CN102437695B - 变速装置 - Google Patents
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Abstract
一种变速装置包括第一开关磁阻电机，包括第一定子及收容于第一定子内的第一转子，第一转子上设有第一转轴、同轴磁性齿轮，从内向外依次为内转子、调磁环及外转子，内转子与外转子靠近调磁环的一侧均设有永磁体磁极对，且外转子与第一转轴相连接，调磁环由调磁铁芯块组成，且其上设有输入轴及第二开关磁阻电机，包括第二定子及收容于第二定子内的第二转子，第二转子与内转子固定连接。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，能克服机械齿轮会带来摩擦损耗、机械噪声与振动等弊端。
Description
【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：
第一开关磁阻电机，包括第一定子及收容于所述第一定子内的第一转子，所述第一转子上设有第一转轴；
同轴磁性齿轮，包括内转子、套设于所述内转子上的调磁环及套设于所述调磁环上的外转子，所述内转子与所述外转子靠近所述调磁环的一侧均设有永磁体磁极对，且所述外转子与所述第一转轴相连接，所述调磁环由调磁铁芯块组成，且其上设有输入轴；及
第二开关磁阻电机，包括第二定子及收容于所述第二定子内的第二转子，所述第二转子与所述内转子固定连接。
进一步地，所述第一转轴上还设有输出动力的传动件。
进一步地，所述外转子与调磁环以及所述调磁环与所述内转子之间均由气体间隙隔开。
进一步地，所述内转子的永磁体磁极对数目P1、所述外转子的永磁体磁极对数P2以及所述调磁铁芯的数目N满足：N＝P1+P2。
进一步地，所述第一开关磁阻电机及所述第二开关磁阻电机可工作于发电机或者是电动机状态。
进一步地，所述传动件为啮合齿轮。
进一步地，还包括箱体，所述第一定子固定于所述箱体的一端，所述第二定子固定于所述箱体的另外一端。
进一步地，所述箱体上设有承载所述第一转轴的转轴轴承、承载所述输入轴的输入轴轴承及承载所述第二转子的转子轴承。
进一步地，还包括外转子支架，所述外转子通过所述外转子支架与所述第一转轴相连接。
进一步地，还包括调磁环连接板，所述调磁环通过所述调磁环连接板与所述输入轴相连接。
上述变速装置由第一开关磁阻电机、同轴磁齿轮及第二开关磁阻电机组合而成，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纵向剖视图；
图2为图1所示变速装置B-B的剖视图；
图3为图1所示变速装置A-A的剖视图；
图4为图1所示变速装置C-C的剖视图。
【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包括第一开关磁阻电机I、同轴磁性齿轮III、第二开关磁阻电机II及箱体18。
请参阅图1及图2，第一开关磁阻电机I包括第一定子5及第一转子6。第一转子6收容于第一定子5内。第一转子上6设有第一转轴3。第一转轴3上还设有传动件4。在本实施例中，传动件4为啮合齿轮。
请参阅图3，同轴磁性齿轮III包括内转子10、调磁环12及外转子11。调磁环12套设于内转子10上，外转子11套设于调磁环12上。内转子10外靠近调磁环12的一侧设有内转子永磁体磁极对101，数目为P1，其中P1为自然数。外转子11靠近调磁环12的一侧设有外转子永磁体磁极对111，数目为P2，其中P2为自然数。调磁环12由调磁铁芯块121拼接组成，调磁铁芯块121的数目为N，其中N为自然数。在本实施例中，内转子永磁体磁极对101的数目P1、外转子永磁体磁极对111的数目P2以及调磁铁芯块121的数目N满足N＝P1+P2。外转子11与第一转轴3相连接。在本实施例中，还包括外转子支架8，外转子11通过外转子支架8与第一转轴3相连接。调磁环12上设有输入轴19。在本实施例中，还包括调磁环连接板9，调磁环12通过调磁环连接板9与输入轴19相连接。外转子11与调磁环12以及调磁环12与内转子10之间由气体间隙隔开。
请参阅图4，第二开关磁阻电机II包括第二定子13及第二转子14。第二转子14收容于第二定子13内。第二转子14与内转子10固定连接。
