CN102355120B - 变速装置 - Google Patents

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一种变速装置包括第一永磁电机、同轴磁齿轮及第二永磁电机。其中，第一永磁电机、同轴磁齿轮、第二永磁电机构成同轴拓扑结构集合的同心式结构。上述变速装置依靠非均匀磁路的磁场调制效应来实现谐波传动与调速。由于同轴磁性齿轮利用永磁体的相互作用来实现无接触的变速传动，因而，在应用于混合动力和电动力两种模式下的汽车时，能克服上述机械齿轮会带来摩擦损耗、机械噪声与振动以及需要定期维护和润滑的种种弊端。

Description

变速装置
【技术领域】
本发明涉及一种汽车技术，特别是涉及一种变速装置。
【背景技术】
混合动力电动汽车中配备有两个动力源，分别是传统发动机和动力蓄电池。一般混合动力汽车更倾向于选择混联式的动力耦合方式，因为其能量的传递路线较多，但由于要求动力的分离和混合，使得结构趋于复杂。目前，一般混合动力电动汽车采用机械齿轮如行星齿轮与两台电机组成变速传输系统。
然而，由于行星齿轮依靠金属齿的啮合来实现转矩的传递，这种黏着机构无可避免的会带来很多问题，比如摩擦损耗、机械噪声与振动、需要定期维护和润滑等。
【发明内容】
鉴于上述状况，有必要提供一种摩擦损耗、机械噪声与振动较小的变速装置。
一种变速装置，包括第一永磁电机，所述第一永磁电机包括第一定子及围绕所述第一定子设置的第一转子；套设于所述第一永磁电机上的同轴磁齿轮，所述同轴磁齿轮包括齿轮内转子、围绕所述齿轮内转子设置的调磁环及围绕所述调磁环设置的齿轮外转子；以及套设于所述同轴磁齿轮上的第二永磁电机，所述第二永磁电机包括第二转子及围绕所述第二转子设置的第二定子，所述第一转子与所述齿轮内转子固定连接组成内转子，所述内转子的两侧均贴有数目为P1的永磁体磁极对；
所述调磁环连接输入轴；
所述第二转子与所述齿轮外转子固定连接组成外转子，所述外转子的两侧均贴有数目为P2的永磁体磁极对，所述第二转子连接输出轴；
其中，所述第一永磁电机、同轴磁齿轮、第二永磁电机构成同轴拓扑结构集合的同心式结构，从内向外，依次为第一定子、内转子、调磁环、外转子及第二定子。
进一步地，所述第一定子与所述齿轮内转子之间设有第一隔离罩。
进一步地，所述第二转子与所述齿轮外转子之间设有第二隔离罩。
进一步地，所述调磁环由数目为N的调磁铁心块与数目为N的非导磁材料间隔拼接而成。
进一步地，所述内转子的永磁体磁极对的对数P1与所述外转子的永磁体磁极对的对数P2及所述调磁环的调磁铁心块的数目N满足关系：N＝P1+P2。
进一步地，所述永磁体磁极对的排列方式为Halbach阵列排布。
进一步地，所述第一定子与所述内转子、所述内转子与所述调磁环、所述调磁环与所述外转子及所述外转子与所述第二定子均由气体间隙隔开。
进一步地，所述第一永磁电机与所述第二永磁电机可处于发电机状态或电动机状态。
上述变速装置由第一永磁电机、同轴磁齿轮、第二永磁电机采用同轴拓扑结构集合而成，依靠非均匀磁路的磁场调制效应来实现谐波传动与调速。由于同轴磁性齿轮利用永磁体的相互作用来实现无接触的变速传动，因而，在应用于混合动力和电动力两种模式下的汽车时，能克服上述机械齿轮会带来摩擦损耗、机械噪声与振动以及需要定期维护和润滑的种种弊端。
【附图说明】
图1为一实施例中变速装置的横向截面示意图；
图2为图1所示变速装置的侧视剖面图。
【具体实施方式】
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，变速装置100包括第一永磁电机I、同轴磁齿轮III及第二永磁电机II。
请参阅图1及图2，第一永磁电机I包括第一定子8及第一转子7。第一转子7围绕第一定子8设置。
同轴磁齿轮III包括齿轮内转子6、调磁环9及齿轮外转子5。调磁环9由数目为N的调磁铁心块与数目为N的非导磁材料间隔拼接而成。调磁环9围绕齿轮内转子6设置，且调磁环9连接有输入轴10。齿轮外转子5围绕调磁环9设置。齿轮内转子6套设于第一永磁电机I上，且齿轮内转子6与第一转子7固定连接组成内转子3，内转子3转速可通过调节第一转子7的转速进行调整。内转子3的两侧均贴有数目为P1的永磁体磁极对(图未标)，永磁体磁极对采取Halbach阵列方式排布。在第一定子8与所述齿轮内转子6之间还设有第一隔离罩15。
第二永磁电机II包括第二转子2及第二定子1。第二定子1围绕第二转子2设置。第二转子2套设于同轴磁齿轮III上，且第二转子2与齿轮外转子5固定连接组成外转子4，第二转子4与输出轴13相连接。外转子4的两侧均贴有数目为P2的永磁体磁极对(图未标)，永磁体磁极对采取Halbach阵列方式排布。在第二转子2与所齿轮外转子5之间还设有第二隔离罩14。
