专利名称：乘用车专用高低速多电机离合式组合无刷直流电动机的制作方法
技术领域：
本发明属于乘用车专用直流电动机,具体涉及一种乘用车专用高低速多电机离合式组合无刷直流电动机。
背景技术：
目前，我国电动乘用车使用的电动机基本上是有刷直流电动机和无刷直流电动机。有刷直流电动机的优势是启动电流大，启动扭力大，缺点是效率较低，且在使用过程中需更换电刷和滑环，维修困难。无刷直流电动机的优势是效率高，免维修，缺点是启动电流和扭力比有刷直流电动机小，难于满足直驱式电动乘用车的功能需要。为了克服无刷电动机启动电流和扭力小的缺点，目前有采用通过控制器大幅度提高峰值电流的方法来增大启动扭力。采用大幅度提高峰值电流的方法，电动机的启动扭力小的问题是解决了，但控制器的成本也大幅度提高了，用户难以接受。通常情况下，电动乘用车行驶时所需要的功率和扭 力是时常发生变化的，时大时小，时断时续，电动机只有在接近额定功率的区间运行，电动机才有高的效率，而当电动乘用车在起步和爬坡时，所需的扭力很大，或者当电动乘用车空车轻负荷和在平整的路面正常行驶时，所需的扭力很小，电动乘用车在这两种工况下行驶，电动机处在过载状态或者接近空载状态，电动机的效率都很低，这时会形成较大的浪费。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的电动乘用车电动机所存在的上述缺陷，提供一种电动乘用车专用、能增大启动扭力、节约能源的高低速多电机离合式组合的无刷直流电动机，同时解决了大功率高峰值电流控制器成本过高的问题。本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的该乘用车专用高低速多电机离合式组合无刷直流电动机，包括机座、机座两端的端盖、安装于端盖内的轴承；其特点是它包括两根以上的转轴，各转轴通过单向离合器依次同轴心连接；每根转轴上安装有一个转子，每个转子对应的机座内安装有一个定子，从而形成两台以上各自独立的分电机，各分电机之间的电路和磁路均不互相干扰；各分电机中，靠近非轴伸端端盖旁的一台分电机为低转速高扭矩的辅助增扭电机，其余的分电机为高转速低扭矩的主电机，主电机和辅助增扭电机采用不同的额定转速设计；各相邻分电机之间安装有端盖，端盖内安装有轴承，轴承用于支撑转轴的一端；所述辅助增扭电机和各主电机的绕组电路、霍尔传感器电路均各自独立，并分别连接到各自的控制器上，外部直流电源通过一组电源切换开关与各控制器连接，并控制各个分电机的电源通断。进一步，所述单向离合器包括球轴承和楔块，楔块安装于外环和内环之间，楔块的较长对角线长度大于外环与内环的半径之差，楔块的较短对角线长度小于外环与内环的半径之差。根据实际需要，所述分电机中的主电机为内转子结构，辅助增扭电机或者为内转子结构，或者为外转子结构。
本发明的工作原理及过程如下主电机的功能是为乘用车正常行驶提供动力，辅助增扭电机的功能是为乘用车起动和爬坡时协助主电机提供足够的扭力。主电机和辅助增扭电机采用不同的额定转速设计，主电机为高速电机，增扭电机为低速电机，充分利用了主电机高转速、低扭矩，增扭电机高扭矩、低转速的特点，主电机与主电机之间的技术参数相同，主电机与增扭电机之间除转速不同之外，其他技术参数可以相同，也可以不相同。主电机和主电机、主电机和辅助增扭电机之间的转轴均采用单向离合器连接。单向离合器是由球轴承和楔块组成，由球轴承承受径向力，楔块承受扭矩，组合起来实现单向旋转的功能；当动力源驱动被动元件正转、动力源与被驱动元件同转速时只能单一方向传动，可以进行动力传递，而当动力源要驱动被动元件反转、或动力源停转、或动力源转速低于被驱动元件转速时是不能进行动力传递的，动力源和被驱动元件会自动分离。当主电机和增扭电机正转并且所有分电机的转速相同时，主电机和增扭电机的动力均可以通过单向离合器逐级传递，当主电机正转，增扭电机反转或停止转动或转速低于主电机转速时，增扭电机和主电机在单向离合器的作用下自动分离，增扭电机的动力不可以传递到主电机的转轴上；同理，主电机和主电机之间也只有在正转和转速一致的前提下进行动力传递。充分利用了单向离合器正转合，可以传递动力，反转和停转离，不可以传递动力的特点，避免了电动机在运行过程中按设计程序停止运行的增扭电机和主电机对还在运行中的主电机的电路、磁路和机械干扰。