CN203813640U - 电励磁磁力变速器 - Google Patents

Abstract

电励磁磁力变速器，属于变速器领域，本实用新型为解决在需要离合器的情况下，现有变速器无法满足要求的问题。本实用新型包括定子、低速电励磁转子和高速电励磁转子；低速电励磁转子和高速电励磁转子的轴同心、并排设置在定子内部；所述定子包括前端盖、后端盖、机壳、P₁个定子磁极和支撑环；所述低速电励磁转子包括低速主轴、低速转子轭和P₂对低速转子磁极；所述高速电励磁转子包括高速主轴、高速转子轭和P₃对高速转子磁极；满足条件：P₃＝|P₂-P₁|，P₂>P₃。

Description

电励磁磁力变速器

技术领域

本实用新型涉及电励磁磁力变速器，属于变速器领域。

背景技术

现有驱动系统通常采用机械齿轮箱作为原动机和负载之间的变速设备。其突出缺点是机械冲击和磨损严重、噪音高、体积庞大。采用高效能的稀土永磁材料制成的永磁磁力变速器能够利用磁力进行无接触传动和变速，克服了上述缺点。在有些使用场合，要求原动机不停转的情况下，负载停止转动，这时一般采用离合器，但一般的离合器无变速的功能。

发明内容

本实用新型目的是为了解决在需要离合器的情况下，现有变速器无法满足要求的问题，提供了一种电励磁磁力变速器。

本实用新型所述电励磁磁力变速器，它包括定子、低速电励磁转子和高速电励磁转子；

所述定子包括前端盖、后端盖、机壳、P₁个定子磁极和支撑环；

所述低速电励磁转子包括低速主轴、低速转子轭和P₂对低速转子磁极；

所述高速电励磁转子包括高速主轴、高速转子轭和P₃对高速转子磁极；

机壳的前后端分别固定设置有前端盖和后端盖；机壳的内圆表面沿圆周方向均布有P₁个定子磁极；

低速主轴与前端盖通过第一轴承转动连接；高速主轴与后端盖通过第四轴承转动连接；低速主轴和高速主轴同轴心，低速主轴的一端从前端盖伸出，低速主轴的另一端通过第二轴承与支撑环的内环面转动连接；高速主轴的一端从后端盖伸出；高速主轴的另一端通过第三轴承与支撑环的内环面转动连接；

支撑环的外环面设置在机壳的内圆表面上，支撑环的外环面沿外圆表面均布有P₁对轴向凹槽，每个轴向凹槽中设置有一个定子磁极；轴向凹槽与定子磁极之间无空隙；

低速主轴的外圆表面设置有低速转子轭，低速转子轭的外圆表面设置有P₂对低速转子磁极，低速转子磁极与定子磁极之间有径向气隙；

高速主轴的外圆表面设置有高速转子轭，高速转子轭的外圆表面设置有P₃对高速转子磁极，高速转子磁极与定子磁极之间有径向气隙；

满足条件：P₃＝|P₂-P₁|，P₂>P₃，P₁、P₂和P₃均为正整数。

本实用新型的优点：本实用新型能实现驱动系统中原动机与负载之间的有效传动和变速，具有可离合、非接触、无噪声、无需润滑、自动过载保护，等优点。

该实用新型的特点之一为可离合(通过线圈的通电和断电进行“合”与“离”的控制)，特点之二为转矩能力可调节(通过线圈通电电流的大小进行调节)。

附图说明

图1是本实用新型所述电励磁磁力变速器的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图1的B-B剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述电励磁磁力变速器，它包括定子、低速电励磁转子和高速电励磁转子；

所述定子包括前端盖1-1、后端盖1-2、机壳2、P₁个定子磁极3和支撑环4；

所述低速电励磁转子包括低速主轴5、低速转子轭7和P₂对低速转子磁极8；

所述高速电励磁转子包括高速主轴11、高速转子轭9和P₃对高速转子磁极10；

机壳2的前后端分别固定设置有前端盖1-1和后端盖1-2；机壳2的内圆表面沿圆周方向均布有P₁个定子磁极3；

低速主轴5与前端盖1-1通过第一轴承6-1转动连接；高速主轴11与后端盖1-2通过第四轴承6-4转动连接；低速主轴5和高速主轴11同轴心，低速主轴5的一端从前端盖1-1伸出，低速主轴5的另一端通过第二轴承6-2与支撑环4的内环面转动连接；高速主轴11的一端从后端盖1-2伸出；高速主轴11的另一端通过第三轴承6-3与支撑环4的内环面转动连接；

