專利名稱：嵌套式可變場電機的制作方法
嵌套式可變場電機
背景技術(shù)：
本發(fā)明大體涉及電機，且更具體地涉及包括多個集成的無刷永磁
(PM)電動機的驅(qū)動系統(tǒng)。PM電動機通過利用磁體和電場之間的電磁 關(guān)系將電能轉(zhuǎn)換成動能。相反地，PM發(fā)電機使用相反的電磁關(guān)系來 將動能轉(zhuǎn)換成電能。PM電動機和PM發(fā)電機統(tǒng)稱為電機。在典型的 PM電動機中，電流通過導(dǎo)線的固定繞組產(chǎn)生交變的磁場，以推動和/ 或拉動磁性轉(zhuǎn)子。磁性轉(zhuǎn)子聯(lián)接到軸上，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)軸功率。另外， 可在低轉(zhuǎn)子速度下從PM電動機獲得高輸出扭矩。由于這些原因和其 它原因，PM電動機非常適用于例如軍用車輛或施工設(shè)備等的大型履 帶車輛的推進系統(tǒng)?？勺儓?VF)PM電動機特別適用于電動車輛的推 進系統(tǒng)，因為可變場PM電動機能夠在超過其傳統(tǒng)的角點(對于給定的 轉(zhuǎn)子/定子排列的最大速度輸出的點)的恒定功率模式下運行。VFPM 電動機調(diào)節(jié)磁體和導(dǎo)線的相對軸向位置，以調(diào)節(jié)兩個構(gòu)件的磁通相互 作用。因此，VFPM電動機通常需要用于電動機殼體的另外的軸向長 度，從而可將磁體和導(dǎo)線分開。
使用PM電動機的交叉驅(qū)動型推進系統(tǒng)對于電動履帶車輛是流行 的選擇，因為它們能夠?qū)⒐β蕪囊粋€車輛履帶傳遞到另一個履帶。但 是，為了做到這一點，交叉驅(qū)動系統(tǒng)通常需要使用多個電動機。例如， 需要一個PM電動機來提供車輛推進，且需要另一個電動機來提供轉(zhuǎn) 向功率。因此，交叉驅(qū)動推進系統(tǒng)通常^M頁的，因為PM電動機必 須軸向地或者徑向地堆疊。然而，在車輛推進系統(tǒng)中，以及對于其它 不同范圍的應(yīng)用來說，需要減小PM電動機的空間消耗，以使空間可 用于其它用途，例如用于貨物。還需要使電動車輛的寬度保持與路面 和貨運裝備(例如平板小車和火車)相協(xié)調(diào)。因此，需要更加緊湊的電機，特別是需要更加緊湊的雙可變場永磁電動機。 發(fā)明概述
本發(fā)明以電機為對象，該電機包括第一轉(zhuǎn)子軸、第二轉(zhuǎn)子軸和中 部元件。笫一轉(zhuǎn)子軸繞電機的中心軸線旋轉(zhuǎn)，且具有設(shè)置在第一轉(zhuǎn)子 軸的外周邊周圍的第 一磁性驅(qū)動元件。第二轉(zhuǎn)子軸繞第 一轉(zhuǎn)子軸旋
轉(zhuǎn)，且具有^:置在第二轉(zhuǎn)子軸的內(nèi)周邊周圍的第二磁性驅(qū)動元件。中
部元件設(shè)置在笫一轉(zhuǎn)子軸和第二轉(zhuǎn)子軸之間，且構(gòu)造成在第一轉(zhuǎn)子軸 和第二轉(zhuǎn)子軸繞中心軸線旋轉(zhuǎn)時保持固定。定子還包括與第一磁性驅(qū) 動元件相互作用的第三磁性驅(qū)動元件，以及與第二磁性驅(qū)動元件相互 作用的第四-茲性驅(qū)動元件。
附圖筒述


圖1顯示了其中使用了具有嵌套式可變場永磁電動機的交叉驅(qū)動 推進系統(tǒng)的履帶車輛。
圖2顯示了用于具有本發(fā)明的嵌套式可變場永磁電動機的履帶車 輛(例如圖1所示)的交叉驅(qū)動推進系統(tǒng)的截面視圖。
圖3是顯示了圖2的嵌套式可變場永磁電動機的截面視圖。
圖4是顯示了本發(fā)明的嵌套式可變場電機的示意圖。
詳細描述
圖1顯示了其中使用了交叉驅(qū)動推進系統(tǒng)12的履帶車輛10。車 輛10包括重型履帶車輛，例如可改裝用于軍事或施工應(yīng)用。車輛10 包括交叉驅(qū)動推進系統(tǒng)12、左側(cè)履帶系統(tǒng)14L、右側(cè)履帶系統(tǒng)14R、 柴油機18和發(fā)電機20。交叉驅(qū)動推進系統(tǒng)12包括可變場永磁電動機， 且從而依靠電功率來運行。柴油發(fā)動機18為發(fā)電機20提供機械輸入， 以產(chǎn)生運行交叉驅(qū)動推進系統(tǒng)12所需的電功率。交叉驅(qū)動推進系統(tǒng) 12因此驅(qū)動左側(cè)履帶系統(tǒng)14L和右側(cè)履帶系統(tǒng)14R,以推動車輛10。 左側(cè)履帶系統(tǒng)14L包括驅(qū)動鏈輪22L、履帶24L和車輪26L。驅(qū)動鏈輪22L連接成接收推進系統(tǒng)12的輸出。鏈輪22L旋轉(zhuǎn)，以拉動履帶 24L,從而使得車輛10以車輪26L滾動。推進系統(tǒng)12與右側(cè)履帶系 統(tǒng)14R類似地相互作用，右側(cè)履帶系統(tǒng)14R包括類似的構(gòu)件，例如驅(qū) 動鏈輪22R。