电动乘用车在起步和爬坡时电动机处在低速运行状态，乘用车需要的扭力最大，此时·主电机和增扭电机同时启动运行,主电机和增扭电机的动力可以全部传递到乘用车的变速箱；而当乘用车在起步后在平整的路面正常行驶时，乘用车需要的扭力与起步和爬坡时相t匕，已大为减少，此时乘用车的速度已经起来，主电机逐渐接近高速运行，由于增扭电机是低速电机，此时增扭电机的转速已赶不上主电机的转速，增扭电机输出的动力已不能通过单向离合器传递给主电机的中轴，增扭电机处于空转状态，通过线路控制板，可以设置空转状态下的增扭电机为停止运行；而当乘用车在空车轻负荷行驶或下坡时，乘用车所需的功率较小，通过线路控制板又可以将一台主电机停止运行；而当乘用车遇到爬坡需要大扭力，速度降下来，电机转速由高速变为低速时，通过线路控制板，增扭电机和主电机又可以部分或全部开启运行。电动机在空载和过载的区间运行，效率很低，让电动机尽可能多的在接近额定功率的区间运行，总体效率才会提高，采用这种高低速多电机离合式组合无刷直流电动机，充分利用高速电机高转速、低扭矩，低速电机高扭矩、低转速的特点，可以实现电动机输出的扭力和功率与乘用车在各种工况下所需的扭力和功率相匹配，以达到提高电动机的运行效率、节约能源的目的，同时，无需改变电动机控制器峰值电流，控制器由大功率的单台改为小功率的多台，与现有的以增大控制器的输出功率，提高控制器峰值电流的方法相t匕，大幅度降低了控制器的制造成本，从而使电动机整套装置的制造成本有较大幅度的降低。本发明与现有直驱式电动乘用车电动机相比所产生的有益效果如下(I)解决了无刷直流电动机启动扭力相对较小，难以满足直驱式电动乘用车功能需求的问题。采用高低速多电机离合式组合无刷直流电动机，充分利用了高速电机高转速、低扭矩，低速电机高扭矩、低转速的特点，实现电动机输出的扭力和功率与乘用车在各种工况下所需的扭力和功率相匹配，提高了电动机高效率运行区间，降低了电动机低效率运行区间，从而将电动机的总体效率得到大幅度提高，避免了现有电动机有时大马拉小车，浪费能源的弊端，节约能源。(2)解决了大功率、高峰值电流控制器成本过高的问题，大功率高峰值电流控制器制造成本高昂，小功率低峰值电流控制器制造成本低廉，控制器由大功率的单台改为小功率的多台，与现有的以增大控制器的输出功率，提高控制器峰值电流的方法相比，大幅度降低了控制器的制造成本，从而使电动机整套装置的制造成本有较大幅度的降低。(3)克服了现有有刷直流电动机效率低，维修困难的缺点。本发明特别适应于为直驱式电动乘用车、带机械变速档位的电动乘用车、矿山牵引车提供动力，亦适应于为在运行过程中功率和扭力时常发生变化的其他设备提供动力。
图I是本发明实施例的电动机内部结构示意图。
图2是本发明实施例的电动机单向离合器工作原理图，其中，图a是单向离合器反转自由时的端面示意图，图b是单向离合器正转锁止时的端面示意图，图c是楔块部分的放大示意图。图3是本发明电动机控制系统连接示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。参见图I和图3，本实施例的主要部件有一个机座、四个端盖、四个轴承、三根转轴、两个单向离合器、三个定子、三个转子、三组霍尔传感器、三个控制器、一个切换开关。三根转轴、三个定子、三个转子和三组霍尔传感器组成三个独立的分电机，三个分电机共用一个机壳，平行排列在同一条轴线上，三个分电机的转轴由两个单向离合器连接，三个分电机的电源引线和霍尔传感器引线分别与各自的控制器连接，三个控制器的电源线连接切换开关，切换开关连接直流电源。参见图I、图2、图3，本实施例中，直流电源16与由智能电路控制板控制的电源切换开关17连接，电流经电源切换开关17分三路分别进入主电机控制器18、主电机控制器19、增扭电机控制器20，电流经主电机控制器18变频形成三相方波直流电后进入由转轴6、定子9、转子12组成的主电机21，经主电机控制器19变频形成三相方波直流电后进入由转轴7、定子10、转子13组成的主电机22，经增扭电机控制器20变频形成三相方波直流电后进入由转轴8、定子11、转子14组成的增扭电机23，进入主电机21、22和增扭电机23的变频方波电流在各自的定子铁芯上产生旋转磁场，旋转磁场与各自转子上的磁钢永磁体相互作用，带动各自的转子和转轴旋转。主电机21运行时的动力由转轴6直接传递输出，主电机22运行时的动力由转轴7通过单向离合器15传递到转轴6，再由转轴6输出，增扭电机23运行时的动力由转轴8通过单向离合器15传递到转轴7，再通过单向离合器15传递到转轴6，再由转轴6输出。图3所示是本实施例单向离合器工作原理图，其中，151为楔块，152为外环，153为内环。