專利名稱：三相無刷永磁多擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電動汽車的電力驅(qū)動的動力裝置，尤其適合將現(xiàn)有汽車改成油電混合動力汽車，能多擋變速、差速器安裝在電機轉(zhuǎn)子內(nèi)部，減速器安裝在電機端蓋兩側(cè)，輸出軸直接驅(qū)動車輪行駛的三相無刷永磁多擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機。
背景技術(shù)：
目前，公知的電動汽車的電力驅(qū)動方式基本是繞組參數(shù)固定的內(nèi)轉(zhuǎn)子電機通過與變速箱連接差速器并帶動傳動軸驅(qū)動電動汽車，該技術(shù)雖比較成熟，但變速箱生產(chǎn)成本高， 裝配、維護復(fù)雜且占用了車身很大的空間，如需獲得較大的轉(zhuǎn)矩必須增大電動機的體積，如用改變電機繞組抽頭的方式對電機運動狀態(tài)進行控制，由于導(dǎo)線利用率低，必定會導(dǎo)致電機體積過大，成本過高，效率降低，安裝繁瑣。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的電動汽車用內(nèi)轉(zhuǎn)子電機體積大、效率低的不足，本實用新型提供一種電動汽車用三相無刷永磁多擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體的高速電機，采用電轉(zhuǎn)換開關(guān)變換電機繞組的連接方式，以適應(yīng)電機的不同運行狀態(tài)，提高電機效率和性能，采用把差速器安裝在電機轉(zhuǎn)子內(nèi)部，行星減速器安裝在電機端蓋兩側(cè)的方法，進一步減小電機的體積。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是由電機轉(zhuǎn)子、差速器、減速器、 定子、電機軸、軸承、外殼及端蓋組成，差速器安裝在電機轉(zhuǎn)子內(nèi)，電機內(nèi)安裝電轉(zhuǎn)換開關(guān)， 轉(zhuǎn)子上安裝永磁體，繞組安裝在定子上，減速器安裝在電機端蓋兩側(cè)，其兩端分別與電機輸出軸連接，三相繞組的每一相繞組均由多個相同的相繞組單元組成，每個相繞組單元的線圈匝數(shù)及絕緣導(dǎo)線的直徑及總截面都相同，且每個相繞組單元都可獨立的作為相繞組，相繞組單元之間用電轉(zhuǎn)換開關(guān)進行串聯(lián)或并聯(lián)，當相繞組單元全部串聯(lián)時用于電機起動，當相繞組單元串、并聯(lián)混合時用于電機的加速，當相繞組單元全部并聯(lián)時用于電機的全速運行，根據(jù)直流電機的基本公式I = (V-E)/R，其中I為電機電流，V為電源電壓，E為電機反動勢，R為電機電阻，在電機起動開始的瞬間，因電機處于靜止狀態(tài)，其反動勢E為0.此時工=(V-O)/R由此看出I很大，容易造成繞組燒毀，且電機效率很低，因此采取把多個繞組單元串聯(lián)的方法，可以幾倍地增加電機電阻的R值，同時每個繞組單元承受的電壓也降低幾倍，避免了電機起動的瞬時產(chǎn)生危險的大電流，并提高電機的起動效率，保障電機的可靠起動。電機起動后的加速階段，通過相繞組單元線圈的并聯(lián)，可以使相繞組單元線圈上獲得成倍或幾倍的電壓，同時并聯(lián)后的電機總電阻也降為起動時的幾分之一，由公式I = (V-E) /R看出，相繞組單元上的電壓增加及R減少，導(dǎo)致I的增加，再由三相電機的基本功率公式P= V 3IV看出，電機的輸出功率增加了，功率大幅提升的結(jié)果必然是電機轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速的增加，因為電機轉(zhuǎn)矩T oc P。相繞組單元之間的串聯(lián)或并聯(lián)通過若干個電轉(zhuǎn)換開關(guān)的接通或關(guān)斷實現(xiàn)，并把電機由起動、加速到全速的過程分成幾個擋位，由自動換擋調(diào)速器對相應(yīng)的電轉(zhuǎn)換開關(guān)實行控制，實現(xiàn)自動變擋。電轉(zhuǎn)換開關(guān)動作時，電機上的電源自動斷電，使電轉(zhuǎn)換開關(guān)動作時無火花產(chǎn)生，保證電轉(zhuǎn)換開關(guān)的可靠運行。電轉(zhuǎn)換開關(guān)安裝在電機殼內(nèi)，三相電機電源線只有3根，電機生產(chǎn)簡便。本實用新型的有益效果是，在輸入電機的電源電壓值不變的情況下，可以使加在電機相繞組單元上的電壓成倍以至幾倍地大范圍變動，從而使電機在起動、加速以至全速運行時產(chǎn)生相應(yīng)的電流、轉(zhuǎn)矩與功率，實現(xiàn)可靠起動與高速運行的不同要求，差速器安裝在電機轉(zhuǎn)子內(nèi)，減速器安裝在電機端蓋兩側(cè)的機電一體式結(jié)構(gòu)減小了裝置的體積。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1是本實用新型三相無刷永磁三擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機電路原理圖，以A 相說明，其余B、C兩相與此相同。圖2是三相無刷永磁三擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機單相一擋等效電路。圖3是三相無刷永磁三擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機單相二擋等效電路。圖4是三相無刷永磁三擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機單相三擋等效電路。