混合動(dòng)力車用少極差磁齒輪復(fù)合電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種混合動(dòng)力車用少極差磁齒輪復(fù)合電機(jī)，屬于電磁齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)動(dòng)力汽車燃油利用率低、尾氣排放污染環(huán)境，節(jié)能減排已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，其中混合動(dòng)力汽車作為一種新能源汽車，具有燃油經(jīng)濟(jì)性高、尾氣排放低、續(xù)航里程長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，成為解決該問(wèn)題的有效途徑。
[0003]混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力耦合系統(tǒng)主要分為機(jī)械式和電磁式兩種工作方式。機(jī)械式混合動(dòng)力耦合系統(tǒng)主要是把由電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)提供的兩種動(dòng)力源通過(guò)多自由度機(jī)械行星齒輪高效耦合，兩種動(dòng)力源在不同行駛工況下靈活配合，使內(nèi)燃機(jī)工作于最佳燃油區(qū)域，但其存在機(jī)械式行星齒輪電機(jī)體積龐大、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且易出現(xiàn)機(jī)械疲勞、摩擦損耗、震動(dòng)噪音及潤(rùn)滑障礙等問(wèn)題；最為典型的電磁式混合動(dòng)力耦合系統(tǒng)由雙轉(zhuǎn)子電機(jī)構(gòu)成，可有效規(guī)避機(jī)械式動(dòng)力耦合系統(tǒng)存在的上述問(wèn)題，但在該類系統(tǒng)中，采用集電環(huán)和電刷與外部電路相連的內(nèi)轉(zhuǎn)子電樞繞組在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)易使集電環(huán)和電刷之間產(chǎn)生火花和相應(yīng)磨損；無(wú)刷化電磁式混合動(dòng)力耦合系已成為電磁式混合動(dòng)力汽車采取的熱門技術(shù)解決方案，但由于現(xiàn)有無(wú)刷化雙轉(zhuǎn)子電機(jī)結(jié)構(gòu)內(nèi)電機(jī)體積小，難以實(shí)現(xiàn)大功率的動(dòng)力合成與轉(zhuǎn)矩傳遞，又使得該類電磁式混合動(dòng)力系統(tǒng)難以在重型運(yùn)輸、公共交通等大功率作業(yè)場(chǎng)合使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本實(shí)用新型提出一種混合動(dòng)力車用新型電磁式動(dòng)力耦合系統(tǒng)解決方案，結(jié)合永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)方法和機(jī)械齒輪傳動(dòng)領(lǐng)域的新型少齒差行星齒輪傳動(dòng)技術(shù)，利用少極差磁場(chǎng)錯(cuò)極原理，將輸入給偏心結(jié)構(gòu)行星輪的公轉(zhuǎn)通過(guò)行星轉(zhuǎn)子磁體與復(fù)合轉(zhuǎn)子磁體在徑向偏心氣隙磁場(chǎng)中相互異極性親合轉(zhuǎn)化為行星輪的自轉(zhuǎn)，經(jīng)輸出結(jié)構(gòu)將行星輪自轉(zhuǎn)輸出，從而實(shí)現(xiàn)力矩傳遞、變速傳動(dòng)及能量流的分配與傳輸。
[0005]該混合動(dòng)力車用少極差磁齒輪復(fù)合電機(jī)主要零部件包括定子機(jī)殼、定子鐵芯、定子繞組、復(fù)合轉(zhuǎn)子背鐵、復(fù)合轉(zhuǎn)子內(nèi)外圈永磁體、行星轉(zhuǎn)子鐵芯、行星轉(zhuǎn)子永磁體、銷軸、拉緊螺釘、輸入軸和輸出軸、軸承、軸承端蓋、支撐架及液壓缸，其中輸入軸采用雙偏心錯(cuò)位為180°的轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)，兩個(gè)行星轉(zhuǎn)子完全相同，平行而對(duì)稱地安裝在輸入軸上，當(dāng)輸入軸帶動(dòng)兩個(gè)行星轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，它們各自產(chǎn)生的離心力將互相抵消，使輸入軸處于平衡狀態(tài)，提高傳動(dòng)平穩(wěn)性；行星轉(zhuǎn)子通過(guò)銷軸結(jié)構(gòu)與輸出軸進(jìn)行連接；行星轉(zhuǎn)子外表面以及復(fù)合轉(zhuǎn)子內(nèi)