CN107733152A - 一种用于双电机的离合装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双电机的离合装置，具体说涉及一种实现双电机不同输出功率时动力切换的离合装置。本发明的装置结构形式简单，与双电机结构输出转轴同轴安装，只需双电机输出轴端与该离合装置接口匹配即可使用；同轴安装形式，不占用机构整体轴向尺寸；本发明的装置实现方式简单灵活，只需控制装置中电磁铁的通断电状态即可实现“离合”状态的切换；本发明的装置可靠性高，通过可靠性的柱销和键槽配合方式实现动力传递。

Description

一种用于双电机的离合装置

技术领域

本发明涉及一种双电机的离合装置，具体说涉及一种实现双电机不同输出功率时动力切换的离合装置。

背景技术

在船舶推进装置中，电力推进由于其节能、环保、高效的特点应用越来越广泛。但由于船舶推进装置负载工况变化范围大，低功率的电力推进装置无法满足大功率负载需求，高功率的电力推进装置在小功率负载情况下效率太低，传统的电力推进装置已无法满足宽工况范围下高效率的工作，因此设计了一种双电机，用于解决该问题。

双电机是一种将内电机和外电机集成一体化结构的电机，通过内电机和外电机在不同工况下分别工作解决宽工况范围下的效率低的问题，但如何在内电机和外电机分别工作时将内电机转轴和外电机转轴根据工况需要进行离合，目前还没有成熟的解决方案和产品。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种用于双电机的离合装置。

本发明的技术解决方案是：

一种用于双电机的离合装置，该离合装置包括壳体、复位拉簧、锥形环套、柱销、复位压簧、电磁铁、中心轴和外套轴；

所述的中心轴在周向上带有花键槽；

所述的外套轴在周向上有台阶孔；

所述的柱销包括一体成型的顶端的带球头的圆柱、中间部分的圆柱和底端带键端的圆柱；中间部分的圆柱的直径大于顶端的带球头的圆柱的直径，中间部分的圆柱的直径大于底端带键端的圆柱的直径；

所述的外套轴套在中心轴的外面，柱销位于外套轴的台阶孔内，复位压簧位于外套轴的台阶孔内且套在柱销的底端带键端的圆柱上，柱销底端带键端的圆柱在受到挤压时，柱销的底端带键端的圆柱能够进入到中心轴的花键槽内，柱销能够沿着外套轴的台阶孔轴向移动直至柱销的底端带键端的圆柱完全进入到中心轴的花键槽内，外套轴的台阶孔用于固定复位压簧并对柱销进行限位；

所述的壳体套在外套轴的外面；

所述的复位拉簧的一端固定在壳体的内表面，复位拉簧的另一端固定在锥形环套的一端，锥形环套套在柱销上且套在壳体内；

所述的电磁铁固定安装在壳体上且套装在中心轴的外面。

锥形环套的内表面与柱销顶端的球头为点接触。

电磁铁未通电，锥形环套在复位拉簧的作用下使得锥形环套与电磁铁之间有间隙，间隙为5-10mm，此时，柱销在复位压簧的作用下未伸出外套轴的台阶孔，外套轴与中心轴未实现机械连接，只有中心轴输出扭矩。

给电磁铁通电，锥形环套在电磁铁的吸合作用下使得锥形环套与电磁铁之间端面贴合，此时，柱销在锥形环套锥面的挤压作用下伸出外套轴的台阶孔并插入中心轴的花键槽内，外套轴与中心轴实现机械连接，外套轴向中心轴输出扭矩。所述的锥形环套为钢质材料。

所述的中心轴的输入端与双电机的内电机转轴固定连接，所述的中心轴的输出端与负载连接；所述的外套轴与双电机的外电机转轴固定连接。

所述的双电机包括外电机组件、内外电机连接轴承和内电机组件；

所述外电机组件包括外电机定子组件和外电机转子组件，外电机定子组件套设在外电机转子组件外，外电机转子组件包括外电机转轴、外电机磁钢和设置在外电机转轴和外电机磁钢之间的外电机磁轭，外电机转轴为空心轴结构，内电机组件位于所述外电机转轴的空腔内；