圖5是三相無刷永磁三擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機第一個實施例的A相展開圖， 其余B、C兩相與此相同。圖6是三相無刷永磁三擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機第一個實施例的電機槽的剖面圖。圖7是第一個實施例三相無刷永磁多擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機的局部剖面圖。圖8是第一個實施例三相無刷永磁多擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機的縱向剖面圖。圖9是第二個實施例三相無刷永磁多擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機的縱向剖面圖。圖10是第三個實施例三相無刷永磁多擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機的縱向剖面圖。圖中1.電機的電源線，2.相繞組單元，3.相繞組單元，4相繞組單元，5.相繞組單元，6.相繞組單元尾的公共線，即三相電機星形接法的中性線，7.電轉(zhuǎn)換開關(guān)，8.電轉(zhuǎn)換開關(guān)，9.電轉(zhuǎn)換開關(guān)，10.絕緣層，11.槽禊，12.電機殼，13.轉(zhuǎn)子永磁體，14.電機槽，15.電機輸出軸，16.定子鐵芯，17.電機軸承，18.電機軸外油封，19.電機軸內(nèi)油封，20.轉(zhuǎn)子油封，21.電機內(nèi)隔磁板，22.差速器機體，23.差速齒輪，24.減速機構(gòu)注油孔，25.放油孔， 26.電機軸，27.電機出線孔，28.減速主動齒輪，29.減速行星齒輪，30.減速被動齒輪。
具體實施方式
在圖1中，對相繞組單元O)、(3)、(4)和(5)的端部屬性規(guī)定為相繞組單元標有黑點“ · ”的一端為正極端即相繞組單元的頭，沒有標記的為負極端即相繞組單元的尾。 電路連接電機的電源線⑴分別與電轉(zhuǎn)換開關(guān)(7)、⑶和(9)的一端連接，相繞組單元的公共線分別與電轉(zhuǎn)換開關(guān)(7)、⑶和(9)連接，電轉(zhuǎn)換開關(guān)(7)分別與相繞組單元(2) 的負極端及相繞組單元(3)的正極端連接，電轉(zhuǎn)換開關(guān)(8)分別與相繞組單元(3)的負極端及相繞組(4)的正極端連接電轉(zhuǎn)換開關(guān)(9)分別與相繞組單元(4)的負極端及相繞組單元(5)的正極端連接，三相無刷永磁多擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機的每個繞組單元的總?cè)?shù)相同，絕緣線直徑相同，線圈總截面相同，且每個電機槽內(nèi)安裝同一相的相繞組單元O)、(3)、(4)和(5)的線圈，線圈之間用絕緣層(10)絕緣，每一個相繞組單元可以單獨地作為電機的一個完整的相繞組。電機起動時為一擋，此時電轉(zhuǎn)換開關(guān)(7)、(8)和(9)使相繞組單元O)、(3)、(4)和(5)串聯(lián)，如等效電路圖2所示；電機起動后在加速時為二擋，此時電轉(zhuǎn)換開關(guān)使相繞組單元( 和(3)串聯(lián)，(4)和(5)串聯(lián)，兩組串聯(lián)的相繞組單元同時進行并聯(lián)，即二串二并，如等效電路圖3所示。電機高速運行位三擋，此時電轉(zhuǎn)換開關(guān)使相繞組單元⑵⑶⑷(5)并聯(lián)，如等效電路圖4所示。在圖5所示實施例的展開圖中，相繞組單元(2)、(3)、⑷和(5)分別繞在一個12 槽電機定子鐵芯(16)內(nèi)，每個繞組單元的總?cè)?shù)相同，絕緣線直徑相同，線圈總截面相同， 且每個電機槽內(nèi)安裝同一相的相繞組單元O)、(3)、(4)和(5)的線圈，線圈之間用絕緣層 (10)絕緣，每一個相繞組單元可以單獨地作為電機的一個完整的相繞組，槽口用槽楔(11) 封堵。電轉(zhuǎn)換開關(guān)(7)、(8)和(9)均為磁保持繼電器。該三相無刷永磁三擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機為三擋，起動為一擋，起動后加速為二擋，高速運行為三擋，電機一擋起動時，四組相繞組單元相互串聯(lián)，即圖中磁保持繼電器(7)中的③和④觸頭斷開，②和③觸頭接觸導(dǎo)通，磁保持繼電器⑶和(9)的狀態(tài)與(7)相同，此時四個相繞組單元O)、(3)、(4)和 (5)全部串聯(lián)。電機二擋加速時，磁保持繼電器(7)和(9)的狀態(tài)保持一擋時的狀態(tài)不變， 磁保持繼電器⑶的狀態(tài)變?yōu)?8)的內(nèi)部觸頭③和④接觸導(dǎo)通，觸頭②和③斷開，觸頭② 和①接觸導(dǎo)通，此時相繞組單元⑵和⑶串聯(lián)，相繞組單元⑷和(5)串聯(lián)，同時，該兩個串聯(lián)的相繞組單元再并聯(lián)，即二串二并。電機三擋高速運行時，磁保持繼電器(8)的狀態(tài)保持二擋時的狀態(tài)不變，磁保持繼電器(7)和(9)的狀態(tài)變成與二擋(8)的狀態(tài)一致，此時四個相繞組單元O)、(3)、(4)和(5)全部并聯(lián)。磁保持繼電器動作時，電機的電源自動斷電， 使電轉(zhuǎn)換開關(guān)動作時無火花產(chǎn)生。磁保持繼電器(7)、⑶和(9)安裝在電機殼(12)內(nèi)，并固定在電機內(nèi)隔磁板上。圖中的X、Y和Z分別為三相電機的相線圈的尾端。電機的電源線(1)從電機出線孔(XT)內(nèi)穿出。在一個電機殼(12)內(nèi)，安裝一個永磁轉(zhuǎn)子(13)和一個定子鐵芯(16)及繞組的定子為一個電機單元，即一單元電機。