CN204733052U - 一种无极变速电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无极变速电机，包括电机壳（11）、定子（1）、转子和电机轴（4），其中，所述转子套设在所述电机轴（4）上，所述定子（1）固定设置在所述电机壳（11）内部，所述定子（1）空套在所述转子上，所述定子（1）与所述转子之间具有气隙（5），其特征在于：所述转子分为主转子（2）和副转子（3），其中所述主转子（2）空套在所述电机轴（1）上，所述副转子（3）固定套设在所述电机轴（1）上，并且所述主转子（2）外圈的N、S极与所述副转子（3）外圈的N、S极之间具有夹角（6）。采用本实用新型的无极变速电机，能够使得电机高速运转且能够随负载变化自适应调整转速。

Description

一种无极变速电机

技术领域

    本实用新型涉及一种电机，尤其涉及一种无极变速电机。

背景技术

 目前的电动车辆多采用电机与变速箱结合后进行驱动，由于电机自身调速范围有限，为兼顾高速与爬坡功能，变速箱通常采用多档位结构，在行驶过程中根据路况进行档位切换。

然而，由于负载随路况随时都在变化，电机属于变工工况运行，但变速箱设置档位有限，在负载扭矩较小时，电机的功率显得过剩，不能满足全部路况电机高效运行的需求，同时整车在大负载路况下不及时进行档位切换会对电机、控制器及电池造成严重的损害。

实用新型内容  

本实用新型的目的在于提供一种高速且能够随负载变化自适应调整转速的无极变速电机。

    为了实现上述目的，本实用新型是这样实现的：一种无极变速电机，包括电机壳、定子、转子和电机轴，其中，所述转子套设在所述电机轴上，所述定子（1）固定设置在所述电机壳内部，所述定子空套在所述转子上，所述定子与所述转子之间具有气隙，所述转子分为主转子和副转子，其中所述主转子空套在所述电机轴上，所述副转子固定套设在所述电机轴上，并且所述主转子外圈的N、S极与所述副转子外圈的N、S极之间具有夹角。 这样的设置能够提高所述电机的转速，当所述主转子和所述副转子之间存在夹角的时候，所述定子与所述转子之间形成的气隙中将形成弱磁效果，进而可使所述电机的最高转速比同等规格尺寸的常规无刷直流电机的最高转速高。

    为了进一步让电机实现随负载变化而自适应调整转速，在所述主转子与所述副转子之间设置有能够检测并传递扭矩的转动机构，所述主转子能够通过所述转动机构与所述副转子在所述夹角的范围内产生相对的转动。当电机所受负载发生变化的时候，所述转动机构能够检测到该扭矩并且传递到所述主转子，使得所述主转子的扭矩随之将发生变化，进而使得所述主转子与所述副转子之间发生相对转动，从而改变了所述主转子和所述副转子之间的夹角进而改变定子与转子之间气隙的平均磁通，该可变磁通与所述定子内通电的电枢相互作用输出与负载扭矩相对应的转速，最终实现了电机的转速随负载变化。

为了进一步提高所述电机的转速，所述主转子至少为1个。优选地，所述主转子为1个。

为了进一步实现主转子和副转子之间的绕电机轴轴心的相对转动，所述主转子和所述副转子之间的转动机构为设置在所述主转子和所述副转子之间的弹簧。这样的设置使得所述主转子能够快速地根据电机负载的变化来调整所述电机输出的转速。

为了进一步优化所述转子的结构，在所述主转子的轴向上设置有放置所述弹簧的通槽，所述通槽为与所述主转子同心的弧槽；在所述副转子的端面上设置有棘爪，所述棘爪装配在所述通槽内，在所述棘爪两侧的通槽内放置所述弹簧，所述弹簧的两端分别抵在所述棘爪和所述通槽的端面。

为了进一步实现所述主转子的限位，所述通槽为台阶槽，分为通槽A和通槽B，所述通槽A的槽内轮廓大于所述通槽B的槽内轮廓，所述棘爪穿过所述通槽A和通槽B，所述弹簧设置在所述通槽A内。