内电机组件包括内电机转子组件、内电机壳体及位于内电机转子组件和内电机壳体之间的内电机定子组件，外电机转轴的空腔端部为台阶结构，内电机壳体的端面与空腔端部台阶面对应，内外电机连接轴承位于内电机壳体端面与台阶面处，用于使外电机转轴与内电机壳体相对转动。

所述的双电机还包括环形连接盘，外电机组件还包括外电机壳体，外电机定子组件容设在电机壳体的空腔内，外电机壳体与内电机壳体通过环形连接盘固定连接。

所述外电机转子组件还包括外电机旋转变压器转子，外电机旋转变压器转子设置在外电机转轴上，外电机定子组件包括外电机旋转变压器定子，外电机旋转变压器定子设置在环形连接盘上；

所述内电机转子组件包括内电机转轴和内电机旋转变压器转子，内电机旋转变压器转子设置在内电机转轴上，内电机定子组件包括内电机旋转变压器定子，内电机旋转变压器定子设置在内电机壳体上；所述内电机转轴为空心轴。

有益效果

(1)当为小负载工况时，只需中心轴输出动力，离合器不动作，保持初始“离”的状态；当为大负载工况时，需要外套轴输出动力，离合器转换为“合”的状态，电磁铁上电，锥形环套被电磁铁吸合将柱销压入中心轴的花键槽内，外套轴动力传输到中心轴上，实现大功率动力输出；

(2)本发明的装置结构形式简单，与双电机结构输出转轴同轴安装，只需双电机输出轴端与该离合装置接口匹配即可使用；同轴安装形式，不占用机构整体轴向尺寸；

(3)本发明的装置实现方式简单灵活，只需控制装置中电磁铁的通断电状态即可实现“离合”状态的切换；

(4)本发明的装置可靠性高，通过可靠性的柱销和键槽配合方式实现动力传递。

(5)本发明的装置中外套轴和中心轴与双电机结构的动力输出轴固定连接，离合装置与套轴输出机构输出轴为同轴安装形式，通过离合器的动作实现外套轴和中心轴之间的离合连接；

(6)本发明的装置为锥形环套配合柱销的离合实现形式，通过电磁铁控制锥形环套的水平位移，进而转化为柱销的垂直方向的位移，从而实现柱销与中心轴上花键槽的啮合，达到动力输出传递的目的。

(7)本发明的装置应用到的双电机，通过将外电机组件的转轴设计成空心结构，将内电机组件设置在外电机组件的空腔内，实现对两个电机组件的嵌套，通过外电机组件或内电机组件输出功率，提高了电机输出功率的范围，保持较高的效率；同时，嵌套结构有效提高了空间体积利用效率；双电机特别适用于负载工况、功率差别较大，且系统效率要求较高的应用场所，尤其是船舶电力推进系统；通过离合装置切换双电机的工作，便于根据工况自主选择电机进行工作，进一步提高了系统的整体工作效率。

附图说明

图1为双电机剖面结构示意图；

图2为带有离合装置的电机剖面结构示意图；

图3为本发明的离合装置的结构示意图。

具体实施方式

一种用于双电机的离合装置，该装置是用于双电机动力切换的离合装置，以一种简单、灵活的方式满足了双电机的离合需求，用于实现双电机在不同功率工况下的离合动作；

该离合装置采用一种紧凑式的结构设计方案，与双电机输出转轴同轴连接；

该离合装置包括壳体61、复位拉簧62、锥形环套63、柱销64、复位压簧65、电磁铁66、中心轴67和外套轴68；

所述的中心轴67在周向上带有花键槽；

所述的外套轴68在周向上有台阶孔；

所述的柱销64包括一体成型的顶端的带球头的圆柱、中间部分的圆柱和底端带键端的圆柱；中间部分的圆柱的直径大于顶端的带球头的圆柱的直径，中间部分的圆柱的直径大于底端带键端的圆柱的直径；

