CN108574372A - 极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统 - Google Patents

Abstract

极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统由电机定子、电机转子、半轴和调节机构等组成，利用磁力耦合原理进行动力传输，两侧磁力耦合的滑差根据半轴的负荷变化而变化，通过电动调节或手动调节，直接或经过齿轮传动间接驱动滚珠丝杠组件或滑动丝杠组件或沟槽凸轮组件，调节磁场耦合间隙或磁场耦合面积，改变电机输出功率。电机定子和电机转子其中之一使用电枢绕组，另一个使用铜板、铝板或钢板等具备优良导电性能的材料制成的感应盘或感应筒，电枢绕组用来产生相对旋转磁场，感应盘或感应筒用来产生感应磁场。分为盘式、筒式和混合式三大类，根据自身发热情况可采用风冷、液冷或强制气冷方案，其安装固定可根据车辆总布置的具体情况而灵活设计。

Description

极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统

技术领域

动力传动、磁力驱动、车辆工程、节能减排。

背景技术

目前中国正处于技术变革、产业变革活跃期的初期，汽车工业作为一项经济支柱产业，也正在进行技术变革，淘汰老旧技术，提升汽车性能、节能减排是迫在眉睫的一项任务。

本发明为车辆驱动系统的变革给出了具体解决方案。

本人已提交和即将继续提交有关磁力差速器与极大负荷可调电机的相关发明申请，文件可从中华人民共和国国家知识产权局检索，以供参阅。

发明内容

本发明从提升车辆驱动系统的性能和汽车轻量化为出发点，提出了极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的解决方案。

极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统是将磁力差速器与极大负荷可调感应式电机高度融合集成的一种解决方案，利用磁力耦合原理进行动力传输，两侧磁力耦合的滑差根据半轴的负荷变化而变化，通过电动调节或手动调节，直接或经过齿轮传动间接驱动滚珠丝杠组件或滑动丝杠组件或沟槽凸轮组件，调节磁场耦合间隙或磁场耦合面积，达到改变电机动力输出节能减排的目的。

极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统由电机定子、电机转子、半轴和调节机构等组成，根据工况的不同，可采用风冷、液冷和强制气冷以满足其自身散热需求，其安装固定可根据车辆总布置的具体情况而灵活设计。

根据磁力耦合面的位置不同，极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统可分为盘式极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统、筒式极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统和混合式极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统。

根据调节机构的区别，极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统可分为滚珠丝杠型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统、滑动丝杠型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统和沟槽凸轮型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统。

根据动力输出半轴的位置不同，极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统可分为A型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统(盘式、筒式和混合式)、B型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统(盘式、筒式和混合式)。

A型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统和B型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的区别在于半轴的位置不同，也就是极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统能量输入与动力输出的位置不同。根据能量输入位置、磁力耦合面位置、是否采用串联方案、冷却方式等因素，A型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统和B型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的结构又有所变化，具体应用时可根据整车总布置方案、具体工况和要达到的性能目标等选用合理的结构方案。

磁力耦合面为相对旋转磁场和感应磁场相互耦合的理论假设中性面，磁力耦合面位于电机定子和电机转子之间，电机转子和电机定子的相互作用可看作是相对旋转磁场和感应磁场的相互作用，相对旋转磁场和感应磁场相互耦合传递动力，半轴输出动力。

附图说明

图1、图2所示为盘式AA型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统。图1中调节机构采用电机内转子直接驱动滚珠丝杠组件，使旋转运动转变为直线运动，调节电机定子2和转子1之间的距离。图2中调节机构采用电机外转子直接驱动滚珠丝杠组件，使旋转运动转变为直线运动，调节电机定子2和转子1之间的距离，高速回转导电接头6用来连通电路。