推進系統(tǒng)12依靠永磁(PM)推進電動機來將功率傳遞到左側(cè)履帶 系統(tǒng)14L和右側(cè)履帶系統(tǒng)14R上。在車輛IO穩(wěn)定高速運行的情況下， PM電動機為左側(cè)履帶系統(tǒng)14L和右側(cè)履帶系統(tǒng)14R兩者提供恒定的 功率。為了使車輛10轉(zhuǎn)向，履帶系統(tǒng)14L或履帶系統(tǒng)14R必須轉(zhuǎn)得 比另一個快。這通常需要將高達五倍的功率(與筆直推進所需的功率相 比)輸送到外側(cè)履帶上，同時將制動施加于內(nèi)側(cè)履帶上。例如，需要大 約400馬力(HP)(約298.4 kW)來驅(qū)動筆直推進，但是在轉(zhuǎn)向動作期間， 外側(cè)履帶處可能需要高達大約2000HP(約1,492 kW)，而需要從內(nèi)側(cè)履 帶吸收1600HP(約1193 kW)的當(dāng)量。因此，交叉驅(qū)動推進系統(tǒng)12包 括另外的PM轉(zhuǎn)向電動機，以在轉(zhuǎn)向動作期間為交叉驅(qū)動系統(tǒng)提供差 速輸入。例如，為了執(zhí)行左轉(zhuǎn)向，PM轉(zhuǎn)向電動機為交叉驅(qū)動推進系 統(tǒng)12內(nèi)的行星齒輪系統(tǒng)提供差速，以使分動齒輪系統(tǒng)能夠在左轉(zhuǎn)向 期間將扭矩從左側(cè)履帶系統(tǒng)14L傳遞到右側(cè)履帶系統(tǒng)14R上。推進系 統(tǒng)12使用可變場(VF)PM電動機，以便調(diào)節(jié)車輛10的功率輸出和速 度。為了減小車輛10內(nèi)的推進系統(tǒng)12的空間占用率，推進系統(tǒng)12 使用本發(fā)明的復(fù)合的嵌套式VFPM電動機。嵌套式可變場永磁電動機 包括軸向和徑向嵌套的電動機，以減小驅(qū)動系統(tǒng)12的軸向長度和周 緣。因此，在車輛10內(nèi)有另外的空間可用，例如用于乘坐者的空間 28和30，而且車輛10的整體寬度與路面和貨運裝備相協(xié)調(diào)。
圖2顯示了具有本發(fā)明的復(fù)合式電動機32A和32B的圖1的交 叉驅(qū)動車輛推進系統(tǒng)12的截面視圖。各個復(fù)合式電動機包括一對嵌 套式可變場(VF)永磁(PM)電動機。復(fù)合式電動機32A包括推進電動機 34A和轉(zhuǎn)向電動機36A。同樣，復(fù)合式電動機32B包括推進電動機34B 和轉(zhuǎn)向電動機36B。交叉驅(qū)動推進系統(tǒng)12包括分動齒輪系統(tǒng)45,分
9動齒輪系統(tǒng)45允許推進電動機34A和34B,以及轉(zhuǎn)向電動機36A和36B分別單獨地將功率傳遞到履帶系統(tǒng)14L或14R中的一個上。從電動機34A、 34B、 36A和36B傳遞到履帶系統(tǒng)14L和14R上的輸出通過速度相加行星齒輪系統(tǒng)38L和速度相加行星齒輪系統(tǒng)38R調(diào)整成傳遞到各個履帶系統(tǒng)上的單個輸出。最后，速度相加行星齒輪系統(tǒng)38L和38R的輸出通過制動器42L和42R以及最終傳動組件44L和44R而傳送到履帶系統(tǒng)14L和14R上，最終傳動組件44L和44R與車輛10的驅(qū)動鏈輪22L和22R連接。
因此復(fù)合式電動機32A和32B為車輛10提供冗余的推進功率。因此，車輛10能夠在復(fù)合式電動機32A或32中的一個發(fā)生故障時運行。在正常運行期間，當(dāng)以直線驅(qū)動車輛10時，推進電動機34A和34B自旋或旋轉(zhuǎn)，以為履帶系統(tǒng)14L和14R兩者提供推進功率，且轉(zhuǎn)向電動機36A和36停止。當(dāng)需要轉(zhuǎn)向動作時，推進電動才幾34A和34B繼續(xù)驅(qū)動履帶系統(tǒng)14L和14R，且轉(zhuǎn)向電動機36A和36B運行，以為履帶系統(tǒng)14L或14R中的一個提供另外的推進推力，且減小對另一個履帶系統(tǒng)的推進推力。例如，為了執(zhí)行左轉(zhuǎn)向，推進電動機34A和34B繼續(xù)在以期望的速度推動車輛10所需的相同功率下來運行。然而，轉(zhuǎn)向電動機36A和36B與速度相加行星齒輪系統(tǒng)38L和38R，以及分動齒輪系統(tǒng)45 —起工作，以為右側(cè)履帶系統(tǒng)14R提供另外的功率，且減小傳遞到左側(cè)履帶系統(tǒng)14L上的功率，從而使得可有效地執(zhí)行轉(zhuǎn)向操作。
因此，各個VFPM電動機的功率輸出不需要像單個PM電動機對各個履帶系統(tǒng)提供推進和轉(zhuǎn)向功率的情況下需要的那樣高。因此，發(fā)電機20的總功率輸出更有效地傳遞到左側(cè)履帶系統(tǒng)14L和右側(cè)履帶系統(tǒng)14R上。為了優(yōu)化推進電動機34A、轉(zhuǎn)向電動機36A、推進電動機34B和轉(zhuǎn)向電動機36B的速度和扭矩特性，其各構(gòu)造成可變場永石茲電動機，包括旋轉(zhuǎn)的和固定的磁性驅(qū)動元件，例如永磁體或線圈繞組。因此，各個電動機需要推進系統(tǒng)12和車輛10內(nèi)的空間，以允許轉(zhuǎn)子的磁性驅(qū)動元件相對于定子的磁性驅(qū)動元件進行軸向調(diào)節(jié)。為了減小
