CN107332411A - 一种混合动力车用磁场调制型机电能量转换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力车用磁场调制型机电能量转换器，它包括机壳，机壳内部从外到内依次装有定子、外转子、调制环和内转子，定子内表面具有十二个凸极，定子齿槽中放置三相集中式绕组，定子与外转子之间为第一气隙，外转子外表面有八个外转子凸极，外转子内表面均匀放置八块外转子永磁体，外转子与调制环之间为第二气隙，调制环由十块非导磁体和十块导磁体交替排列组成圆桶体，内转子有十二个内转子凸极，每个内转子凸极上贴有一块内转子永磁体，三相集中式绕组嵌入内转子齿槽中。本发明提高了传递效率，减少了机械振动、机械磨损与噪声，从而提高了装置可靠性，降低了维修成本，延长了装置使用寿命。

Description

一种混合动力车用磁场调制型机电能量转换器

技术领域

本发明属于混合动力汽车领域，具体涉及一种混合动力车用磁场调制型机电能量转换器。

背景技术

随着环境污染日益严峻、石油资源日益匮乏，寻求清洁能源、减少污染排放的要求迫在眉睫。纯电动汽车可利用非石油能源，并且可以实现零排放，是解决当前问题的理想途径。但是，电池的能量密度远远小于汽油，不能满足人们的实际需求，采用混合动力汽车成为缓解当前问题的有效途径之一。

中国专利文献CN102616127A于2012年4月6日公开了一种双模两级行星轮混合动力传动装置。该专利采用行星齿轮传动的传动装置，包括发动机、第一电机、第二电机、行星架以及差速器，提高了系统的整体效率，并且可以实现多种工作模式，可以降低对电机的转速和转矩要求以及对电机技术的要求，减小了电机的加工制造难度。

但是，该专利采用行星齿轮机构，行星排的输出齿圈与中间齿轮轴之间采用了链传动技术，属于机械结构，在运行过程中不仅存在噪声，并且齿轮啮合处的间隙会引起机械振动与机械磨损，降低装置的可靠性和传递效率，缩短使用寿命；同时，该装置需要高要求的润滑和冷却，以及定期维护，维修成本较高，这不仅不利于节约成本，也使得其安全性、可靠性都难以保障。

发明内容

针对现有的双模两级行星轮混合动力传动装置存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种混合动力汽车用磁场调制型机电能量转换器。它能提高传递效率，减少机械振动、机械磨损与噪声，从而提高装置可靠性，降低维修成本，延长装置使用寿命，使得其安全性和经济型都有所保障。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括机壳，机壳内部从外到内依次装有定子、外转子、调制环和内转子，定子安装在机壳内壁；定子内表面具有十二个凸极，定子凸极的齿槽中放置三相集中式绕组，定子与外转子之间为第一气隙，外转子外表面有八个外转子凸极，外转子与定子组成外电机；外转子内表面均匀放置八块外转子永磁体，外转子与调制环之间为第二气隙，调制环由十块非导磁体和十块导磁体交替排列组成圆桶体，外转子、调制环与内转子构成内电机；内转子有十二个内转子凸极，每个内转子凸极上贴有一块内转子永磁体，三相集中式绕组嵌入内转子凸极齿槽中。

与现有技术相比，本发明的技术效果是：

1、调制环使机械传动的输入、输出之间存在物理隔离，消除了机械齿轮带来的接触摩擦，克服了机械齿轮传动中的振动、噪音等问题，大大降低了传动损耗，提高了装置的工作可靠性与效率，减少维修次数，降低维护成本；同时，调制环内外两侧所有的永磁体都在转矩传递中起作用，具有较高的转矩密度，进一步提高了效率。

2、调制环利用磁力传动，具有非接触式传动的特点，使整个装置在工作过程中无需润滑，清洁、无油污，因此扩大了该结构的适用范围，如用在高密封性、高毒性、高污染、高腐蚀等场合；同时，调制环在过载时可及时隔断传动关系，具有过载保护作用。

3、定子与外转子的外凸极组成外电机，其双凸极结构具有结构及制造工艺简单、机体坚固、造价低廉、容错能力强、工作效率高、输出转矩大以及运行转速高等优点，适合用于混合动力车不同的路况需求；并且外电机的热损耗主要在定子上，使得电机容易冷却，进一步提高了电机的工作效率。

所以，本发明提高了传递效率，减少了机械振动、机械磨损与噪声，从而提高了装置可靠性，降低了维修成本，延长了装置使用寿命。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明应用于混合动力车的驱动系统结构图；

