CN215398141U - 一种可调扭矩可发电的磁力联轴器及应用其的新能源车 - Google Patents

Abstract

一种可调扭矩可发电的磁力联轴器,包括从动转子、主动转子、可调负载，其特征在于主动转子上安装有发电线圈，从动转子上安装有磁性部，发电线圈与可调负载电连接，当从动转子与主动转子产生相对转动时，发电线圈向可调负载输出电能。一种可调扭矩可发电的磁力联轴器及应用其的新能源车，包括发动机、电动机、电池组、驱动轮、可调功率的充电机、可调扭矩可发电的磁力联轴器，其特征在于发动机与磁力联轴器的主动转子传动连接，驱动轮与磁力联轴器的从动转子传动连接，可调功率的充电机输出端与电池组电连接，可调功率的充电机输入端与磁力联轴器的发电线圈电连接。

Description

一种可调扭矩可发电的磁力联轴器及应用其的新能源车

技术领域

可调扭矩可发电的磁力联轴器及应用其的新能源车实用新型涉及新能源汽车领域，尤其是插电式混合动力新能源汽车领域。

可调扭矩可发电的磁力联轴器实用新型涉及联轴器领域，尤其是异步磁力联轴器领域。

背景技术

第一方面，在联轴器领域，联轴器是机械动力系统传输过程中一种常用部件，磁力联轴器是联轴器中较特殊的一种，其主要的结构特点是主动件与从动件在没有机械接触的情况下，通过磁力耦合将主动件的运动形式、动力传递给从动件。磁力联轴器目前已在石油、化工、造纸、电镀等行业得到了广泛应用。

联轴器根据工作原理不同可以分为两大类：同步磁力联轴器和异步磁力联轴器；根据结构不同磁力联轴器可以分为圆筒式磁力联轴器和平盘式磁力联轴器。

本实用新型尤其涉及异步磁力联轴器。

现有的异步磁力联轴器，在应用时还存在如下缺陷：

1、当额定功率较大时，磁感应产生的涡流发热量大，依靠原有的结构强制空冷散热的作用有限，极易使永磁部位因高温而烧毁，降低使用寿命且浪费能源；

2.传输扭矩的调节主要靠气隙磁场厚度的调节，不可避免需要一套气隙调整装置，气隙调整装置机械结构复杂，精度差。

3.气隙调整装置相对电子调节装置反应速度慢，不适用于在扭矩或转速差不断快速变化的场合

4.传动轴转速差越大,联轴器传递力矩越大,但涡流损耗热量也越大，因而现有的异步磁力联轴器无法应用于扭矩不变但转速差较大且频繁变化大的场合，例如工作在最高效率工况下的汽车发动机与汽车车轮的耦合。

可调扭矩可发电的磁力联轴器实用新型将克服以上所有缺陷，并带来了可给电池组充电这一意料不到的效果，特别适合汽车发动机与汽车车轮的耦合。

第二方面，在新能源汽车领域，目前普遍存在着两个行业难题；

1、“里程焦虑”，在电池电量即将耗尽时，找不到充电站的担忧；

2.“空调焦虑”，冬天、夏天开启空调时，续航里程大幅下降，特别是长时间堵车时，开不开空调让车主很难选择。

目前的混动汽车解决了上述两个难题，原理是利用发动机为汽车续航，但是这同时带来了下面八个混动汽车行业难题：

1、一般混动汽车都能单独使用发动机或者电动机单独行使，发动机功率与燃油车发动机功率基本在一个级别，这就使得汽车系统动力系统冗余度增加，成本上升；

2、混动汽车需要至少增加一个发电机，成本上升；

3、发动机功率与燃油车发动机功率基本在一个级别，发动机体积大布置困难、噪声大；

4、由于空间及成本受到上述原因限制，一般目前的混动汽车电池容量较小，放电C数大，电池寿命堪忧；

5、由于取消了多档变速箱，因发动机转速变化范围窄的特性，发动机只能在汽车中高速时介入直连驱动且有一定耦合冲击，而汽车低速时发动机只能驱动发电机转化为电能后驱动电动机，能量转化环节多，效率低；

