專利名稱：電磁變速傳動裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于在發(fā)動機的轉軸之間傳遞功率的方法和裝
置，并且更具體地說，涉及 一 種電磁變速傳動裝置EVT (Electromagnetic Variable Transmission),其用于將4丑矩禾口功率直4妾,人 以某一速度操作的一個轉軸傳遞到以不同于第 一軸的速度操作的另 一轉軸上。
背景技術：
燃氣渦輪發(fā)動機通常包括一個或多個壓縮機，其后面則是燃燒 器和高壓渦輪和低壓渦輪。這些發(fā)動機構件設置成連續(xù)流通，并圍 繞發(fā)動機的縱軸中心線而設置在環(huán)形外殼中。壓縮機在操作期間通 過相應的渦輪和壓縮機空氣來驅動。壓縮機空氣在燃燒器中與燃料 混合，并點火，以便產(chǎn)生熱的燃燒氣體。燃燒氣體流過高壓渦輪和 低壓渦輪，其吸取由熱的燃燒氣體所產(chǎn)生的能量，以便驅動壓縮機， 并用于產(chǎn)生輔助的輸出功率。
發(fā)動機功率纟皮作為軸功率或推力進行傳遞，以便為飛行中的飛 機提供動力。例如，在其它可旋轉的負荷中，例如旁路渦輪風扇發(fā) 動機中的風扇轉子，或燃氣渦輪螺旋槳發(fā)動機中的螺旋槳中，從高 壓渦輪和低壓渦輪中吸取功率，以便驅動相應的風扇轉子和螺旋槳。
很好理解的是，在操作過程中，單個的渦輪風扇發(fā)動機的部件 需要不同的功率參數(shù)。例如，風扇轉速在一定程度上局限于頂部速 度，并且因為風扇直徑是非常大的，所以轉速必須非常低。另一方 面，核心壓縮機由于其小得多的頂圓直徑而可能在較高的轉速下驅 動。因此，分開的帶有獨立的功率傳遞裝置的高壓渦輪和低壓渦輪
對于飛機燃氣渦輪發(fā)動機中的風扇和核心壓縮機是必需的。而且因 為渦輪在較高的轉速下是最有效的，所以驅動風扇的較低速度的渦 輪需要補充級以吸取必要的功率。
許多新的飛機系統(tǒng)設計成可適應比當前飛機系統(tǒng)更大的電負 荷。當前正在研制的商業(yè)客機設計的電系統(tǒng)規(guī)格可能需要高達兩倍 于當前商業(yè)客機的電功率。這種提高的電功率需求必須源于為飛機 提供動力的發(fā)動機中吸取的機械功率。當以相對較低的功率水平操 作飛機發(fā)動機時，例如，當從高空怠速下降時，從發(fā)動機的機械功 率中吸取這種額外電功率可能會降低恰當操作發(fā)動機的能力。
在燃氣渦輪發(fā)動機中，傳統(tǒng)上從高壓(HP)發(fā)動機巻軸(spool)中吸 取電功率。相對較高的HP發(fā)動機巻軸的操作速度使其成為驅動連接
在發(fā)動機上的發(fā)電機的理想的機械功率源。然而，其需要從發(fā)動機
中的補充源中吸取功率，而非僅僅依賴于HP發(fā)動機巻軸來驅動發(fā)電 機。LP(低壓)發(fā)動機巻軸提供了備選的功率源，然而，相對較低的LP 發(fā)動機巻軸的速度通常需要使用齒輪箱，因為低速發(fā)電機通常比以 較高速度進行操作的相似額定功率的發(fā)電機要大。燃氣渦輪發(fā)動機 的增壓腔具有能夠包含反結構同步發(fā)電機的可用空間，然而，增壓 部分在LP發(fā)動機巻軸的速度下旋轉。
