專利名稱：多功能電磁無級變矩裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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本發(fā)明屬于變速器技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種多功能電磁無級變矩 裝置。
背景技術(shù)：
目前大部分自動(dòng)檔變速器AT，無級變速器VCT都使用液力變矩 器，但由于液力變矩器效率低，工藝復(fù)雜，精度高，它的工作必須有一 高壓油作介質(zhì)才能工作，在扭矩傳遞變化時(shí)不能隨時(shí)受到控制，有些 場合利用電磁離合器、電磁滑擦離合器作扭矩傳遞的，它與本裝置的 主要區(qū)別在于在傳遞動(dòng)力時(shí)，它不能變換扭矩，另外它還需要有外界 供電源它才能工作；多功能電磁無級變矩裝置，是內(nèi)外轉(zhuǎn)子都處在自 由轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)電機(jī)，傳遞力矩改變速度，是該電機(jī)工作在發(fā)電模式下， 通過改變電機(jī)繞組中的電、流的大小來實(shí)現(xiàn)變速變扭的。由于它是一種 特殊用法的電機(jī)，在給它供電情況下它又變成了電動(dòng)機(jī)，因此該裝置 用于車輛上傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)力矩時(shí)不但具有變速、變扭功能，而且還有離 合器功能、啟動(dòng)機(jī)功能、發(fā)電機(jī)功能、飛輪功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是利用處于發(fā)電模式的電機(jī)的內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子都處 于自由移動(dòng)的特殊用法，通過脈動(dòng)改變電機(jī)繞組電流的大小來達(dá)到變 速、變扭的，正是由于這種特殊用法提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低、體積小、變速平穩(wěn)、接合柔和，具有發(fā)電、電動(dòng)、離合、混合驅(qū)動(dòng)多功 能無級變矩、變速裝置。
本發(fā)明組成；是由內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子都處于自由轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)和與電 機(jī)繞組端子相連的滑環(huán)和與滑環(huán)相滑接的碳刷、碳刷架組成
'組成該裝置的電機(jī)可以是永磁電機(jī)，磁極可以在內(nèi)轉(zhuǎn)子，也可以 在外轉(zhuǎn)子；也可以是勵(lì)磁電機(jī)。
該電機(jī)有三種工作模式第一種模式發(fā)電模式，即在外動(dòng)機(jī)拖動(dòng) 下，內(nèi)外轉(zhuǎn)子有轉(zhuǎn)速差，電機(jī)繞組形成感應(yīng)電流，通過控制該電流大 小達(dá)到調(diào)節(jié)內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速差值，達(dá)到變速變扭目的，此外該電流 可以給電瓶充電，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)時(shí)機(jī)械能變成電能實(shí)現(xiàn)能量回收。
第二種是工作在電動(dòng)模式，利用外界給電機(jī)提供電能，該電機(jī)變 成電動(dòng)機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)給發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，也可以實(shí)現(xiàn)純電驅(qū)動(dòng)。
第三種是混合驅(qū)動(dòng)模式，即在外動(dòng)力驅(qū)動(dòng)情況下，再給電機(jī)提供 電能，此時(shí)輸出轉(zhuǎn)速比外動(dòng)力單獨(dú)驅(qū)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速會(huì)更快，實(shí)現(xiàn)混合驅(qū)動(dòng) 目的。
為了減小電機(jī)體積，提高電機(jī)效率，本裝置可以與齒輪、行星齒 輪相結(jié)合，形成不同級別的固定變比，在每個(gè)級別變比中銜接時(shí)都通 過調(diào)節(jié)該特殊裝置電機(jī)繞組中的脈動(dòng)電流從而調(diào)節(jié)內(nèi)、外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速差 值來實(shí)現(xiàn)有級變比的連續(xù)性來實(shí)現(xiàn)無級變速。