主电机21、22为同转速的高速电机，增扭电机23为低速电机，两个主电机和一个增扭电机在低转速时可以同时运行，各电机的动力可以同时传递，高转速时，增扭电机23的动力在单向离合器15的分离下不可以传递，此时增扭电机23空载，空载时的增扭电机23通过切换开关17停止运行；高转速时，主电机21和22的动力通过单向离合器15仍可以传递，也可以在通过切换开关17将主电机22停止运行后停止动力传递。主电机21、22和增扭电机23可以同时停机，分别停机只能按顺序从增扭电机23开始，再主电机22，再主电机21 ;主电机21、22和增扭电机23可以同时启动开机，分别启动开机只能按顺序从主电机21开始，再主电机22，再增扭电机23。安装在主电机21、22和增扭电机23各自内部的霍尔传感器24、25、26检测到的转子位置信息同时分别反馈到主电机控制器18、19和增扭电机控制器20，控制器18、19、20分别根据霍尔传感器24、25、26的反馈信息对电源电流进行变频、改变电流方向和切换三相电流的连接与断开。端盖2内安装轴承501支撑连接转轴6的左端，端盖401内安装轴承502支撑连接转轴6的右端，端盖402安装轴承503支撑连接转轴7的右端，端盖3安装轴承504支撑连接转轴8的右端。本实施例的主电机21、22和增扭电机23在乘用车起步需要大扭力大功率时，同时开启，当乘用车起步后达到一定速度，增扭电机23会因逐步赶不上主电机21、22的转速而空载停止运行，当乘用车空车轻负荷在平整路面正常行驶或下坡行驶需要小扭力小功率时，主电机22也会自动或手动停止，当乘用车遇到爬坡需要的扭力和功率骤然增大时，电动机的转速会迅速降下来后，主电机21、22和增扭电机23又会部分或全部开启。·
本发明的电动机也可以是一台增扭电机(低速电机)配一台主电机(高速电机)；也可以是一台增扭电机(低速电机)配一台主电机(中速电机)和另一台主电机(高速电机);也可以是一台增扭电机(低速电机)配多台主电机(中速电机)和另外多台主电机(高速电机)。根据本发明相同原理制作的高低速离合式的多分电机的无刷直流电动机，也在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种乘用车专用高低速多电机离合式组合无刷直流电动机，包括机座、机座两端的端盖、安装于端盖内的轴承；其特征在于它包括两根以上的转轴，各转轴通过单向离合器依次同轴心连接；每根转轴上安装有一个转子，每个转子对应的机座内安装有一个定子，从而形成两台以上各自独立的分电机，各分电机之间的电路和磁路均不互相干扰；各分电机中，靠近非轴伸端端盖旁的一台分电机为低转速高扭矩的辅助增扭电机，其余的分电机为高转速低扭矩的主电机，主电机和辅助增扭电机采用不同的额定转速设计；各相邻分电机之间安装有端盖，端盖内安装有轴承，轴承用于支撑转轴的一端；所述辅助增扭电机和各主电机的绕组电路、霍尔传感器电路均各自独立，并分别连接到各自的控制器上，外部直流电源通过一组电源切换开关与各控制器连接，并控制各个分电机的电源通断。
2.根据权利要求I所述的乘用车专用高低速多电机离合式组合无刷直流电动机，其特征在于所述单向离合器包括球轴承和楔块，楔块安装于外环和内环之间，楔块的较长对角线长度大于外环与内环的半径之差，楔块的较短对角线长度小于外环与内环的半径之差。
3.根据权利要求I或2所述的乘用车专用高低速多电机离合式组合无刷直流电动机，其特征在于它包括三根转轴，两个单向离合器将三根转轴依次同轴心连接，从而形成一台辅助增扭电机和两台主电机；各相邻分电机之间的端盖安装于机座内。
4.根据权利要求I或2所述的乘用车专用高低速多电机离合式组合无刷直流电动机，其特征在于所述分电机中的主电机为内转子结构，辅助增扭电机或者为内转子结构，或者为外转子结构。
全文摘要
本发明公开了一种乘用车专用高低速多电机离合式组合无刷直流电动机。本发明电动机包括两根以上的转轴，各转轴通过单向离合器依次同轴心连接；每根转轴上安装有一个转子，每个转子对应的机座内安装有一个定子，从而形成两台以上各自独立的分电机，各分电机之间的电路和磁路均不互相干扰，其中靠近非轴伸端端盖旁的一台分电机为低转速高扭矩的辅助增扭电机，其余的分电机为高转速低扭矩的主电机；各分电机的绕组电路、霍尔传感器电路均各自独立，并分别连接到各自的控制器上，外部直流电源通过一组电源切换开关与各控制器连接，并控制各个分电机的电源通断。本发明解决了无刷直流电动机启动扭力小，大功率、高峰值电流控制器成本过高等问题。
文档编号F16D41/06GK102882313SQ201210421629
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月29日 优先权日2012年10月29日
发明者罗寿元, 柏衡尔 申请人:罗寿元