專利名稱：乘用車專用高低速多電機離合式組合無刷直流電動機的制作方法
技術領域：
本發明屬于乘用車專用直流電動機,具體涉及一種乘用車專用高低速多電機離合式組合無刷直流電動機。
背景技術：
目前，我國電動乘用車使用的電動機基本上是有刷直流電動機和無刷直流電動機。有刷直流電動機的優勢是啟動電流大，啟動扭力大，缺點是效率較低，且在使用過程中需更換電刷和滑環，維修困難。無刷直流電動機的優勢是效率高，免維修，缺點是啟動電流和扭力比有刷直流電動機小，難于滿足直驅式電動乘用車的功能需要。為了克服無刷電動機啟動電流和扭力小的缺點，目前有采用通過控制器大幅度提高峰值電流的方法來增大啟動扭力。采用大幅度提高峰值電流的方法，電動機的啟動扭力小的問題是解決了，但控制器的成本也大幅度提高了，用戶難以接受。通常情況下，電動乘用車行駛時所需要的功率和扭 力是時常發生變化的，時大時小，時斷時續，電動機只有在接近額定功率的區間運行，電動機才有高的效率，而當電動乘用車在起步和爬坡時，所需的扭力很大，或者當電動乘用車空車輕負荷和在平整的路面正常行駛時，所需的扭力很小，電動乘用車在這兩種工況下行駛，電動機處在過載狀態或者接近空載狀態，電動機的效率都很低，這時會形成較大的浪費。
發明內容
本發明的目的在于針對現有的電動乘用車電動機所存在的上述缺陷，提供一種電動乘用車專用、能增大啟動扭力、節約能源的高低速多電機離合式組合的無刷直流電動機，同時解決了大功率高峰值電流控制器成本過高的問題。本發明的目的是通過如下的技術方案來實現的該乘用車專用高低速多電機離合式組合無刷直流電動機，包括機座、機座兩端的端蓋、安裝于端蓋內的軸承；其特點是它包括兩根以上的轉軸，各轉軸通過單向離合器依次同軸心連接；每根轉軸上安裝有一個轉子，每個轉子對應的機座內安裝有一個定子，從而形成兩臺以上各自獨立的分電機，各分電機之間的電路和磁路均不互相干擾；各分電機中，靠近非軸伸端端蓋旁的一臺分電機為低轉速高扭矩的輔助增扭電機，其余的分電機為高轉速低扭矩的主電機，主電機和輔助增扭電機采用不同的額定轉速設計；各相鄰分電機之間安裝有端蓋，端蓋內安裝有軸承，軸承用于支撐轉軸的一端；所述輔助增扭電機和各主電機的繞組電路、霍爾傳感器電路均各自獨立，并分別連接到各自的控制器上，外部直流電源通過一組電源切換開關與各控制器連接，并控制各個分電機的電源通斷。進一步，所述單向離合器包括球軸承和楔塊，楔塊安裝于外環和內環之間，楔塊的較長對角線長度大于外環與內環的半徑之差，楔塊的較短對角線長度小于外環與內環的半徑之差。根據實際需要，所述分電機中的主電機為內轉子結構，輔助增扭電機或者為內轉子結構，或者為外轉子結構。
本發明的工作原理及過程如下主電機的功能是為乘用車正常行駛提供動力，輔助增扭電機的功能是為乘用車起動和爬坡時協助主電機提供足夠的扭力。主電機和輔助增扭電機采用不同的額定轉速設計，主電機為高速電機，增扭電機為低速電機，充分利用了主電機高轉速、低扭矩，增扭電機高扭矩、低轉速的特點，主電機與主電機之間的技術參數相同，主電機與增扭電機之間除轉速不同之外，其他技術參數可以相同，也可以不相同。主電機和主電機、主電機和輔助增扭電機之間的轉軸均采用單向離合器連接。單向離合器是由球軸承和楔塊組成，由球軸承承受徑向力，楔塊承受扭矩，組合起來實現單向旋轉的功能；當動力源驅動被動元件正轉、動力源與被驅動元件同轉速時只能單一方向傳動，可以進行動力傳遞，而當動力源要驅動被動元件反轉、或動力源停轉、或動力源轉速低于被驅動元件轉速時是不能進行動力傳遞的，動力源和被驅動元件會自動分離。