圖l.是多功能電磁無的變距器結(jié)構(gòu)簡圖。
圖2.是多功能電磁無的變距與具有一級固定變比的變速機(jī)構(gòu)結(jié)合在
一起的無級變速器一種形式。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明在于電機(jī)的內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)這種特殊 用法來實(shí)現(xiàn)變速、變扭的目的，它可以和固定變比的齒輪、行星齒輪 以及和辛普森式、拉維奈式雙排行星齒輪相結(jié)合構(gòu)成多種不同形式的 無級變速器。下面將本裝置與有一級固定變比的齒輪相結(jié)合實(shí)現(xiàn)無級 變速為例結(jié)合附圖2加以說明；
選一臺(tái)永磁電機(jī)，電機(jī)的外轉(zhuǎn)子2與發(fā)動(dòng)機(jī)相連做變矩器的動(dòng)力
輸入端，電機(jī)三相繞組在外轉(zhuǎn)子2上，三相繞組的輸出端與鑲鉗在外 轉(zhuǎn)子右側(cè)端面上的三道滑環(huán)相連，三組碳刷3分別與三道滑環(huán)相滑 接，三組碳刷分別鑲鉗在絕緣架4上，控制器分別與三組碳刷相連接， 帶有永磁體的內(nèi)轉(zhuǎn)子1做變矩器的輸出端，分別與單向超越轉(zhuǎn)承6 的外面和離合器5的左側(cè)相連，單向超越軸承6的內(nèi)面和低速齒圈8 左端外面配合，低速齒圈8的右端外面齒牙和減速對齒輪9的左端齒輪相嚙合，右端與直接擋齒輪7的右端外齒相嚙合，直接檔齒輪左端 與離合器5的右側(cè)相接，直接檔齒圈7的右側(cè)內(nèi)端面齒牙與輸出換檔 滑塊11的外齒相滑接形成D檔，換檔滑塊11內(nèi)花鍵與輸出軸13的 外花鍵相滑接。減速對齒輪9的右側(cè)齒輪外面與倒檔齒圈10的左側(cè) 內(nèi)端面的齒牙相嚙合，倒檔齒圈10的右端內(nèi)花鍵與換檔滑塊11的外 花鍵相滑接形成倒檔，滑塊11與直接檔齒圈7的內(nèi)花鍵相連又與倒 檔齒圈10的右端內(nèi)花鍵相連形成P檔，換檔桿12的上端繼續(xù)向左移 動(dòng)使滑塊11即不與7的內(nèi)花鍵相滑接也不與倒檔齒圈10的右端內(nèi)花 鍵相滑接形成^檔。在整個(gè)變速過程分低速檔變速和直接檔變速兩 部分。低速檔變速力距傳遞路徑是發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞給外轉(zhuǎn)子2，再到內(nèi)轉(zhuǎn) 子l，再到單向軸承6，再到低速檔齒圈8，再到減速對齒輪9，再到 直接檔齒圈7，再到滑塊11，再到輸出軸13。直接檔力距傳遞路線 是發(fā)動(dòng)機(jī)，再到外轉(zhuǎn)子2，再到內(nèi)轉(zhuǎn)子l，再到離合器5，再到直接 檔齒圈7,再到滑塊11，再到輸出軸13。我們將低速檔齒輪固定變 比設(shè)置在2.10與電機(jī)變比2.10相配合滿足整個(gè)變速系統(tǒng)要求。低速 檔過度到直接檔通過控制離合器5的接合實(shí)現(xiàn)。變比的銜接通過外轉(zhuǎn) 子2和內(nèi)轉(zhuǎn)子1的轉(zhuǎn)速差即變扭器的變比來調(diào)整過渡期間的變比的連續(xù)性，因此在整個(gè)變速系統(tǒng)的變比由低速檔到直接檔傳遞是連續(xù)的。 因此利用電機(jī)兩轉(zhuǎn)子自由轉(zhuǎn)動(dòng)的特殊性來做變矩器即使和固定變比 齒輪組合作用結(jié)果也是無級變速效果。 功能實(shí)現(xiàn)
l.飛輪功能；無論是外轉(zhuǎn)子還是內(nèi)轉(zhuǎn)子與發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸相連，在 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，都是具有慣量飛輪作用，由于轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)子都具有質(zhì)量-、 mi、 m2,在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)都具有慣量，J=mr2/2 (r為當(dāng)量半徑)。
2.具有離合器功能當(dāng)電機(jī)繞組輸出端子斷開時(shí)，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子雖 然有相對轉(zhuǎn)速，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，有感應(yīng)電動(dòng)勢，但由于繞組沒有 形成閉合回路，沒有回路電流，也就沒有電磁力距產(chǎn)生，相當(dāng)于離合 器斷開，當(dāng)電機(jī)繞組通過滑環(huán)，形成電流通路，形成了閉合電流，內(nèi) 外轉(zhuǎn)子有電磁力距傳遞T=Fr， F-aLBI, T-BILar (L繞組長度，a 每繞組導(dǎo)線匝數(shù)，r半徑，B磁場強(qiáng)度，I閉合電流強(qiáng)度)，這個(gè)傳遞 力距過程相當(dāng)于離合器結(jié)合過程。