系統(tǒng)12的整體尺寸，特別是寬度，推進電動機34A和轉(zhuǎn)向電動機36A在復(fù)合式電動機32A內(nèi)是嵌套的，且推進電動才幾34B和轉(zhuǎn)向電動機36B在復(fù)合式電動機32B內(nèi)是嵌套的。
圖3顯示了在圖2的復(fù)合式電動機32A內(nèi)嵌套的推進電動機34A和轉(zhuǎn)向電動機36A。復(fù)合式電動機32A嵌套在殼體46內(nèi)的分動齒輪系統(tǒng)45和速度相加行星齒輪系統(tǒng)38L之間。行星齒輪系統(tǒng)38L與單級齒輪減速系統(tǒng)40L連接，單級齒輪減速系統(tǒng)40L通過制動器42L和最終傳動組件44L連接到左側(cè)履帶系統(tǒng)14L的驅(qū)動鏈輪22L上。推進電動機34A和轉(zhuǎn)向電動機36A各自包括可變場永f茲0/FPM)電動機，可變場永磁(VFPM)電動機建立在復(fù)合式電動機32A內(nèi)的中部元件47周圍。推進電動機34A包括第一定子48、第一線圈繞組50、笫一轉(zhuǎn)子52、第一永f茲體54和第一促動器56。轉(zhuǎn)向電動機36A包括第二定子49、第二線圈繞組58、第二轉(zhuǎn)子60、第二永磁體62和第二促動器64。復(fù)合式電動機32B包括類似的構(gòu)件。因此，復(fù)合式電動機32A和復(fù)合式電動機32B各自包括一對嵌套的可變場永磁電動機，它們各自具有可獨立地操作的定子和轉(zhuǎn)子。
中部元件47通過其它構(gòu)件中的托架66和68連接到殼體46上，從而使得中部元件47在復(fù)合式電動機32A的運行期間保持固定。中部元件47包括環(huán)形體，此環(huán)形體包括中心孔、內(nèi)表面和外表面。中部元件47包括彎曲部分70,彎曲部分70將環(huán)形體分成第一部分47A和第二部分47B。第 一線圈繞組50連接到中部元件47的第 一部分47A的外表面上，以形成定子48，第二線圈繞組58連接到中部元件47的第二部分47B的內(nèi)表面上，以形成定子49。因此，笫一線圈繞組50面離開中心孔，而第二線圏繞組58則面朝向中部元件47的中心孔。
由圓柱形軸組成的第二轉(zhuǎn)子60插入中部元件47的中心孔中。永磁體62連接到笫二轉(zhuǎn)子60的外部，從而使得永磁體62能夠保持與第二線圈繞組58的》茲通路徑。永f茲體62通過促動器64與轉(zhuǎn)子60連接，從而使得磁體62可相對于第二轉(zhuǎn)子60軸向地滑動，以調(diào)節(jié)與第二線圏繞組58的磁通路徑。轉(zhuǎn)子60在其第一端處被托架68處的軸承72支撐。轉(zhuǎn)子60的第一端還與齒輪73連接，以連接到分動齒輪系統(tǒng)45上。轉(zhuǎn)子60的第二端與齒輪74連接，以連接到行星齒輪系統(tǒng)38L上。齒輪74由與第一轉(zhuǎn)子52連接的軸承76支撐在殼體46內(nèi)。
第一轉(zhuǎn)子52包括圓柱形體78,內(nèi)凸托架80、軸向法蘭82、外環(huán)形齒輪84和內(nèi)齒輪86。永磁體54連接到圓柱形體78的內(nèi)部，從而使得永磁體54能夠保持與第一線圈繞組50的磁通路徑。永磁體54用促動器56連接到圓柱形體78上，從而使得磁體54可相對于第一轉(zhuǎn)子52軸向地滑動，以調(diào)節(jié)與第一線圈繞組50之間的磁通路徑。內(nèi)齒輪86連接到分動齒輪系統(tǒng)45上，從而使得第一轉(zhuǎn)子52的內(nèi)端支撐在復(fù)合式電動機32A內(nèi)，且可繞托架68旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子52的第二端由軸承76支撐在法蘭82處，軸承76支撐在笫二轉(zhuǎn)子60上，從而使得第一轉(zhuǎn)子52可繞中部元件47旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子52的第二端通過外齒4侖84連接到行星齒輪系統(tǒng)38L上。中部元件47的第二端在第一轉(zhuǎn)子52內(nèi)由法蘭82處的軸岸〈88支撐。因此，第一轉(zhuǎn)子52可繞中部元件47的外部自由地旋轉(zhuǎn)，且第二轉(zhuǎn)子60可繞中部元件47的內(nèi)部自由地旋轉(zhuǎn)。
推進電動機34A和轉(zhuǎn)向電動機36A嵌套以減小復(fù)合式電動機32A的體積。第一轉(zhuǎn)子52、第二轉(zhuǎn)子60和中部元件47繞復(fù)合式電動機32A的中心軸線而同心地設(shè)置，第一轉(zhuǎn)子52和第二轉(zhuǎn)子60可繞中心軸線自由地且獨立地旋轉(zhuǎn)。中部元件47繞中心軸線不動地固定在第一轉(zhuǎn)子52和第二轉(zhuǎn)子60之間。如上所述，第一定子48包括設(shè)置在中部元件47的第一部分47A處的第一線圈繞組50。同樣地，笫二定子49包括設(shè)置在中部元件47的第二部分47B處的第二線圏繞組58。第一定子48和第二定子49通過例如中部元件47的成分或繞組50和58以及中心體47之間存在的絕緣來實現(xiàn)彼此的電隔離。因此，中部元件47為推進電動機34A和轉(zhuǎn)向電動機36A兩者所共有，這消除了對于定子48和定子49的每個都具有單獨的安裝構(gòu)件的需要，從而減小復(fù)合式電動機32A的總體直徑。