图3、图4、图5所示为盘式AB型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统。图3、图4中调节机构采用电机内转子经齿轮传动间接驱动滚珠丝杠组件，使旋转运动转变为直线运动，调节电机定子2和转子1之间的距离。图5中调节机构采用电机外转子经齿轮传动间接驱动滚珠丝杠组件，使旋转运动转变为直线运动，调节电机定子2和转子1之间的距离，高速回转导电接头6用来连通电路。

图6所示为盘式B型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的一种子结构类型的方案图(BA型)。图6中调节机构采用电机外转子直接驱动滚珠丝杠组件，使旋转运动转变为直线运动，调节电机定子2和转子1之间的距离，高速回转导电接头6用来连通电路。盘式BA型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的调节机构也可采用电机内转子直接驱动滚珠丝杠组件。盘式B型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的调节机构也可采用电机外转子或内转子经齿轮传动间接驱动滚珠丝杠组件(BB型)。说明书附图中图6所示的盘式B型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的两侧半轴11之间采用了轴承等零件辅助定位支承，也可以去除此定位支承，使两侧极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统分别独立，其定位根据整车总布置的具体情况合理设计。

图7所示为高速回转导电接头，采用模块化结构，滑环的数量根据需要确定，图中所示为三个滑环(可为六个或任意个)，连通三根导线，中间环6-2、防护层6-7、防护层6-1采用电绝缘材料，6-5为电刷，6-4为滑环(镶嵌于防护层6-1内)，6-8为微调弹簧(用来平衡接触压力)，6-3为导线，6-9为轴承。电刷内接滑环，外接外部电源。滑环6-4镶嵌在防护层6-1内部。电刷6-5装配在绝缘材料内部与支架保持相对静止，依靠轴承6-9隔离高速旋转的影响。高速回转导电接头以电刷和滑环作为动态接触，也可以将电刷和滑环反装，由滑环内接电刷，外接外部电源。

图8、图9、图10、图11所示为电动调速专用高速回转接头，采用模块化串联结构，可串联任意通道，图8、图9中所示为三通道，其内转子由螺栓6-29联结各部分，然后和回转接头的外转子装配组成一个整体，再用定位螺钉固定于电机转子上，其内转子和电机转子同步转动，其外转子静止不动，以连接外部电源。两端密封环6-20、6-21可采用碳化钨、石墨等材料，中间有电线进出部分的6-5、6-7、6-8、6-24、6-25可采用电绝缘材料，6-22采用电接触材料，6-23采用电绝缘材料镶嵌电接触材料的组合结构，6-14为弹簧，用来平衡接触压力，弹簧处的导向销6-15对弹簧起导向限位作用，防止高速回转时弹簧在离心力作用下失效。电动调速专用高速回转接头可用来取代高速回转导电接头，电动调速专用高速回转接头比高速回转导电接头具有更好的防水、防尘和防爆性能，但其结构复杂，制造困难，经济性差。

图12所示为筒式AA型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统。图12中调节机构采用电机内转子驱动滚珠丝杠，使旋转运动转变为直线运动，调节电机定子2和转子1之间的磁力耦合面积。其它类型的筒式A型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统类似相应的盘式A型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统，仅仅是磁力耦合面的位置不同。

图13所示为筒式BA型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统。图13中调节机构采用电机内转子驱动滚珠丝杠，使旋转运动转变为直线运动，调节电机定子2和转子1之间的磁力耦合面积。其它类型的筒式B型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统类似相应的盘式B型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统，仅仅是磁力耦合面的位置不同。

图14、图15所示为盘式AA型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统采用多组电机定子和电机转子的匹配组合串联的方案，图中所示为两组串联，可采用任意组，根据需要确定。图14和图15所示结构略有不同，图14所示的盘式AA型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统在调节机构3的驱动电机扭矩允许的情况下采用一组调节机构3驱动多组电机定子沿轴向滑动，图15所示的盘式AA型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统采用两组调节机构3分别驱动一组电机定子沿轴向滑动。其它类型的极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统也可采用串联方案。

