專利名稱：磁阻式四端口機電能量變換器的制作方法
技術領域：
本發明具體涉及一種傳動系統用磁阻式機電能量變換裝置。
背景技術：
目前，用于傳動系統實現機械能和電能的分配和傳遞的有，機械齒輪變速箱 (分為手動變速和自動變速)加上電機及驅動控制裝置組成的系統，以及雙機械 端口電機及其驅動控制構成的系統。
對于機電能量變換器已有很多研究。專利號為W00034066、 EP1481463和 CN1945939A的專利文獻中都公開了一種雙機械端口電機。專利號為W00034066 中公開的的雙機械端口電機，其徑向磁場的方案是最外層為定子，中間為中間轉 子，最內層為轉子的雙轉子電機。其中，轉子一中間轉子以及中間轉子一定子形 成了兩個電機且在機械上形成一個整體。兩個電機可以是同步電機也可以是異步 電機，但它們是電磁隔離的。其控制可以獨立進行，沿用傳統的電機控制方法。 專利EP1481463在專利WO0034066的基礎上進行了改進，它進一步提出了使內外 電機不僅在機械上連接，在磁路上也部分耦合。這種電機中間轉子比較厚，重量 較大，其弱磁需要較大的弱磁電流來抵消永磁體產生的磁場，從而加大了電機損 耗，弓l起電機的溫升。并且專利中沒有提到磁場耦合給控制帶來的困難及解決的 辦法。專利CN1945939A的專利文獻中公開的的雙機械端口電機有徑向磁場方案 和軸向磁場方案，并且提出了一種驅動控制方法。其電機實現有多種方法基于 永磁電機原理的雙轉子電機，效率較高，但是成本也較高，并且可靠性并不能保 證，弱磁時也需要較大的弱磁電流，以至電機損耗和溫升也比較大；基于感應電 機原理的雙轉子，中間轉子耦合場比較復雜，其等效電路模型并不清晰，給控制 帶來很大麻煩。
發明內容
為了解決現有雙轉子機電能量變換器的恒功率范圍窄、可靠性不高的問題， 本發明提供了一種磁阻式四端口機電能量變換器。
本發明包括機殼、主軸、畐懶、外轉子、定子和內轉子，外轉子、定子和 內轉子在機殼內，外轉子固定在主軸的支架上，主軸的右側連接端口作為第一
機械端口；內轉子連接在副軸上，副軸的左側連接端口作為第二機械端口；定 子固定在機殼內壁上；副軸的中部和右端通過軸承分別與支架上的左側軸孔和 右側軸孔轉動連接，副軸的左側中部通過軸承與機殼的左端蓋上的軸孔轉動連 接，主軸的右側中部通過軸承與機殼的右端蓋上的軸孔轉動連接，定子、外轉 子、內轉子、副軸和主軸的軸心線相重合，所述定子的內表面與外轉子的外表 面之間有氣隙，外轉子的內表面與內轉子的外表面之間有氣隙，它還包括副位 置檢測裝置和主位置檢測裝置，所述的副位置檢測裝置設置在機殼的左端蓋外 側，主位置檢測裝置設置在機殼右端蓋的外側，內轉子的鐵心和定子的鐵心為 凸極結構，內轉子的鐵心和定子的鐵心上安放有單相或多相集中繞組；定子繞 組直接穿過左端蓋引出的連接端口作為第一電氣端口并連接有第一功率變換 器，內轉子繞組與設置在機殼外的副軸上的滑環連接，從滑環接出的連接端口 作為第二電氣端口并連接有第二功率變換器，所述的第一功率變換器與第二功 率變換器之間連接有外接儲能裝置；外轉子為內外雙凸極結構且在切線方向上 作為磁路的導體。
本發明可以應用于汽車傳動方面及風力發電方面，在用于汽車傳動時實現 無級變速，并能代替離合器、變速箱、起動機和發電機；它具有堅固可靠、恒 功率范圍寬、可靠性高的優點。
圖l是本發明的結構示意圖，圖2是圖1的A-A剖面圖，圖3是具體實施 方式三的結構示意圖，圖4是圖3的D-D剖面圖，圖5是圖3的E向視圖，圖 6是圖1的B-B剖面圖，圖7是圖6的左視圖，圖8是圖1的C-C剖面圖，圖 9是圖8的左視圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一下面結合圖l、圖2、圖6、圖7、圖8和圖9具體說明 本實施方式，本實施方式由機殼l、主軸2、副軸3、外轉子4、定子5、內轉 子6、副位置檢測裝置7和主位置檢測裝置8，外轉子4、定子5和內轉子6在 機殼1內，外轉子4固定在主軸2的支架2-1上，主軸2的右側連接端口作為 第一機械端口；內轉子6連接在副軸3上，副軸3的左側連接端口作為第二機 械端口；定子5固定在機殼1內壁上；副軸3的中部和右端通過軸承分別與支 架2-1上的左側軸孔和右側軸孔轉動連接，副軸3的左側中部通過軸承與機殼1