所述的外套轴68套在中心轴67的外面，柱销64位于外套轴68的台阶孔内，复位压簧65位于外套轴68的台阶孔内且套在柱销64的底端带键端的圆柱上，柱销64底端带键端的圆柱在受到挤压时，柱销64的底端带键端的圆柱能够进入到中心轴67的花键槽内，柱销64能够沿着外套轴68的台阶孔轴向移动直至柱销64的底端带键端的圆柱完全进入到中心轴67的花键槽内，外套轴68的台阶孔用于固定复位压簧65并对柱销64进行限位；

所述的壳体61套在外套轴68的外面；

所述的复位拉簧62的一端固定在壳体61的内表面，复位拉簧62的另一端固定在锥形环套63的一端，锥形环套63套在柱销64上且套在壳体61内；锥形环套63的内表面与柱销64顶端的球头为点接触；

所述的电磁铁66固定安装在壳体61上且套装在中心轴67的外面；

工作过程：当电磁铁66未通电时，锥形环套63在复位拉簧62的作用下使得锥形环套63与电磁铁66之间有间隙，间隙为5-10mm，此时，柱销64在复位压簧65的作用下未伸出外套轴68的台阶孔，外套轴68与中心轴67未实现机械连接，只有中心轴67输出扭矩；

当电磁铁66通电时，锥形环套63在电磁铁66的吸合作用下使得锥形环套63与电磁铁66之间端面贴合，此时，柱销64在锥形环套63锥面的挤压作用下伸出外套轴68的台阶孔并插入中心轴67的花键槽内，外套轴68与中心轴67实现机械连接，外套轴68向中心轴67输出扭矩；

所述的锥形环套63为钢质材料。

所述的中心轴67的输入端与双电机的内电机转轴固定连接，所述的中心轴67的输出端与负载连接；所述的外套轴68与双电机的外电机转轴固定连接。

所述的双电机包括外电机组件、内外电机连接轴承和内电机组件；

所述外电机组件包括外电机定子组件和外电机转子组件，外电机定子组件套设在外电机转子组件外，外电机转子组件包括外电机转轴、外电机磁钢和设置在外电机转轴和外电机磁钢之间的外电机磁轭，外电机转轴为空心轴结构，内电机组件位于所述外电机转轴的空腔内；

内电机组件包括内电机转子组件、内电机壳体及位于内电机转子组件和内电机壳体之间的内电机定子组件，外电机转轴的空腔端部为台阶结构，内电机壳体的端面与空腔端部台阶面对应，内外电机连接轴承位于内电机壳体端面与台阶面处，用于使外电机转轴与内电机壳体相对转动；

所述的双电机还包括环形连接盘，外电机组件还包括外电机壳体，外电机定子组件容设在电机壳体的空腔内，外电机壳体与内电机壳体通过环形连接盘固定连接；

所述外电机转子组件还包括外电机旋转变压器转子，外电机旋转变压器转子设置在外电机转轴上，外电机定子组件包括外电机旋转变压器定子，外电机旋转变压器定子设置在环形连接盘上；

所述内电机转子组件包括内电机转轴和内电机旋转变压器转子，内电机旋转变压器转子设置在内电机转轴上，内电机定子组件包括内电机旋转变压器定子，内电机旋转变压器定子设置在内电机壳体上；

所述内电机转轴为空心轴。

本发明的装置中，壳体61为固定装置，固定于地面或产品底座上，并与中心轴67同轴；锥形外套63安装在壳体61内，通过复位拉簧62与壳体61连接保持复位，并可沿壳体61内腔轴向移动；电磁铁66固连在壳体61上；外套轴68与中心轴61同轴，在外套轴68径向有数个可沿径向移动的柱销64；柱销64通过复位压簧65保持复位；中心轴67外周上有与柱销64等量的花键槽。

