CN204886608U - 无级变速电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无级变速电机，包括转子、电机轴和调节弹簧，所述转子分为主转子和副转子，主转子转动连接在电机轴上，主转子的端面上开有弧形的导向槽，副转子固定连接在电机轴上，副转子沿轴向设有棘爪，棘爪滑动连接在导向槽内，一个棘爪对应两个调节弹簧，调节弹簧位于棘爪的两侧，调节弹簧的一端与棘爪相抵，调节弹簧的另一端与导向槽的内壁相抵，当调节弹簧在自然状态下，主转子和副转子的磁极错开一夹角。本实用主转子和副转子的结构简单；且通过导向槽和凹槽节省了空间，使得转子的结构紧凑。棘爪的两侧设有调节弹簧，实现转子的正转和反转。不会增加电动车过多的生产成本和体积。

Description

无级变速电机

技术领域

本实用新型属于动力装置的技术领域，尤其涉及车辆驱动用的电机。

背景技术

电机（英文：Electricmachinery，俗称“马达”）是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。目前电动车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。

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，不易与电机的工况匹配。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；在负载扭矩较大时，如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。

为了解决这一问题，就发明出了无级变速电机，通过无级变速可以得到变速箱输出与电机工况的最佳匹配。但是现有的无级变速电机结构大多采用了行星轮的结构，使得无级变速电机的结构较为复杂，且需要较大的空间，不但会使电动车的生产成本过高，而且使电动车的体积较大。

实用新型内容

本实用新型提供一种无级变速电机，以解决现有无级变速电机采用行星轮结构，使得结构复杂，占用空间较大的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案:一种无级变速电机，包括转子、电机轴和调节弹簧，所述转子分为主转子和副转子，主转子转动连接在电机轴上，主转子的端面上开有弧形的导向槽，副转子固定连接在电机轴上，副转子的端面上开有弧形的凹槽，凹槽与导向槽连通，凹槽弧度大于导向槽的弧度，副转子沿轴向设有棘爪，棘爪滑动连接在凹槽和导向槽内，一个棘爪对应两个调节弹簧，调节弹簧位于棘爪的两侧，调节弹簧为压簧，调节弹簧的一端与棘爪相抵，调节弹簧的另一端与凹槽的内壁相抵，主转子和副转子的磁极错开一夹角。

本实用新型的原理在于：在不同的负载扭矩下，主转子和副转子之间的夹角可通过调节弹簧来确定，使主转子和副转子自动调整到合适角度来变定子与转子间气隙的平均磁通，从而改变气隙磁通，气隙磁通与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，从而实现无级调速。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：1、主转子上开有供副转子棘爪滑动的导向槽，棘爪和凹槽之间设有调节弹簧，通过主转子和副转子之间的角度来改变转子的转速。主转子和副转子之间的结构简单；且通过凹槽和导向槽节省了空间，使得转子的结构紧凑。2、棘爪的两侧设有调节弹簧，通过压缩一侧的调节弹簧，实现转子的正转和反转。本实用新型的结构简单紧凑，且方便转子进行双向转动。不会增加电动车过多的生产成本和体积。

进一步，所述副转子上棘爪的数量为多个，棘爪和导向槽沿主转子的周向中心对称设置，使棘爪受力平衡，从而也使主转子和副转子受力平衡。

进一步，两个调节弹簧的弹性系数相同，棘爪位于沿凹槽滑动方向的二分之一处，转子在正转和反转时，棘爪所受的弹力相同。

进一步，所述导向槽在主转子的轴向上贯通，方便对棘爪进行安装和观察。

进一步，所述凹槽的中线与导向槽的中线重合，凹槽的端部与导向槽的端部距离相等，因棘爪受导向槽的制约，故夹爪正转和反转的幅度也是一致的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案进一步说明：

