本發明涉及電機定子殼體技術領域，具體來說是一種基于力學模型的分塊式電機定子殼體及其裝配設計方法。

背景技術：

隨著電動汽車行業的飛速發展，相關技術也在不斷進步，永磁同步電機作為電動汽車內核心部件，直接決定電動汽車的性能。目前新能源汽車領域內永磁同步電機定子與殼體主要是通過熱套工藝進行裝配，即將電機殼體加熱，使殼體膨脹、內徑擴大，隨后將定子裝入，隨著環境溫度驟降，殼體內徑尺寸迅速減小，定子與殼體之間依靠過盈量來保證兩者不發生相對位移。

采用此種裝配方式主要存在以下不足：

1、由于電機工作過程中產生的熱量主要是通過定子鐵芯直接傳遞給殼體，由殼體內部冷卻介質或外界空氣帶出，要求定子鐵芯與殼體內表面接觸十分良好，否則兩部件之間的裝配間隙會造成較大的接觸熱阻，熱量很難傳遞出來，勢必造成繞組溫升較快。這對定子鐵芯表面粗糙度以及過盈量的控制要求較高，加工難度較大；

2、采用此種裝配方式在進行熱套時，裝配工藝較為復雜，操作十分不便，對裝配工人體力、技術要求較高，裝配不成功比例較高，且易對殼體以及定子造成不可恢復性損壞；

3、采用熱套工藝裝配的電機，后期殼體或定子出現損壞時無法對其中一個進行替換維修；

4、采用熱套工藝無法對電機定子與殼體之間預緊力進行量化控制，此環節隨機性較大，產品在溫升、性能等方面一致性較差。

如何研發出一種不采用熱套工藝的定子與殼體的裝配方式已經成為急需解決的技術問題。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決現有技術中熱套工藝對定子與殼體安裝存在諸多不便的缺陷，提供一種基于力學模型的分塊式電機定子殼體及其裝配設計方法來解決上述問題。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種基于力學模型的分塊式電機定子殼體，包括定子和殼體，

所述的殼體包括左半殼和右半殼，左半殼的一端設有螺栓固定座A、另一端設有螺栓固定座B，螺栓固定座A與螺栓固定座B兩者呈鏡像對應，右半殼的一端設有螺栓固定座C、另一端設有螺栓固定座D,螺栓固定座C與螺栓固定座D兩者呈鏡像對應，左半殼與右半殼相配合夾在定子的外側且左半殼與右半殼兩者呈鏡像對應，左螺栓安裝在螺栓固定座A與螺栓固定座C上，右螺栓安裝在螺栓固定座B與螺栓固定座D上。