支撑环4的外环面设置在机壳2的内圆表面上，支撑环4的外环面沿外圆表面均布有P₁对轴向凹槽，每个轴向凹槽中设置有一个定子磁极3；轴向凹槽与定子磁极3之间无空隙；

低速主轴5的外圆表面设置有低速转子轭7，低速转子轭7的外圆表面设置有P₂对低速转子磁极8，低速转子磁极8与定子磁极3之间有径向气隙；

高速主轴11的外圆表面设置有高速转子轭9，高速转子轭9的外圆表面设置有P₃对高速转子磁极10，高速转子磁极10与定子磁极3之间有径向气隙；

满足条件：P₃＝|P₂-P₁|，P₂>P₃，P₁、P₂和P₃均为正整数。

因P2>P3时，低速转子的转速低于高速转子的转速；实现变速。变速器的磁路形式为轴向磁路，磁通路径：低速转子磁极8→低速转子磁极8与定子磁极3之间的径向气隙→定子磁极3→沿轴向贯通定子磁极3→定子磁极3和高速转子磁极10之间的径向气隙→高速转子磁极10→高速转子轭9→高速转子磁极10→高速转子磁极10和定子磁极3之间的径向气隙→定子磁极3→沿轴向反向贯通该定子磁极3→低速转子磁极8构成闭合磁路。

当负载需要跟随原动机旋转时，将低速电励磁转子的绕组通电，形成低速转子磁极8，将高速电励磁转子的绕组通电，形成高速转子磁极10。根据磁导调制原理，负载侧受到力矩作用跟随原动机旋转；当负载需要停转时，将低速电励磁转子的绕组断电，或将高速电励磁转子的绕组断电，变速器的低速转子和高速转子之间将不存在转矩耦合，则负载侧在负载转矩作用下停转，而原动机仍维持转动状态。

所述磁导调制原理的说明如下：采用磁路的轴向径向交叉耦合方式，利用空间谐波传递磁场和能量。

变速器中的气隙磁通密度B(r,θ)为半径与角度的二元函数。在不考虑定子磁极3的作用时，将低速转子产生的磁通密度进行径向分解：

$B_r(r,\mathrm{\θ})=\underset{m=\mathrm{1,3,5}...}{\mathrm{\Σ}}{b}_{\mathrm{rm}}\left(r\right)\cos ({\mathrm{mP}}_2(\mathrm{\θ}-{\mathrm{\ω}}_{2}t)+m{P}_2{\mathrm{\θ}}_0)$