、外表面的永磁體均以N、S極交替排列，行星轉(zhuǎn)子與偏心輸入軸相連，作為主動(dòng)輪繞旋轉(zhuǎn)中心軸線公轉(zhuǎn)，復(fù)合轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體通過(guò)偏心徑向氣隙與行星轉(zhuǎn)子永磁體進(jìn)行少極差磁場(chǎng)耦合，驅(qū)動(dòng)行星轉(zhuǎn)子繞自身軸線反向自轉(zhuǎn)，在行星轉(zhuǎn)子鐵芯的磁軛部位加工有圓周均布銷孔，通過(guò)銷軸式輸出機(jī)構(gòu)，將行星轉(zhuǎn)子的低速自轉(zhuǎn)經(jīng)輸出軸輸出，行星轉(zhuǎn)子和復(fù)合轉(zhuǎn)子構(gòu)成徑向磁場(chǎng)少極差磁齒輪副；定子機(jī)殼、定子鐵芯、定子繞組構(gòu)成定子，復(fù)合轉(zhuǎn)子背鐵、復(fù)合轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體和復(fù)合轉(zhuǎn)子外圈永磁體構(gòu)成復(fù)合轉(zhuǎn)子，該帶電勵(lì)磁極的定子和復(fù)合轉(zhuǎn)子構(gòu)成模塊化永磁驅(qū)動(dòng)外電機(jī)；將高轉(zhuǎn)矩密度的徑向磁場(chǎng)少極差磁齒輪集成在模塊化永磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部，形成具有兩個(gè)機(jī)械端口和一個(gè)電磁端口的多端口動(dòng)力耦合系統(tǒng)。
[0006]結(jié)合圖2來(lái)說(shuō)明該混合動(dòng)力車用少極差磁齒輪復(fù)合電機(jī)的工作原理，輸入軸和輸出軸作為兩個(gè)機(jī)械端口分別與內(nèi)燃機(jī)和車輪相連，帶電勵(lì)磁極的定子和復(fù)合轉(zhuǎn)子共同構(gòu)成外電機(jī)，是系統(tǒng)電功率的輸入端口，通過(guò)內(nèi)燃機(jī)和外電機(jī)的共同作用，實(shí)現(xiàn)機(jī)械功率流與電功率流的合成及能量傳輸，通過(guò)控制兩種功率流的比例，并與離合一制動(dòng)系統(tǒng)配合，使混合動(dòng)力汽車在啟動(dòng)、重載、爬坡、加速、剎車以及高速巡航等不同運(yùn)行工況下，內(nèi)燃機(jī)始終運(yùn)行于最佳燃油經(jīng)濟(jì)區(qū)，實(shí)現(xiàn)整車的效率最高和排放最少。
[0007]該混合動(dòng)力車用少極差磁齒輪復(fù)合電機(jī)的主要參數(shù)之間存在如下關(guān)系:復(fù)合轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體極對(duì)數(shù)為Pi，行星轉(zhuǎn)子永磁體的極對(duì)數(shù)為p2，極對(duì)數(shù)pJP p 2為彼此互素的正整數(shù)對(duì)，并滿足Pl>P2，1 ( Pl-P2<4的約束條件；復(fù)合轉(zhuǎn)子與行星轉(zhuǎn)子呈偏心分布結(jié)構(gòu)，行星轉(zhuǎn)子鐵芯與旋轉(zhuǎn)中心的偏心距為a，復(fù)合轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體與行星轉(zhuǎn)子永磁體之間的最小氣隙的長(zhǎng)度為e，其中復(fù)合轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體的內(nèi)徑為Di，行星轉(zhuǎn)子永磁體外徑為D2，各參數(shù)之間滿足(D「2Xe) +D2= p a = 0.5X (DrD2-2Xe)的約束條件；定子鐵芯的槽數(shù)為Ns，復(fù)合轉(zhuǎn)子外圈永磁體極對(duì)數(shù)為Ρηι，二者之間存在多種配比關(guān)系，為了獲得較大的轉(zhuǎn)矩密度，應(yīng)當(dāng)使電機(jī)的節(jié)距和極距相近，因此，定子鐵芯的槽數(shù)Ns和復(fù)合轉(zhuǎn)子外圈永磁體極對(duì)數(shù)之間滿足Ns= 2p ?±2的約束條件；對(duì)于三相永磁電機(jī)來(lái)說(shuō)，定子鐵芯的槽數(shù)Ns還應(yīng)能夠被3整除；此外，令復(fù)合轉(zhuǎn)子外圈永磁體極對(duì)數(shù)P?r^復(fù)合轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體極對(duì)數(shù)Ρ:相等。
