專利名稱：3體電動(發(fā)電)機及電調制式磁齒輪無級變速器的制作方法
3體電動(發(fā)電)機及電調制式磁齒輪無級變速器本發(fā)明屬機械電子技術領域，確切的講是一種3體沖擊式(積分)電機技術及有源調制磁齒輪無級變速器.現(xiàn)有的電機技術都是基于2體的構造方式；即轉子與定子，就速度的適應寬度而言一直存在下述兼顧的矛盾因素；高速段下的體積重量的冗余及低速段下的欠缺；就輸出力矩而言，低速下的扭矩嚴重不足，超力矩輸出下的過熱及低效率將導致嚴重后果！本發(fā)明的目的是克服已有技術的不足之處，在電動機的定子與轉子中間插入第3 體(中間體)；中間體負責傳輸轉子與定子之間的能量轉移；這樣中間體也可以接受外部直接動力驅動；易于汽車的混合動力系統(tǒng)接入；由于中間體可以在高速及沖擊下運行，有利于電磁傳動結構的小型化設計；當中間體選擇永磁時本構造即是電動機(兼發(fā)電機)，利用電磁調制盤，插入2個永磁盤之間，實現(xiàn)永磁變速傳動，此時相對于直接動力輸入來說是一個完善的無級變速器；也可以制成轉轂電機；可以廣泛應用于汽車及其它動力傳動領域。本發(fā)明的特點是3體沖擊式的電機體積小(約為同功率下2體永磁電機的2/3)； 低速下扭矩強大(約為同功率下2體永磁電機的4-6倍)；如將3體電機與(利用電磁調制盤)永磁驅動器結合，將制成極其緊湊的混合動力總承構件(包含電動/發(fā)電機，外動力輸入的無級調速器)。本發(fā)明的技術關鍵對于3體電動(發(fā)電)機而言；基本組成為轉子(14)、沖擊轉子(2)及定子(5) 組成；共3核心部件組成；稱之為3體電動機(發(fā)電機)；基本工作原理當定子線圈G4) 有電流通過時，將對轉子(14)生成驅動力矩(轉子可以是永磁的或感應的或磁滯方式的)； 當轉子(14)被加速到一定速度時，將與沖擊轉子( 發(fā)生碰撞，該碰撞是通過轉子撞擊柱 (41)、(42)之間的直接碰撞來實現(xiàn)的；該碰撞可以使非接觸的軟碰撞；如

圖1的剖面線AA 的剖面圖IA所示。在2個轉子的轉子撞擊柱Gl) “4幻可以安裝有永磁體；當轉子撞擊柱 (41)與0 之間相互靠近時，磁場的斥力將急劇的增加，緩解碰撞，并使無接觸碰撞成立。 圖3中的B及C分別是，轉子永磁體(動力接收盤)(51)的軸向視圖；及(52)電磁鐵磁極電磁鐵調制盤(56)的軸向視圖。對電調制式磁齒輪無級變速器而言基本組成為；電磁鐵線圈(57)安裝在電磁鐵磁極電磁鐵調制盤(56)上；在數(shù)量上往往大大的超過(動力接收盤)(51)及(動力放送盤)(52)各自的永磁體總數(shù)；對于降速傳遞轉動時，(動力接收盤)(51)的永磁體總數(shù)要少于(動力放送盤)(52)的永磁體數(shù)量；此種情形類似于磁齒輪的傳遞行為；工作原理當各電磁鐵可被獨立控制，(58)為電磁鐵線圈引出導線，它們之間的并串聯(lián)關系可被任意組合； 統(tǒng)一被一個類是于伺服電機的控制器控制，可以根據(jù)需要在(動力接收盤)(51)及(動力放送盤)(5 的不同的轉動相對位置狀態(tài)時，處于不同的并串聯(lián)組合及電流分布狀態(tài)；使得就(動力接收盤)(51)及(動力放送盤)(5 傳輸而言處于不同的力矩傳輸狀態(tài)(變矩)，以滿足不同的傳輸需要；(59)為動力輸出軸(60)為動力輸出軸，(54)/(55)為動力輸入軸轉盤((動力接收盤)(51)及(動力放送盤)(5 正是各自安裝在這2個轉盤上)。