然而，當發(fā)動機以相對較低的功率水平操作時(例如，從高空以 怠速或接近忽速下降時，出租汽車低功率滑行時等等)，從發(fā)動機中 吸取這種補充的機械功率可能導致發(fā)動機操作性的降低。傳統(tǒng)上， 這種功率吸取自高壓(HP)發(fā)動機巻軸。它的相對較高的工作速度使其
有時需要通過一些其它裝置為其傳遞扭矩和功率而增加該巻軸上可 得到的功率數(shù)量。
發(fā)動機中的另一動力源是低壓(LP)巻軸，其通常在比HP巻軸低 得多的速度下，并且在相對較寬的速度范圍內操作。在不經(jīng)過轉換機。當前已經(jīng)提出了許多針對這種轉換的解決方案，包括各種類型 的傳統(tǒng)傳動裝置，機械齒輪裝置，和機電結構。 一種解決方案是渦 輪發(fā)動機利用笫三中間壓力(IP)的巻軸來獨立地驅動發(fā)電機。然而， 這第三巻軸有時也需要聯(lián)接到HP巻軸上。用于聯(lián)接EP和HP巻軸的 裝置是機械離合器或粘性類型的聯(lián)接機構。
2005年5月24日公布的，題名為"帶扭矩調制能力的差速齒輪 傳動的渦輪發(fā)動機"的美國專利No.US6,895,741,其公開了一種具有 三軸的機械齒輪傳動的發(fā)動機。風扇、壓縮機和渦輪軸通過應用額 外的行星齒輪裝置而機械地聯(lián)接在一起。通過利用電^f茲機器和功率 轉換設備可使有效的齒輪比變化。
不同于具有轉子或旋轉部分以及定子或固定部分的傳統(tǒng)電機的 是，本發(fā)明包括兩個旋轉部分。此外，在傳統(tǒng)的電機中，功率要么 從電功率轉換成機械功率，或者從機械功率轉換成電功率。相反，一個轉軸傳遞至另 一轉軸。這也是本發(fā)明和儀器的傳動裝置之間的 主要區(qū)別。
發(fā)明內容
本發(fā)明涉及一種用于在一對獨立的轉軸之間傳遞功率的電》茲變 速傳動裝置。這種電磁變速傳動裝置包括空心的圓柱形外轉子部分 和空心的圓柱形內轉子部分，內轉子部分設置在外轉子部分的中心 孔中，并且可獨立地在外轉子部分中旋轉。外轉子部分可沿周向圍 繞內轉子部分獨立地旋轉。外轉子部分和內轉子部分的其中第一個 部分具有圍繞第 一表面間隔開的多對永久磁鐵。磁鐵成對設置并面 向一個空氣間隙。該空氣間隙設置在外轉子部分和內轉子部分之間。 外轉子部分和內轉子部分的另一個具有多個圍繞著磁力可穿透的鐵 芯部分而間隔開的凹槽。其中一些凹槽具有埋置在其中的繞組。外 轉子部分和內轉子部分可同時在一個方向上旋轉。響應于外轉子部分和內轉子部分的旋轉，在多對永久磁鐵、空氣間隙和內轉子芯部 分之間產(chǎn)生了磁通路徑。磁通路徑感應繞組中的電功率，并造成機 械功率在內轉子部分和外轉子部分之間傳遞。
在另一方面，本發(fā)明涉及一種燃氣渦輪發(fā)動機。這種燃氣渦輪 發(fā)動機包括設置成連續(xù)流通并且圍繞發(fā)動機縱軸而設置在環(huán)形外殼 中的至少一個壓縮機、燃燒器、高壓渦輪和低壓渦輪。在操作期間， 壓縮機由高壓渦輪和低壓渦4侖以及壓縮機空氣來驅動。發(fā)電才兒設置
在環(huán)形外殼中；并且提供了電磁變速傳動裝置用于在一對獨立的轉 軸之間傳遞功率，其中一個獨立的轉軸連接在HP(高壓)渦輪上，而 另一獨立的轉軸連接在LP(低壓)渦輪上。電磁變速傳動裝置包括空 心的圓柱形外轉子部分和空心的圓柱形內轉子部分，內轉子部分設