3.發(fā)電機(jī)功能由于本特殊用法的電機(jī)在，動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)變矩器處 于發(fā)電模式，因此可根據(jù)電瓶狀況可隨時(shí)給電瓶充電，具有發(fā)電機(jī)功 能。4. 啟動(dòng)機(jī)功能(l)在車輛處于P檔時(shí)，給本裝置電機(jī)繞組供電， 其具有電動(dòng)功能，使其與曲軸相連的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)力距，使發(fā) 動(dòng)機(jī)點(diǎn)火啟動(dòng)。
(2)在車輛運(yùn)行時(shí)，只要將電機(jī)繞組輸出端短接在一起時(shí)，使該電 機(jī)內(nèi)外轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)動(dòng)，在外力反施情況下，追使曲軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使 發(fā)動(dòng)機(jī)被動(dòng)點(diǎn)火。
5. 能量回收功能在制動(dòng)情況下，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子有相對轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī) 處于發(fā)電模式，將制動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能存貯在電瓶中，實(shí)現(xiàn)能量 回收。
6. 電動(dòng)功能當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于鎖止?fàn)顟B(tài)時(shí)，給該裝置電機(jī)繞組供電， 使其工作在電動(dòng)狀態(tài)模式下，驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)行。
7. 混合驅(qū)動(dòng)的功能在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行同時(shí)，再給電機(jī)繞組供電，使 其工作在電動(dòng)模式下，這樣車輛行駛是在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)能和電機(jī)電動(dòng)模式 下的電能共同驅(qū)動(dòng)，形成了油、電共同驅(qū)動(dòng)的混合驅(qū)動(dòng)。
8. 無級變速變扭功能在發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，通過控制電機(jī)繞組輸出 端短接與斷開的頻率大小和短接與斷開時(shí)間的長短，也就是利用 PWM控制方式，來調(diào)節(jié)輸入與輸出兩轉(zhuǎn)子的速差大小和兩轉(zhuǎn)子傳遞扭矩的大小，當(dāng)輸出端短接在一起時(shí)形成短路電流I-E/Rw E為輸出 端感應(yīng)電動(dòng)勢E-BaLV--BLacor, (L為線圈長度，a為匝數(shù)，w為轉(zhuǎn) 速差角速度，r為電機(jī)繞組距中心半徑)，Rz為電抗值，R,Rcu+j"H， 每個(gè)短路脈沖產(chǎn)生的扭矩T-Fr F-BILaI=E/ Rz
T=BLaEr/Rz (H—為電機(jī)繞組電抗值)，(Rcu—繞組阻抗值)，如果 控制信號PWM頻率為f，占空比ct，那么單位時(shí)間內(nèi)作用在內(nèi)、外 轉(zhuǎn)子脈沖個(gè)數(shù)是相同的，設(shè)外轉(zhuǎn)子與曲軸相連角速度為oM，內(nèi)轉(zhuǎn)子 與負(fù)載相連角速度"2，那么外轉(zhuǎn)子每一周作用在內(nèi)轉(zhuǎn)子的脈沖個(gè)數(shù) 為p-f/c^個(gè)脈沖，內(nèi)轉(zhuǎn)子每周接收脈沖個(gè)數(shù)q-f/0)2,變比
(1) 當(dāng)c^〉"2 i>l P=f/"i q=C^2 q<p，說明車輛減速 增扭運(yùn)行。
(2) co產(chǎn)c^ p=q ，說明發(fā)動(dòng)機(jī)在直接檔傳遞過程。
(3) c^〈"2 p>q說明發(fā)動(dòng)機(jī)被車輛反拖運(yùn)行處于能量回收 狀態(tài)或處于混合驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。