當主電機和增扭電機正轉并且所有分電機的轉速相同時，主電機和增扭電機的動力均可以通過單向離合器逐級傳遞，當主電機正轉，增扭電機反轉或停止轉動或轉速低于主電機轉速時，增扭電機和主電機在單向離合器的作用下自動分離，增扭電機的動力不可以傳遞到主電機的轉軸上；同理，主電機和主電機之間也只有在正轉和轉速一致的前提下進行動力傳遞。充分利用了單向離合器正轉合，可以傳遞動力，反轉和停轉離，不可以傳遞動力的特點，避免了電動機在運行過程中按設計程序停止運行的增扭電機和主電機對還在運行中的主電機的電路、磁路和機械干擾。電動乘用車在起步和爬坡時電動機處在低速運行狀態，乘用車需要的扭力最大，此時·主電機和增扭電機同時啟動運行,主電機和增扭電機的動力可以全部傳遞到乘用車的變速箱；而當乘用車在起步后在平整的路面正常行駛時，乘用車需要的扭力與起步和爬坡時相t匕，已大為減少，此時乘用車的速度已經起來，主電機逐漸接近高速運行，由于增扭電機是低速電機，此時增扭電機的轉速已趕不上主電機的轉速，增扭電機輸出的動力已不能通過單向離合器傳遞給主電機的中軸，增扭電機處于空轉狀態，通過線路控制板，可以設置空轉狀態下的增扭電機為停止運行；而當乘用車在空車輕負荷行駛或下坡時，乘用車所需的功率較小，通過線路控制板又可以將一臺主電機停止運行；而當乘用車遇到爬坡需要大扭力，速度降下來，電機轉速由高速變為低速時，通過線路控制板，增扭電機和主電機又可以部分或全部開啟運行。電動機在空載和過載的區間運行，效率很低，讓電動機盡可能多的在接近額定功率的區間運行，總體效率才會提高，采用這種高低速多電機離合式組合無刷直流電動機，充分利用高速電機高轉速、低扭矩，低速電機高扭矩、低轉速的特點，可以實現電動機輸出的扭力和功率與乘用車在各種工況下所需的扭力和功率相匹配，以達到提高電動機的運行效率、節約能源的目的，同時，無需改變電動機控制器峰值電流，控制器由大功率的單臺改為小功率的多臺，與現有的以增大控制器的輸出功率，提高控制器峰值電流的方法相t匕，大幅度降低了控制器的制造成本，從而使電動機整套裝置的制造成本有較大幅度的降低。本發明與現有直驅式電動乘用車電動機相比所產生的有益效果如下(I)解決了無刷直流電動機啟動扭力相對較小，難以滿足直驅式電動乘用車功能需求的問題。采用高低速多電機離合式組合無刷直流電動機，充分利用了高速電機高轉速、低扭矩，低速電機高扭矩、低轉速的特點，實現電動機輸出的扭力和功率與乘用車在各種工況下所需的扭力和功率相匹配，提高了電動機高效率運行區間，降低了電動機低效率運行區間，從而將電動機的總體效率得到大幅度提高，避免了現有電動機有時大馬拉小車，浪費能源的弊端，節約能源。(2)解決了大功率、高峰值電流控制器成本過高的問題，大功率高峰值電流控制器制造成本高昂，小功率低峰值電流控制器制造成本低廉，控制器由大功率的單臺改為小功率的多臺，與現有的以增大控制器的輸出功率，提高控制器峰值電流的方法相比，大幅度降低了控制器的制造成本，從而使電動機整套裝置的制造成本有較大幅度的降低。(3)克服了現有有刷直流電動機效率低，維修困難的缺點。本發明特別適應于為直驅式電動乘用車、帶機械變速檔位的電動乘用車、礦山牽引車提供動力，亦適應于為在運行過程中功率和扭力時常發生變化的其他設備提供動力。