置在外轉子部分的中心孔中，并且可獨立地在外轉子部分中旋轉。 外轉子部分可獨立地周向圍繞內轉子部分而旋轉。外轉子部分和內 轉子部分的其中第一個部分具有圍繞第 一表面而間隔開的多對永久 磁鐵。磁鐵成對設置并面向一個空氣間隙。該空氣間隙設置在外轉 子部分和內轉子部分之間。外轉子部分和內轉子部分的另一個具有 多個圍繞著磁力可穿透的鐵芯部分而間隔開的凹槽。其中一些凹槽 具有埋置在其中的繞組。外轉子部分和內轉子部分可同時在一個方 向上旋轉。響應于外轉子部分和內轉子部分的旋轉，在多對永久磁 鐵、空氣間隙、外轉子芯和內轉子芯部分之間產(chǎn)生了磁通路徑。磁 通路徑感應繞組中的電功率，并導致機械功率在內轉子部分和外轉 子部分之間傳遞。
本發(fā)明的優(yōu)勢是在同時旋轉的軸之間實現(xiàn)扭矩傳遞，這是在這 兩個軸之間沒有任何機械連接的條件下通過旋轉的電磁場而實現(xiàn) 的。繞組中感應的勵磁電流在空氣間隙中產(chǎn)生電磁場，以便與另一 轉子上的永久磁鐵所驅動的電磁場相互作用，/人而將扭矩和功率/人 上面固定有永久磁鐵的PM轉子傳遞至感應轉子，即帶有繞組的轉子 上。因為沒有進出EVT的電功率流發(fā)生，所以不需要具有通常在傳
統(tǒng)的功率傳遞裝置，例如電動機和發(fā)電機中所提供的功率轉換器和
相關的控制器。
本發(fā)明的另 一優(yōu)勢是提高燃料效率、可靠性和故障誤差。
本發(fā)明的又 一 優(yōu)勢是在發(fā)動機的整個速度范圍內以可變速度比
將功率從低速LP渦輪軸傳遞至高速渦輪軸的能力。利用電磁技術可
在LP渦輪軸和HP渦輪軸之間沒有機械聯(lián)接的條件下傳遞機械功率。 而且由于不存在機械齒輪，所以還沒有與之相關的聽得見的噪音。
本發(fā)明的還一優(yōu)勢是不需要外部電功率源，并且用于內部產(chǎn)生 的勵磁電流的控制電路并不復雜。
從以下作為本發(fā)明原理示例而結合附圖顯示的優(yōu)選實施例的更 詳細的描述中，將清楚本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點。
圖1是本發(fā)明電磁變速傳動裝置的一個實施例的橫截面示意圖。
圖1A是本發(fā)明電磁變速傳動裝置的一個實施例的橫截面示意圖。
圖2-5是用于轉子繞組的各種互連圖，這種互連可用于圖l(內轉 子繞組)和圖1A(外轉子繞組)的配置。
圖6是利用可控硅整流器(SCR)的用于扭矩控制電路的電路原理圖。
圖6A是利用反向串聯(lián)的絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)器件的用于 扭矩控制電路的電路原理圖。
圖7是用于輔助控制系統(tǒng)的電路原理圖。
圖8是用于扭矩控制的控制電路的一個備選實施例。
圖9是用于扭矩控制的控制電路選項的一個備選實施例。
圖10是與圖1所示EVT裝置相對應的本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例。
圖11是與圖1A所示EVT裝置相對應的本發(fā)明的一個備選實施
例。
圖12是飛機發(fā)動機中的本發(fā)明的PM感應EVT的示意圖。
在可能的任何地方，將在全部附圖中使用相同的標號來表示相 同或相似的部件。
具體實施例方式