的左端蓋1-1上的軸孔轉動連接，主軸2的右側中部通過軸承與機殼1的右端 蓋1-2上的軸孔轉動連接，定子5、外轉子4、內轉子6、副軸3和主軸2的軸 心線相重合，所述定子5的內表面與外轉子4的外表面之間有氣隙L1，外轉子 4的內表面與內轉子6的外表面之間有氣隙L2，所述的副位置檢測裝置7設置 在機殼1的左端蓋1-1外側，主位置檢測裝置8設置在機殼1右端蓋1-2的外 側，副位置檢測裝置7是由固定在副軸3上的齒盤15和固定在左端蓋1-1上的 檢測板16組成，所述齒盤15的外側設有排列均勻的齒15-1，齒盤15的齒15-1 的數量和外轉子4的極數相對應，檢測板16的與齒盤15相對的端面上設置有 光電耦合開關13和信號處理器14，齒盤15上的與光電耦合開關13相對的齒 15-1卡在光電耦合開關13中；主位置檢測裝置8的組成及連接關系與副位置檢 測裝置7相同，內轉子6的鐵心和定子5的鐵心為凸極結構，內轉子6的鐵心 和定子5的鐵心上安放有單相或多相集中繞組；定子繞組5-1直接穿過左端蓋 1-1引出的連接端口作為第一電氣端口并連接有第一功率變換器10，內轉子繞 組6-2與設置在機殼1外的副軸2上的滑環9連接，從滑環9接出的連接端口 作為第二電氣端口并連接有第二功率變換器11，所述的第一功率變換器10與 第二功率變換器11之間連接有外接儲能裝置12;外轉子4為內外雙凸極結構 且在切線方向上作為磁路的導體；外轉子4為內外雙凸極結構，提供統一磁場 通路，用來輸出功率；主位置檢測裝置8測量的是第一機械端口的位置和轉速， 副位置檢測裝置7測量的是第二機械端口的位置和轉速。
當上述磁阻式四端口機電能量變換器應用在汽車傳動領域中時，所述的第 一機械端口直接與傳動軸相連，第二機械端口與發動機的輸出端連接，分別通 過第一功率變換器和第二變換器給第一電氣端口和第二電氣端口輸入或輸出電 能。
若上述磁阻式四端口機電能量變換器的功率變換器不連接外接儲能設備， 它將像普通的無級變速器一樣工作，其實現的功能是離合器和變速箱。在汽車 中安裝磁阻式四端口機電能量變換器，則發動機實際上為唯一的能量轉換器提 供動能，其輸出特性可按最佳狀態設定，這樣，可以提高發動機的效率，減少 燃料的消耗，降低噪聲以及減少汽車中有害氣體的排放。由于磁阻式四端口機 電能量變換器是一個無級變速器，在加減速的時候沒有換檔振動，也就可以在 恒定功率(最大的容許值)下連續加速，而不是像傳統變速箱那樣在加減速時有
或大或小的波動，并且對于相同的發動機，磁阻式四端口機電能量變換器的加 速過程要快于傳統變速箱。工作時，外轉子沒有電流產生，電磁耦合較小，所 以控制也較簡單。在它的軸兩端安放位置檢測裝置，可以精確的得到轉子位置 信號以及速度信號，那么將位置信號輸送給控制器便可對內外轉子實行精確的 轉矩及轉速控制，可以達到很寬的調速范圍。
若上述磁阻式四端口及電能量變換器的功率變換器連接外接儲能設備，則 將組成磁阻式電氣變速器系統，如把定子、外轉子以及主軸組成的部分稱為主
電機，這部分是用來驅動汽車車輪；把內轉子、外轉子和副軸組成的部分稱為 副電機，這部分是用來傳遞發動機的功率，當汽車啟動時，可以只有主電機工 作，這時外接儲能設備提供能量，那么磁阻式電氣變速器就是一個獨立的起動 器。 一般地，汽車在短時停車時并不熄掉發動機，因為傳統的起動器并不太適 合頻繁的啟動，但是磁阻式電氣變速器可以很好的解決這個問題，不但節省燃 料，而且會更加舒適。當汽車需要制動時，主電機可以作為發電機，可以將剎 車的能量回收給外接儲能設備，并且磁阻式電氣變速器可以隨時開關，因此空 載損耗要低很多；在汽車正常運行時，磁阻式電氣變速器的主副電機正常工作， 可以根據發動機的最優工作點以及汽車的行使速度來調節變速比，同時調節功 率輸出。發動機以恒速運行，拖動副電機工作，副電機將一部分能量以電磁能 直接轉化給主電機，另一部分能量轉變成電能傳遞給主電機。主副電機根據汽 車的需要調節輸出的轉矩和速度，主副電機均由單獨的控制器來控制，從而實 現了變速箱無級變速的功能；假如汽車加速時，發動機的功率不夠，可以從外 接儲能設備提供額外能量，這樣就可以將發動機最大功率設計的較小，從而使 汽車更加經濟節能，而不影響其加速性能。