圖I是本發明實施例的電動機內部結構示意圖。
圖2是本發明實施例的電動機單向離合器工作原理圖，其中，圖a是單向離合器反轉自由時的端面示意圖，圖b是單向離合器正轉鎖止時的端面示意圖，圖c是楔塊部分的放大示意圖。圖3是本發明電動機控制系統連接示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的描述。參見圖I和圖3，本實施例的主要部件有一個機座、四個端蓋、四個軸承、三根轉軸、兩個單向離合器、三個定子、三個轉子、三組霍爾傳感器、三個控制器、一個切換開關。三根轉軸、三個定子、三個轉子和三組霍爾傳感器組成三個獨立的分電機，三個分電機共用一個機殼，平行排列在同一條軸線上，三個分電機的轉軸由兩個單向離合器連接，三個分電機的電源引線和霍爾傳感器引線分別與各自的控制器連接，三個控制器的電源線連接切換開關，切換開關連接直流電源。參見圖I、圖2、圖3，本實施例中，直流電源16與由智能電路控制板控制的電源切換開關17連接，電流經電源切換開關17分三路分別進入主電機控制器18、主電機控制器19、增扭電機控制器20，電流經主電機控制器18變頻形成三相方波直流電后進入由轉軸6、定子9、轉子12組成的主電機21，經主電機控制器19變頻形成三相方波直流電后進入由轉軸7、定子10、轉子13組成的主電機22，經增扭電機控制器20變頻形成三相方波直流電后進入由轉軸8、定子11、轉子14組成的增扭電機23，進入主電機21、22和增扭電機23的變頻方波電流在各自的定子鐵芯上產生旋轉磁場，旋轉磁場與各自轉子上的磁鋼永磁體相互作用，帶動各自的轉子和轉軸旋轉。主電機21運行時的動力由轉軸6直接傳遞輸出，主電機22運行時的動力由轉軸7通過單向離合器15傳遞到轉軸6，再由轉軸6輸出，增扭電機23運行時的動力由轉軸8通過單向離合器15傳遞到轉軸7，再通過單向離合器15傳遞到轉軸6，再由轉軸6輸出。圖3所示是本實施例單向離合器工作原理圖，其中，151為楔塊，152為外環，153為內環。主電機21、22為同轉速的高速電機，增扭電機23為低速電機，兩個主電機和一個增扭電機在低轉速時可以同時運行，各電機的動力可以同時傳遞，高轉速時，增扭電機23的動力在單向離合器15的分離下不可以傳遞，此時增扭電機23空載，空載時的增扭電機23通過切換開關17停止運行；高轉速時，主電機21和22的動力通過單向離合器15仍可以傳遞，也可以在通過切換開關17將主電機22停止運行后停止動力傳遞。主電機21、22和增扭電機23可以同時停機，分別停機只能按順序從增扭電機23開始，再主電機22，再主電機21 ;主電機21、22和增扭電機23可以同時啟動開機，分別啟動開機只能按順序從主電機21開始，再主電機22，再增扭電機23。安裝在主電機21、22和增扭電機23各自內部的霍爾傳感器24、25、26檢測到的轉子位置信息同時分別反饋到主電機控制器18、19和增扭電機控制器20，控制器18、19、20分別根據霍爾傳感器24、25、26的反饋信息對電源電流進行變頻、改變電流方向和切換三相電流的連接與斷開。端蓋2內安裝軸承501支撐連接轉軸6的左端，端蓋401內安裝軸承502支撐連接轉軸6的右端，端蓋402安裝軸承503支撐連接轉軸7的右端，端蓋3安裝軸承504支撐連接轉軸8的右端。本實施例的主電機21、22和增扭電機23在乘用車起步需要大扭力大功率時，同時開啟，當乘用車起步后達到一定速度，增扭電機23會因逐步趕不上主電機21、22的轉速而空載停止運行，當乘用車空車輕負荷在平整路面正常行駛或下坡行駛需要小扭力小功率時，主電機22也會自動或手動停止，當乘用車遇到爬坡需要的扭力和功率驟然增大時，電動機的轉速會迅速降下來后，主電機21、22和增扭電機23又會部分或全部開啟。·