參見圖1，電磁變速傳動裝置(EVT)IO包括兩個旋轉的構件，即 內轉子12和外轉子14。內轉子12和外轉子14在相同方向上圍繞公 共軸線16旋轉。外轉子14具有多個面向內轉子12的外表面34的 永久》茲鐵極對18。極對18的》茲鐵以交替的方式進行定位，使得4及對 中的 一個磁鐵將其北極定向在徑向向外的方向，并且相鄰的磁鐵將 其南極定向在徑向向內的方向?？蛇x的極帽24可連接在各磁鐵部分 22的頂部上，以減少當在內轉子12和外轉子14的旋轉速度之間存 在較大差異時，由于磁鐵22內部的磁通槽諧波而在磁鐵中引起的磁 損失。極帽24可以是適合于形成磁路的層壓迭片、軟磁復合材料， 或其它磁性可穿透材料。夾塊26定位在磁鐵22之間，以便將磁鐵22 和極帽24固定到實心的轉子芯28上。轉子鐵芯28優(yōu)選由鎮(zhèn)靜鋼或 層壓的鋼板迭片制成。轉子鐵芯28在構造上與反結構(inside-out)同 步PM電機中的永久磁鐵(PM)轉子相似。
外轉子14和內轉子12由空氣間隙30分開。內轉子12類似于 傳統(tǒng)的感應式電機轉子，其由鋼迭片結構和繞組構成。凹槽32定位 在內轉子迭片結構36的外表面34上。凹槽32可以是打開的，半關 閉的，或關閉的。多相繞組(未顯示)設置在凹槽32中。多相繞組形 成內轉子12的多個極對。外轉子14上的極對數(shù)量與內轉子12的極 對數(shù)量是相同的。
參見圖2至圖5,其顯示了幾個典型的用于轉子繞組38[圖1實 施例中的內轉子繞組，或圖1A實施例中的外轉子繞組]的互連設計。 圖2顯示了與開關40三個單相連接的轉子繞組38,開關40與各相
繞組38串聯(lián)。圖3中的轉子繞組配置成與開關40構成星形連接， 開關40位于星形連接的三個臂的其中兩個臂上，這是切斷流過星形 電路的電流所需要的，但可將另一開關40連接在第三相上。在圖4 中，對轉子繞組38使用三角連接配置，并且使用單個開關40來切 斷三角形電路布置中的電流。在圖5中，顯示了多個并聯(lián)電路，其 是圖3和4的三角形電路42和星形連接44的多個并聯(lián)組合。注意 在本發(fā)明的范圍內還可利用其它互連結構，因為圖2至5所顯示的 配置只是示例，而非限制本領域中的技術人員易于理解的各種配置。 雖然圖2至5所顯示的電路優(yōu)選配置成3相繞組，但是，也可使用 任意數(shù)量的電相位。開關40優(yōu)選是一對反向并聯(lián)連接的可控硅整流 器(SCR)，或任何其它具有雙方向電流控制能力的功率器件。
圖6顯示了一個典型的用于控制在內轉子12和外轉子14之間 傳遞扭矩和功率的控制電路。圖6的電路控制傳遞多少扭矩和功率， 以及何時在這兩個轉子之間傳遞4丑矩和功率，以滿足發(fā)動機的功率 要求。示例性的轉子繞組46可代表如圖2的單個繞組38,或者轉子 繞組46可代表多個繞組38。例如三個串聯(lián)連"l妄的繞組38，如圖4。 同樣，圖2至5中的開關40可以是圖6中的開關40或圖6A中的開 關40。 V、 L和R是嵌入在圖2至5中的電路中的繞組的凈效應。 典型的轉子繞組38由電感46a(L)和電阻46b(R)表示。由于繞組聯(lián)接 的磁通量的變化而在繞組38中感應電壓V。磁通量由相對的轉子上 的磁鐵驅動，而磁通量變化是由于這兩個轉子的相對速度而引起的。 一對功率器件40a和40b設置成反向并聯(lián)。功率器件優(yōu)選是可控硅整 流器(SCR)。開關40還可由圖6A中的兩個絕緣雙極性選通晶體管 (IGBT)單元41a,41b組成。IGBT單元41a,41b反向串聯(lián)連接。各IGBT 單元41a，41b由至少一個IGBT和至少一個與IGBT反向并聯(lián)連接的 二極管組成。