图1是本实用新型无级变速电机实施例中主转子和副转子之间未设置棘爪的结构示意图。

图2是本实用新型无级变速电机实施例中主转子和副转子之间设置了棘爪的结构示意图。

图3是本实用新型无级变速电机实施例中设置有定子的结构示意图。

图4是本实用新型无级变速电机实施例中随着负载扭矩增大的结构示意图。

图5是本实用新型无级变速电机实施例中当负载扭矩大于某一值后的结构示意图。

具体实施方式

说明书附图中的附图标记包括：定子1、主转子2、副转子3、电机轴4、棘爪5、调节弹簧6、凹槽7、导向槽8。

本实施例中的一种无级变速电机，包括定子1、转子、电机轴4和调节弹簧6，转子分为一个主转子2和一个副转子3，主转子2和副转子3外圆表面有尺寸相同的N、S极永磁体交替嵌入。如图1所示，主转子2通过轴承空套在电机轴4上，主转子2的端面上开有两个弧形的导向槽8，副转子3固定连接在电机轴4上，副转子3的端面上开有两个弧形的凹槽7，凹槽7弧度大于导向槽8的弧度，凹槽7的中线与导向槽8的中线重合，凹槽7的端部与导向槽8的端部距离相等，导向槽8沿主转子2的轴向贯通，导向槽8和凹槽7沿主转子2的周向中心对称。如图2所示，副转子3上沿轴向设有两个棘爪5，棘爪5沿副转子3的周向中心对称，棘爪5穿过导向槽8和凹槽7，凹槽7和导向槽8的槽宽与棘爪5的大小匹配。棘爪5滑动连接在导向槽8内，一个棘爪5对应两个调节弹簧6，调节弹簧6的弹性系数均相等，调节弹簧6位于棘爪5的左右两侧，调节弹簧6为压簧，调节弹簧6的一端与棘爪5相抵，调节弹簧6的另一端与凹槽7的内壁相连。棘爪5位于导向槽8滑动方向的二分之一处，主转子2上的N、S极相对副转子3上的N、S极存在一夹角β。如图3所示，调节弹簧6、电机轴4、主转子2和副转子3均位于定子1内孔，主转子2、副转子3与定子1间的径向间隙小于主转子2与副转子3间的轴向间隙。

下面针对无级变速电机的工作状态进行分析：

1、如图2所示，无级变速电机未工作时为初始状态：副转子3因其棘爪5两端面受到主转子2导向槽8内两边调节弹簧6的压力相等，棘爪5与导向槽8的中心线对齐并定位，主转子2与副转子3的相对位置靠此定位关系确定。主转子2上的N、S极相对副转子3上的N、S极存在一定的夹角β。

2）当无级变速电机开始工作时，设定转子逆时针方向旋转为正转，空套在电机轴4上的主转子2通过调节弹簧6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。主转子2是作为霍尔信号的输入基准，副转子3相对霍尔信号基准有一定的角度偏移，主转子2与副转子3产生的气隙磁通与通电后的定子1上的电枢相互作用输出相应的转速和扭矩。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的S、N极与副转子3的S、N极保持初始夹角β，此时主转子2与副转子3在气隙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；

3）如图4所示，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的预紧力时，调节弹簧6将产生一定的形变以平衡主转子2的扭矩产生的切向力，主转子2相对副转子3旋转一定的角度，主转子2作为定子1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相对主转子2的初始夹角β减小，主转子2与副转子3在气隙中产生的平均磁通增大，随着β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。

4）如图5所示，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调节弹簧6，直至主转子2的S、N极与副转子3的S、N极分别沿轴向对齐，副转子3相对霍尔信号基准无相对角度差即β为0°，此时主转子2上导向槽8的限位台与副转子3上的棘爪5端面接触，等同于主转子2与副转子3是一整体与电机轴4固联，该状态下，主转子2与副转子3直接通过电机轴4输出扭矩与转速，此时主转子2与副转子3在气隙中产生的磁通最大，以保证电机在负载为大扭矩工况下也处于高效率运行。

5）无级变速电机在β大于0°前，即主转子2与副转子3的N极或S极存在夹角时，电机随负载变化通过本实用新型自适应调整气隙磁通来自动调整电机扭矩与转速；当β等于0°时，主转子2与副转子3的N极、S极分别沿轴向对齐，其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。电机在β大于0°前，其最高转速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n2-n1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。

6）当电机反转时，主转子2同样也是通过调节弹簧6将扭矩传给副转子3上的棘爪5，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。

对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。

Claims (5)

1.一种无级变速电机，包括转子和电机轴，其特征在于：还包括调节弹簧，所述转子分为主转子和副转子，主转子转动连接在电机轴上，主转子的端面上开有弧形的导向槽，副转子固定连接在电机轴上，副转子的端面上开有弧形的凹槽，凹槽与导向槽连通，凹槽弧度大于导向槽的弧度，副转子沿轴向设有棘爪，棘爪滑动连接在凹槽和导向槽内，一个棘爪对应两个调节弹簧，调节弹簧位于棘爪的两侧，调节弹簧为压簧，调节弹簧的一端与棘爪相抵，调节弹簧的另一端与凹槽的内壁相抵，主转子和副转子的磁极错开一夹角。

2.如权利要求1所述的无级变速电机，其特征在于：所述副转子上棘爪的数量为多个，棘爪和导向槽沿主转子的周向中心对称设置。

3.如权利要求1所述的无级变速电机，其特征在于：所述两个调节弹簧的弹性系数相同。

4.如权利要求1所述的无级变速电机，其特征在于：所述导向槽在主转子的轴向上贯通。

5.如权利要求1所述的无级变速电机，其特征在于：所述凹槽的中线与导向槽的中线重合。