CN214355988U - 超导辅助启动结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了超导辅助启动结构，包括：盘式轮毂电机；轮毂电机集成于车轮内且通过其转子的转动提供车轮运行转动力；还包括超导电机，轮毂电机的定子与超导电机的转子轴联动以获得辅助启动的驱动力；轮毂电机的转子与车轮毂固定相连，且车轮毂的轴孔与轮毂电机的定子轴通过轴承件装配；超导电机的定子固定于车体上，超导电机的转子轴通过齿轮组件与轮毂电机的定子轴啮合传动。结构布置合理，通过轮毂电机与超导电机的组合，轮毂电机为车轮提供驱动力，在轮毂电机上接入超导电机提供辅助加速或辅助降速。而且，传动简单且稳定，通过离合器及螺旋齿轮箱的配合，能够将超导电机的动力传递至每一个轮毂电机。

Description

超导辅助启动结构

技术领域

本实用新型涉及超导技术领域，特别是超导辅助启动结构。

背景技术

超导电机（superconducting electricmachine）是指励磁绕组用超导性材料制造的、能在强磁场下承载高密度电流的导线绕制成的一种电机。利用超导性材料在低温环境下电阻变为零的特点，在不很粗的导线上能通过很强的电流，以产生很强磁场，即形成超导磁体。由于此励磁绕组中无功率损耗，从而使电机体积显著缩小，功率密度大，效率高。

随着超导电机的应用普及，其逐渐被广泛的应用到各个领域中。例如，将超导电机应用在车辆的辅助动力中，尤其是对火车、动车等大质量的高速车辆，往往这些车辆的启动较慢，而且制动也不是十分理想。进而，设计出一种可以辅助启动，同时辅助制动的动力传动结构。

实用新型内容

本实用新型目的是：提供超导辅助启动结构，特别是轨道交通用超导辅助启动结构。因轨道交通是通过轨道倾斜提供向心力完成转向，不需要像汽车通过差速器提供速度差以保证转向，故应用在轨道交通上可以大幅减小分步驱动盘式轮毂电机的控制难度。

本实用新型的技术方案是：一种超导辅助启动结构，基于轮毂电机的动力结构，在动力传动中增加超导电机，通过超导材料的高载流能力，提供短时大扭矩，用以提供启动的辅助动力及制动的反向动力。

具体的，超导辅助启动结构包括：轮毂电机和超导电机。

轮毂电机包括轮毂电机转子、轮毂电机定子，轮毂电机定子包括定子轴，该定子轴通过轴承与轮毂电机的壳体进行装配。轮毂电机转子则与壳体通过螺栓连接，轮毂电机转子可以直接将转动力传递给壳体，从而带动车轮转动。轮毂电机为盘式电机，对向两电机成镜像关系，转子由表面贴敷的钕铁硼材料与导磁的转子背铁组成。对向两电机转子同轴相连，可以看作一个轴向长度很长的单转子双定子盘式电机。镜像同轴相连的两转子可以平衡单边磁拉力，同时该种布局也有利于对高能量密度的盘式电机进行冷却，降低盘式电机过于紧凑而产生的温升问题。

轮毂电机提供车轮的驱动力，但是由于车辆启动时的初速度较小，因此动量也较小，车体运行速度不明显，提速较慢。因此，在轮毂电机的定子轴上再输入一个正向的动力（与轮毂电机转子同向的转动力），可以为轮毂电机的定子轴提供转动惯量，再定子也转动的基础上，轮毂电机的转子同时转动就可以增加轮毂电机整体的转动速度。

同理，当需要制动时， 在轮毂电机的定子轴上再输入一个反向的动力（与轮毂电机转子反向的转动力），可以为轮毂电机的定子轴提供提供相对的反向转动。此时，轮毂电机的转子就得到一个反向的拉力进行降速，从而轮毂电机整体的转动速度降低。

具体的，轮毂电机的转子与车轮毂固定相连，且车轮毂的轴孔与轮毂电机的定子轴通过轴承件装配。

超导电机的定子固定于车体上，超导电机的转子轴通过齿轮组件与轮毂电机的定子轴啮合传动。

优选的是，轮毂电机的转动轴向与超导电机的转动轴向相垂直，且超导电机的转子轴通过螺旋齿轮箱与轮毂电机的定子轴联动。

超导电机的转子轴两端通过对应一侧的螺旋齿轮箱传动至相应的轮毂电机。

最佳的结构方式，每四个轮毂电机与一个超导电机形成一个动力组。位于同轴关系的两个轮毂电机通过同一螺旋齿轮箱与超导电机传动。螺旋齿轮箱则是为了保证辅助启动超导电机的启动能量顺利输入到四个轮子上。

齿轮箱上接入超导电机，在超导电机的输出端与螺旋齿轮箱的输入端之间设置离合器。离合器的设置目的是：当达到既定启动速度后，超导电机断开与发电系统的连接，不在向超导绕组中输入大电流。整体系统节省能量并为下一次的制动储备能量。在这个过程中如果超导转子还在转动，超导定子中会感应出相应磁场以“阻止”转子转动，超导电机此时发电运行。离合器的目的就在于防止这种运行状态产生的阻力，提前将超导电机从整体动力链中分隔开