參見圖7,圖6中用于扭矩控制電路的功率可通過電源50來提 供，電源50由HP巻軸54驅動的轉子14上的輔助繞組52來激勵。
整個控制系統(tǒng)48可定位在HP巻軸54上，并由HP巻軸54提供功 率，或可由LP巻軸提供功率?？刂齐娐?8控制繞組38中的電流。 控制電路48必須定位在繞組38所定位的相同的感應轉子上，以避 免這兩個旋轉部件之間的導線連接。出于相同的理由，控制電路48 必須由同一感應轉子提供功率。該感應轉子可配置在內部或外部， 如圖1和1A中所示。由雙向箭頭56指示的控制信號可通過外部固 定的控制單元60而無線發(fā)送至控制單元58。
接下來參見圖8,其顯示了用于扭矩控制的另一典型的控制電 路。在這個實施例中，受到轉子12和14a的離心力控制的開關62控 制著在LP和HP巻軸之間傳遞扭矩的速度。開關62必須位于與繞組 38相同的感應轉子上，并且感應轉子可如圖1和1A中所示定位在 內部或外部。轉子繞組46具有特征電感L和電阻R，以及感應電壓 V。離心式開關62在轉子12或14a以低速旋轉時關閉，并且在轉子 12或14a超過預定的速度時打開，以響應轉速所施加的離心力。如 果必要，可包含可選的電阻器，其具有帶負溫度系數(shù)的電阻RNTC。 電阻器Rntc限制了當離心式開關62關閉時發(fā)生的電流脈沖。當離心 式開關62處于關閉位置時，在LP巻軸64和HP巻軸54之間發(fā)生扭 矩傳遞，并且當離心式開關打開時，HP和LP巻軸64,54分離。
在圖9中，顯示了用于扭矩控制的另一典型的控制電路備選方 案。在圖9所顯示的配置中，不需要控制開關。扭矩傳遞受到這兩 個軸之間的轉差頻率或速度差的控制。在飛機巡航或起飛期間，HP 和LP巻軸以4交高的速度旋轉，并且在這兩個巻軸之間或在EVT的 這兩個轉子之間的速度差異較小。因此繞組中感應的轉差頻率或電 流頻率較低。在飛機著陸或怠速下降期間，LP巻軸速度的減少超過 了 HP巻軸速度的變化，并且轉差頻率較大。基于感應電機原理，在 較大的轉差頻率下比在較小的轉差頻率下，在這兩個EVT轉子之間 將存在更大的扭矩和功率傳遞。圖10中的齒輪箱66和68的齒輪比 選擇成可在高速和低速范圍內獲得所需的轉差頻率。通過對于高轉
差頻率利用趨膚效應，調節(jié)匝數(shù)和導線橫截面積，或者通過選擇材
料而設計轉子繞組46的特征電感L和電阻R,使得當需要以怠速或 接近怠速下降傳遞扭矩時，可將所需扭矩從LP巻軸傳遞至HP巻軸， 而在巡航和起飛期間不需要傳遞扭矩時，可最大程度地減小扭矩傳 遞。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，在圖1所顯示的轉子線槽中具有一 個或多個輔助繞組52。繞組或繞組52中的感應電功率可用于為定位 在轉子上的電路中的開關的控制電路提供功率。
SCR開關40、控制單元58和電源50優(yōu)選安裝在與主轉子繞組 38相同的轉子上，從而不需要集電環(huán)將固定部分電連接在旋轉的繞 組38上?？刂芐CR開關40所需要的信號可無線發(fā)送到內轉子12上 (見圖7)。
圖1A顯示了本發(fā)明的一個備選實施例。在這個配置中，轉子設 置成與圖l相反，即，外轉子14a具有凹槽32a，繞組現(xiàn)在位于外部， 并且內轉子12a具有永久磁鐵PM極22a。