当只需中心轴输出转速转矩时，离合器不动作，锥形外套63在复位拉簧62的作用下位于左侧，柱销64在复位压簧65作用下保持浮起状态，外套轴68与中心轴67处于“离”状态；当需要外套轴输出转速转矩时，外套轴68低速旋转，电磁铁66上电，将锥形外套63沿壳体61轴向吸至右侧，同时锥形外套63内表面的锥度将柱销64沿外套轴68径向压下，使柱销64插入中心轴67的花键槽内，通过柱销64和中心轴67槽结构的连接实现外套轴68与中心轴67的连接，转换为“合”状态，外套轴68即可正常输出转速转矩；当需要恢复中心轴输出转速转矩时，电磁铁66断电，锥形外套63在复位拉簧62作用下移动至左侧，同时柱销64在复位压簧65作用下恢复浮起状态，柱销64退出中心轴67花键槽，外套轴68与中心轴67脱离，恢复“离”状态。

下面结合附图和实施例对本发明进行说明。

实施例

如图3所示，一种用于双电机的离合装置，该离合装置包括壳体61、复位拉簧62、锥形环套63、柱销64、复位压簧65、电磁铁66、中心轴67和外套轴68；

所述的中心轴67在周向上带有花键槽；

所述的外套轴68在周向上有台阶孔；

所述的柱销64包括一体成型的顶端的带球头的圆柱、中间部分的圆柱和底端带键端的圆柱；中间部分的圆柱的直径大于顶端的带球头的圆柱的直径，中间部分的圆柱的直径大于底端带键端的圆柱的直径；

所述的外套轴68套在中心轴67的外面，柱销64位于外套轴68的台阶孔内，复位压簧65位于外套轴68的台阶孔内且套在柱销64的底端带键端的圆柱上，柱销64底端带键端的圆柱在受到挤压时，柱销64的底端带键端的圆柱能够进入到中心轴67的花键槽内，柱销64能够沿着外套轴68的台阶孔轴向移动直至柱销64的底端带键端的圆柱完全进入到中心轴67的花键槽内，外套轴68的台阶孔用于固定复位压簧65并对柱销64进行限位；

所述的壳体61套在外套轴68的外面；

所述的复位拉簧62的一端固定在壳体61的内表面，复位拉簧62的另一端固定在锥形环套63的一端，锥形环套63套在柱销64上且套在壳体61内；锥形环套63的内表面与柱销64顶端的球头为点接触；

所述的电磁铁66固定安装在壳体61上且套装在中心轴67的外面；

工作过程：

所述的中心轴67的输入端与双电机的内电机转轴固定连接，所述的中心轴67的输出端与功率为低于3kW的负载连接，此时双电机的内电机输出功率，电磁铁66未通电，锥形环套63在复位拉簧62的作用下使得锥形环套63与电磁铁66之间有间隙，间隙为8mm，此时，柱销64在复位压簧65的作用下未伸出外套轴68的台阶孔，外套轴68与中心轴67未实现机械连接，只有中心轴67输出扭矩；

所述的中心轴67的输出端与功率为高于3kW的负载连接，所述的外套轴68与双电机的外电机转轴固定连接，此时双电机的外电机输出功率，给电磁铁66通电，锥形环套63在电磁铁66的吸合作用下使得锥形环套63与电磁铁66之间端面贴合，此时，柱销64在锥形环套63锥面的挤压作用下伸出外套轴68的台阶孔并插入中心轴67的花键槽内，外套轴68与中心轴67实现机械连接，外套轴68向中心轴67输出扭矩；所述的锥形环套63为钢质材料。

如图1和2所示，双电机包括外电机组件1和内电机组件2，外电机组件1和内电机组件2分别是两个独立的电机组件，其中，外电机组件1包括外电机定子组件11和外电机转子组件12，外电机定子组件11套设在外电机转子组件12外，外电机转子组件12包括外电机转轴121、外电机磁钢122和设置在所述外电机转轴和外电机磁钢之间的外电机磁轭123，外电机转轴121为空心轴结构，内电机组件2位于外电机转轴121的空腔内。

通过将外电机组件的转轴设计成空心结构，将内电机组件设置在外电机组件的空腔内，实现对两个电机组件的嵌套，通过外电机组件或内电机组件输出功率，提高了电机输出功率的范围，保持较高的效率，同时，嵌套结构有效提高了空间体积利用效率；特别适用于负载工况、功率差别较大，且系统效率要求较高的应用场所。

