混合動力車用少極差磁齒輪復合電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種混合動力車用少極差磁齒輪復合電機，屬于電磁齒輪傳動系統技術領域。
【背景技術】
[0002]傳統動力汽車燃油利用率低、尾氣排放污染環境，節能減排已成為人們關注的焦點，其中混合動力汽車作為一種新能源汽車，具有燃油經濟性高、尾氣排放低、續航里程長等優點，成為解決該問題的有效途徑。
[0003]混合動力汽車的動力耦合系統主要分為機械式和電磁式兩種工作方式。機械式混合動力耦合系統主要是把由電機和內燃機提供的兩種動力源通過多自由度機械行星齒輪高效耦合，兩種動力源在不同行駛工況下靈活配合，使內燃機工作于最佳燃油區域，但其存在機械式行星齒輪電機體積龐大、機械結構復雜，且易出現機械疲勞、摩擦損耗、震動噪音及潤滑障礙等問題；最為典型的電磁式混合動力耦合系統由雙轉子電機構成，可有效規避機械式動力耦合系統存在的上述問題，但在該類系統中，采用集電環和電刷與外部電路相連的內轉子電樞繞組在高速旋轉時易使集電環和電刷之間產生火花和相應磨損；無刷化電磁式混合動力耦合系已成為電磁式混合動力汽車采取的熱門技術解決方案，但由于現有無刷化雙轉子電機結構內電機體積小，難以實現大功率的動力合成與轉矩傳遞，又使得該類電磁式混合動力系統難以在重型運輸、公共交通等大功率作業場合使用。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的上述不足，本實用新型提出一種混合動力車用新型電磁式動力耦合系統解決方案，結合永磁同步電機設計方法和機械齒輪傳動領域的新型少齒差行星齒輪傳動技術，利用少極差磁場錯極原理，將輸入給偏心結構行星輪的公轉通過行星轉子磁體與復合轉子磁體在徑向偏心氣隙磁場中相互異極性親合轉化為行星輪的自轉，經輸出結構將行星輪自轉輸出，從而實現力矩傳遞、變速傳動及能量流的分配與傳輸。
[0005]該混合動力車用少極差磁齒輪復合電機主要零部件包括定子機殼、定子鐵芯、定子繞組、復合轉子背鐵、復合轉子內外圈永磁體、行星轉子鐵芯、行星轉子永磁體、銷軸、拉緊螺釘、輸入軸和輸出軸、軸承、軸承端蓋、支撐架及液壓缸，其中輸入軸采用雙偏心錯位為180°的轉臂結構，兩個行星轉子完全相同，平行而對稱地安裝在輸入軸上，當輸入軸帶動兩個行星轉子旋轉時，它們各自產生的離心力將互相抵消，使輸入軸處于平衡狀態，提高傳動平穩性；行星轉子通過銷軸結構與輸出軸進行連接；行星轉子外表面以及復合轉子內、外表面的永磁體均以N、S極交替排列，行星轉子與偏心輸入軸相連，作為主動輪繞旋轉中心軸線公轉，復合轉子內圈永磁體通過偏心徑向氣隙與行星轉子永磁體進行少極差磁場耦合，驅動行星轉子繞自身軸線反向自轉，在行星轉子鐵芯的磁軛部位加工有圓周均布銷孔，通過銷軸式輸出機構，將行星轉子的低速自轉經輸出軸輸出，行星轉子和復合轉子構成徑向磁場少極差磁齒輪副；定子機殼、定子鐵芯、定子繞組構成定子，復合轉子背鐵、復合轉子內圈永磁體和復合轉子外圈永磁體構成復合轉子，該帶電勵磁極的定子和復合轉子構成模塊化永磁驅動外電機；將高轉矩密度的徑向磁場少極差磁齒輪集成在模塊化永磁驅動電機的轉子內部，形成具有兩個機械端口和一個電磁端口的多端口動力耦合系統。
[0006]結合圖2來說明該混合動力車用少極差磁齒輪復合電機的工作原理，輸入軸和輸出軸作為兩個機械端口分別與內燃機和車輪相連，帶電勵磁極的定子和復合轉子共同構成外電機，是系統電功率的輸入端口，通過內燃機和外電機的共同作用，實現機械功率流與電功率流的合成及能量傳輸，通過控制兩種功率流的比例，并與離合一制動系統配合，使混合動力汽車在啟動、重載、爬坡、加速、剎車以及高速巡航等不同運行工況下，內燃機始終運行于最佳燃油經濟區，實現整車的效率最高和排放最少。