在圖l或圖1A的任一配置中，磁通量由永久磁鐵驅動，并如同 傳統(tǒng)的PM電機跨過空氣間隙30而聯(lián)接轉子繞組38。當PM轉子 14,12a旋轉時，在空氣間隙30中引起旋轉的磁通量場(未顯示)?；?于傳統(tǒng)的感應式電機原理，當PM轉子14或12a以不同于感應轉子 12或14a的速度旋轉時，在繞組中產(chǎn)生感應電壓和電流。當PM轉 子14或12a旋轉快于感應轉子12或14a時，扭矩從PM轉子14或 12a傳遞至感應轉子12或14a。當PM轉子14或12a旋轉慢于感應 轉子12或14a時，扭矩從感應轉子12或14a傳遞至PM轉子14或 12a。
圖IO顯示了與圖1所示EVT裝置相對應的本發(fā)明的一個優(yōu)選實 施例，其中EVT10包括連接在LP巻軸64上的外部PM類型的轉子 14，以及連接在HP巻軸54上的內部感應類型的轉子12。內轉子12 的互連繞組由回路37表示。LP巻軸速度N4通過齒輪箱1:Y逐步提
高至速度N3。為了將扭矩從LP巻軸64傳遞至HP巻軸54,外轉子 或PM轉子14的轉速N3必須高于內轉子或感應轉子12的速度N2。 具有齒輪比1:X的第一齒輪箱68用于將HP巻軸54聯(lián)4妄到內轉子12 上，并且具有齒輪比1:Y的第二齒輪箱66用于將LP巻軸64聯(lián)接到 外轉子14上。齒輪箱66,68用于匹配HP巻軸54的速度Nl和LP巻 軸64的速度N4，其分別對應于所需的EVT轉子速度N2和N3。根 據(jù)發(fā)動機巻軸操作速度和EVT轉子速度，可省略其中一個齒輪箱 66,68。外轉子速度N3大于內轉子12的速度N2，從而基于感應原理， 扭矩和功率將以速度N2傳遞給軸55。在其中一個或這兩個齒輪箱 66,68上可采用可變齒輪比。在圖1的配置中，對于以速度N4旋轉 的LP巻軸和以速度Nl旋轉的HP巻軸，速度變^:與方程1相關
Nl *X=N2 < N3=N4/Y 方程1
其中N4<N1。
圖ll顯示了與圖1A的EVT裝置相對應的本發(fā)明的一個備選實 施例，其中EVTIO通過齒輪箱66,68而連接在飛機發(fā)動機的LP巻軸 64和HP巻軸54上。為了將扭矩從LP巻軸64傳遞至HP巻軸54， 外部感應類型的轉子14a(互連繞組由回^各37表示)的轉速N3必須高 于內部PM類型的轉子12a的速度N2。具有齒輪比1:X的第一齒輪 箱68用于將LP巻軸64聯(lián)接到內轉子12a上，并且具有齒輪比l:Y 的第二齒輪箱66用于將HP巻軸54聯(lián)接到外轉子14a上。齒輪箱66 用于使EVTIO的外轉子速度N3與HP巻軸54的速度N4相匹配。 根據(jù)發(fā)動機巻軸操作速度和EVT轉子速度，可省略其中一個齒輪箱 66,68。在圖11的配置中，對于以速度N4旋轉的HP巻軸和以速度 Nl旋轉的LP巻軸，速度變換與方程2相關
Nl *X=N2 〉 N3=N4/Y 方程2
其中N4>N1;且
齒輪比又>=1。
可選地，可使用可變齒輪比。作為可選項，上述任一齒輪箱66,68可具有可變齒輪比，以減少 EVT中的這兩個轉子的速度范圍，從而減小當LP巻軸或HP巻軸的 速度范圍太大時的最大速度和相關的機械應力。