超級電容及必要容量的電池往往是必要的，在在電磁鐵磁極電磁鐵調制盤(56)上的電磁鐵線圈(57)調制時，是要伴隨著電磁能的不斷存儲釋放及消耗，超級電容適用于瞬間的大電流的吸收及放出，電池往往是處理相對較慢的電流存放情形，最終的積累結果通過電池的存儲是最為恰當?shù)?。眾多電磁鐵線圈(57)調制模式#多組相鄰到向磁極群模式即將(57)分為多組，同組的各磁極的磁化方向相同， 相鄰組之間的磁化方向相反。#改變組數(shù)模式改變同組磁極的數(shù)量使組數(shù)發(fā)生變化，當同組磁極數(shù)量減少則組數(shù)增加，當同組磁極數(shù)量增加則組數(shù)減少。#等效旋轉磁場模式此方式是通過各組之間交換邊界磁極來實現(xiàn)，即將各組相鄰的磁極進行轉移，將本組的邊界磁極劃分給相鄰的組，同時吸收另一個相鄰的磁極組的磁極，使每組磁極的數(shù)量保持不變，順時針轉移交換旋轉磁場順時針旋轉；逆時針轉移交換旋轉磁場則逆時針旋轉(相當于(56)沿其轉軸旋轉)。#復合模式上述各模式的組合(改變組數(shù)/等效旋轉/到向)。總之3體電機的根本特征就在于在3體電(發(fā)電)機中使用了沖擊轉子(2)來吸收來自轉子(14)的沖擊力矩，并對外輸出力矩；定子線圈G4)的工作模式既可以是電機通用的旋轉磁場的同步/異步驅動模式，也可以是驅動轉子(14)沖擊( 的半程工作在電動驅動模式，當轉子(14)被回彈時轉換為發(fā)電模式；模式轉換3沖擊模式及2體電機模式之間轉換；尤其適用于中低速，超大力矩輸出；及2體電機/發(fā)電模式；沖擊碰撞過程中止，2個轉子之間鎖死(無相對轉動)，此時回歸常規(guī)2體電機模式。電調永磁變矩其特征就在于在(動力接收盤)(51)及(動力放送盤)(5 之間插入了電磁鐵調制盤(56)；電磁鐵調制盤(56)的磁極的排布既可以是軸向、徑向的也可以使其它取向；眾多電磁鐵線圈(57)調制模式多組相鄰到向磁極群模式、改變組數(shù)模式及等效旋轉磁場模式和復合模式。以下結合附圖就本發(fā)明的較佳實施例對本發(fā)明作進一步說明[圖1]3體電動/發(fā)電機結構原理示意圖。[圖2]1種帶有外動力混合輸入軸的3體復合電機示結構意圖。[圖3]帶有有源電磁調制盤的永磁變速/變矩器結構示意圖。[圖4]另1種帶有外動力混合輸入軸的(獨立電磁調速的)3體復合電機示結構意圖。圖中標號說明1轉子軸2沖擊轉子3動力輸出軸5 定子12動力輸入盤永磁體13 機殼14 轉子40動力輸入軸
41/42轉子撞擊柱44定子線圈45線圈電流輸入滑環(huán)51轉子(動力接收盤)永磁體52電磁鐵磁極54/55動力輸入軸轉盤56電磁鐵調制盤承載體57電磁鐵線圈58電磁鐵線圈引出導線59動力輸出軸60動力輸出軸如圖1所示3體電動(發(fā)電)機的基本組成為轉子(14)、沖擊轉子(2)及定子(5)組成；共 3核心部件組成；稱之為3體電動機(發(fā)電機)?；竟ぷ髟懋敹ㄗ泳€圈04)有電流通過時，將對轉子(14)生成驅動力矩(轉子可以是永磁的或感應的或磁滯方式的)；當轉子(14)被加速到一定速度時，將與沖擊轉子(2)發(fā)生碰撞，該碰撞是通過轉子撞擊柱Gl)、0 之間的直接碰撞來實現(xiàn)的。該碰撞可以使非接觸的軟碰撞；如圖1的剖面線AA的剖面圖IA所示。在2個轉子的轉子撞擊柱01)、0 可以安裝有永磁體；當轉子撞擊柱與0 之間相互靠近時，磁場的斥力將急劇的增加，緩解碰撞，并使無接觸碰撞成立。在2轉子碰撞發(fā)生的過程中，轉子(14)的能量及動量將部分的傳輸給沖擊轉子 (2)；每一次的碰撞結束時轉子(14)都被沖擊轉子O)反彈回來。在整個碰撞過程中，定子(5)的電磁力可以始終施加于轉子(14)，以增加能量的傳輸效率。