6、发动机工作状态不正常。混动汽车中发动机可能工作在频繁启停状态，不断暖车，造成油耗增加，机油乳化；发动机也有可能处于长期不工作状态，会造成发动机腐蚀，出现故障不自知，同时仍然需要定时保养等缺点；

7.当汽车使用者具有一定的充电条件时，汽车发动机将长时间闲置，从汽车全生命周期角度来看，发动机使用价值并未被发挥，资源浪费，因为生产发动机本身是一个碳排放过程，所以不符合新能源汽车减少碳排放的宗旨，可以认为是本末倒置的设计；

8.当汽车使用者具有一定的充电条件时，汽车发动机将长时间闲置，日常行驶时沉重的发动机将成为行驶时的负担。

本可调扭矩可发电的磁力联轴器及应用其的新能源车实用新型将克服以上所有缺陷，并同时取得只要一个电动机无需变速箱就可实现全时四驱的意外效果，提高了混动汽车驾驶性能。

发明内容

首先是一种调扭矩可发电的磁力联轴器,包括从动转子(1)、主动转子(4)、可调负载(5)，其特征在于主动转子(4)上安装有发电线圈(3)，从动转子上安装有磁性部 (2)，发电线圈(3)与可调负载(5)电连接，当从动转子与主动转子产生相对转动时，发电线圈(3)向可调负载(5)输出电能。

磁性部为永磁体、励磁部、永磁体与励磁部结合体三种部件形式中的一种，所述励磁部包括励磁线圈、励磁电源模块。

可调负载为可变电阻、电动机、充电机三种负载中的至少一种，其特征是工作功率可以调节。

本可调扭矩可发电的磁力联轴器实用新型解决了上述所有困扰行业的难题。

其次是一种可调扭矩可发电的磁力联轴器及应用其的新能源车，包括电动机、发动机、电池组、驱动轮、充电机、可调扭矩可发电的磁力联轴器，其特征在于发动机与电磁传动联轴器的主动转子传动连接，混合动力新能源车驱动轮与电磁传动联轴器的从动转子传动连接，充电机输出端与电池组电连接，充电机输入端与电磁传动联轴器的发电线圈电连接(如电刷)。

可调扭矩可发电的磁力联轴器及应用其的新能源车的发动机可以在中高低速全时直连驱动轮，而且相对于电机功率，发动机功率较小。

本可调扭矩可发电的磁力联轴器及应用其的新能源车实用新型解决了上述所有困扰行业的难题。

有益效果

第一方面，调扭矩可发电的磁力联轴器实用新型解决了联轴器行业多个行业难题：

1.联轴器可以在主从动轴存在较大转速差的状态下工作；

2.扭矩由可变负载电子调节，电子调节扭矩的速度、精度远大于现有的气隙调节装置，且寿命长。

3.感应电流可用于充电或存储，相比现有的蜗牛发热，节能环保。

4.可以同时提供发电功能，联轴器功能与发电功能合二为一。

第二方面，可调扭矩可发电的磁力联轴器及应用其的新能源车实用新型解决了困扰混动汽车行业的多个行业难题：

1.较低成本解决了“里程焦虑”；

2.较低成本解决了“空调焦虑”；

3.发动机体积小，重量轻，利于布置；

4.发动机功率小，噪音低，满足车主对新能源车静音的需求；

5.发动机工作时间占行驶时间的比例高，利用率高；

6.发动机与车轮耦合柔和，冲击小；

7.耦合装置与发电装置合二为一，降低了成本，节省了空间；

8.发动机在汽车高中低速行驶时均能与车轮耦合，效率高；

9.发动机工作在单一工况，效率高，结构可以比现有发动机做进一步简化；

10.一个电机加一个发动机就可形成实时四驱结构，驾驶性能改；

11.发动机在汽车高中低速行驶时均能与车轮耦合，分担了了电机负载，降低了电池放电C 数，延长了电池使用寿命。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为可调扭矩可发电的联轴器结构示意图；