请继续参阅图1，箱体18用来收纳第一开关磁阻电机、同轴磁性齿轮III及第二开关磁阻电机。第一定子5固定于箱体18的一端，第二定子13固定于箱体18的另外一端。箱体18上设有承载第一转轴3的转轴轴承2，还没有承载输入轴19的输入轴轴承17以及承载第二转子14的转子轴承15。
将变速装置100运用到混合动力汽车时，汽车发动机通过输入轴19与调磁环12相连接，汽车的主动力轴通过传动件4与第一转轴3相连接。第一开关磁阻电机I及第二开关磁阻电机II与汽车的储能系统，譬如蓄电池储能系统接通。
当汽车仅使用电能驱动时，调磁环12固定，外转子11和内转子10的旋转角速度分别为ω1，ω2，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11的角速度ω1即为第一转轴3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开关磁阻电机I与第二开关磁阻电机II之间的能量交换，从而控制第一开关磁阻电机I与第二开关磁阻电机II处于发电机状态或电动机状态。最后，通过控制第二开关磁阻电机I的角速度ω2，使第一开关磁阻电机II的角速度ω1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11、内转子10和调磁环12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11、内转子10和调磁环12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11的角速度ω1依然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开关磁阻电机I与第二开关磁阻电机II之间的能量交换，从而控制第一开关磁阻电机I与第二开关磁阻电机II处于发电机状态或电动机状态。通过控制第二开关磁阻电机II及第一开关磁阻电机I的角速度，便可得到外转子11的特定转速，从而达到无级变速的目的。
变速装置100由第一开关磁阻电机I、同轴磁齿轮III及第二开关磁阻电机II组合而成，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。
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 (7)
1.一种变速装置，其特征在于，包括：
第一开关磁阻电机，包括第一定子及收容于所述第一定子内的第一转子，所述第一转子上设有第一转轴，所述第一转轴上还设有输出动力的传动件；
同轴磁性齿轮，包括内转子、套设于所述内转子上的调磁环及套设于所述调磁环上的外转子，所述内转子与所述外转子靠近所述调磁环的一侧均设有永磁体磁极对，且所述外转子与所述第一转轴相连接，所述调磁环由调磁铁芯块组成，且其上设有输入轴；及
第二开关磁阻电机，包括第二定子及收容于所述第二定子内的第二转子，所述第二转子与所述内转子固定连接；
其中，所述内转子的永磁体磁极对数目P1、所述外转子的永磁体磁极对数P2以及所述调磁铁芯的数目N满足：N＝P1+P2，将所述变速装置运用到混合动力汽车时，汽车发动机通过所述输入轴与所述调磁环相连接，汽车的主动力轴通过所述传动件与所述第一转轴相连接，所述第一开关磁阻电机及所述第二开关磁阻电机可工作于发电机或者是电动机状态，所述第一开关磁阻电机及所述第二开关磁阻电机与所述汽车的储能系统接通。
2.如权利要求1所述的变速装置，其特征在于，所述外转子与调磁环以及所述调磁环与所述内转子之间均由气体间隙隔开。
3.如权利要求1所述的变速装置，其特征在于，所述传动件为啮合齿轮。
4.如权利要求1所述的变速装置，其特征在于，还包括箱体，所述第一定子固定于所述箱体的一端，所述第二定子固定于所述箱体的另外一端。
5.如权利要求4所述的变速装置，其特征在于，所述箱体上设有承载所述第一转轴的转轴轴承、承载所述输入轴的输入轴轴承及承载所述第二转子的转子轴承。
6.如权利要求1所述的变速装置，其特征在于，还包括外转子支架，所述外转子通过所述外转子支架与所述第一转轴相连接。
7.如权利要求1所述的变速装置，其特征在于，还包括调磁环连接板，所述调磁环通过所述调磁环连接板与所述输入轴相连接。
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