端盖12与电机定子外壳7紧固后，把检测电路板、光电 管安装在图5所示的底座上，并在位置传感器轴承底座41处连接好，然后把光栅编码盘15 用精密仪器粘接在位置传感器轴承光栅码盘底座38上，将带有检测电路板、光电管安装底座 12、光码盘15的轴承穿到电机轴上，调整位置传感器底座12，使之与电机转子对齐，将底 座12与端盖4固定，然后安装真空刹车助力泵底座18，安装好密封圈，将真空助力泵20与 助力泵底座18通过螺栓连接紧固，这样就组成了带刹车真空助力和高精度编码器的TM高效 电机。