中部元件47包括進一步減小復(fù)合式電動4幾32A的直徑或徑向大小的彎曲部分70。彎曲部分70對中部元件47的環(huán)形體提供彎折部(jog)或彎曲部，從而使得第一線圏繞組50和第二線圈繞組58凹入中部元件47中。這樣，第一線圈繞組50與中部元件47的第一部分47A對準(zhǔn)，且第二線圈繞組58與中部元件47的第二部分47B對準(zhǔn)。彎曲部分70延伸得足夠深，從而當(dāng)?shù)谝挥来朋w54繞促動器56抽出，或者自繞圈繞組50卸下時，第一永磁體54緊密鄰近第二部分47B。同樣地，第二永磁體62可緊密鄰近第一部分47A且不干涉第一部分47A地在第二促動器64上滑動。因此，推進電動機34A與轉(zhuǎn)向電動機36A徑向地集成，以減小復(fù)合式電動機32A的寬度。特別地，當(dāng)復(fù)合式電動機32A卸下時，復(fù)合式電動機32A僅需要像推進電動機34A的寬度一樣寬，而不是像推進電動機34A和轉(zhuǎn)向電動機36A兩者的累積的卸下后的寬度一樣寬。
復(fù)合式電動機32A的第 一線圈繞組50和第二線圈繞組58 #皮供給有來自發(fā)電機20(圖l)的電功率，以產(chǎn)生電磁場。相應(yīng)的電磁場與第一永磁體54和第二永磁體62相互作用，以分別產(chǎn)生第一轉(zhuǎn)子52和第二轉(zhuǎn)子60的旋轉(zhuǎn)運動。第一永磁體54和第二永磁體62分別在第一轉(zhuǎn)子52和第二轉(zhuǎn)子60上軸向地可調(diào)，以分別調(diào)節(jié)與線圏繞組50和線圈繞組58的磁通路徑。例如，在電動機角點處，永磁體54完全與促動器56接合，從而使得永磁體54的表面區(qū)域與線圈繞組50的表面區(qū)域完全對準(zhǔn)。這樣，磁體54和線圈繞組50之間的磁通量交換達到最大，可增大供應(yīng)給線圈繞組50的功率以達到推進電動機34的最大扭矩輸出。但是，為了使轉(zhuǎn)子52的速度輸出增大到超過角點處可獲得的速度輸出，永磁體54可自線圈繞組50卸下，以減小兩個構(gòu)件之間的磁通量交換。自線圈繞組50卸下永磁體54增大轉(zhuǎn)子52的最大旋轉(zhuǎn)速度輸出，但卻降低了轉(zhuǎn)子52的最大扭矩輸出。因此，第
i觀推進電動機34A的輸出(即轉(zhuǎn)子55的旋轉(zhuǎn))通過外齒輪84傳遞到 行星齒輪系統(tǒng)38L上。齒輪84使行星齒輪90旋轉(zhuǎn)，使齒輪托架91 旋轉(zhuǎn)，從而使得轉(zhuǎn)子52的輸出被傳遞到單級行星齒輪減速系統(tǒng)40L 上，在此，轉(zhuǎn)子52的輸出可輸出到聯(lián)接件92上，從而傳遞到最終傳 動組件44L(圖2)上。同樣地，轉(zhuǎn)子55的旋轉(zhuǎn)通過內(nèi)齒輪86傳遞到 分動齒輪系統(tǒng)45上，從而使得其輸出傳遞到最終傳動組件44R上。 復(fù)合式電動^幾32B以類似的方式驅(qū)動VFPM推進電動機的轉(zhuǎn)子，以冗 余地驅(qū)動履帶系統(tǒng)14L和14R。復(fù)合式電動機32A和復(fù)合式電動機 32B的輸出在齒輪系統(tǒng)94和傘齒輪95處聯(lián)接，從而使得復(fù)合式電動 機32A和32B同時地且協(xié)調(diào)地驅(qū)動左側(cè)履帶系統(tǒng)14L和右側(cè)履帶系 統(tǒng)14R。因此，以恒定的速度向前或向后驅(qū)動車輛10,從而使得車輛 10沿大體筆直的方向運動。
為了執(zhí)行車輛10的左側(cè)轉(zhuǎn)向動作，右側(cè)履帶系統(tǒng)14R必須驅(qū)動 得比左側(cè)履帶系統(tǒng)14L快，這需要另外的能量輸入。復(fù)合式電動機32A 包括轉(zhuǎn)向電動機36A,轉(zhuǎn)向電動機36A為推進系統(tǒng)12提供轉(zhuǎn)向輸入， 且通過齒輪傳遞系統(tǒng)45、速度相加行星齒輪系統(tǒng)38L和速度相加行星 齒輪系統(tǒng)38R將功率從一個履帶系統(tǒng)重新分配到另 一個履帶系統(tǒng)上。