图2为安装有可调扭矩可发电的联轴器的汽车驱动装置结构示意图；

图3为安装有励磁线圈的可调扭矩可发电的联轴器的从动转子结构示意图；

图4为安装有励磁发电动机的调扭矩可发电的联轴器的从动转子结构示意图；

图5为可调扭矩可发电的磁力联轴器及应用其的新能源车实用新型实施案例示意图；

具体实施方式

下面以实施案例进一步说明本实用新型：

实施案例一，可调扭矩可发电的联轴器，结构参见图1，1-从动转子2-永磁体，3-发电线圈， 4-主动转子，5-可调负载。

其中永磁体2安装在从动转子1上，发电线圈3安装在主动转子4上，发电线圈3与可调负载5电连接，当主动转子4旋转时，发电线圈3切割永磁体2磁力线产生电动势，从而在可调负载5中产生电流，此时主动转子4受到电磁力而产生转动，从而实现扭矩从主动转子传输至从动转子的效果。

主动转子4受到电磁力的大小与发电线圈3中电流成正比，当发电线圈3断路时电流为0，从动转子受到的电磁力为0，当发电线圈3短路时，从动转子1受到的电磁力最大，因此通过可调负载5对发电线圈中电流的调节，进而实现对从动转子1所受电磁力大小的调节，特定情况下，可将从动转子1所受电磁力调节为不变，此时本实用新型可作为为恒扭矩传动装置。

可选的，从动转子1与主动转子4的形状可以是平盘状。

可调扭矩可发电的联轴器的扭矩调节是由可调负载电子调节的，速度快，精度高，无磨损。

可调扭矩可发电的联轴器的发电线圈位置可调，在同样的电流下，布置在外围的发电线圈可产生更大的扭矩，从而在同样扭矩下取得电流小发热小的有益效果。

可调扭矩可发电的联轴器在主、从动转子存在巨大转速差的情况下可正常工作，主动轴的能量此时不会转化为热能，而是成为可调负载上的能量来源。

实施案例二，安装有可调扭矩可发电的联轴器的汽车驱动机构，结构示意图参见图2， 1-从动转子，2-永磁体，3-主动转子发电线圈，4-主动转子，6-发动机，8-驱动轮，21-功率可调充电动机，22-电池组。

发动机6与可调扭矩可发电的磁力联轴器的主动转子4机械传动连接或固定连接，汽车驱动轮8与可调扭矩可发电的磁力联轴器的从动转子1机械传动连接或固定连接，可调扭矩可发电的磁力联轴器的发电线圈3与功率可调充电动机21电连接，功率可调充电动机21 与电池组22电连接，当发动机6以一定转速转动时，可调扭矩可发电的磁力联轴器的发电线圈3产生电动势并通过功率可调充电动机21向电池组22充电，此时可调扭矩可发电的磁力联轴器的发电线圈3中产生电流，从而使得可调扭矩可发电的磁力联轴器的从动转子1受到电磁扭矩并传递给驱动轮，驱动汽车行驶。

通过可调充电动机21的功率调整，我们可以让发动机6工作在恒扭矩状态，此时传输给驱动轮8的功率＝扭矩*驱动轮转速，由于扭矩不变，因此传输给驱动轮的功率将与车速成正比，当车速为0时，传输给驱动轮的功率为0，此时发动机功率将全部转化为电能，当车速为最大时，传输给驱动轮的功率也是最大，这正好符合混合动力汽车的设计目的和需求。