r为磁场径向坐标；

θ₀为低速转子电励磁磁场的初始角度；

θ为磁场周向坐标；

b_rm(r)为低速转子作用下磁密径向分量的m次谐波幅值；

m为低速转子电励磁磁场的谐波次数，m＝1,3,5...；

ω₂为低速转子的机械旋转速度；

在加入定子磁极3之后，由于齿槽调制作用，使调制后低速转子气隙磁密的径分量如下：

$\begin{array}{c}{B}_r(r,\mathrm{\θ})=\left(\underset{m=\mathrm{1,3,5}...}{\mathrm{\Σ}}{b}_{\mathrm{rm}}\left(r\right)\cos ({\mathrm{mP}}_2(\mathrm{\θ}-{\mathrm{\ω}}_{2}t)+m{P}_2{\mathrm{\θ}}_0)\right)\·({\mathrm{\λ}}_{r0}\left(r\right)+\underset{j=\mathrm{1,2,3}...}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{rj}}\left(r\right)\cos \left({\mathrm{jP}}_1(\mathrm{\θ}-{\mathrm{\ω}}_{1}t)\right))\\ ={\mathrm{\λ}}_{r0}\left(r\right)\·\underset{m=1,3,5...}{\mathrm{\Σ}}{b}_{\mathrm{rm}}\left(r\right)\cos ({\mathrm{mP}}_2(\mathrm{\θ}-{\mathrm{\ω}}_{2}t)+{\mathrm{mP}}_2{\mathrm{\θ}}_0)\\ +\frac{1}{2}\underset{m=\mathrm{1,3,5}...}{\mathrm{\Σ}}\underset{j=\mathrm{1,2,3}...}{\mathrm{\Σ}}\left((b_{\mathrm{rm}}\left(r\right)\·{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{rj}}\left(r\right)\·\cos \left(({\mathrm{mP}}_2+{\mathrm{jP}}_1)\right)\·(\mathrm{\θ}-\frac{{\mathrm{mP}}_2{\mathrm{\ω}}_2+{\mathrm{jP}}_1{\mathrm{\ω}}_1}{{\mathrm{mP}}_2+{\mathrm{jP}}_1}t)+{\mathrm{mP}}_2{\mathrm{\θ}}_0)\right)\\ +\frac{1}{2}\underset{m=\mathrm{1,3,5}...}{\mathrm{\Σ}}\underset{j=\mathrm{1,2,3}...}{\mathrm{\Σ}}\left((b_{\mathrm{rm}}\left(r\right)\·{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{rj}}\left(r\right)\·\cos \left(({\mathrm{mP}}_2-{\mathrm{jP}}_1)\right)\·(\mathrm{\θ}-\frac{{\mathrm{mP}}_2{\mathrm{\ω}}_1-{\mathrm{jP}}_1{\mathrm{\ω}}_1}{{\mathrm{mP}}_2-{\mathrm{jP}}_1}t)+{\mathrm{mP}}_2{\mathrm{\θ}}_0)\right)\\ ={\mathrm{\λ}}_{r0}\left(r\right)\·\underset{m=\mathrm{1,3,5}...}{\mathrm{\Σ}}{b}_{\mathrm{rm}}\left(r\right)\cos ({\mathrm{mP}}_2(\mathrm{\θ}-{\mathrm{\ω}}_{2}t)+{\mathrm{mP}}_2{\mathrm{\θ}}_0)\\ +\frac{1}{2}\underset{m=\mathrm{1,3,5}...}{\mathrm{\Σ}}\underset{j=\mathrm{1,2,3}...}{\mathrm{\Σ}}\left((b_{\mathrm{rm}}\left(r\right)\·{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{rj}}\left(r\right)\·\cos \left(({\mathrm{mP}}_2\±{\mathrm{jP}}_1)\right)\·(\mathrm{\θ}-\frac{{\mathrm{mP}}_2{\mathrm{\ω}}_2\±{\mathrm{jP}}_1{\mathrm{\ω}}_1}{{\mathrm{mP}}_2\±{\mathrm{jP}}_1}t)+{\mathrm{mP}}_2{\mathrm{\θ}}_0)\right)\end{array}$

其中：

ω₁为定子的旋转速度；

λ_r0(r)为调制作用函数的恒定分量；

λ_rj(r)为调制作用函数的j次谐波系数；j为调制函数的谐波次数，j＝1,2,3...，

选择变速器的高速转子磁极10的极对数与最低次谐波次数相同，即m＝1，j＝1，且上述公式中取“—”号，则：

P₃＝|P₂-P₁|

使定子的选转速度ω₁＝＝0，此时变速器的高速转子磁极10的旋转速度为：

${\mathrm{\ω}}_3=\frac{P_2}{P_2-P_1}\·{\mathrm{\ω}}_2$

变速器的变速比为：

$G_r=\frac{{\mathrm{\ω}}_2}{{\mathrm{\ω}}_3}=\frac{P_2-P_1}{P_2}$

其中：ω₃为高速转子侧的转子转速。

在驱动系统中，欲实现变速传动，可根据所需变速比适当选择低速转子磁极8的极对数，高速转子磁极10的极对数和定子磁极3的元件数获得。

具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，它还包括低速滑环定子12-1和低速滑环转子12-2；低速滑环定子12-1固定设置在前端盖1-1上，低速滑环转子12-2固定设置在低速主轴5上，低速滑环定子12-1和低速滑环转子12-2之间存在径向气隙。以实现向转动的低速转子的低速绕组8-1供电的目的。

低速滑环定子12-1通过螺栓固定设置在前端盖1-1上，低速滑环转子12-2通过螺栓固定设置在低速主轴5上。

具体实施方式三：本实施方式对实施方式一作进一步说明，它还包括高速滑环定子13-1和高速滑环转子13-2；高速滑环定子13-1固定设置在后端盖1-2上，高速滑环转子13-2固定设置在高速主轴11上，高速滑环定子13-1和高速滑环转子13-2之间存在径向气隙。以实现向转动的高速转子的高速绕组10-1供电的目的。

高速滑环定子13-1通过螺栓固定设置在后端盖2-1上，高速滑环转子13-2通过螺栓固定设置在高速主轴11上。

具体实施方式四：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，低速转子磁极8包括低速绕组8-1和低速转子齿8-2；每个低速转子齿8-2上绕制一个绕组8-1，相邻低速转子齿8-2上边的低速绕组8-1的绕制方向相反。

具体实施方式五：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，高速转子磁极10包括高速绕组10-1和高速转子齿10-2；每个高速转子齿10-2上绕制一个高速绕组10-1，相邻高速转子齿10-2上边的高速绕组10-1的绕制方向相反。