轉(zhuǎn)向電動機36A通過太陽齒輪74聯(lián)接到速度相加行星齒輪系統(tǒng) 38L的行星齒輪90上。推進電動機34A通過環(huán)形齒輪84聯(lián)接到行星 齒輪90上。笫一轉(zhuǎn)子52的環(huán)形齒輪84和第二轉(zhuǎn)子60的太陽齒輪74 一起工作，以使行星齒輪90和齒輪托架91轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)向電動機36A和 推進電動機34A也通過分動齒輪組件45聯(lián)接到速度相加行星齒輪系 統(tǒng)38R上。分動齒輪系統(tǒng)45工作，以便使轉(zhuǎn)向電動機36A和36B的 相對輸出反向，從而對于左側(cè)轉(zhuǎn)向來說，轉(zhuǎn)向電動機36A和36B為速 度相加行星齒輪系統(tǒng)38A的太陽齒輪74提供負(fù)的旋轉(zhuǎn)速度，而為速 度相加行星齒輪系統(tǒng)38B的太陽齒輪提供正的旋轉(zhuǎn)速度。速度相加行 星齒輪系統(tǒng)38A的環(huán)形齒輪84和速度相加行星齒輪系統(tǒng)38B的環(huán)形 齒輪繼續(xù)由推進電動機34A和推進電動機34B以相同的速度驅(qū)動。這
14使速度相加行星系統(tǒng)38L的齒輪托架91減速，且使速度相加行星系 統(tǒng)38R的齒輪托架加速。因此，扭矩通過推進系統(tǒng)12的交叉驅(qū)動傳 動而從左側(cè)履帶系統(tǒng)14L傳遞到右側(cè)履帶系統(tǒng)14R上。這個的發(fā)生不 影響推進電動機34A和34B的輸出。因此，僅需要轉(zhuǎn)向電動機36A 和36B提供足夠的扭矩，以克服使扭矩從左側(cè)履帶系統(tǒng)14L傳遞到右 側(cè)履帶系統(tǒng)14R上時的機械傳動損失。例如，如果交叉驅(qū)動傳動是百 分之九十八有效的，則可以用轉(zhuǎn)向電動機乂人左側(cè)履帶系統(tǒng)14L傳遞 2000 HP (約1492kW)到右側(cè)履帶系統(tǒng)14R上，而僅為推進系統(tǒng)12提 供組合的40 HP(約29.8 kW)。
因此，通過使用本發(fā)明的嵌套式永^f茲驅(qū)動系統(tǒng)，推進系統(tǒng)12能 夠為左側(cè)履帶系統(tǒng)14L和右側(cè)履帶系統(tǒng)16R提供選定的功率，而無需 使用具有大量單獨的功率消耗的大型的大容量永磁電動機。因此，可 使用例如推進電動機34A和轉(zhuǎn)向電動機36A等更小的電動機來使推進 系統(tǒng)保持小尺寸。另外，轉(zhuǎn)向電動機36A嵌套在推進電動機34A內(nèi)， 以進一步減小復(fù)合式電動機32A的直徑和寬度。復(fù)合式電動機32A的 緊湊性尤其很好地適于交叉驅(qū)動推進系統(tǒng)。但是，復(fù)合式電動機32A 也適于其它應(yīng)用，且可對其進行相應(yīng)地々務(wù)改。
圖4顯示了表示圖3的復(fù)合式電動機32A的簡化的、廣義化的實 施例的嵌套式可變場電機100的示意圖。電機100包括可^皮修改成用 于各種應(yīng)用中的本發(fā)明的一個實施例。電機100包括第一轉(zhuǎn)子軸102、 第二轉(zhuǎn)子軸104和定子體106。第一磁性驅(qū)動元件108安裝到第一轉(zhuǎn) 子軸102上，以形成第一轉(zhuǎn)子，且第二磁性驅(qū)動元件IIO安裝到第二 轉(zhuǎn)子軸104上，以形成第二轉(zhuǎn)子。定子體106包括安裝到內(nèi)表面114 上形成第一定子的第三磁性驅(qū)動元件112，以及安裝到定子體106的 外表面118上形成第二定子的第四磁性驅(qū)動元件116。因此，電機IOO 構(gòu)造成包括兩個單獨地相互作用的轉(zhuǎn)子組和定子組。
定子體106包括環(huán)形體，且定子體106固定在第一端120處，從 而當(dāng)允許第一轉(zhuǎn)子軸102和第二轉(zhuǎn)子軸104繞中心線CL旋轉(zhuǎn)時，定子體106保持固定。第一轉(zhuǎn)子軸102包括圓柱形軸，此圓柱形軸延伸 通過定子體106的中心孔122，從而使得圓柱形軸在定子體106內(nèi)旋 轉(zhuǎn)。第二轉(zhuǎn)子軸104包括圓柱形外殼，此圓柱形外殼包圍定子體106, 從而使得第二轉(zhuǎn)子軸104繞定子體106旋轉(zhuǎn)。第二轉(zhuǎn)子軸104包括環(huán) 形體124、支撐托架126和法蘭128,且定子體106包括支撐托架129。 第二轉(zhuǎn)子軸104的第一端由軸承130支撐在定子體106的外表面 處，定子體106的支撐托架120使軸承130自中心線CL徑向地移置。 第二轉(zhuǎn)子軸104的第二端由法蘭128處的軸承132支撐在定子體106 的內(nèi)表面處，支撐托架126使軸承132自環(huán)形體124徑向地移置。因 此，第二轉(zhuǎn)子軸104自第一轉(zhuǎn)子軸102徑向地移置，且允許第二轉(zhuǎn)子 軸104沿向前或向后方向繞定子體106外面的中心線CL自由地旋轉(zhuǎn)。 第二轉(zhuǎn)子軸104由法蘭128處的軸承134支撐在第一轉(zhuǎn)子軸102的外 表面上。第一轉(zhuǎn)子軸102由法蘭128處的軸承134和支撐托架129處 的軸承136支撐在定子體106內(nèi)。因此，第一轉(zhuǎn)子軸102 ^f皮允許沿向 前或向后方向繞定子體106內(nèi)的中心線CL自由地旋轉(zhuǎn)。因此，第一 轉(zhuǎn)子軸102和第二轉(zhuǎn)子軸104繞中心線CL同心地設(shè)置，以減小直徑 D。同樣地，第一轉(zhuǎn)子軸102和第二轉(zhuǎn)子軸104軸向地集成，以減小 寬度W。