接下來參見圖12，飛機發(fā)動機110中的PM感應EVT的典型裝 置具有核心發(fā)動機138，其在軸向串行流通關系上包括低壓壓縮機或 增壓壓縮機120，高壓壓縮機114,燃燒室或燃燒器124,高壓渦輪 116和低壓渦輪118。核心發(fā)動機138位于入口 122和風扇112的下 游。風扇112與核心發(fā)動機138以及旁路導管和旁路噴嘴(未顯示)保 持軸向串行流通關系。風扇112、壓縮機114和低壓渦輪118由第一 軸64聯(lián)接，并且壓縮機114和渦輪116與第二軸54聯(lián)接。進入入 口 122的一部分氣流通過旁路導管引導，并通過旁路噴嘴排出，并 且剩余氣流穿過核心發(fā)動機138，并通過核心發(fā)動機噴嘴排出。EVT10 通過齒輪箱66和軸57而聯(lián)接在LP軸或巻軸64上。EVT10的輸出 軸57通過齒輪箱68而連接在HP軸或巻軸54上。 一對起動機/發(fā)電 機130通過主齒輪箱而聯(lián)接在HP巻軸54上，以接收來自HP巻軸 的功率，或為HP巻軸提供功率，這依賴于這對起動機/發(fā)電機130 是作為起動機還是發(fā)電機進行操作。如本領域中的技術人員所將理 解的那樣，圖12只是可供本發(fā)明用于在LP軸64和HP軸54之間共 享扭矩的許多可能的起動機/發(fā)電機130和主齒輪箱132配置中的其 中一個示例。另外，EVT10可定位在發(fā)動機外殼的內部或外部。
雖然已經(jīng)參照一個優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，^旦是本領域中的 技術人員應該懂得，在不脫離本發(fā)明的范圍內可進行各種變化，并 用等效物替代其元件。另外，在不脫離本發(fā)明的本質的范圍內，還 可制成許多改型，使特殊的情形或材料適應本發(fā)明公開的傳授知識。
殊的實施例，相反本發(fā)明將包括落在所附權利要求范圍內的所有實 施例。
權利要求
1.一種用于在一對獨立的轉軸之間傳遞功率的電磁變速傳動裝置，其包括空心的圓柱形外轉子部分(14)和圓柱形內轉子部分(12)，所述內轉子(12)設置在所述外轉子部分(14)的中心孔中，并且可獨立地在所述外轉子部分(14)中旋轉，所述外轉子(14)可沿周向圍繞所述內轉子部分(12)而獨立地旋轉；所述外轉子部分(14)和所述內轉子部分(12)的其中第一個部分具有圍繞第一表面間隔開的多對永久磁鐵(18)，所述磁鐵(18)配置成對，并且面向空氣間隙(30)，所述空氣間隙(30)設置在所述外轉子部分(14)和所述內轉子部分(12)之間；所述外轉子部分(14)和內轉子部分(12)中的另一個部分具有多個圍繞磁力可穿透的鐵芯部分而間隔開的凹槽(32)，其中至少一些凹槽(32)包括埋置在其中的繞組(38)；所述外轉子部分(14)和內轉子部分(12)可同時在一個方向上旋轉；其中，響應于所述外轉子部分(14)和所述內轉子部分(12)的同時旋轉，在所述多對永久磁鐵(18)、所述空氣間隙(30)以及所述外轉子部分(14)和內轉子部分(12)的鐵芯之間產(chǎn)生磁通路徑，所述磁通路徑在所述繞組中產(chǎn)生感應電功率，并導致在所述內轉子部分(12)和所述外轉子部分(14)之間傳遞機械功率。
2. 根據(jù)權利要求1所述的電磁變速傳動裝置，其特征在于，所 述外轉子部分(14)和所述內轉子部分(12)的其中第一個部分是所述外 轉子部分(14),并且所述另一個部分是所述內轉子部分(12)。