双电机还包括内外电机连接轴承3，内电机组件2包括内电机转子组件21、内电机壳体22及位于内电机转子组件和内电机壳体之间的内电机定子组件23，外电机转轴121的空腔端部为台阶结构，内电机壳体22的端面与空腔端部台阶面对应，内外电机连接轴承3位于内电机壳体22端面与空腔端部台阶面处，用于使外电机转轴121与内电机壳体22相对转动。外电机连接轴承可以起到承接内外电机、支撑机械旋转体以及保证回转精度的作用。

双电机还包括环形连接盘4，外电机组件1还包括外电机壳体13和外电机轴承14，外电机转轴121通过外电机轴承14与外电机壳体13连接，以使外电机转轴121与外电机壳体13相对转动；外电机定子组件11容设在外电机壳体13的空腔内，外电机壳体13与内电机壳体22通过环形连接盘4固定连接，环形连接盘4上设有多个通孔，环形连接盘4通过螺栓固定在外电机壳体13与内电机壳体22上。

外电机转子组件还包括外电机旋转变压器转子124，外电机旋转变压器转子124设置在外电机转轴121上，外电机定子组件11包括外电机旋转变压器定子111、外电机定子铁心112、外电机定子绕组113和外电机端盖114，外电机旋转变压器定子111设置在环形连接盘4上。

内电机转子组件21包括内电机转轴211、内电机旋转变压器转子212、内电机磁钢213和设置在内电机转轴211和内电机磁钢213之间的内电机磁轭214，内电机转轴211通过内电机轴承215与内电机壳体22连接，且与内电机壳体22相对转动，内电机旋转变压器转子212设置在内电机转轴211上，内电机定子组件23包括内电机旋转变压器定子231、内电机定子铁心232、内电机定子绕组233和内电机端盖234，内电机旋转变压器定子231设置在内电机壳体22的端面上。

内电机旋转变压器主要作用是提供内电机转子位置信息，外电机旋转变压器主要作用是提供外电机转子位置信息。

内电机转轴211为空心轴。空心轴结构既能减轻电机重量、降低转动惯量，还能提高电机的动态响应速度。

通过离合装置6切换双电机的工作，便于根据工况自主选择电机进行工作，进一步提高了系统的整体工作效率。

外电机的装配顺序为：外电机定子铁心中嵌入外电机定子绕组形成外电机定子铁心组件，然后将外电机定子铁心组件与外电机壳体进行热装；然后将外电机转子磁轭与外电机转轴进行热装，外电机转子磁钢粘贴在外电机转子磁轭外周；最后将前后两个外电机轴承轻轻敲入外电机转轴上，完成外电机转子的装配；将外电机转子通过卡具沿外电机定子轴向从前端面推向后端面，直至外电机转子后轴承到达外电机壳体后端面轴承室位置，然后安装外电机端盖，至此，完成了整个外电机的装配

内电机的装配顺序与外电机相同，不同的是内电机端盖先不安装；

内外电机的装配顺序为：将内外电机后端连接轴承轻轻敲入内电机壳体上，将内电机转子通过卡具沿外电机轴线向从后端面推向前端面，直至内外电机后端连接轴承到达外电机转轴轴承室位置，然后将内外电机前端连接轴承从前端面轻轻推向后端面，直至内外电机前端连接轴承到达外电机转轴轴承室位置，并安装内电机端盖；

然后，安装内、外电机旋转变压器，内电机旋转变压器定子安装在内电机壳体端面上，其转子安装在内电机转轴上；外电机旋转变压器定子安装在双电机壳体连接盘上，其转子安装在内电机转轴上；

之后，安装环形连接盘，将内、外电机的壳体固定在一起，两者保持相对静止。至此，双电机的装配完成。

Claims (10)

1.一种用于双电机的离合装置，其特征在于：

该离合装置包括壳体、复位拉簧、锥形环套、柱销、复位压簧、电磁铁、中心轴和外套轴；

所述的中心轴在周向上带有花键槽；

所述的外套轴在周向上有台阶孔；

所述的柱销包括一体成型的顶端的带球头的圆柱、中间部分的圆柱和底端带键端的圆柱；中间部分的圆柱的直径大于顶端的带球头的圆柱的直径，中间部分的圆柱的直径大于底端带键端的圆柱的直径；

