直接转矩回馈双转子无极变速永磁无刷电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种永磁无刷电机，尤其涉及电动车辆驱动用的永磁无刷电机。
【背景技术】
[0002]近年来由于电机及控制技术的发展和环境保护的要求，电动车辆迅速发展，驱动电机作为其关键的一个总成，具有十分重要的作用。其中永磁无刷电机由于结构紧凑，比功率大，效率高，技术成熟，因此，在现有的电动车辆中获得了大量应用。
[0003]但是，普通的永磁无刷电机难以调整电机磁通量，自身不具备车辆驱动所需的等功率调速特性，其机械特性的高效区域不能覆盖实际使用工况的变化范围，这是很不经济的。上世纪80年代以来，先后提出了许多技术方案，包括弱磁调速，其中一类方案是可实时改变磁路结构或可实时变换绕组接法来达到减小定子磁链的目的。其中同本发明最接近类似的是轴向组合方式的双转子或多转子专利，略加举例如下:
US3713715，美国专利，输出电压可调双永磁转子交流发电机，1973-1-23。该专利较早提出了双永磁转子结构，目的是使永磁交流发电机输出的电压可调。
[0004]ZL02102457.X，日立公司在中国专利，运输系统和电动发电机，2003-1-1公开。利用螺杆结构旋转和移动转子，用控制电路和伺服机构调节限制位移量。
[0005]US7642683B2，美国专利，自调永磁装置，2010_1_5，使用第2转子相连的冷却器负载阻力产生角位移。
[0006]CNlOl 188374A，美国迪尔公司专利，双转子电磁机，2012-10-24，使用了复杂的行星齿轮机构来移动副转子。
[0007]CN103580411A，中国专利，一种永磁无刷自适应变速驱动电机，2.01412，本人于2012年提出，使用离心机构跟踪电机转速，依据离心力和弹簧反力平衡条件及弹簧的角位移确定转子磁极的相位差实现弱磁增量调速。
[0008]上述方案都使用了 2个或两个以上的永磁转子，使用另外伺服机构来改变或制约其中某个转子的位置来改变气隙磁场，虽然能够达到调节磁链的目的，但机构相对复杂，零件数量较多，或者效果较差，不能连续变化，并且还需额外消耗电能，制造和使用成本都相对较高。CN10358041IA虽然不需要外加伺服机构，但由于永磁电机以速度为参照的高效率区间狭窄，运行中负载变化时定子内作用力变化复杂，不易匹配复杂工况，同时低速电机不便使用离心机构。
【发明内容】
[0009]本发明目的在于克服现有技术存在的缺点，取消伺服机构，也不使用离心机构，而是直接利用电磁力矩与负载阻力矩作用于一个测控弹簧(以下简称弹簧)两端，弱磁增速改为强磁增矩，弹簧的变形直接导致转子的角度变化，从而提供一种更简单更节省更可靠的新设计，由于结构更简单，不增加体积重量，比功率大，节省成本，而且工作稳定，变速范围宽，高效率区域广的高低速电机都适用的驱动电机技术。实现输出力矩自动平衡负载阻力矩，输出速度自适应连续变化，输出功率保持稳定，高效+宽效运行的驱动电机产品的目的。
[0010]本发明的基本思路是，设置初始状态为转子极性相对错位的弱磁状态，由弹簧的初值F1锁定，对应电机的最高转速；起动时，直接利用电机的起动阻力矩使两个转子迅速趋于相位相同，合成最大磁通，产生增磁作用，获得大的起动转矩；继而运行中，利用弹簧反力矩Fk与电磁力矩Fe自动实时达成平衡，预先设计使该平衡位置落入电机特性的高效率区域之中。
[0011]详细变化分述如下:
负载扭矩越小，弹簧变形越小，转子相对错位越多，合成磁通量越少，电机转速越高；负载扭矩越大，弹簧变形越大，转子相对错位越少，合成磁通量越多，电机扭矩越高；两个转子极性对齐时，到达设置的限位点，这时弹簧反力等于电磁力矩额定值，结束恒功率变速转态。