3. 根據(jù)權利要求1所述的電磁變速傳動裝置，其特征在于，所 述外轉子部分(14)和所述內轉子部分(12)的其中笫一個部分是所述內 轉子部分(12),并且所述另一個部分是所述外轉子部分(14)。
4. 根據(jù)權利要求1所述的電磁變速傳動裝置，其特征在于，還包括至少一個用于為扭矩控制電路提供功率的輔助繞組(52),所述扭 矩控制電路包括電源(50)、控制器部分(48)和至少一個電源開關(62)， 所述控制器部分(48)配置成能夠操作所述電源開關(62),以^_切換其 中至少一個所述繞組(52)中的循環(huán)電流，來控制機械功率的傳遞。
5. 根據(jù)權利要求4所述的電磁變速傳動裝置，其特征在于，所 述繞組(52)配置成多個單相回路，各回路具有與單個繞組串聯(lián)的開關 (62),以便在所述開關(62)處于導通狀態(tài)時形成閉合的電流回路。
6. 根椐權利要求4所述的電磁變速傳動裝置，其特征在于，所 述繞組(52)配置成具有三個臂的星形配置，所述這三個臂中的至少兩 個臂具有用于調節(jié)流過所述繞組(52)的電流的開關(40)。
7. 根據(jù)權利要求4所述的電磁變速傳動裝置，其特征在于，所 述繞組(52)配置成具有串聯(lián)成回路的三個繞組，以及設置在所述串聯(lián) 回路中以便調節(jié)流過繞組(52)的電流的單個開關(40)。
8. 根據(jù)權利要求4所述的電磁變速傳動裝置，其特征在于，所 述繞組(52)配置在多個并聯(lián)電路中，所述并聯(lián)電路配置成多個星形電 路連接、多個三角形電路配置和其組合的其中之一。
9. 根據(jù)權利要求4所述的電磁變速傳動裝置，其特征在于，所 述繞組(52)、輔助繞組和扭矩控制電路的控制單元安裝在所述外轉子 部分(14)或所述內轉子部分(12)的其中之一上。
10. 根據(jù)權利要求9所述的電磁變速傳動裝置，其特征在于， 所述扭矩控制電路還包括固定的控制器(48)，所述控制器與控制器部 分(48)保持無線電通信，用于在所述外轉子部分(14)或所述內轉子部 分(12)的軸上旋轉的同時，將控制信號傳遞到所述扭矩控制電路上。
全文摘要
一種電磁變速傳動裝置，包括外轉子(14)和內轉子(12)。內轉子(12)可獨立地在外轉子(14)的中心孔中旋轉。外轉子(14)可獨立地圍繞內轉子(12)旋轉。其中一個轉子具有多個配置成對(18)，并且面向空氣間隙(30)的永久磁鐵，空氣間隙(30)設置在外轉子(14)和內轉子(12)之間。另一轉子具有多個圍繞磁力可穿透的鐵芯而間隔開的凹槽(32)，其具有埋置的繞組(38)。外轉子(14)和內轉子(12)可同時在一個方向上旋轉。響應于外轉子部分(14)和內轉子部分(12)的旋轉，在成對永久磁鐵(18)，空氣間隙，外轉子鐵芯(14)和內轉子部分(12)鐵芯之間產(chǎn)生磁通路徑，從而在繞組(38)中產(chǎn)生感應電功率，繞組(38)在內轉子部分(12)和外轉子部分(14)之間傳遞功率。
文檔編號H02K51/00GK101197527SQ200710196858
公開日2008年6月11日 申請日期2007年12月5日 優(yōu)先權日2006年12月6日
發(fā)明者J·M·凱恩, 畏 吳, 曲榮海 申請人:通用電氣公司