图16所示为盘式A型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统采用手轮替代电机驱动调节机构的方案，此手轮可用齿轮、链轮、带轮等代替，以便远程机械控制。其它类型的极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统也可采用此种方案。

图17所示为盘式AA型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统去除轴承辅助定位支承的方案，其定位根据整车总布置的具体情况合理设计。其它类型的极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统也可采用相应的方案。

图18所示为盘式AA型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的另一种方案，图18与图1所示方案的区别是定子止转滑动装置15的形式不同，图18采用异型孔筒，图1采用杆，定子止转滑动装置15可根据需要及整车总布置的具体情况灵活设计，外形虽然多变，但功能都是保证定子既不能旋转，又能沿轴向滑动。

图1至图18所示均为滚珠丝杠型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统，其调节机构采用滚珠丝杠组件使旋转运动转变为直线运动。滚珠丝杠型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统中的滚珠丝杠组件用滑动丝杠组件取代便形成了滑动丝杠型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统，同理，滚珠丝杠型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统中的滚珠丝杠组件用沟槽凸轮组件取代便形成了沟槽凸轮型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统。滑动丝杠型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统和沟槽凸轮型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的各种子结构类型同滚珠丝杠型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的各种子结构类型。

图19所示为盘式A型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的一种子结构类型采用滑动丝杠组件的方案图。

图20所示为盘式A型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的一种子结构类型采用沟槽凸轮组件的方案图。

所有类型的极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统，都包括能量输入与动力输出，其关键部件有电机定子2、电机转子1和半轴11，电机定子2和电机转子1其中之一使用电枢绕组，另一个使用具备优良导电性能的材料(如铜板、铝板或钢板等)制成的感应盘或感应筒，电枢绕组用来产生相对旋转磁场，感应盘或感应筒用来产生感应磁场(由变化的感应涡流激发)，电机转子1和电机定子2的相互作用可看作是相对旋转磁场和感应磁场的相互作用，相对旋转磁场和感应磁场相互耦合传递动力，半轴输出动力，当两侧半轴上所受负荷不同时，两侧磁力耦合产生不同滑差，从而使两侧半轴输出不同转速，实现差速功能，这就是极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的原理。极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统根据自身发热情况可采用风冷、液冷或强制气冷方案。

盘式极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统和筒式极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统可以融合成混合式极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统，即在极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的轴向和径向同时设置磁力耦合面(磁力耦合面为相对旋转磁场和感应磁场的理论假设中性面，位于电枢绕组和感应盘之间或电枢绕组和感应筒之间，也就是电机定子和电机转子之间)，但从性能上来说，盘式极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的结构为最佳。

具体实施方式

极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统所包含的各组成零部件，现代工业制造技术均可加工制造。轴承、弹簧、电机等均可由专业厂商配套生产，其它零部件机加工、模具成形、焊接即可。

极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统作为一种动力传动部件，其成品要想成功应用，必须具备以下两个条件：(1)功率标定——建立完备的测试台架，以完成系列化产品的标定从而便于匹配不同的车型。(2)动平衡检测——旋转设备必须达到相关标准规定的动平衡要求，以达到必要的安全可靠性。

Claims (7)

1.滚珠丝杠型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的结构方案——其特征是包括电机转子、电机定子、半轴、滚珠丝杠型调节机构，通过调节滚珠丝杠型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的电机定子和电机转子之间的磁场耦合间隙或磁场耦合面积来调节电机的输出功率，电机定子和电机转子其中之一使用电枢绕组，另一个使用铜板、铝板或钢板等具备优良导电性能的材料制成的感应盘或感应筒，电枢绕组用来产生相对旋转磁场，感应盘或感应筒用来产生感应磁场，感应磁场由变化的感应涡流激发，电机转子和电机定子的相互作用可看作是相对旋转磁场和感应磁场的相互作用，相对旋转磁场和感应磁场相互耦合传递动力，半轴输出动力，当两侧半轴上所受负荷不同时，两侧磁力耦合产生不同滑差，从而使两侧半轴输出不同转速，实现差速功能，可以采用多组电机定子和电机转子的匹配组合串联，滚珠丝杠型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统根据具体工况，其冷却方式可以采用风冷、液冷或强制气冷。