第一轉(zhuǎn)子軸102插入定子體106中，從而使得第一磁性驅(qū)動元件 108與第三磁性驅(qū)動元件112對準(zhǔn)。第二轉(zhuǎn)子軸104繞定子體106設(shè) 置，從而使得第二磁性驅(qū)動元件110與第四f茲性驅(qū)動元件116對準(zhǔn)。 第一磁性驅(qū)動元件108可沿第一轉(zhuǎn)子軸102軸向地移置，以改變與第 三磁性驅(qū)動元件112的相互作用。第一磁性驅(qū)動元件108沿笫一轉(zhuǎn)子 軸102移置，從而使得第一磁性驅(qū)動元件108在第四;f茲性驅(qū)動元件116 內(nèi)延伸，因此避免對電機IOO的另外的軸向長度的需要。相似地，第 二磁性驅(qū)動元件110可沿第二轉(zhuǎn)子軸104軸向地移置，以改變與第四 磁性驅(qū)動元件116的相互作用。第二磁性驅(qū)動元件110沿第二轉(zhuǎn)子軸 104移置，從而使得第二磁性驅(qū)動元件110延伸，以包圍第三磁性驅(qū)動元件112,因此避免對電機100的另外的軸向長度的需要。磁性驅(qū) 動元件108和110可使用任何適當(dāng)?shù)拇賱訖C構(gòu)來進行軸向移置。這樣， 減小了電機100的寬度W。定子體106包括彎曲部138，彎曲處138 允許第三磁性驅(qū)動元件112和第四磁性驅(qū)動元件116更接近，以進行 徑向?qū)?zhǔn)。這樣，減小了電機100的直徑D。但是，彎曲處138沒有 深得足以阻止第一磁性驅(qū)動元件108和第二》茲性驅(qū)動元件110的軸向 運動。
電機100可構(gòu)造成具有兩個嵌套式PM電動機、嵌套在反結(jié)構(gòu)PM 電動機內(nèi)的傳統(tǒng)PM電動機，如上所述。但是，電機100可構(gòu)造成其 它類型的電動才幾，例如感應(yīng)電動機、交換 磁阻、DC有刷電動才幾等。 電機100還可構(gòu)造成作為電動機或發(fā)電機而操作。第一轉(zhuǎn)子軸102和 第二轉(zhuǎn)子軸104繞中心線CL獨立地旋轉(zhuǎn)，且可獨立地供有功率以及 由開關(guān)和變換器控制，如特定的應(yīng)用所要求的那樣。另外，可按需要 將機械功率取消或供應(yīng)至各種位置中的笫一轉(zhuǎn)子軸102和第二轉(zhuǎn)子軸 104上。^磁性驅(qū)動元件108、 110、 112和116可為圍繞中心線CL的 永磁體陣列或圍繞中心線CL的線圈繞組。這樣，電機100從電動機 輕易地轉(zhuǎn)換成發(fā)電機，或反之亦然。在任何構(gòu)造中，電機100提供用 于嵌套繞具有配合性的電磁或機電元件的固定體旋轉(zhuǎn)的具有電》茲或 機電元件的兩個旋轉(zhuǎn)體的方法。因此，各自具有可獨立地操作的定子 元件和轉(zhuǎn)子元件的兩個可獨立地操作的電^L同心地嵌套。因此，減小 了電機的總體直徑。相似地，減小了電機的總體寬度，特別是當(dāng)結(jié)合 可變場電機使用時。
雖然已經(jīng)參照優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，但是本領(lǐng)域技術(shù) 人員將認(rèn)識到，可在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下改變形式和 細節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種嵌套式永磁驅(qū)動系統(tǒng)，包括中部元件，包括環(huán)形體，包括中心孔；第一電樞部分以及第二電樞部分；連接到所述第一電樞部分上以形成第一定子的第一面向外的磁性驅(qū)動元件；以及連接到所述第二電樞部分上以形成第二定子的第一面向內(nèi)的磁性驅(qū)動元件；第一轉(zhuǎn)子，包括同心地包圍所述環(huán)形體的圓柱形體；以及連接到所述圓柱形轉(zhuǎn)子體的內(nèi)表面上且用于以電磁的方式與所述第一面向外的磁性驅(qū)動元件相互作用的第二面向內(nèi)的磁性驅(qū)動元件；以及第二轉(zhuǎn)子，包括延伸通過所述中心孔的軸；以及連接到所述軸的外表面上且以電磁的方式與所述第一面向內(nèi)的磁性驅(qū)動元件相互作用的第二面向外的磁性驅(qū)動元件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌套式永磁驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)形體包括彎折部，從而使得所述第一面向外的磁性驅(qū)動元件與所述第二電樞部分軸向地對準(zhǔn)，且所述笫一面向內(nèi)的磁性驅(qū)動元件與所述第 一 