本發明的電動機也可以是一臺增扭電機(低速電機)配一臺主電機(高速電機)；也可以是一臺增扭電機(低速電機)配一臺主電機(中速電機)和另一臺主電機(高速電機);也可以是一臺增扭電機(低速電機)配多臺主電機(中速電機)和另外多臺主電機(高速電機)。根據本發明相同原理制作的高低速離合式的多分電機的無刷直流電動機，也在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種乘用車專用高低速多電機離合式組合無刷直流電動機，包括機座、機座兩端的端蓋、安裝于端蓋內的軸承；其特征在于它包括兩根以上的轉軸，各轉軸通過單向離合器依次同軸心連接；每根轉軸上安裝有一個轉子，每個轉子對應的機座內安裝有一個定子，從而形成兩臺以上各自獨立的分電機，各分電機之間的電路和磁路均不互相干擾；各分電機中，靠近非軸伸端端蓋旁的一臺分電機為低轉速高扭矩的輔助增扭電機，其余的分電機為高轉速低扭矩的主電機，主電機和輔助增扭電機采用不同的額定轉速設計；各相鄰分電機之間安裝有端蓋，端蓋內安裝有軸承，軸承用于支撐轉軸的一端；所述輔助增扭電機和各主電機的繞組電路、霍爾傳感器電路均各自獨立，并分別連接到各自的控制器上，外部直流電源通過一組電源切換開關與各控制器連接，并控制各個分電機的電源通斷。
2.根據權利要求I所述的乘用車專用高低速多電機離合式組合無刷直流電動機，其特征在于所述單向離合器包括球軸承和楔塊，楔塊安裝于外環和內環之間，楔塊的較長對角線長度大于外環與內環的半徑之差，楔塊的較短對角線長度小于外環與內環的半徑之差。
3.根據權利要求I或2所述的乘用車專用高低速多電機離合式組合無刷直流電動機，其特征在于它包括三根轉軸，兩個單向離合器將三根轉軸依次同軸心連接，從而形成一臺輔助增扭電機和兩臺主電機；各相鄰分電機之間的端蓋安裝于機座內。
4.根據權利要求I或2所述的乘用車專用高低速多電機離合式組合無刷直流電動機，其特征在于所述分電機中的主電機為內轉子結構，輔助增扭電機或者為內轉子結構，或者為外轉子結構。
全文摘要
本發明公開了一種乘用車專用高低速多電機離合式組合無刷直流電動機。本發明電動機包括兩根以上的轉軸，各轉軸通過單向離合器依次同軸心連接；每根轉軸上安裝有一個轉子，每個轉子對應的機座內安裝有一個定子，從而形成兩臺以上各自獨立的分電機，各分電機之間的電路和磁路均不互相干擾，其中靠近非軸伸端端蓋旁的一臺分電機為低轉速高扭矩的輔助增扭電機，其余的分電機為高轉速低扭矩的主電機；各分電機的繞組電路、霍爾傳感器電路均各自獨立，并分別連接到各自的控制器上，外部直流電源通過一組電源切換開關與各控制器連接，并控制各個分電機的電源通斷。本發明解決了無刷直流電動機啟動扭力小，大功率、高峰值電流控制器成本過高等問題。
文檔編號F16D41/06GK102882313SQ201210421629
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月29日 優先權日2012年10月29日
發明者羅壽元, 柏衡爾 申請人:羅壽元