优选地，所述通槽具有两个且沿所述主转子的直径对称设置，所述棘爪为两个且沿所述副转子的直径对称设置。这样的设置能够使得所述电机结构稳定性更高。

为了进一步保证主转子与副转子灵活的转动，所述主转子和所述副转子之间有间隙。

为了进一步减少主转子与副转子上磁瓦间的漏磁，所述间隙大于所述气隙。

有益效果：采用本实用新型所述的无极变速电机，具有以下优势：

1.提高转速；本实用新型所述的电机能够在所述定子和所述转子之间形成弱磁，提高电机的转速，本实用新型的电机的最高转速能够提高到常规电机最高转速的200%以上。

2.让电机实现在宽转速段和宽高效率段的无极变速。当所述主转子受到不同的扭矩时，其相对于所述副转子会产生相对转动，进而产生可变的磁通，使得所述电机的转速范围更宽，且高效率端也更宽。

3.电机在正转与反转时都能实现宽转速范围内的高效率的无极变速。

附图说明

    图1为本实用新型的左视图；

    图2为主转子和副转子的夹角图；

    图3为主转子的主视图；

    图4为主转子的左视图；

    图5为副转子的主视图；

    图6为副转子的左视图；

    图7为工作状态1主视图；

    图8为工作状态2主视图；

    图9为工作状态3主视图；

    标号说明：1.定子；2.主转子；3.副转子；4.电机轴；5.气隙；6.夹角；7.弹簧；8.通槽；9.棘爪；10.间隙；11.外壳；71.弹簧a；72.弹簧b；73.弹簧c；74.弹簧d；81.槽A；82.槽B。

具体实施方式

    下面将通过附图中所示的实施例来介绍本实用新型，但本实用新型并不局限于所介绍的实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或替代，仍属于本实用新型权利要求所要求保护的范围：

实施例：如图1-9所示，一种无极变速电机，包括电机壳11,、定子1、转子和电机轴4，其中，所述转子套设在所述电机轴4上，所述定子1固定设置在所述电机壳11内部，所述定子1空套在所述转子上，所述定子1与所述转子之间具有气隙5，所述转子分为主转子2和副转子3，其中所述主转子2空套在所述电机轴1上，所述副转子3固定套设在所述电机轴1上，并且所述主转子2外圈的N、S极与所述副转子3外圈的N、S极之间具有夹角6。

在所述主转子2与所述副转子3之间设置有能够检测并传递扭矩的转动机构，当电机所受负载发生变化的时候，所述转动机构能够检测到该扭矩并且传递到所述主转子2，使得所述主转子2的扭矩随之将发生变化，进而使得所述主转子2与所述副转子3之间发生相对转动。

在本实施例中，所述主转子的个数为1个；且所述主转子和所述副转子之间有间隙，所述间隙大于所述气隙。

所述主转子2和所述副转子3之间的转动机构为弹簧，并且该相对转动是通过以下这种方式实现的：在所述主转子2的轴向上设置有通槽8，所述通槽8为与所述主转子同心的弧槽；而且所述通槽为两个且沿所述主转子2的直径对称设置，并且所述通槽8为台阶槽，分为通槽A81和通槽B82，所述通槽A81的槽内轮廓大于所述通槽B82的槽内轮廓，在所述副转子3的端面上设置有两个相对于所述副转子3的直径对称设置的棘爪9，所述棘爪9装配在所述通槽8内，在所述棘爪9两侧的通槽8内放置有弹簧7，所述弹簧7的两端分别抵在所述棘爪9和所述通槽8的端面，所述弹簧按逆时针方向，依次为弹簧a71，弹簧b72，弹簧c73和弹簧d74。

在电机的初始状态时，副转子3因其棘爪两端面受到主转子2槽A81内两边相等弹簧的压力作用，棘爪9与槽A81的中心线对齐并定位，主转子是作为霍尔信号的输入基准，副转子相对于霍尔信号基准有一定的角度偏移，此时，主转子2与副转子3存在一定的夹角6，然后定子1通电开始工作，设定电机逆时针方向旋转为正转，空套在电机轴4上的主转子2通过压缩弹簧a71和弹簧c73把扭矩传递给副转子3，同时副转子3将自身扭矩及主转子2传递过来的扭矩一起传递到电机轴4从而输出相应的转速与扭矩；在电机工作的过程中，将其工作状态划分为以下三种：

工作状态1：当主转子2的扭矩产生的切向力小于弹簧的预紧力时，主转子2和副转子3保持初始的夹角6，此时主转子2与副转子3在气隙5中产生的平均磁通最小，电机处于最高转速和最小扭矩输出状态；