[0008]采用上述技術(shù)方案可以達(dá)到如下技術(shù)效果:(1)克服了機(jī)械式齒輪傳動(dòng)易出現(xiàn)機(jī)械疲勞、摩擦損耗、震動(dòng)噪音及潤(rùn)滑障礙等問(wèn)題，傳動(dòng)效率大大提高，具有高效節(jié)能、低碳環(huán)保經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，廣泛推廣可極大地節(jié)省能源；(2)少極差磁場(chǎng)耦合技術(shù)使得磁體的耦合程度增大，轉(zhuǎn)矩密度顯著提高，為實(shí)現(xiàn)大力矩傳動(dòng)奠定了基礎(chǔ)，不僅有效提高整個(gè)混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力耦合系統(tǒng)集成度，而且顯著提升系統(tǒng)的傳動(dòng)能力；(3)輸入軸采用雙偏心錯(cuò)位為180°的轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)，兩個(gè)完全相同的行星轉(zhuǎn)子平行而對(duì)稱地安裝在輸入軸上，輸入軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩個(gè)行星轉(zhuǎn)子各自產(chǎn)生的離心力能夠互相抵消，使輸入軸處于平衡狀態(tài)，提高傳動(dòng)平穩(wěn)性；(4)采用永磁傳動(dòng)技術(shù)，可以使機(jī)構(gòu)在過(guò)載時(shí)因主、從動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)而隨時(shí)切斷傳動(dòng)關(guān)系，對(duì)負(fù)載和原動(dòng)機(jī)起到保護(hù)作用；(5)多端口結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)和外電機(jī)的共同作用，實(shí)現(xiàn)機(jī)械功率流與電功率流的合成及能量傳輸，通過(guò)控制兩種功率流的比例，使混合動(dòng)力汽車在不同運(yùn)行工況下，內(nèi)燃機(jī)始終運(yùn)行于最佳燃油經(jīng)濟(jì)區(qū)，實(shí)現(xiàn)整車的效率最高和排放最少。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是混合動(dòng)力車用少極差磁齒輪復(fù)合電機(jī)具體結(jié)構(gòu)圖
[0010]圖2是混合動(dòng)力車用少極差磁齒輪復(fù)合電機(jī)徑向結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D
[0011]圖3是混合動(dòng)力車用少極差磁齒輪復(fù)合電機(jī)工作原理示意圖
[0012]以上圖中:1.復(fù)合轉(zhuǎn)子外圈永磁體，2.復(fù)合轉(zhuǎn)子背鐵，3.復(fù)合轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體，
4.銷軸，5.行星轉(zhuǎn)子鐵芯，6.軸承，7.軸承，8.輸入軸，9.軸承端蓋，10.支撐架，11.偏心軸，12.行星轉(zhuǎn)子永磁體，13.定子繞組，14.定子機(jī)殼，15.引出線，16.定子鐵芯，17.軸承，18.液壓缸，19.支撐架，20.軸承，21.軸承端蓋，22.輸出軸，23.軸承，24.拉緊螺釘，25.傳送帶，26.內(nèi)燃機(jī)，27.離合器，28.車輪，29.整流器一，30.蓄電池，31.整流器二，32.起發(fā)動(dòng)機(jī)，5a.行星轉(zhuǎn)子一，5b.行星轉(zhuǎn)子二
【具體實(shí)施方式】
[0013]本實(shí)用新型提出一種混合動(dòng)力車用少極差磁齒輪復(fù)合電機(jī)，它是針對(duì)機(jī)械式混合動(dòng)力耦合系統(tǒng)存在電機(jī)體積龐大、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易出現(xiàn)機(jī)械疲勞、摩擦損耗、震動(dòng)噪音及潤(rùn)滑障礙等問(wèn)題，由雙轉(zhuǎn)子電機(jī)構(gòu)成的電磁式混合動(dòng)力耦合系統(tǒng)在內(nèi)轉(zhuǎn)子電樞繞組高速旋轉(zhuǎn)時(shí)易使集電環(huán)和電刷之間產(chǎn)生火花和相應(yīng)磨損的問(wèn)題，以及當(dāng)前無(wú)刷化雙轉(zhuǎn)子電機(jī)結(jié)構(gòu)內(nèi)電機(jī)體積小，難以實(shí)現(xiàn)大功率動(dòng)力合成與轉(zhuǎn)矩傳遞，限制其在重型運(yùn)輸、公共交通等大功率作業(yè)場(chǎng)合使用的問(wèn)題而提出的。
[0014]從圖1和圖2可知，混合動(dòng)力車用少極差磁齒輪復(fù)合電機(jī)主要由內(nèi)部徑向磁場(chǎng)少極差磁齒輪和外部模塊化永磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成，其中內(nèi)部徑向磁場(chǎng)少極差磁