图2为本发明的结构示意图。

图中：1.定子；1-1定子三相集中绕组；2.外转子；2-1外转子凸极；2-2外转子永磁体；3.调制环；3-1.非导磁体；3-2.导磁体；4内转子；4-1内转子永磁体；4-2内转子凸极；4-3内转子三相集中绕组；5.主减速器输入轴；6.发动机输出轴；7.AC/DC电压逆变器；8.DC/AC电压逆变器；9.蓄电池；10.机壳。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1和图2所示，本发明包括机壳10，机壳内部从外到内依次装有定子1、外转子2、调制环3和内转子4，定子1安装在机壳10内壁；定子1内表面具有十二个凸极，定子凸极的齿槽中放置三相集中式绕组1-1，定子与外转子之间为第一气隙，外转子2外表面有八个外转子凸极2-1，外转子2与定子1组成外电机；外转子内表面均匀放置八块外转子永磁体2-2，外转子2与调制环3之间为第二气隙，调制环3由十块非导磁体3-1和十块导磁体3-2交替排列组成圆桶体，外转子2、调制环3与内转子4构成内电机；内转子4有十二个内转子凸极4-2，每个内转子凸极上贴有一块内转子永磁体4-1，三相集中式绕组4-3嵌入内转子凸极4-2的齿槽中。

如图1所示，发动机输出轴6与调制环3连接，发动机输出轴6支撑在机壳10的左侧轴承孔中；内转子轴左端通过轴承嵌入调制环3左侧的轴承定位凹槽内，内转子轴右端经轴承穿过调制环3右侧，安装在外转子2右侧的轴承定位凹槽内；外转子2与主减速器输入轴5相连接，主减速器输入轴5支撑在机壳10的右侧轴承孔中；定子1轴心线、外转子2轴心线、调制环3轴心线和内转子4轴心线相重合。

本发明的工作原理：

内转子4和外转子2之间为调制环3，由非导磁体和磁导率较高的导磁体间隔组成。根据机电能量转换定律可知：只有两旋转磁场的极对数和速度相等时，才能进行连续的能量转换与传递。调磁环3基于磁场调制原理改变气隙磁导，即加入调磁环3后，内转子永磁体4-1与外转子永磁体2-2产生的磁场，在调磁环两侧的气隙中调整，使内转子永磁体、外转子永磁体分别在两个气隙中产生形成不同极对数的气隙谐波磁场，从而产生恒定转矩。内转子磁场经过调制环调制在内转子与调制环间隔的气隙中产生一系列谐波，谐波次数与外转子永磁体极对数相同，谐波与外转子作用，在外转子上产生恒定转矩；外转子通过调制环在外转子与调制环间隔的气隙中形成谐波，谐波次数与内转子永磁体极对数相同，谐波与内转子作用，在内转子上产生恒定转矩，两转子的转速相反，且各自的转矩与相对转子的极对数成反比。

混合动力车发动机与调制环3同轴相联，发动机输出的机械功率一部分经调制环两侧的永磁体调制直接传递给外转子2，以机械功率的形式输出，直接驱动混合动力车前行；另一部分经调制环3调制后产生恒定转矩，传递至内转子4，并基于电磁转换原理经内转子三相集中绕组4-3将发动机输出的机械能转化为电能，由电刷滑环引出输入到AC/DC变换器8中，为蓄电池充电。外转子2与混合动力车主减速器5同轴联接，直流蓄电池的电能经DC/AC电压逆变器9输入到三相集中式定子绕组1-1中，产生电磁转矩经第三气隙传递至外转子2上，当运行在在高速、恶劣的路况时，与直接传递给外转子的转矩相叠加，以增强混合动力车的驱动力。

与双模两级行星轮混合动力传动装置相比，本发明的调制环使机械传动的输入、输出之间存在物理隔离，避免了传动过程中的机械接触，减少了机械磨损，克服了机械齿轮的振动、噪声等问题，降低了维修成本；同时，调制环采用非接触式磁力传动，使得其在使用过程中无需润滑，适用范围较广；该结构所有的永磁体都在转矩传递中起作用，具有较高的转矩密度，进一步提高了效率；除此之外，外电机制造工艺简单、机体坚固、造价低廉、容错能力强，输出转矩大以及运行转速高等优点，适合用于混合动力车不同的路况需求；因此，本发明有着很好的发展前景。

Claims (1)

1.一种混合动力车用磁场调制型机电能量转换器，包括机壳（10），其特征是：机壳内部从外到内依次装有定子（1）、外转子（2）、调制环（3）和内转子（4），定子（1）安装在机壳（10）内壁；定子（1）内表面具有十二个凸极，定子凸极的齿槽中放置三相集中式绕组（1-1），定子与外转子之间为第一气隙，外转子（2）外表面有八个外转子凸极（2-1），外转子（2）与定子（1）组成外电机；外转子内表面均匀放置八块外转子永磁体（2-2），外转子（2）与调制环（3）之间为第二气隙，调制环（3）由十块非导磁体（3-1）和十块导磁体（3-2）交替排列组成圆桶体，外转子（2）、调制环（3）与内转子（4）构成内电机；内转子（4）有十二个内转子凸极（4-2），每个内转子凸极上贴有一块内转子永磁体（4-1），三相集中式绕组（4-3）嵌入内转子凸极（4-2）的齿槽中。