所述的外套轴套在中心轴的外面，柱销位于外套轴的台阶孔内，复位压簧位于外套轴的台阶孔内且套在柱销的底端带键端的圆柱上，柱销底端带键端的圆柱在受到挤压时，柱销的底端带键端的圆柱能够进入到中心轴的花键槽内，柱销能够沿着外套轴的台阶孔轴向移动直至柱销的底端带键端的圆柱完全进入到中心轴的花键槽内，外套轴的台阶孔用于固定复位压簧并对柱销进行限位；

所述的壳体套在外套轴的外面；

所述的复位拉簧的一端固定在壳体的内表面，复位拉簧的另一端固定在锥形环套的一端，锥形环套套在柱销上且套在壳体内；

所述的电磁铁固定安装在壳体上且套装在中心轴的外面。

2.根据权利要求1所述的一种用于双电机的离合装置，其特征在于：锥形环套的内表面与柱销顶端的球头为点接触。

3.根据权利要求1所述的一种用于双电机的离合装置，其特征在于：电磁铁未通电，锥形环套在复位拉簧的作用下使得锥形环套与电磁铁之间有间隙，间隙为5-10mm，此时，柱销在复位压簧的作用下未伸出外套轴的台阶孔，外套轴与中心轴未实现机械连接，只有中心轴输出扭矩。

4.根据权利要求1所述的一种用于双电机的离合装置，其特征在于：给电磁铁通电，锥形环套在电磁铁的吸合作用下使得锥形环套与电磁铁之间端面贴合，此时，柱销在锥形环套锥面的挤压作用下伸出外套轴的台阶孔并插入中心轴的花键槽内，外套轴与中心轴实现机械连接，外套轴向中心轴输出扭矩。

5.根据权利要求1所述的一种用于双电机的离合装置，其特征在于：所述的锥形环套为钢质材料。

6.根据权利要求1所述的一种用于双电机的离合装置，其特征在于：所述的中心轴的输入端与双电机的内电机转轴固定连接，所述的中心轴的输出端与负载连接；所述的外套轴与双电机的外电机转轴固定连接。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种用于双电机的离合装置，其特征在于：所述的双电机包括外电机组件、内外电机连接轴承和内电机组件；

所述外电机组件包括外电机定子组件和外电机转子组件，外电机定子组件套设在外电机转子组件外，外电机转子组件包括外电机转轴、外电机磁钢和设置在外电机转轴和外电机磁钢之间的外电机磁轭，外电机转轴为空心轴结构，内电机组件位于所述外电机转轴的空腔内；

内电机组件包括内电机转子组件、内电机壳体及位于内电机转子组件和内电机壳体之间的内电机定子组件，外电机转轴的空腔端部为台阶结构，内电机壳体的端面与空腔端部台阶面对应，内外电机连接轴承位于内电机壳体端面与台阶面处，用于使外电机转轴与内电机壳体相对转动。

8.根据权利要求7所述的一种用于双电机的离合装置，其特征在于：所述的双电机还包括环形连接盘，外电机组件还包括外电机壳体，外电机定子组件容设在电机壳体的空腔内，外电机壳体与内电机壳体通过环形连接盘固定连接。

9.根据权利要求7或8所述的一种用于双电机的离合装置，其特征在于：所述外电机转子组件还包括外电机旋转变压器转子，外电机旋转变压器转子设置在外电机转轴上，外电机定子组件包括外电机旋转变压器定子，外电机旋转变压器定子设置在环形连接盘上；

所述内电机转子组件包括内电机转轴和内电机旋转变压器转子，内电机旋转变压器转子设置在内电机转轴上，内电机定子组件包括内电机旋转变压器定子，内电机旋转变压器定子设置在内电机壳体上。

10.根据权利要求7所述的一种用于双电机的离合装置，其特征在于：所述内电机转轴为空心轴。