本实用新型的优点是：

1、结构布置合理，通过轮毂电机与超导电机的组合，轮毂电机为车轮提供驱动力，在轮毂电机上接入超导电机提供辅助加速或辅助降速。

2、传动简单且稳定，通过离合器及螺旋齿轮箱的配合，能够将超导电机的动力传递至每一个轮毂电机。而且，联轴控制可以随时进行动力组合。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为超导辅助启动结构的立体图；

图2为超导辅助启动结构的横向剖面图；

图3为超导辅助启动结构的纵向剖面图；

其中：1、轮毂电机；11、轮毂电机转子；12、轮毂电机定子；13、定子轴；14、壳体；2、超导电机；21、超导电机转子；22、超导电机定子；23、转子轴；3、离合器；4、螺旋齿轮箱；5、传动轴。

具体实施方式

本实用新型的较佳实施例1：

超导辅助启动结构包括：轮毂电机1和超导电机2。

轮毂电机包括轮毂电机转子11、轮毂电机定子12，轮毂电机定子包括定子轴13，该定子轴13通过轴承与轮毂电机的壳体14进行装配。轮毂电机转子11则与壳体14通过螺栓连接，轮毂电机转子11可以直接将转动力传递给壳体14，从而带动车轮转动。

轮毂电机1提供车轮的驱动力，但是由于车辆启动时的初速度较小，因此动量也较小，车体运行速度不明显，提速较慢。因此，在轮毂电机1的定子轴13上再输入一个正向的动力（与轮毂电机转子同向的转动力），可以为轮毂电机1的定子轴13提供转动惯量，在轮毂电机定子12也转动的基础上，轮毂电机转子11同时转动就可以增加轮毂电机1整体的转动速度。

同理，当需要制动时， 在轮毂电机1的定子轴13上再输入一个反向的动力（与轮毂电机转子反向的转动力），可以为轮毂电机1的定子轴13提供提供相对的反向转动。此时，轮毂电机转子11就得到一个反向的拉力进行降速，从而轮毂电机1整体的转动速度降低。

因此，布置一个超导电机2，超导电机包括超导电机转子21、超导电机定子22。超导电机转子包括转子轴23，超导电机定子22则固定在车体上，超导电机转子21则将动力传递至轮毂电机1的定子轴13上。为了实现传动的分离，超导电机2的转子轴23则通过离合器3进行动力分离。

离合器在启动阶段通过超导电机大扭矩辅助启动；达到既定速度后脱开，避免超导电机断电后的发电运行，增加不必要的阻力。

本实施例中的，超导电机2结构可以选用定子超导式的超导电机，也可以选用转子超导式的超导电机，或选用定子、转子全超导式的超导电机。

本实用新型的较佳实施例2：

超导电机2与轮毂电机1的组合方式，可以一对一，即一个超导电机2对应一个轮毂电机1，显然这样的结构成本较大，而且结构布置困难，虽然不合理但可行。

也可以每两个轮毂电机1组合一个超导电机2，这种结构较上述结构合理，但是显然并不是最优，最优的组合方式是每四个轮毂电机1与一个超导电机2形成一个动力组进行动力辅助。

具体的，如图1所示，超导辅助启动结构包括：四个轮毂电机1、一个超导电机2、两个离合器3、两个螺旋齿轮箱4。

前排两个轮毂电机1共用一螺旋齿轮箱4，后排两个轮毂电机1共用一螺旋齿轮箱4。在四个轮毂电机1之间布置一个超导电机2，超导电机2的两个输出端上分别通过离合器3接入传动轴5，两根传动轴5则对应装配至相应的螺旋齿轮箱4中。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型的所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种超导辅助启动结构，包括：轮毂电机；轮毂电机集成于车轮内且通过其转子的转动提供车轮运行转动力；其特征在于：还包括超导电机，所述轮毂电机的定子与所述超导电机的转子轴联动以获得辅助启动的驱动力；

所述轮毂电机的转子与车轮毂固定相连，且车轮毂的轴孔与轮毂电机的定子轴通过轴承件装配；

所述超导电机的定子固定于车体上，超导电机的转子轴通过齿轮组件与所述轮毂电机的定子轴啮合传动。

2.根据权利要求1所述的一种超导辅助启动结构，其特征在于：包括离合器，所述离合器布置于所述超导电机的转子轴与相应的螺旋齿轮箱之间以确保超导电机断电后超导转子不会以发电状态增加阻力。

3.根据权利要求2所述的一种超导辅助启动结构，其特征在于：所述轮毂电机的转动轴向与超导电机的转动轴向相垂直，且超导电机的转子轴通过螺旋齿轮箱与所述轮毂电机的定子轴联动。

4.根据权利要求3所述的一种超导辅助启动结构，其特征在于：超导电机的转子轴两端通过对应一侧的螺旋齿轮箱传动至相应的轮毂电机。

5.根据权利要求4所述的一种超导辅助启动结构，其特征在于：每四个轮毂电机与一个超导电机形成一个动力组。

6.根据权利要求5所述的一种超导辅助启动结构，其特征在于：位于同轴关系的两个轮毂电机通过同一所述螺旋齿轮箱与所述超导电机传动。

7.根据权利要求6所述的一种超导辅助启动结构，其特征在于：所述超导电机的超导方式包括：定子超导、转子超导、全超导。

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