具體實施方式
二下面結合圖3、圖4和圖5具體說明本實施方式，本實 施方式中內轉子6的鐵心和定子5的鐵心的極數與外轉子4的內外極數相匹配， 內轉子6的鐵心軛上開槽且槽內設置有永磁體10，定子5的鐵心軛上開槽且槽 內設置有永磁體IO，增加永磁體可以增大電磁轉矩、提高材料利用率，并能夠 提高效率，其它組成及連接關系同具體實施方式
一。
權利要求
1、磁阻式四端口機電能量變換器，它包括機殼(1)、主軸(2)、副軸(3)、外轉子(4)、定子(5)和內轉子(6)，外轉子(4)、定子(5)和內轉子(6)在機殼(1)內，外轉子(4)固定在主軸(2)的支架(2-1)上，主軸(2)的右側連接端口作為第一機械端口；內轉子(6)連接在副軸(3)上，副軸(3)的左側連接端口作為第二機械端口；定子(5)固定在機殼(1)內壁上；副軸(3)的中部和右端通過軸承分別與支架(2-1)上的左側軸孔和右側軸孔轉動連接，副軸(3)的左側中部通過軸承與機殼(1)的左端蓋(1-1)上的軸孔轉動連接，主軸(2)的右側中部通過軸承與機殼(1)的右端蓋(1-2)上的軸孔轉動連接，定子(5)、外轉子(4)、內轉子(6)、副軸(3)和主軸(2)的軸心線相重合，所述定子(5)的內表面與外轉子(4)的外表面之間有氣隙(L1)，外轉子(4)的內表面與內轉子(6)的外表面之間有氣隙(L2)，其特征在于它還包括副位置檢測裝置(7)和主位置檢測裝置(8)，所述的副位置檢測裝置(7)設置在機殼(1)的左端蓋(1-1)外側，主位置檢測裝置(8)設置在機殼(1)右端蓋(1-2)的外側，內轉子(6)的鐵心和定子(5)的鐵心為凸極結構，內轉子(6)的鐵心和定子(5)的鐵心上安放有單相或多相集中繞組；定子繞組(5-1)直接穿過左端蓋(1-1)引出的連接端口作為第一電氣端口并連接有第一功率變換器(10)，內轉子繞組(6-2)與設置在機殼(1)外的副軸(2)上的滑環(9)連接，從滑環(9)接出的連接端口作為第二電氣端口并連接有第二功率變換器(11)，所述的第一功率變換器(10)與第二功率變換器(11)之間連接有外接儲能裝置(12)；外轉子(4)為內外雙凸極結構且在切線方向上作為磁路的導體。
2、 根據權利要求1所述的磁阻式四端口機電能量變換器，其特征在于內轉 子(6)的鐵心和定子(5)的鐵心的極數與外轉子(4)的內外極數相匹配，內 轉子(6)的鐵心軛上開槽且槽內設置有永磁體(10)，定子(5)的鐵心軛上開 槽且槽內設置有永磁體(10)。
3、 根據權利要求1所述的磁阻式四端口機電能量變換器，其特征在于副位 置檢測裝置(7)是由固定在副軸(3)上的齒盤(15)和固定在左端蓋(1-1) 上的檢測板(16)組成，所述齒盤(15)的外側設有排列均勻的齒(15-1)，齒 盤(15)的齒(15-1)的數量和外轉子(4)的極數相對應，檢測板(16)的與 齒盤(15)相對的端面上設置有光電耦合開關(13)和信號處理器(14)，齒盤 (15)上的與光電耦合開關(13)相對的齒(15-1)卡在光電耦合開關(13) 中；主位置檢測裝置(8)的組成及連接關系與副位置檢測裝置(7)相同。
全文摘要
磁阻式四端口機電能量變換器，它涉及一種機電能量變換裝置，為了解決現有雙轉子機電能量變換器的恒功率范圍窄、可靠性不高的問題。本發明的副位置檢測裝置設置在機殼的左端蓋外側，主位置檢測裝置設置在機殼右端蓋的外側，內轉子的鐵心和定子的鐵心為凸極結構，內轉子的鐵心和定子的鐵心上安放有單相或多相集中繞組；定子繞組直接穿過左端蓋引出的連接端口作為第一電氣端口并連接有第一功率變換器，從滑環接出的連接端口作為第二電氣端口并連接有第二功率變換器，所述的第一功率變換器與第二功率變換器之間連接有外接儲能設備；外轉子為內外雙凸極結構且在切線方向上作為磁路的導體。本發明具有堅固可靠、恒功率范圍寬、可靠性高的優點。
文檔編號B60K17/00GK101106308SQ200710072358
公開日2008年1月16日 申請日期2007年6月15日 優先權日2007年6月15日
發明者宋立偉, 崔淑梅, 遠 程, 陳清泉, 韓守亮 申請人:哈爾濱工業大學