還包括導熱墊圈，導熱墊圈為圓柱形，導熱墊圈套在定子上，所述的導熱墊圈上位于左螺栓與右螺栓之間區域的厚度大于導熱墊圈上位于左半殼弧底與右半殼弧底之間區域的厚度。

所述的左半殼內設有散熱水道，散熱水道位于左半殼的端部。

所述的導熱墊圈上位于左螺栓與右螺栓之間區域與導熱墊圈上位于左半殼弧底與右半殼弧底之間區域的厚度比為1:4-1:8。

所述的螺栓固定座A、螺栓固定座B、螺栓固定座C、螺栓固定座D、左螺栓和右螺栓的數量均為2個。

一種基于力學模型的分塊式電機定子殼體的裝配設計方法，包括以下步驟：

計算反扭矩作用下的預緊力產生的壓強，

計算電機輸出最大扭矩時，定子與殼體在反扭矩作用下的預緊力所產生的壓強p，其計算公式如下：

其中：T為電機輸出最大扭矩；u為定子與殼體間的靜摩擦系數；l為定子與殼體接觸部分沿軸向的長度；R為定子外圓半徑；

計算定子與左半殼或右半殼接觸面的總壓力F，其計算公式如下：

其中S為定子與殼體1接觸面面積；

計算殼體圓周方向單條線上的力F'，其計算公式如下：

其中，F為定子與左半殼或右半殼接觸面的總壓力，R為定子外圓半徑；

合力的計算，

將殼體圓周方向上的力F'分解為其豎直方向的合力Q，Q即為所有螺栓的總預緊力，其計算公式如下：

其中，θ為殼體圓周方向上的力F'與左半殼或右半殼內圓弧頂法線方向的夾角，dθ為積分；

根據螺栓個數計算單個螺栓預緊力，

當左螺栓和右螺栓的數量均為2個時，單個螺栓的預緊力為Q/4；

計算單個螺栓所需的扭力N，其計算公式如下：

則：

其中，為螺栓的螺紋升角，d₂為螺栓的螺紋中徑，ω為螺旋副當量摩擦角，d₀為螺栓直徑，D₀為螺栓的環形支撐面外徑，f_c為螺栓的與支撐面間摩擦系數。

有益效果

本發明的一種基于力學模型的分塊式電機定子殼體及其裝配設計方法，與現有技術相比采用分塊式電機殼體設計，依靠螺栓對左半殼和右半殼兩部分進行固定安裝，極大地簡化了電機定子殼體的裝配工藝。通過在定子與殼體之間布置導熱墊圈，減小了由于裝配工藝以及加工精度對電機溫升的影響，大大提高了電機的散熱性能。本發明減小了裝配過程對定子和殼體的損壞率，同時方便后期對電機進行拆解維修以及部件更換，提高部件的利用率。同時通過力學模型設計，實現了根據電機最大扭矩要求對殼體與定子之間預緊力的量化控制，從而保證了電機運行過程中的穩定性以及產品的一致性，且結構簡單，易于實現。

附圖說明

圖1為本發明的結構俯視圖；

圖2為圖1的A-A剖面圖；

圖3為本發明中導熱墊圈的結構示意圖；

圖4為本發明中定子的受力示意圖；

圖5為本發明所涉及的方法順序圖；

其中，1-殼體、2-散熱水道、3-導熱墊圈、4-定子、5-左螺栓、6-右螺栓、11-左半殼、12-右半殼、13-螺栓固定座A、14-螺栓固定座B、15-螺栓固定座C、16-螺栓固定座D。

具體實施方式

為使對本發明的結構特征及所達成的功效有更進一步的了解與認識，用以較佳的實施例及附圖配合詳細的說明，說明如下：

如圖1所示，本發明所述的一種基于力學模型的分塊式電機定子殼體，包括定子4和殼體1。殼體1為分塊設計，并非傳統的整體結構，其包括左半殼11和右半殼12。如圖2所示，左半殼11的一端設有螺栓固定座A13、另一端設有螺栓固定座B14，螺栓固定座A13與螺栓固定座B14兩者呈鏡像對應，螺栓固定座A13、螺栓固定座B14與左半殼11為一體結構，用于配合安裝。同樣，右半殼12的一端設有螺栓固定座C15、另一端設有螺栓固定座D16,螺栓固定座C15與螺栓固定座D16兩者呈鏡像對應，螺栓固定座C15、螺栓固定座D16與右半殼12也可以為一體結構。左半殼11與右半殼12相配合夾在定子4的外側，左半殼11與右半殼12兩者呈鏡像對應，通過左半殼11與右半殼12相夾對定子4進行固定，從而避免了使用傳統的熱套工藝。左螺栓5安裝在螺栓固定座A13與螺栓固定座C15上，右螺栓6安裝在螺栓固定座B14與螺栓固定座D16上，通過左螺栓5和右螺栓6將左半殼11與右半殼12可拆卸地安裝在定子4的外側。