電樞部分軸向地對準(zhǔn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌套式永磁驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述第一面向外的磁性驅(qū)動元件和所述第一面向內(nèi)的磁性驅(qū)動元件包括線圈繞組；以及所述第二面向外的^f茲性驅(qū)動元件和所述第二面向內(nèi)的磁性驅(qū)動元件包括永磁體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌套式永磁驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述第二面向外的磁性驅(qū)動元件用笫 一促動器連接到所述軸的所述外表面上，從而使得所述第二面向外的磁性驅(qū)動元件可軸向地移置；以及所述第二面向內(nèi)的磁性驅(qū)動元件用第二促動器連接到所述圓柱形體的所述內(nèi)表面上，從而使得所述第二面向內(nèi)的磁性驅(qū)動元件可軸向地移置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌套式永磁驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述圓柱形體進一步包括從所述圓柱形體徑向地向內(nèi)凸出的托架；以及法蘭，所述法蘭從所述托架軸向地凸入所述中心孔中，用于支撐所述圓柱形體，使所述圓柱形體與所述環(huán)形體同心。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的嵌套式永磁驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)形體進一步包括從所述環(huán)形體徑向地向內(nèi)凸出的支撐件，用于支撐所述環(huán)形體，使所述環(huán)形體與所述軸同心。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的嵌套式永磁驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述圓柱形體進一步包括由第一軸承支撐在所述環(huán)形體的外表面上的第一端；以及由所述法蘭處的第二軸承支撐在所述軸的外表面上的第二端。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的嵌套式永磁驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)形體進一步包括由所述支撐件處的第三軸承支撐在所述軸上的第一端；以及由第四軸承支撐在所述法蘭上的第二端。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌套式永磁驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述嵌套式7l^茲驅(qū)動系統(tǒng)進一步包括附連到所述圓柱形體上的環(huán)形齒輪；附連到所述軸上的正齒輪；以及行星齒輪，所述行星齒輪使所述環(huán)形齒輪與所述正齒輪連接，用于協(xié)調(diào)所述嵌套式永^f茲驅(qū)動系統(tǒng)的輸出。
10. —種雙重永》茲電動機，包括第一電動機，包括圓柱形定子體，所述圓柱形定子體具有第一線圈，所述第一線圈形成安裝到所述圓柱形定子體的外部的第一定子繞組；和第一轉(zhuǎn)子，所述第一轉(zhuǎn)子構(gòu)造成繞所述圓柱形定子旋轉(zhuǎn)，且具有構(gòu)造成繞所述第一定子繞組旋轉(zhuǎn)的第一永磁體陣列；以及第二電動機，包括形成安裝到所述圓柱形定子體的內(nèi)部的第二定子繞組的第二線圈；和第二轉(zhuǎn)子，所述第二轉(zhuǎn)子構(gòu)造成在所述圓柱形定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)，且具有構(gòu)造成在所述笫二定子繞組內(nèi)旋轉(zhuǎn)的第二永磁體陣列。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的雙重永磁電動機，其特征在于，所述圓柱形定子體包括彎曲部分，使得所述第一定繞組和所述第二定子繞組凹入所述圓柱形定子內(nèi)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的雙重永磁電動機，其特征在于所述第 一永磁體陣列可繞所述第一轉(zhuǎn)子軸向地調(diào)節(jié)，以調(diào)節(jié)所述第一永磁體陣列和所述第一定子繞組之間的磁通相互作用；以及所述第二永磁體陣列可繞所述第二轉(zhuǎn)子軸向地調(diào)節(jié)，以調(diào)節(jié)所述第二永磁體陣列和所述笫二定子繞組之間的磁通相互作用。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的雙重永磁電動機，其特征在于，所述圓柱形定子體的第 一端由所述第二轉(zhuǎn)子處的軸承支撐，且所述圓柱形定子體的第二端由所述第 一轉(zhuǎn)子處的軸承支撐。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的雙重永磁電動機，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)子的第一端由所述定子體的外表面上的軸承支撐，所述第一轉(zhuǎn)子的第二端支撐在所述笫二轉(zhuǎn)子的外表面上的軸承和所述定子體的內(nèi)表面上的軸承之間。