該實施例在電機殼(12) 內(nèi)安裝二個永磁轉(zhuǎn)子(1 與二個電機鐵芯(16)及繞組的定子，組成二單元三相無刷永磁三擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機。在圖9所示第二個實施例中，在一個電機殼(1 內(nèi)，安裝三個永磁轉(zhuǎn)子(1 與三個定子鐵芯(16)及繞組的定子，組成三單元三相無刷永磁三擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機。在圖10所示第三個實施例中，在一個電機殼(12)內(nèi)，安裝四個永磁轉(zhuǎn)子(13)與四個定子鐵芯(16)及繞組的定子，組成四單元三相無刷永磁三擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機。
權(quán)利要求1.一種三相無刷永磁多擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機，由電機轉(zhuǎn)子、差速器，定子、電機軸、軸承、外殼組成，其特征是差速器安裝在電機內(nèi)，減速器安裝在電機端蓋兩側(cè)，定子的每相繞組繞有多個相同的相繞組單元，相繞組單元之間用電轉(zhuǎn)換開關(guān)串聯(lián)或并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相無刷永磁多擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機，其特征是差速器安裝在電機轉(zhuǎn)子內(nèi)，減速器安裝在電機端蓋兩側(cè)，其兩端分別與電機輸出軸連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相無刷永磁多擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機，其特征是電機的每一個相繞組單元的總?cè)?shù)相同、絕緣線直徑相同、線圈總截面積相同，每個電機槽內(nèi)安裝同一相的相繞組單元線圈，線圈之間用絕緣層絕緣。
4.根據(jù)權(quán)利要1所述的三相無刷永磁多擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機，其特征是電機定子每相繞組的相繞組單元數(shù)是四個，一擋起動時，四個相繞組單元串聯(lián)，二擋加速時，四個相繞組單元兩兩串聯(lián)成兩組后再將串聯(lián)好的兩組并聯(lián)，三擋高速運行時，四個相繞組單元全部并聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相無刷永磁多擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機，其特征是所用電轉(zhuǎn)換開關(guān)為磁保持繼電器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相無刷永磁多擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機，其特征是磁保持繼電器安裝在電機殼內(nèi)，并固定在電機內(nèi)隔磁板上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相無刷永磁多擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機，其特征是磁保持繼電器在動作時，電機的電源自動斷電。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相無刷永磁多擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機，其特征是在一個電機殼內(nèi)，安裝二個永磁轉(zhuǎn)子和二個電機鐵芯及繞組的定子。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相無刷永磁多擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機，其特征是在一個電機殼內(nèi)，安裝三個永磁轉(zhuǎn)子和三個電機鐵芯及繞組的定子。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相無刷永磁多擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機，其特征是在一個電機殼內(nèi)，安裝四個永磁轉(zhuǎn)子和四個電機鐵芯及繞組的定子。
專利摘要一種用于電動汽車的體積小效率高的三相無刷永磁多擋內(nèi)轉(zhuǎn)子變速差速一體電機，它是在電機的轉(zhuǎn)子內(nèi)安裝差速器，減速器安裝在電機端蓋兩側(cè)，電機輸出軸直接驅(qū)動車輪形成機電一體化的裝置，減小了整機的尺寸，節(jié)省了電機占用整車的空間，且電機定子的每相都繞有多組相同的相繞組單元，用電氣開關(guān)自動進行串聯(lián)或并聯(lián)，使相繞組單元獲得不同的電壓值，以適應(yīng)電機起動、加速與全速運行的不同狀態(tài)需求，提高了電機效率，另外，用于相繞組單元串并聯(lián)的電轉(zhuǎn)換開關(guān)安裝在電機殼內(nèi)，可以使電機的電源線僅有三根，便于電機制造。
文檔編號H02K3/04GK202085025SQ20112005644
公開日2011年12月21日 申請日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月7日
發(fā)明者尹永河 申請人:廊坊市永泰電動車電機有限公司