内转子3的永磁体磁极对的对数P1与外转子4的永磁体磁极对的对数P2及调磁环9铁心块的数目N满足关系：N＝P1+P2。在本实施例中，P1＝5、P2＝13、N＝18。可以理解，P1、P2及N的值只需满足关系N＝P1+P2即可。
变速装置100即由第一永磁电机I、同轴磁齿轮III、第二永磁电机II采用同轴拓扑结构集合组成的同心式结构，从内向外，依次为第一定子1、内转子3、调磁环9、外转子4及第二定子8。去且在第一定子8与内转子3、内转子3与调磁环9、调磁环9与外转子4及外转子4与第二定子1均由气体间隙隔开。
将变速装置100应用于混合动力汽车时，发动机轴通过输入轴10连接到调磁环9，第二永磁电机II的转轴通过输出轴13连接到汽车的主动力轴。第一永磁电机I与第二永磁电机II均与汽车的储能系统，譬如蓄电池储能系统连接。
当汽车仅使用电能驱动时，调磁环9固定，内转子3和外转子4的旋转角速度分别为ω1，ω2，其中，角速度均为矢量。它们满足以下的关系：
ω1＝-(P2/P1)ω2＝-Grω2
其中Gr为传动比，负号表示运动方向相反。
此时，外转子4的角速度ω2即为输出轴13的角速度，也为汽车主动力轴的角速度。根据行驶中加速、减速或制动的不同工作状况，可控制储能系统和第一永磁电机I与第二永磁电机II之间的能量交换，从而控制第一永磁电机I与第二永磁电机II处于发电机状态或电动机状态。最后，通过控制第一永磁电机I的角速度ω1，使第二永磁电机II的角速度ω2处于特定值，从而达到变速的目的。
当汽车使用混合动力时，外转子4、内转子3和调磁环9都处于运动状态，其旋转角速度分别为ω1，ω2，ω3，它们满足以下的关系：
ω1+Grω2-(1+Gr)ω3＝0
外转子4、内转子3和调磁环9的电磁转矩分别为T1，T2，T3，不考虑功率损耗，它们满足以下关系：
T1ω1+T2ω2+T3ω3＝0
T1+T2+T3＝0
此时，外转子4的角速度ω2即为输出轴13的角速度，也为汽车主动力轴的角速度。根据行驶中加速、减速或制动的不同工作状况，可控制储能系统和第一永磁电机I与第二永磁电机II之间的能量交换，从而控制第一永磁电机I与第二永磁电机II处于发电机状态或电动机状态。通过控制第二永磁电机II及第一永磁电机I的角速度，便可得到外转子4及输出轴13的特定转速，从而达到无级变速的目的。
变速装置100由第一永磁电机I、同轴磁齿轮III、第二永磁电机II采用同轴拓扑结构集合而成，依靠非均匀磁路的磁场调制效应来实现谐波传动与调速。由于同轴磁性齿轮III利用永磁体的相互作用来实现无接触的变速传动，因而能克服机械齿轮会带来摩擦损耗、机械噪声与振动以及需要定期维护和润滑的种种弊端。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种变速装置，包括第一永磁电机，所述第一永磁电机包括第一定子及围绕所述第一定子设置的第一转子；套设于所述第一永磁电机上的同轴磁齿轮，所述同轴磁齿轮包括齿轮内转子、围绕所述齿轮内转子设置的调磁环及围绕所述调磁环设置的齿轮外转子；以及套设于所述同轴磁齿轮上的第二永磁电机，所述第二永磁电机包括第二转子及围绕所述第二转子设置的第二定子，其特征在于：
所述第一转子与所述齿轮内转子固定连接组成内转子，所述内转子的两侧均贴有数目为P1的永磁体磁极对，所述第一定子与所述齿轮内转子之间设有第一隔离罩；
所述调磁环连接输入轴；
所述第二转子与所述齿轮外转子固定连接组成外转子，所述外转子的两侧均贴有数目为P2的永磁体磁极对，所述第二转子连接输出轴，所述第二转子与所述齿轮外转子之间设有第二隔离罩；
其中，所述第一永磁电机、同轴磁齿轮、第二永磁电机构成同轴拓扑结构集合的同心式结构，从内向外，依次为第一定子、内转子、调磁环、外转子及第二定子，所述调磁环由数目为N的调磁铁心块与数目为N的非导磁材料间隔拼接而成，所述内转子的永磁体磁极对的对数P1与所述外转子的永磁体磁极对的对数P2及所述调磁环的调磁铁心块的数目N满足关系：N=P1+P2。
2.如权利要求1所述的变速装置，其特征在于，所述永磁体磁极对的排列方式为Halbach阵列排布。
3.如权利要求1所述的变速装置，其特征在于，所述第一定子与所述内转子、所述内转子与所述调磁环、所述调磁环与所述外转子及所述外转子与所述第二定子均由气体间隙隔开。
4.如权利要求1所述的变速装置，其特征在于，所述第一永磁电机与所述第二永磁电机处于发电机状态或电动机状态。
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