當轉子(14)被反彈回來時，定子線圈G4)使其繼續(xù)加速，轉子撞擊柱Gl)與 (42)在未產(chǎn)生反彈相對位移碰撞時，使轉子(14)又被加速到超過沖擊轉子( 的速度；進而完成下一次碰撞；周而復始，循環(huán)往復。(13)為機殼、(3)為動力輸出軸；GO)為動力輸入軸。傳輸功率估算設轉子的質量為M、轉動慣量I ；碰撞相對轉角為160度(轉子(14) 與沖擊轉子O)的可自由轉動角度) ’轉子(14)的碰撞前的角速度為W1、沖擊轉子O)的角速度近似勻速為W2 ；轉子(14)與沖擊轉子⑵之間的碰撞近似為彈性碰撞；轉子(14) 在被加速時的平均角加速度為A。因而可近似估算單位時間內的動量矩及動能交換交換動量矩=[單位時間的碰撞次數(shù)]X[—次碰撞的動量矩交換值]因而[單位時間的碰撞次數(shù)]=(W1-W2) iam/2 Π[一次碰撞的動量矩的交換值]=1 OW1-W2)式中Π =圓周率動能交換=[單位時間的碰撞次數(shù)]χ[—次碰撞的動能交換值]
[一次碰撞的動能交換值]=1/21 [W1W1- QW2-W1)2]傳輸功率估算取轉子的質量M = 2KG轉動慣量(半徑為10厘米)I = 2/IO2KGM2轉子(14)的碰撞前的角速度為Wl = 180 Π沖擊轉子O)的角速度近似勻速為W2 = 60 Π近似得出動量矩交換=360 (KGM/S)動能交換=17000(W)在一般情況下車用3體電機是2個一起并聯(lián)使用，以獲得良好的動平衡；在此情況下，車的牽引力為100KG ；輸出功率為34KW ；時速為110KM/S。在車輛起步的情況下3體電機能提供比常規(guī)2體電機有著大得多驅動力矩；此種情況下，W2 = 0 ；取W為中間值(120 Π )；牽引力約為220KG ；對于質量為1200KG的車的加速度為0. 18G ；獲得0-110ΚΜ/Η的加速時間僅為6秒！即使在完全停車的情況下，也能長時間獲得較大的力矩，這與2體電機有著本質的區(qū)別，在較大電流下任何2體電機也無法在獲得較大力矩的前提下長時間工作；因為僅僅卡死情況下的熱效應就足以導致災難結果。3體電機的定子線圈在此種情況下，在碰撞的過程中不斷吸收及放出能量；也就是不斷重復充電放電過程，滿足能量的平衡；而轉子與定子之間又處于較高的相對速度的工作條件下；可謂低速下狀態(tài)極好。模式轉換#沖擊模式；尤其適用于中低速，超大力矩輸出。#2體電機/發(fā)電模式；沖擊碰撞過程中止，2個轉子之間鎖死(無相對轉動)，此時回歸常規(guī)2體電機模式。如圖2所示其工作過程與圖1基本一樣(含相同標號的圖標意義)“40)動力輸入軸，可直接駁接各種機械動力源，在油電混合動力汽車中所駁接的是內燃機動力。圖2中的B是剖面線AA處沿垂直于轉軸方向的平面所剖的剖面圖，與圖1的完全一樣。(45)為線圈電流輸入滑環(huán)，為轉動的“定子”線圈提供電流；此時定子線圈G4)除了在固定不動時提供轉子(可以是永磁轉子)的磁場外，當該定子被內燃機帶動旋轉時，依然提供轉子所需的磁力，及回收轉子的動能。如圖3所示圖3中的B及C分別是，轉子永磁體(動力接收盤)(51)的軸向視圖；及(52)電磁鐵磁極電磁鐵調制盤(56)的軸向視圖。電磁鐵線圈(57)安裝在電磁鐵磁極電磁鐵調制盤(56)上；在數(shù)量上往往大大的超過(動力接收盤)(51)及(動力放送盤)(5 各自的永磁體總數(shù)；對于降速傳遞轉動時， (動力接收盤)(51)的永磁體總數(shù)要少于(動力放送盤)(52)的永磁體數(shù)量；此種情形類似于磁齒輪的傳遞行為。