实施案例三，安装有励磁线圈的可调扭矩可发电的联轴器的从动转子，结构参见图3， 1-从动转子，2-永磁体，31-励磁线圈，32-励磁电源模块。

本实施案例是对实施案例一的进一步优化，根据实施案例一描述，当从动转子与主动转子存在相对转动时，发电线圈产生电动势，电动势的大小与相对转动的转速成正比，当相对转速变化范围较大时，电动势变化范围也较大，从而对可调负载的宽电压工作性能提出了较高要求，因此本实施案例在从动转子上安装了励磁线圈、励磁电源模块，励磁电源模块通过调节励磁线圈的励磁电流，从而调节励磁磁场，从而将感应电动势的变化范围限定在一个较小范围，降低对可调负载的宽电压工作性能的要求。

实施案例四，安装有励磁发电动机的可调扭矩可发电的联轴器的从动转子，结构参见示意图图4，1-从动转子，2-永磁体，31-励磁线圈，33-励磁发电机。

本实施案例是对实施案例三的进一步优化，励磁发电机33的转子与从动转子传动连接，此时励磁线圈中励磁电流与从动转子转速成正相关，如果主动转子转速一定，当从动转子转速较高时，也就是主、从动转子相对转速较低时，发电线圈感应电动势较低，励磁线圈 31感应电动势较高，此时通过励磁线圈31产生附加磁场较强，从而提高感应电动势，从而将感应电动势的变化范围限定在一个较小范围，降低对可调负载的宽电压工作性能要求。

实施案例五，可调扭矩可发电的磁力联轴器及应用其的新能源车实用新型，结构示意图参见图5,示意图标记如下：6-发动机，8-汽车驱动轮，111-可调扭矩可发电的磁力联轴器， 21-可调功率的充电机，22-电池组，51-车架，53-电动机，54-传动轴，55-驱动轴，56-电连接。

发动机6与可调扭矩可发电的磁力联轴器111的主动转子机械传动连接或固定连接，汽车驱动轮8与可调扭矩可发电的磁力联轴器111的从动转子机械传动连接或固定连接，可调扭矩可发电的磁力联轴器111的发电线圈与功率可调充电动机21电连接，功率可调充电动机21与电池组22电连接，当发动机6以一定转速转动时，可调扭矩可发电的磁力联轴器 111的发电线圈产生电动势并通过功率可调充电动机21向电池组22充电，此时可调扭矩可发电的磁力联轴器111的发电线圈中产生电流，从而使得可调扭矩可发电的磁力联轴器111 的从动转子受到电磁扭矩并传递给驱动轮，驱动汽车行驶。

可调扭矩可发电的磁力联轴器111的永磁体的磁场强度不变，因此从动转子所受电磁力与可调扭矩可发电的磁力联轴器111的发电线圈中的电流成正相关，当发电线圈中电流为 0时，可调扭矩可发电的磁力联轴器111的从动转子受到的电磁力为0，当可调扭矩可发电的磁力联轴器111的发电线圈短路时，发电线圈中电流最大，可调扭矩可发电的磁力联轴器 111的从动转子受到的电磁力最大，我们可以利用功率可调充电动机21调节可调扭矩可发电的磁力联轴器111的发电线圈中的电流大小保持恒定，使扭矩保持恒定，从而使得可调扭矩可发电的磁力联轴器111的从动转子也受到恒定转矩，可调扭矩可发电的磁力联轴器111 的主动转子相应受到同样的反作用转矩，这就产生了我们想要的结果：发动机运行在恒转速恒扭矩工况下。

当发动机处于恒转速恒扭矩的高效工况下，通过参数设定，可设定发动机一直运行在效率最高的固定扭矩和转速工况下，达到节省能源的效果。

当发动机处于恒转速恒扭矩的高效工况下，其传输给驱动轮的功率＝扭矩*驱动轮转速，由于扭矩不变，因此传输给驱动轮的功率将与车速成正比，当车速为0时，传输给驱动轮的功率为0，此时发动机功率将全部转化为电能，当车速为最大时，传输给驱动轮的功率也是最大，这正好符合混合动力汽车的设计目的和需求。