[0012]设计弹簧的测控范围同电机的扭矩范围相匹配，可获得数倍的恒功率无极调速范围。
[0013]本发明是通过如下设计来实现的:一种永磁无刷电机及转子，包括定子及绕组、永磁转子、电机轴以及机壳轴承等，动力从电机轴上输出。其特征在于电机轴上顺序安装有两副永磁转子，两副转子高度之和相当于定子铁心高度，其中至少有一副转子可绕电机轴单向转动有限角度；在这副转子与电机轴之间还有弹簧，它的一端连接这个转子，另一端连接电机轴，用于平衡电机轴上阻力矩和永磁转子电磁驱动力矩，弹簧反力Fk同电磁力Fe大小相同方向相反；在弹簧的作用下，两副转子的磁极彼此错开一定角度Θ，运行阻力较小时，Θ较大，运行阻力较大时，Θ较小，边界条件是O < θ < τ，τ是极距，θ = τ时错开最多，是为初态最弱磁状态，参见附图5 ； Θ =0时，磁极对齐，是为终态，最强磁状态参见附图6。
[0014]对于仅需要一个旋向的电机，可只用一副这样的可绕电机轴单向转动的转子，另一转子改为普通结构转子，与电机轴固定连接，省去弹簧等。
[0015]对于需要正反两个旋向的电机，则需要两副这样的可绕电机轴单向转动的转子，它们背靠背配置，分别在正转和反转时实现转矩平衡和无极变速。
[0016]用于平衡电机轴上阻力矩和永磁转子电磁驱动力矩的测控弹簧可以是一种涡旋弹簧，涡旋弹簧具有扁平的特点，可用于直径大而长度短的转子，弹簧的内圈同轴套固定连接，轴套同电机轴连接不能相对转动，弹簧的外圈固定在弹簧盒内周，弹簧盒又同转子轭固定连接，弹簧盒同电机轴同轴配置，可绕轴转动，转子可通过弹簧盒张紧或放松弹簧。
[0017]用于平衡电机轴上阻力矩和永磁转子电磁驱动力矩的测控弹簧还可以是一种扭簧，扭簧具有较小的直径，可用于直径小而长度长的转子，扭簧的一端通过轴套同电机轴固定连接，轴套同电机轴连接不能相对转动，扭簧的另一端同弹簧盒相连，弹簧盒又同转子轭固定相连，弹簧盒同电机轴同轴配置，可绕轴转动，转子可通过弹簧盒张紧或放松弹簧。
[0018]盘形阻尼器由阻尼齿盘、阻尼转子和端盖组成，它们共同构成若干个周向分布的封闭空间，并注满阻尼油，阻尼转子齿与阻尼齿盘间的狭小缝隙构造起节流作用，阻尼齿盘的齿限制与阻尼转子相对位移的角度，盘形阻尼器的时间常数取决于阻尼油的粘度和节流缝隙，它能防止负载突然变化引起的冲击，提供柔和的变速特性。
[0019]进一步，还可以直接用转子的轭部构成阻尼齿盘的特征，阻尼转子的齿为叶片形，使用一组压簧作为测控弹簧周向分布于阻尼齿盘与阻尼转子叶片之间的封闭空间中，叶片上设计节流通道。
[0020]本发明同上述美、日专利对转矩的利用完全相反，初始磁极位置从对齐变位错开，变化方向为从弱磁增速变为强磁增矩，从而仅用弹簧便对电磁力矩同时起到了检测/平衡/变位/回位之多种作用，自成恒功率闭环调节系统，无需其它检测装置和伺服装置。相比之下，优势明显:
1、省去所有伺服机构或离心机构，降低了成本；
2、缩小体积，减轻重量，提高了比功率；
2、结构简单，零件少，便于实施；提高了可靠性；
3、弹簧直接跟踪负载阻力变化，按比例自适应调节磁通，实现恒功率大变比连续变速，特别适合驱动车辆或其他需要恒功率变速动力的装置上。
【附图说明】
[0021]本发明所附图例I为机构图，采用简图和GB4460规定的符号对部件、构件和零件进行表示，对本领域的技术人员应不难理解，并不难据此并参照已有文献资料进一步完成具体设计。
[0022]图1是本发明的机构图，其中编号为:1电机轴；2A转子A ；2B转子B ;3定子；4绕组；5测控弹