具体实施方式六：本实施方式对实施方式一作进一步说明，低速主轴5和高速主轴11的伸出端均设置有键槽。用以与驱动系统中的原动机和负载配合连接，实现两侧的无接触传动。

具体实施方式七：本实施方式对实施方式一作进一步说明，定子磁极3的材质采用电工钢片；低速转子轭7和高速转子轭9的材质采用钢；前端盖1-1、后端盖1-2、机壳2、支撑环4、低速主轴5和高速主轴11的材质采用铝。

Claims (7)

1.电励磁磁力变速器，其特征在于，它包括定子、低速电励磁转子和高速电励磁转子；

所述定子包括前端盖(1-1)、后端盖(1-2)、机壳(2)、P₁个定子磁极(3)和支撑环(4)；

所述低速电励磁转子包括低速主轴(5)、低速转子轭(7)和P₂对低速转子磁极(8)；

所述高速电励磁转子包括高速主轴(11)、高速转子轭(9)和P₃对高速转子磁极(10)；

机壳(2)的前后端分别固定设置有前端盖(1-1)和后端盖(1-2)；机壳(2)的内圆表面沿圆周方向均布有P₁个定子磁极(3)；

低速主轴(5)与前端盖(1-1)通过第一轴承(6-1)转动连接；高速主轴(11)与后端盖(1-2)通过第四轴承(6-4)转动连接；低速主轴(5)和高速主轴(11)同轴心，低速主轴(5)的一端从前端盖(1-1)伸出，低速主轴(5)的另一端通过第二轴承(6-2)与支撑环(4)的内环面转动连接；高速主轴(11)的一端从后端盖(1-2)伸出；高速主轴(11)的另一端通过第三轴承(6-3)与支撑环(4)的内环面转动连接；

支撑环(4)的外环面设置在机壳(2)的内圆表面上，支撑环(4)的外环面沿外圆表面均布有P₁对轴向凹槽，每个轴向凹槽中设置有一个定子磁极(3)；轴向凹槽与定子磁极(3)之间无空隙；

低速主轴(5)的外圆表面设置有低速转子轭(7)，低速转子轭(7)的外圆表面设置有P₂对低速转子磁极(8)，低速转子磁极(8)与定子磁极(3)之间有径向气隙；

高速主轴(11)的外圆表面设置有高速转子轭(9)，高速转子轭(9)的外圆表面设置有P₃对高速转子磁极(10)，高速转子磁极(10)与定子磁极(3)之间有径向气隙；

满足条件：P₃＝|P₂-P₁|，P₂>P₃，P₁、P₂和P₃均为正整数。

2.根据权利要求1所述电励磁磁力变速器，其特征在于，它还包括低速滑环定子(12-1)和低速滑环转子(12-2)；低速滑环定子(12-1)固定设置在前端盖(1-1)上，低速滑环转子(12-2)固定设置在低速主轴(5)上，低速滑环定子(12-1)和低速滑环转子(12-2)之间存在径向气隙。

3.根据权利要求1所述电励磁磁力变速器，其特征在于，它还包括高速滑环定子(13-1)和高速滑环转子(13-2)；高速滑环定子(13-1)固定设置在后端盖(1-2)上，高速滑环转子(13-2)固定设置在高速主轴(11)上，高速滑环定子(13-1)和高速滑环转子(13-2)之间存在径向气隙。

4.根据权利要求1所述电励磁磁力变速器，其特征在于，低速转子磁极(8)包括低速绕组(8-1)和低速转子齿(8-2)；每个低速转子齿(8-2)上绕制一个绕组8-1，相邻低速转子齿(8-2)上边的低速绕组(8-1)的绕制方向相反。

5.根据权利要求1所述电励磁磁力变速器，其特征在于，高速转子磁极(10)包括高速绕组(10-1)和高速转子齿(10-2)；每个高速转子齿(10-2)上绕制一个高速绕组(10-1)，相邻高速转子齿(10-2)上边的高速绕组(10-1)的绕制方向相反。

6.根据权利要求1所述电励磁磁力变速器，其特征在于，低速主轴(5)和高速主轴(11)的伸出端均设置有键槽。

7.根据权利要求1所述电励磁磁力变速器，其特征在于，定子磁极(3)的材质采用电工钢片；低速转子轭(7)和高速转子轭(9)的材质采用钢；前端盖(1-1)、后端盖(1-2)、机壳(2)、支撑环(4)、低速主轴(5)和高速主轴(11)的材质采用铝。