混合动力车用少极差磁齿轮复合电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种混合动力车用少极差磁齿轮复合电机，属于电磁齿轮传动系统技术领域。
【背景技术】
[0002]传统动力汽车燃油利用率低、尾气排放污染环境，节能减排已成为人们关注的焦点，其中混合动力汽车作为一种新能源汽车，具有燃油经济性高、尾气排放低、续航里程长等优点，成为解决该问题的有效途径。
[0003]混合动力汽车的动力耦合系统主要分为机械式和电磁式两种工作方式。机械式混合动力耦合系统主要是把由电机和内燃机提供的两种动力源通过多自由度机械行星齿轮高效耦合，两种动力源在不同行驶工况下灵活配合，使内燃机工作于最佳燃油区域，但其存在机械式行星齿轮电机体积庞大、机械结构复杂，且易出现机械疲劳、摩擦损耗、震动噪音及润滑障碍等问题；最为典型的电磁式混合动力耦合系统由双转子电机构成，可有效规避机械式动力耦合系统存在的上述问题，但在该类系统中，采用集电环和电刷与外部电路相连的内转子电枢绕组在高速旋转时易使集电环和电刷之间产生火花和相应磨损；无刷化电磁式混合动力耦合系已成为电磁式混合动力汽车采取的热门技术解决方案，但由于现有无刷化双转子电机结构内电机体积小，难以实现大功率的动力合成与转矩传递，又使得该类电磁式混合动力系统难以在重型运输、公共交通等大功率作业场合使用。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的上述不足，本实用新型提出一种混合动力车用新型电磁式动力耦合系统解决方案，结合永磁同步电机设计方法和机械齿轮传动领域的新型少齿差行星齿轮传动技术，利用少极差磁场错极原理，将输入给偏心结构行星轮的公转通过行星转子磁体与复合转子磁体在径向偏心气隙磁场中相互异极性親合转化为行星轮的自转，经输出结构将行星轮自转输出，从而实现力矩传递、变速传动及能量流的分配与传输。
[0005]该混合动力车用少极差磁齿轮复合电机主要零部件包括定子机壳、定子铁芯、定子绕组、复合转子背铁、复合转子内外圈永磁体、行星转子铁芯、行星转子永磁体、销轴、拉紧螺钉、输入轴和输出轴、轴承、轴承端盖、支撑架及液压缸，其中输入轴采用双偏心错位为180°的转臂结构，两个行星转子完全相同，平行而对称地安装在输入轴上，当输入轴带动两个行星转子旋转时，它们各自产生的离心力将互相抵消，使输入轴处于平衡状态，提高传动平稳性；行星转子通过销轴结构与输出轴进行连接；行星转子外表面以及复合转子内、外表面的永磁体均以N、S极交替排列，行星转子与偏心输入轴相连，作为主动轮绕旋转中心轴线公转，复合转子内圈永磁体通过偏心径向气隙与行星转子永磁体进行少极差磁场耦合，驱动行星转子绕自身轴线反向自转，在行星转子铁芯的磁轭部位加工有圆周均布销孔，通过销轴式输出机构，将行星转子的低速自转经输出轴输出，行星转子和复合转子构成径向磁场少极差磁齿轮副；定子机壳、定子铁芯、定子绕组构成定子，复合转子背铁、复合转子内圈永磁体和复合转子外圈永磁体构成复合转子，该带电励磁极的定子和复合转子构成模块化永磁驱动外电机；将高转矩密度的径向磁场少极差磁齿轮集成在模块化永磁驱动电机的转子内部，形成具有两个机械端口和一个电磁端口的多端口动力耦合系统。
[0006]结合图2来说明该混合动力车用少极差磁齿轮复合电机的工作原理，输入轴和输出轴作为两个机械端口分别与内燃机和车轮相连，带电励磁极的定子和复合转子共同构成外电机，是系统电功率的输入端口，通过内燃机和外电机的共同作用，实现机械功率流与电功率流的合成及能量传输，通过控制两种功率流的比例，并与离合一制动系统配合，使混合动力汽车在启动、重载、爬坡、加速、刹车以及高速巡航等不同运行工况下，内燃机始终运行于最佳燃油经济区，实现整车的效率最高和排放最少。