(58)為電磁鐵線圈引出導線，各電磁鐵可被獨立控制，它們之間的并串聯(lián)關系可被任意組合；統(tǒng)一被一個類是于伺服電機的控制器控制，可以根據(jù)需要在(動力接收盤)(51)及(動力放送盤)(5 的不同的轉動相對位置狀態(tài)時，處于不同的并串聯(lián)組合及電流分布狀態(tài)；使得就(動力接收盤)(51)及(動力放送盤)(5 傳輸而言處于不同的力矩傳輸狀態(tài)(變矩)，以滿足不同的傳輸需要。(59)為動力輸出軸，(60)為動力輸出軸，(54)/(55)為動力輸入軸轉盤((動力接收盤)(51)及(動力放送盤)(5 正是各自安裝在這2個轉盤上)。超級電容及必要容量的電池往往是必要的，在在電磁鐵磁極電磁鐵調制盤(56) 上的電磁鐵線圈(57)調制時，是要伴隨著電磁能的不斷存儲釋放及消耗，超級電容適用于瞬間的大電流的吸收及放出，電池往往是處理相對較慢的電流存放情形，最終的積累結果通過電池的存儲是最為恰當?shù)?。眾多電磁鐵線圈(57)調制模式#多組相鄰到向磁極群模式即將(57)分為多組，同組的各磁極的磁化方向相同， 相鄰組之間的磁化方向相反。#改變組數(shù)模式改變同組磁極的數(shù)量使組數(shù)發(fā)生變化，當同組磁極數(shù)量減少則組數(shù)增加，當同組磁極數(shù)量增加則組數(shù)減少。#等效旋轉磁場模式此方式是通過各組之間交換邊界磁極來實現(xiàn)，即將各組相鄰的磁極進行轉移，將本組的邊界磁極劃分給相鄰的組，同時吸收另一個相鄰的磁極組的磁極，使每組磁極的數(shù)量保持不變，順時針轉移交換旋轉磁場順時針旋轉；逆時針轉移交換旋轉磁場則逆時針旋轉(相當于(56)沿其轉軸旋轉)。#復合模式上述各模式的組合(改變組數(shù)/等效旋轉/到向)。如圖4所示其工作過程與圖1及圖3的綜合基本一致(相同標號的圖標意義是完全相同的)， (40)仍為動力輸入軸，可直接駁接各種機械動力源，在油電混合動力汽車中所駁接的是內燃機動力。圖4的3體電機相當于在圖1的單純的3體電機的基礎上增加了圖3的有源電磁調制盤調制下的的永磁變速/變矩器。獨立控制的定子線圈04)及電磁鐵調制盤(56)上的電磁鐵線圈(57)將會帶來極大的調整范圍及相應速度。
權利要求
1.3體電動(發(fā)電)機；其基本組成為轉子(14)、沖擊轉子⑵及定子(5)組成；共3 核心部件組成稱之為3體電動機(發(fā)電機)；再有(13)為機殼、(3)為動力輸出軸；GO)為動力輸入軸；基本工作原理當定子線圈G4)有電流通過時，將對轉子(14)生成驅動力矩 (轉子可以是永磁的或感應的或磁滯方式的)；當轉子(14)被加速到一定速度時，將與沖擊轉子( 發(fā)生碰撞，該碰撞是通過轉子撞擊柱G1)、(42)之間的直接碰撞來實現(xiàn)的；該碰撞可以使非接觸的軟碰撞；在2個轉子的轉子撞擊柱Gl)、(42)可以安裝有永磁體；當轉子撞擊柱Gl)與0 之間相互靠近時，磁場的斥力將急劇的增加，緩解碰撞，并使無接觸碰撞成立；在2轉子碰撞發(fā)生的過程中，轉子(14)的能量及動量將部分的傳輸給沖擊轉子 (2)；每一次的碰撞結束時轉子(14)都被沖擊轉子( 反彈回來；在整個碰撞過程中，定子 (5)的電磁力可以始終施加于轉子(14)，以增加能量的傳輸效率；當轉子(14)被反彈回來時，定子線圈G4)使其繼續(xù)加速，轉子撞擊柱Gl)與0 在未產(chǎn)生反彈相對位移碰撞時， 