由于本可调扭矩可发电的磁力联轴器及应用其的新能源车实用新型使用了可调扭矩可发电的磁力联轴器，因此在高中低车速时均能介入驱动车轮提供扭矩，从而发动机可处于“常开”状态，即避免了现有混合动力汽车将处于不使用状态的发动机带着跑的尴尬，发动机利用率高。

同时因发动机提供的总能量等于时间*功率，发动机长时间工作使得发动机在汽车行驶时提供的总能量大大增加，因此本实用新型只需配置一个相对较小的发动机，其功率小于电动机的四分之一，体积小，重量轻，因此可以单独放置在后部，形成全时四驱，这个有益效果是功率小于电动机的四分之一这一区别特征带来的。

例如，本实施案例的发动机功率可选10KW，电动机功率选100KW，电池组容量选40KW.h，车辆的百公里耗电量20KW.h，在这种参数设定下，汽车纯电行驶续航为 40/20＝200公里，当汽车以混合动力，50KM/H行驶时，每小时耗电量为20/2＝10KW.h，而发动机每小时输出能量10KW.H，以80％计算，为8KW.H，此时汽车耗电量为10-8＝2KW.h，因此汽车可以连续行驶40/2＝20小时，续航20*50＝1000公里，效果还是很惊人的。

根据上述描述，本可调扭矩可发电的磁力联轴器及应用其的新能源车实用新型的发动机处于“常开”状态，这就意味着发动机可以作为冬夏空调的直接动力来源，彻底告别“空调焦虑”，任何时候包括长时间堵车，冬夏空调也不会消耗电池组的剩余电量，取得了“空调无限”“空调不耗电”的有益效果。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种可调扭矩可发电的磁力联轴器,包括从动转子（1）、主动转子（4）、可调负载（5），其特征在于主动转子（4）上安装有发电线圈（3），从动转子上安装有磁性部（2），发电线圈（3）与可调负载（5）电连接，当从动转子与主动转子产生相对转动时，发电线圈（3）向可调负载（5）输出电能。

2.根据权利要求1所述的可调扭矩可发电的磁力联轴器，其特征在于磁性部（2）为永磁体、励磁部、永磁体与励磁部结合体三种部件形式中的一种，所述励磁部包括励磁线圈（31）、励磁电源模块（32）。

3.根据权利要求1所述的可调扭矩可发电的磁力联轴器，其特征在于可调负载（5）为可变电阻、电动机、可调功率的充电机三种负载中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的可调扭矩可发电的磁力联轴器，其特征在于可调负载（5）的工作功率可以调节。

5.一种使用磁力联轴器的助力式混合动力新能源车，包括发动机（6）、电动机（53）、电池组（22）、驱动轮（8）、可调功率的充电机（21）、权利要求1-4任一项所述的一种可调扭矩可发电的磁力联轴器（111），其特征在于发动机（6）与磁力联轴器（111）的主动转子传动连接，驱动轮（8）与磁力联轴器（111）的从动转子传动连接，可调功率的充电机（21）输出端与电池组（22）电连接，可调功率的充电机（21）输入端与磁力联轴器（111）的发电线圈电连接。

6.根据权利要求5所述的使用磁力联轴器的助力式混合动力新能源车，其特征在于所述新能源车的发动机（6）的功率小于电动机（53）功率的四分之一。

7.根据权利要求5所述的使用磁力联轴器的助力式混合动力新能源车，其特征在于发动机（6）、电动机（53）分别单独驱动所述新能源车的前轮、后轮，形成实时四驱驱动形式。

8.根据权利要求5所述的使用磁力联轴器的助力式混合动力新能源车，其特征在所述新能源车行驶时，发动机（6）处于常态工作状态。

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