[0007]该混合动力车用少极差磁齿轮复合电机的主要参数之间存在如下关系:复合转子内圈永磁体极对数为Pi，行星转子永磁体的极对数为p2，极对数pJP p 2为彼此互素的正整数对，并满足Pl>P2，1 ( Pl-P2<4的约束条件；复合转子与行星转子呈偏心分布结构，行星转子铁芯与旋转中心的偏心距为a，复合转子内圈永磁体与行星转子永磁体之间的最小气隙的长度为e，其中复合转子内圈永磁体的内径为Di，行星转子永磁体外径为D2，各参数之间满足(D「2Xe) +D2= p a = 0.5X (DrD2-2Xe)的约束条件；定子铁芯的槽数为Ns，复合转子外圈永磁体极对数为Ρηι，二者之间存在多种配比关系，为了获得较大的转矩密度，应当使电机的节距和极距相近，因此，定子铁芯的槽数Ns和复合转子外圈永磁体极对数之间满足Ns= 2p ?±2的约束条件；对于三相永磁电机来说，定子铁芯的槽数Ns还应能够被3整除；此外，令复合转子外圈永磁体极对数P?r^复合转子内圈永磁体极对数Ρ:相等。
[0008]采用上述技术方案可以达到如下技术效果:(1)克服了机械式齿轮传动易出现机械疲劳、摩擦损耗、震动噪音及润滑障碍等问题，传动效率大大提高，具有高效节能、低碳环保经济特点，广泛推广可极大地节省能源；(2)少极差磁场耦合技术使得磁体的耦合程度增大，转矩密度显著提高，为实现大力矩传动奠定了基础，不仅有效提高整个混合动力汽车的动力耦合系统集成度，而且显著提升系统的传动能力；(3)输入轴采用双偏心错位为180°的转臂结构，两个完全相同的行星转子平行而对称地安装在输入轴上，输入轴旋转时，两个行星转子各自产生的离心力能够互相抵消，使输入轴处于平衡状态，提高传动平稳性；(4)采用永磁传动技术，可以使机构在过载时因主、从动轮滑转而随时切断传动关系，对负载和原动机起到保护作用；(5)多端口结构可以实现内燃机和外电机的共同作用，实现机械功率流与电功率流的合成及能量传输，通过控制两种功率流的比例，使混合动力汽车在不同运行工况下，内燃机始终运行于最佳燃油经济区，实现整车的效率最高和排放最少。
【附图说明】
[0009]图1是混合动力车用少极差磁齿轮复合电机具体结构图
[0010]图2是混合动力车用少极差磁齿轮复合电机径向结构拓扑图
[0011]图3是混合动力车用少极差磁齿轮复合电机工作原理示意图
[0012]以上图中:1.复合转子外圈永磁体，2.复合转子背铁，3.复合转子内圈永磁体，
4.销轴，5.行星转子铁芯，6.轴承，7.轴承，8.输入轴，9.轴承端盖，10.支撑架，11.偏心轴，12.行星转子永磁体，13.定子绕组，14.定子机壳，15.引出线，16.定子铁芯，17.轴承，18.液压缸，19.支撑架，20.轴承，21.轴承端盖，22.输出轴，23.轴承，24.拉紧螺钉，25.传送带，26.内燃机，27.离合器，28.车轮，29.整流器一，30.蓄电池，31.整流器二，32.起发动机，5a.行星转子一，5b.行星转子二
【具体实施方式】
[0013]本实用新型提出一种混合动力车用少极差磁齿轮复合电机，它是针对机械式混合动力耦合系统存在电机体积庞大、机械结构复杂、易出现机械疲劳、摩擦损耗、震动噪音及润滑障碍等问题，由双转子电机构成的电磁式混合动力耦合系统在内转子电枢绕组高速旋转时易使集电环和电刷之间产生火花和相应磨损的问题，以及当前无刷化双转子电机结构内电机体积小，难以实现大功率动力合成与转矩传递，限制其在重型运输、公共交通等大功率作业场合使用的问题而提出的。
[0014]从图1和图2可知，混合动力车用少极差磁齿轮复合电机主要由内部径向磁场少极差磁齿轮和外部模块化永磁驱动电机组成，其中内部径向磁场少极差磁