工作状态2：随着负载扭矩增大，当主转子2的扭矩产生的切向力大于弹簧7的预紧力时，弹簧a71和弹簧c73将会受到压缩并将产生一定的形变以平衡主转子的扭矩产生的切向力，主转子2相对副转子3旋转一定的机械角度，主转子2作为定子霍尔信号输入基准，其输出的转速和扭矩不会发生变化，而副转子3相对于主转子2的夹角6减小，主转子2与副转子3在气隙5中产生的平均磁通增大，随着夹角6的减小，电机输出扭矩随负载扭矩增大而增大且与负载扭矩相等，其转速随负载扭矩增大而减小；

工作状态3：当负载扭矩大于某一值后，主转子2的扭矩产生的切向分力继续压缩弹簧a71与弹簧c73，直至主转子2与副转子3的夹角6为零，此时主转子2上槽b82的侧面与副转子3上棘爪9侧面接触，等同于主转子2与副转子3是一整体与电机轴4固联，此时主转子2与副转子3在气隙5中产生的磁通最大，以保证电机在负载为大扭矩工况下也处于高效率运行。

电机在所述主转子2和所述副转子3存在夹角6时，电机随负载变化通过自适应调整气隙5磁通来自动调整电机扭矩与转速；当夹角6为零时，该电机的结构等同于常规无刷直流电机，其转速随负载扭矩变化按常规无刷直流电机通过脉宽调制自动调整。在夹角6不为零时，本实用新型的电机的最高转速n1比等同规格尺寸的常规无刷直流电机的最高转速n2高，可以根据主转子2与副转子3的轴向长度比值的不同进行实际需求的配比。电机在n1和n2转速段是根据负载扭矩通过机械式自适应调整气隙磁通来改变转速实现无极变速。

当电机反转时，主转子2通过压缩弹簧b72和弹簧d74将扭矩传给副转子3上的棘爪9，最后传到电机轴4，其转速和扭矩变化与正转变化规律相同。

采用本实施例的无极变速电机，能够将电机的最高转速提高到常规电机的最高转速的200%以上，而且在正反转时能够实现宽转速范围内的高效率的无极变速。

Claims (9)

1.一种无极变速电机，包括电机壳（11）、定子（1）、转子和电机轴（4），

其中，所述转子套设在所述电机轴（4）上，所述定子（1）固定设置在所述电机壳（11）内部，所述定子（1）空套在所述转子上，所述定子（1）与所述转子之间具有气隙（5），其特征在于：所述转子分为主转子（2）和副转子（3），其中所述主转子（2）空套在所述电机轴（1）上，所述副转子（3）固定套设在所述电机轴（1）上，并且所述主转子（2）外圈的N、S极与所述副转子（3）外圈的N、S极之间具有夹角（6）。

2.如权利要求1所述的电机，其特征在于：在所述主转子（2）与所述副转子（3）之间设置有能够检测并传递扭矩的转动机构，所述主转子（2）能够通过所述转动机构与所述副转子（3）在所述夹角（6）的范围内产生相对的转动。

3.如权利要求2所述的电机，其特征在于：所述主转子（2）与副转子（3）至少为1个。

4.如权利要求3所述的电机，其特征在于：所述主转子（2）和所述副转子（3）之间的转动机构为设置在所述主转子（2）和所述副转子（3）之间的弹簧。

5.如权利要求4所述的电机，其特征在于：在所述主转子（2）的轴向上设置有放置所述弹簧（7）的通槽（8），所述通槽（8）为与所述主转子（2）同心的弧槽；

在所述副转子（3）的端面上设置有棘爪（9），所述棘爪（9）装配在所述通槽（8）内，在所述棘爪（9）两侧的通槽（8）内放置所述弹簧（7），所述弹簧（7）的两端分别抵在所述棘爪（9）和所述通槽（8）的端面。

6.如权利要求5所述的电机，其特征在于：所述通槽（8）为台阶槽，分为通槽A（81）和通槽B（82），所述通槽A（81）的槽内轮廓大于所述通槽B（82）的槽内轮廓，所述弹簧（7）设置在所述通槽A（81）内。

7.如权利要求6所述的电机，其特征在于：所述通槽（8）为多个且沿所述主转子（2）径向均匀设置，所述棘爪（9）数目与主转子槽口数目相等且沿所述副转子（3）径向均匀设置。

8.如权利要求7所述的电机，其特征在于：所述主转子（2）和所述副转子（3）之间有间隙（10）。

9.如权利要求8所述的电机，其特征在于：所述间隙（10）大于所述气隙（5）。