使轉子(14)又被加速到超過沖擊轉子O)的速度；進而完成下一次碰撞；周而復始，循環(huán)往復；模式轉換沖擊模式；尤其適用于中低速，超大力矩輸出；及2體電機/發(fā)電模式；沖擊碰撞過程中止，2個轉子之間鎖死(無相對轉動)，此時回歸常規(guī)2體電機模式；其特征就在于在3體電(發(fā)電)機中使用了沖擊轉子(2)來吸收來自轉子(14)的沖擊力矩，并對外輸出力矩；定子線圈G4)的工作模式既可以是電機通用的旋轉磁場的同步/異步驅動模式，也可以是驅動轉子(14)沖擊( 的半程工作在電動驅動模式，當轉子(14)被回彈時轉換為發(fā)電模式；模式轉換3沖擊模式及2體電機模式之間轉換；尤其適用于中低速，超大力矩輸出；及2體電機/發(fā)電模式；沖擊碰撞過程中止，2個轉子之間鎖死(無相對轉動)， 此時回歸常規(guī)2體電機模式。
2.電調制式磁齒輪無級變速器；基本構成是由圖3中的B及C分別是，轉子永磁體 (動力接收盤)(51)的軸向視圖；及(52)電磁鐵磁極電磁鐵調制盤(56)的軸向視圖；電磁鐵線圈(57)安裝在電磁鐵磁極電磁鐵調制盤(56)上；在數(shù)量上往往大大的超過(動力接收盤)(51)及(動力放送盤)(5 各自的永磁體總數(shù)；對于降速傳遞轉動時，(動力接收盤) (51)的永磁體總數(shù)要少于(動力放送盤)(52)的永磁體數(shù)量；此種情形類似于磁齒輪的傳遞行為；(58)為電磁鐵線圈引出導線；基本工作過程為各電磁鐵可被獨立控制，它們之間的并串聯(lián)關系可被任意組合；統(tǒng)一被一個類是于伺服電機的控制器控制，可以根據(jù)需要在 (動力接收盤)(51)及(動力放送盤)(52)的不同的轉動相對位置狀態(tài)時，處于不同的并串聯(lián)組合及電流分布狀態(tài)；使得就(動力接收盤)(51)及(動力放送盤)(5 傳輸而言處于不同的力矩傳輸狀態(tài)(變矩)，以滿足不同的傳輸需要；(59)為動力輸出軸，(60)為動力輸出軸，(54)/(55)為動力輸入軸轉盤((動力接收盤)(51)及(動力放送盤)(52)正是各自安裝在這2個轉盤上)；超級電容及必要容量的電池往往是必要的，在在電磁鐵磁極電磁鐵調制盤(56)上的電磁鐵線圈(57)調制時，是要伴隨著電磁能的不斷存儲釋放及消耗，超級電容適用于瞬間的大電流的吸收及放出，電池往往是處理相對較慢的電流存放情形，最終的積累結果通過電池的存儲是最為恰當?shù)模槐姸嚯姶盆F線圈(57)調制模式多組相鄰到向磁極群模式、改變組數(shù)模式及等效旋轉磁場模式和復合模式上述各模式的組合(改變組數(shù)/等效旋轉/到向)；其特征就在于在(動力接收盤)(51)及(動力放送盤)(52)之間插入了電磁鐵調制盤(56)；電磁鐵調制盤(56)的磁極的排布既可以是軸向、徑向的也可以使其它取向；眾多電磁鐵線圈(57)調制模式多組相鄰到向磁極群模式、改變組數(shù)模式及等效旋轉磁場模式和復合模式。
全文摘要
本發(fā)明公開了3體電動(發(fā)電)機及電調制式磁齒輪無級變速器，屬機械電子技術領域，在電動機的定子與轉子中間插入第3體(中間體)；中間體負責傳輸轉子與定子之間的能量轉移；這樣中間體也可以接受外部直接動力驅動；易于汽車的混合動力系統(tǒng)接入；由于中間體可以在高速及沖擊下運行，有利于電磁傳動結構的小型化設計；當中間體選擇永磁時本構造即是電動機(兼發(fā)電機)，又是一個相對于直接動力輸入來說是一個完善的無級變速器；可以廣泛應用于汽車及其它動力傳動領域。
文檔編號H02K7/10GK102468727SQ201010544478
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月15日 優(yōu)先權日2010年11月15日
發(fā)明者吳小平, 周偉裕, 羅天珍 申請人:吳小平, 周偉裕, 羅天珍