2.滑动丝杠型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的结构方案——其特征是包括电机转子、电机定子、半轴、滑动丝杠型调节机构，通过调节滑动丝杠型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的电机定子和电机转子之间的磁场耦合间隙或磁场耦合面积来调节电机的输出功率，电机定子和电机转子其中之一使用电枢绕组，另一个使用铜板、铝板或钢板等具备优良导电性能的材料制成的感应盘或感应筒，电枢绕组用来产生相对旋转磁场，感应盘或感应筒用来产生感应磁场，感应磁场由变化的感应涡流激发，电机转子和电机定子的相互作用可看作是相对旋转磁场和感应磁场的相互作用，相对旋转磁场和感应磁场相互耦合传递动力，半轴输出动力，当两侧半轴上所受负荷不同时，两侧磁力耦合产生不同滑差，从而使两侧半轴输出不同转速，实现差速功能，可以采用多组电机定子和电机转子的匹配组合串联，滑动丝杠型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统根据具体工况，其冷却方式可以采用风冷、液冷或强制气冷。

3.沟槽凸轮型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的结构方案——其特征是包括电机转子、电机定子、半轴、沟槽凸轮型调节机构，通过调节沟槽凸轮型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的电机定子和电机转子之间的磁场耦合间隙或磁场耦合面积来调节电机的输出功率，电机定子和电机转子其中之一使用电枢绕组，另一个使用铜板、铝板或钢板等具备优良导电性能的材料制成的感应盘或感应筒，电枢绕组用来产生相对旋转磁场，感应盘或感应筒用来产生感应磁场，感应磁场由变化的感应涡流激发，电机转子和电机定子的相互作用可看作是相对旋转磁场和感应磁场的相互作用，相对旋转磁场和感应磁场相互耦合传递动力，半轴输出动力，当两侧半轴上所受负荷不同时，两侧磁力耦合产生不同滑差，从而使两侧半轴输出不同转速，实现差速功能，可以采用多组电机定子和电机转子的匹配组合串联，沟槽凸轮型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统根据具体工况，其冷却方式可以采用风冷、液冷或强制气冷。

4.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3所述的极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统，其特征是由两根半轴输出动力，在汽车领域，半轴是作为车桥的一个子零件，在极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统中，为了叙述其工作原理方便，把半轴看作为极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的一个子零件，当极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统布置于轮间时，半轴输出动力至车轮，当极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统布置于轴间时，半轴输出动力至车桥，半轴的外形根据极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统实现的功能和整车总布置情况而有所变化。

5.根据权利要求1所述的滚珠丝杠型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统，其特征是使用滚珠丝杠型调节机构调节电机的输出功率的技术方法——调节机构的驱动电机的转子直接或经过齿轮传动间接驱动滚珠丝杠组件，调节极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的电机定子和电机转子之间的磁场耦合间隙或磁场耦合面积来调节电机的输出功率。

6.根据权利要求2所述的滑动丝杠型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统，其特征是使用滑动丝杠型调节机构调节电机的输出功率的技术方法——调节机构的驱动电机的转子直接或经过齿轮传动间接驱动滑动丝杠组件，调节极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的电机定子和电机转子之间的磁场耦合间隙或磁场耦合面积来调节电机的输出功率。

7.根据权利要求3所述的沟槽凸轮型极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统，其特征是使用沟槽凸轮型调节机构调节电机的输出功率的技术方法——调节机构的驱动电机的转子直接或经过齿轮传动间接驱动沟槽凸轮组件，调节极大负荷可调感应式磁力差速驱动系统的电机定子和电机转子之间的磁场耦合间隙或磁场耦合面积来调节电机的输出功率。