15. —種電才幾，包括第一轉(zhuǎn)子軸，所述第一轉(zhuǎn)子軸用于繞所述電機的中心軸線旋轉(zhuǎn)，且具有設(shè)置在所述第 一轉(zhuǎn)子軸的外周邊周圍的第 一磁性驅(qū)動元件；第二轉(zhuǎn)子軸，所述第二轉(zhuǎn)子軸用于繞所述第一轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)，且具有設(shè)置在所述第二轉(zhuǎn)子軸的內(nèi)周邊周圍的第二磁性驅(qū)動元件；以及中部元件，所述中部元件設(shè)置在所述第一轉(zhuǎn)子軸和所述第二轉(zhuǎn)子軸之間，且構(gòu)造成在所述第一轉(zhuǎn)子軸和所述第二轉(zhuǎn)子軸繞所述中心軸線旋轉(zhuǎn)時保持固定，并且其中，所述中部元件包括用于與所述第一磁性驅(qū)動元件相互作用的第三磁性驅(qū)動元件，以及與所述第二磁性驅(qū)動元件相互作用的第四磁性驅(qū)動元件。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電機，其特征在于，所述中部元件包括彎曲部分，使得所述第三磁性驅(qū)動元件和所述第四磁性驅(qū)動元件凹入所述中部元件中。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電機，其特征在于所述第一電磁元件可繞所述第一轉(zhuǎn)子軸軸向地調(diào)節(jié)，以調(diào)節(jié)所述第一磁性驅(qū)動元件和所述第三磁性驅(qū)動元件之間的磁通相互作用；以及所述笫二電磁元件可在所述第二轉(zhuǎn)子軸內(nèi)軸向地調(diào)節(jié)，以調(diào)節(jié)所述第二電磁元件和所述第四電磁元件之間的磁通相互作用。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電機，其特征在于，所述中部元件的第一端由所述第二轉(zhuǎn)子軸上的軸承支撐，且所述中部元件的第二端由所述第 一轉(zhuǎn)子軸上的軸承支撐。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電機，其特征在于，所述第二轉(zhuǎn)子軸的第 一端由所述定子的外表面上的軸承支撐，且所述第二轉(zhuǎn)子軸的笫二端支撐在所述第一轉(zhuǎn)子軸的外表面上的軸承和所述中部元件的內(nèi)表面上的軸承之間。
20. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電機，其特征在于，所述電機進一步包括附連到所述第一轉(zhuǎn)子軸上的正齒輪；附連到所述第二轉(zhuǎn)子軸上的環(huán)形齒輪；以及行星齒輪，所述行星齒輪使所述環(huán)形齒輪與所述正齒輪連接，用于協(xié)調(diào)所述第一轉(zhuǎn)子軸和所述第二轉(zhuǎn)子軸的輸出。
全文摘要
電機(100)包括第一轉(zhuǎn)子軸(102)、第二轉(zhuǎn)子軸(104)和中部元件(106)。第一轉(zhuǎn)子軸(102)繞電機(100)的中心軸線(C/L)旋轉(zhuǎn)，且具有設(shè)置在第一轉(zhuǎn)子軸(102)的外周邊周圍的第一磁性驅(qū)動元件(108)。第二轉(zhuǎn)子軸(104)繞第一轉(zhuǎn)子軸(102)旋轉(zhuǎn)，且具有設(shè)置在第二轉(zhuǎn)子軸(104)的內(nèi)周邊周圍的第二磁性驅(qū)動元件(110)。中部元件(106)設(shè)置在第一轉(zhuǎn)子軸(102)和第二轉(zhuǎn)子軸(104)之間，且構(gòu)造成在第一轉(zhuǎn)子軸和第二轉(zhuǎn)子軸繞中心軸線(C/L)旋轉(zhuǎn)時保持固定。中部元件(106)還包括用于與第一磁性驅(qū)動元件(108)相互作用的第三磁性驅(qū)動元件(112)，以及用于與第二磁性驅(qū)動元件(110)相互作用的第四磁性驅(qū)動元件(114)。
文檔編號H02K21/00GK101657954SQ200880012209
公開日2010年2月24日 申請日期2008年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月15日
發(fā)明者M·沙哈馬特, R·A·希梅爾曼 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司