[發(fā)明專利]防塵防水透氣的長壽命無刷永磁直流電機(jī)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010050091.5
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111416461A
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李鑫;崔月明;張紹華
• 申請（專利權(quán)）人: 久碩新材料科技（天津）有限公司
• 主分類號: H02K5/04
• 分類號: H02K5/04;H02K5/10;H02K5/06;H02K5/16;H02K7/00;H02K5/124
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在無刷永磁直流電機(jī)的殼體上、在直徑方向?qū)ΨQ設(shè)計裝配有防塵防水透氣功能的微多孔新材料組件，用于電機(jī)內(nèi)外的氣壓均衡、防止內(nèi)外氣壓差大于1KPa；電機(jī)軸的動密封采用化學(xué)鍍鎳磷?聚四氟乙烯復(fù)合材料鍍層替代傳統(tǒng)的電鍍鉻鍍層，構(gòu)成具有低摩擦系數(shù)并且與水不潤濕的新型復(fù)合材料鍍層，替代傳統(tǒng)的電鍍鉻鍍層，降低了摩擦副的磨損速度、提高動密封的密封有效性、保證動密封處對流體的滲透阻力足夠高；本發(fā)明可以有效地防止水從動密封處進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部、從而延長了電機(jī)和車輛的使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電動兩輪車輛領(lǐng)域，有關(guān)電動兩輪車輛使用的無刷永磁直流電機(jī)，尤其是有關(guān)提高電動兩輪車輛使用壽命、具有防塵防水透氣的長壽命無刷永磁直流電機(jī)。

背景技術(shù)

目前中國電動兩輪車市場保有量接近3億輛，常規(guī)的電動兩輪車輛多數(shù)采用輪轂電機(jī)或中置電機(jī)帶動后輪驅(qū)動，目前行業(yè)內(nèi)主要采用無刷永磁直流電機(jī)作為電動兩輪車輛的驅(qū)動電機(jī)、采用鉛酸電池或鋰離子電池等直流電源提供能量。常規(guī)的無刷永磁直流電機(jī)采用全密封結(jié)構(gòu)設(shè)計、初始設(shè)計目的是防止外部的粉塵和水進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部。

無刷永磁直流電機(jī)在使用過程中由于存在鐵芯的磁滯效應(yīng)及導(dǎo)線電阻熱、永久磁鐵中的渦流效應(yīng)、動密封處及軸承處的機(jī)械摩擦熱等發(fā)熱因素，電機(jī)本體在車輛騎行使用一定時間后會發(fā)熱，電機(jī)內(nèi)部的空氣受熱后會膨脹、由于體積受限、電機(jī)的內(nèi)部氣壓會增加；這樣的密封結(jié)構(gòu)在電機(jī)使用時間不長時、只要動密封處的密封仍然可靠、內(nèi)部的熱空氣被密封在電機(jī)里面、使用時問題還不大。

電動兩輪車輛的騎行和停放環(huán)境惡劣，車輛在使用環(huán)境中存在灰塵、雨天騎行時可能會有雨水淋灑到電機(jī)動密封處、長期運(yùn)轉(zhuǎn)后電機(jī)動密封處的橡膠唇口和軸之間的摩擦副經(jīng)歷長期滑動摩擦?xí)霈F(xiàn)磨損現(xiàn)象，對于常規(guī)使用2年左右的車輛或騎行強(qiáng)度高的外賣用電動兩輪車輛，當(dāng)電機(jī)的動密封處摩擦副之間磨損嚴(yán)重時，會出現(xiàn)從動密封處進(jìn)水而電機(jī)失效的現(xiàn)象；其本質(zhì)原因是：無刷永磁直流電機(jī)在車輛正常騎行后由于電機(jī)內(nèi)部發(fā)熱，內(nèi)部的空氣受熱膨脹導(dǎo)致壓強(qiáng)增大、內(nèi)部的高壓氣體會從動密封處向外部泄露，而當(dāng)車輛停駛15分鐘左右、電機(jī)冷卻下來后，這時電機(jī)內(nèi)部可能會出現(xiàn)負(fù)壓現(xiàn)象，若是此時動密封處附近有水，可能會出現(xiàn)水在負(fù)壓作用下從動密封處被吸進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的現(xiàn)象，繼而導(dǎo)致鐵芯繞組絕緣失效、永磁體失效、電機(jī)失效的問題。

為提高無刷永磁直流電機(jī)的使用壽命、延長電動兩輪車整車的使用壽命，特提出本發(fā)明的以下內(nèi)容和技術(shù)解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決以上問題，經(jīng)深入分析現(xiàn)有電動兩輪車輛用無刷永磁直流電機(jī)的失效原因和電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計、所用材料的諸多缺點(diǎn)后，提出以下創(chuàng)新的技術(shù)方案：在無刷永磁直流電機(jī)的殼體上、在直徑方向?qū)ΨQ設(shè)計、裝配制造有防塵、防水、透氣功能的微多孔新材料組件，在保證電機(jī)殼體基本的防塵、防水功能的前提下，微多孔新材料組件還具備透氣功能，用于電機(jī)內(nèi)外的氣壓均衡、防止內(nèi)外氣壓差大于1KPa、從而降低了水或/和粉塵從外部通過電機(jī)軸上的動密封處進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部的“動力”；同時，電機(jī)的殼體軸頭處的油封與軸的動密封處采用低摩擦系數(shù)的摩擦副新型設(shè)計，電機(jī)軸上的新型涂層或鍍層采用滑動摩擦系數(shù)f小于等于0.5*(傳統(tǒng)電鍍鉻鍍層的摩擦系數(shù))的高硬度陶瓷涂層或化學(xué)鍍鎳磷-聚四氟乙烯復(fù)合材料鍍層(Ni-P-PTFE)或物理氣相沉積TiN等鍍層，替代傳統(tǒng)的電鍍鉻鍍層，軸上的陶瓷涂層采用氧化鋁-氧化鈦Al₂O₃-13％TiO₂(AT13)或Al₂O₃-40％TiO₂(AT40)、氧化鉻Cr₂O₃等熱噴涂陶瓷涂層，陶瓷涂層熱噴涂后經(jīng)精密磨削、精密拋光；考慮到陶瓷涂層的加工效率略低、加工成本略高，也可以采用化學(xué)鍍工藝在軸上的動密封處制備具有低摩擦系數(shù)的復(fù)合材料鍍層，復(fù)合材料鍍層優(yōu)選化學(xué)鍍鎳磷Ni-P或Ni-B時復(fù)合嵌入16-35Vol.％的聚四氟乙烯PTFE納米粒子，構(gòu)成具有低摩擦系數(shù)并且與水不潤濕的新型復(fù)合材料鍍層，替代傳統(tǒng)的軸上動密封處所采用的電鍍鉻鍍層。