[0007]該混合動力車用少極差磁齒輪復合電機的主要參數之間存在如下關系:復合轉子內圈永磁體極對數為Pi，行星轉子永磁體的極對數為p2，極對數pJP p 2為彼此互素的正整數對，并滿足Pl>P2，1 ( Pl-P2<4的約束條件；復合轉子與行星轉子呈偏心分布結構，行星轉子鐵芯與旋轉中心的偏心距為a，復合轉子內圈永磁體與行星轉子永磁體之間的最小氣隙的長度為e，其中復合轉子內圈永磁體的內徑為Di，行星轉子永磁體外徑為D2，各參數之間滿足(D「2Xe) +D2= p a = 0.5X (DrD2-2Xe)的約束條件；定子鐵芯的槽數為Ns，復合轉子外圈永磁體極對數為Ρηι，二者之間存在多種配比關系，為了獲得較大的轉矩密度，應當使電機的節距和極距相近，因此，定子鐵芯的槽數Ns和復合轉子外圈永磁體極對數之間滿足Ns= 2p ?±2的約束條件；對于三相永磁電機來說，定子鐵芯的槽數Ns還應能夠被3整除；此外，令復合轉子外圈永磁體極對數P?r^復合轉子內圈永磁體極對數Ρ:相等。
[0008]采用上述技術方案可以達到如下技術效果:(1)克服了機械式齒輪傳動易出現機械疲勞、摩擦損耗、震動噪音及潤滑障礙等問題，傳動效率大大提高，具有高效節能、低碳環保經濟特點，廣泛推廣可極大地節省能源；(2)少極差磁場耦合技術使得磁體的耦合程度增大，轉矩密度顯著提高，為實現大力矩傳動奠定了基礎，不僅有效提高整個混合動力汽車的動力耦合系統集成度，而且顯著提升系統的傳動能力；(3)輸入軸采用雙偏心錯位為180°的轉臂結構，兩個完全相同的行星轉子平行而對稱地安裝在輸入軸上，輸入軸旋轉時，兩個行星轉子各自產生的離心力能夠互相抵消，使輸入軸處于平衡狀態，提高傳動平穩性；(4)采用永磁傳動技術，可以使機構在過載時因主、從動輪滑轉而隨時切斷傳動關系，對負載和原動機起到保護作用；(5)多端口結構可以實現內燃機和外電機的共同作用，實現機械功率流與電功率流的合成及能量傳輸，通過控制兩種功率流的比例，使混合動力汽車在不同運行工況下，內燃機始終運行于最佳燃油經濟區，實現整車的效率最高和排放最少。
【附圖說明】
[0009]圖1是混合動力車用少極差磁齒輪復合電機具體結構圖
[0010]圖2是混合動力車用少極差磁齒輪復合電機徑向結構拓撲圖
[0011]圖3是混合動力車用少極差磁齒輪復合電機工作原理示意圖
[0012]以上圖中:1.復合轉子外圈永磁體，2.復合轉子背鐵，3.復合轉子內圈永磁體，
4.銷軸，5.行星轉子鐵芯，6.軸承，7.軸承，8.輸入軸，9.軸承端蓋，10.支撐架，11.偏心軸，12.行星轉子永磁體，13.定子繞組，14.定子機殼，15.引出線，16.定子鐵芯，17.軸承，18.液壓缸，19.支撐架，20.軸承，21.軸承端蓋，22.輸出軸，23.軸承，24.拉緊螺釘，25.傳送帶，26.內燃機，27.離合器，28.車輪，29.整流器一，30.蓄電池，31.整流器二，32.起發動機，5a.行星轉子一，5b.行星轉子二
【具體實施方式】
[0013]本實用新型提出一種混合動力車用少極差磁齒輪復合電機，它是針對機械式混合動力耦合系統存在電機體積龐大、機械結構復雜、易出現機械疲勞、摩擦損耗、震動噪音及潤滑障礙等問題，由雙轉子電機構成的電磁式混合動力耦合系統在內轉子電樞繞組高速旋轉時易使集電環和電刷之間產生火花和相應磨損的問題，以及當前無刷化雙轉子電機結構內電機體積小，難以實現大功率動力合成與轉矩傳遞，限制其在重型運輸、公共交通等大功率作業場合使用的問題而提出的。
[0014]從圖1和圖2可知，混合動力車用少極差磁齒輪復合電機主要由內部徑向磁場少極差磁齒輪和外部模塊化永磁驅動電機組成，其中內部徑向磁場少極差磁