電機(jī)能量損耗有繞組銅損PCU,鐵損PFe，機(jī)械損耗Pm,由于內(nèi)外 轉(zhuǎn)子這種特殊用法，PFe和Pm的一部轉(zhuǎn)化為有用功，傳遞給負(fù)載，因此這種用法的電機(jī)要比通常用法的電機(jī)(指在發(fā)電或電動(dòng)時(shí)有一轉(zhuǎn)子 固定的用法)效率要髙。通常為了保證傳遞效率把外轉(zhuǎn)子與內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)
速之比也就是變比i選在2左右。
綜上所述，為了提高電機(jī)變速變扭的效率，減小電機(jī)重量、體積、 功率可在動(dòng)力輸入到主減速器之前加一級或幾級變比，由于電機(jī)內(nèi)外 轉(zhuǎn)子受PWM信號控制，不影響無級變速效果，PWM信號受節(jié)氣門 開度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的麥克圖，更有效地控制節(jié)氣門 開度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的最佳匹配，使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力以最佳轉(zhuǎn)速傳遞 給負(fù)載，因此利用這種方式傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率，效率要比其它形式 的傳遞功率要好得多，并且更有效的控制發(fā)動(dòng)機(jī)排放，起到節(jié)能減排 的效果。
權(quán)利要求
1、多功能電磁無級變矩裝置是由處于自由轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子，與轉(zhuǎn)子繞組輸出端子相連接的滑環(huán)，與滑環(huán)相滑接的碳刷及碳刷架組成的電機(jī)，其特征在于該電機(jī)的內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子都處于自由轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)；在力矩傳遞時(shí)，是將兩轉(zhuǎn)子的任意一轉(zhuǎn)子與原動(dòng)力輸出端相連，另一轉(zhuǎn)子做動(dòng)力輸出端；在改變、傳遞力矩、改變轉(zhuǎn)速是該電機(jī)處于發(fā)電模式下，利用脈動(dòng)調(diào)節(jié)改變該電機(jī)繞組電流大小實(shí)現(xiàn)的；控制電機(jī)繞組電流大小有兩種方式一種是脈動(dòng)短接電機(jī)繞組輸出端的頻率和脈寬實(shí)現(xiàn)的，另一種是控制調(diào)節(jié)該電機(jī)繞組平均電流大小實(shí)現(xiàn)的；
2、 根據(jù)權(quán)力1所述該電機(jī)可以是永磁電機(jī)，也可以是勵(lì)磁電 機(jī)，繞組可以在內(nèi)轉(zhuǎn)子也可以在外轉(zhuǎn)子上；
3、 根據(jù)權(quán)利1所述該電機(jī)的滑環(huán)與滑環(huán)相滑接的碳刷及碳刷架 可以在電機(jī)的前端面、后端面或側(cè)面上。
全文摘要
多功能電磁無級變矩裝置，屬于變速器領(lǐng)域，具體涉及一種多功能電磁無級變矩裝置；本裝置采用一臺(tái)電機(jī)，該電機(jī)由處于自由轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子和電機(jī)繞組、與繞組端子相連接的滑環(huán)和與滑環(huán)相滑接的碳刷及碳刷架組成，在動(dòng)力傳遞過程中，兩轉(zhuǎn)子中的任意轉(zhuǎn)子做動(dòng)力輸入端，另一轉(zhuǎn)子做動(dòng)力輸出端；正是由于這種特殊用法，當(dāng)電機(jī)處于發(fā)電模式時(shí)可以實(shí)現(xiàn)無級變速、離合器、給電瓶充電、能量回收功能；當(dāng)電機(jī)處于電動(dòng)模式時(shí)可以啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、實(shí)現(xiàn)純電驅(qū)、混合驅(qū)動(dòng)功能；因此該無級變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)、齒輪配合使用可取代發(fā)電機(jī)、啟動(dòng)機(jī)、離合器、飛輪，取得了體積小、成本低、傳動(dòng)效率高、節(jié)能環(huán)保、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的積極效果。
文檔編號H02K16/00GK101488690SQ20081005026
公開日2009年7月22日 申請日期2008年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月17日
發(fā)明者顏廣博 申請人:顏廣博