殼體1對定子4不僅是安裝作用，更為關鍵的作用為散熱作用。傳統技術中的熱套工藝，使得殼體1的內表面與定子4充分接觸進行散熱。而通過左螺栓5和右螺栓6進行安裝的方式，存在無法保證殼體1內表面與定子4充分接觸，因此在此采用導熱墊圈3的設計。如圖3所示，導熱墊圈3用于定子4的散熱使用，導熱墊圈3為圓柱形，導熱墊圈3套在定子4上，將定子4的熱量傳遞出。由于還需保證一定的預緊力，左螺栓5和右螺栓6在施加扭力后，殼體1會存在一定程度的變形，即呈橢圓形，殼體1在左螺栓5和右螺栓6處的直徑大于殼體1在左半殼11弧底與右半殼12弧底處的直徑。因此，可以將導熱墊圈3上位于左螺栓5與右螺栓6之間區域的厚度大于導熱墊圈3上位于左半殼11弧底與右半殼12弧底之間區域的厚度，這樣當左螺栓5和右螺栓6施加扭力，殼體1產生變形時，導熱墊圈3可以更好的貼服在殼體1的內表面。

優選，導熱墊圈3上位于左螺栓5與右螺栓6之間區域與導熱墊圈3上位于左半殼11弧底與右半殼12弧底之間區域的厚度比為1:4-1:8。同時，也可以將現在技術中的散熱水道2應用在左半殼11和右半殼12上，如左半殼11內也設有散熱水道2，散熱水道2位于左半殼11的端部，通過散熱水道2進一步增加散熱性能。同理，為了保證安裝可靠性，螺栓固定座A13、螺栓固定座B14、螺栓固定座C15、螺栓固定座D16、左螺栓5和右螺栓6的數量可以均為2個。

在此還提供一種用于分塊式電機定子殼體的裝配設計方法，從而確定單個螺栓所需的扭力，如圖5所示，一種基于力學模型的分塊式電機定子殼體的裝配設計方法，包括以下步驟：

第一步，計算反扭矩作用下的預緊力產生的壓強。

針對電機設計的輸出最大扭矩，計算定子4與殼體1在反扭矩作用下的預緊力所產生的壓強p，

其計算公式如下：

其中：T為電機輸出最大扭矩；u為定子與殼體間的靜摩擦系數；l為定子與殼體接觸部分沿軸向的長度；R為定子外圓半徑。

第二步，計算定子4與左半殼11或右半殼12接觸面的總壓力F。由于殼體1分成了左半殼11和右半殼12，在此只需針對左半殼11或右半殼12進行單一計算，若將兩者結合在一起作為殼體1的整體進行計算，其無法獲得左半殼11或右半殼12作為單一客體所承受的力。其計算公式如下：

其中為S定子4與殼體1接觸面面積。

第三步，計算殼體1圓周方向單條線上的力F'。其計算公式如下：

其中，F為定子4與左半殼11或右半殼12接觸面的總壓力，R為定子外圓半徑。

第四步，合力的計算。

將殼體1圓周方向上的力F'分解為其豎直方向的合力Q，Q即為所有螺栓的總預緊力，其計算公式如下：

其中，θ為殼體1圓周方向上的力F'與左半殼11或右半殼12內圓弧頂法線方向的夾角，dθ為積分。如圖4所示，θ為在左半殼11或右半殼12上針對不同位置的殼體1圓周方向上所受到的力F'，與左半殼11和右半殼12組成的殼體1內圓弧頂法線方向的夾角，其存在多個，因此利用積分運算將其進行歸納，得出合力Q，即為所有螺栓的總預緊力。

第五步，根據螺栓個數計算單個螺栓預緊力。

當左螺栓5和右螺栓6的數量均為2個時，即總共有4個螺栓設計時，單個螺栓的預緊力為Q/4。實際應用中可以為6個或8個螺栓設計，則單個螺栓的預緊力為Q/6或Q/8。

第六步，計算單個螺栓所需的扭力N，其計算公式如下：

則：

其中，為螺栓的螺紋升角，d₂為螺栓的螺紋中徑，ω為螺旋副當量摩擦角，d₀為螺栓直徑，D₀為螺栓的環形支撐面外徑，f_c為螺栓的與支撐面間摩擦系數。

最終得出，若需滿足電機設計的輸出最大扭矩T，在分塊式電機定子殼體結構的4個螺栓上，每個螺栓施加的扭力不少于扭力N，在進行左半殼11與右半殼12的螺栓安裝時，工作人員根據扭力扳手進行施加即可。

以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明的范圍內。本發明要求的保護范圍由所附的權利要求書及其等同物界定。