[發明專利]一種永磁無刷自適應變速驅動電機

在審

• 申請號: 201210284011.8
• 申請日: 2012-08-10
• 公開（公告）號: CN103580411A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 楊荷
• 申請（專利權）人: 楊荷
• 主分類號: H02K16/02
• 分類號: H02K16/02;H02K1/27
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種永磁無刷電機，尤其涉及電動車輛驅動用的永磁無刷電機。

背景技術

近年來由于電機及控制技術的發展和環境保護的要求，電動車輛迅速發展，驅動電機作為其關鍵部分，具有十分重要的作用。其中永磁無刷電機由于結構緊湊，比功率大，效率高，技術成熟，因此，在現有的電動車輛中獲得了廣泛的應用。

但是，普通的永磁無刷電機難以調整電機磁通量，難以具備車輛驅動所需的等功率調速特性，其機械特性的高效區域不能覆蓋實際使用工況的變化范圍，這是很不經濟的。上世紀80年代以來，先后提出了許多技術方案，主要是弱磁調速，其中一類方案是通過實時改變磁路結構來達到減弱子磁鏈的目的。

其中類似本發明的有：由本人發明已獲授權的專利：CN101789735A??一種永磁無刷電機的一體化自適應磁通分流擴速方法，這種設計比較適用于長徑比較小的電機；CN102064656A??轉子滑移互補勵磁永磁無刷變速電機，可減少電機長度，但部分磁鐵未能充分得到利用。

另有雙轉子或多轉子。最早見于美國1972年公開的雙轉子交流發電機專利US3713715，該專利用電磁鐵驅動螺旋銷子機構改變副轉子磁場相位；日立制作所專利ZL02102457.X運輸系統和電動發電機，同樣使用了電磁鐵和螺桿結構旋轉或移動轉子；2008年5月公開的美國迪爾公司專利CN101188374A雙轉子電磁機使用伺服電機和行星齒輪機構來移動轉子；而最近見于?2010年5月公開的專利US7642683B2自調永磁裝置，使用電磁螺線管作為移動轉子的動力。

這幾個國外專利都使用了2個或兩個以上的永磁轉子，使用電磁鐵或電機改變其中某個轉子的位置來改變氣隙磁場，雖然能夠達到調節磁鏈的目的，但機構相對復雜，零件數量較多，并且需額外消耗電能，制造和使用成本都相對較高。

發明內容

本發明目的在于提供一種新的設計，一套離心機構自成系統，兼具檢測轉速和自動按設定函數實時調控磁場的功能，不需要額外消耗電能；不增加電機軸向長度，它具有相對簡單的結構；能用于細而長的電機；磁鐵的利用率較高。

本發明是由如下構造來實現的，一種永磁無刷自適應變速驅動電機，包括外殼、定子及繞組、轉子軸、主要轉子、調磁轉子和離心調磁機構。其特征在于電機的轉子分由兩部分構成，一部分為主要轉子，占據定子氣隙的大部分面積，承擔能量轉換主要功能，與轉軸固定連接，通過轉軸輸出機械力矩；另一部分為調磁轉子，置于軸上主要轉子一端，可以繞軸轉動一定角度；調磁轉子上還設置有銷軸，銷軸上有離心蹄塊、離心蹄塊與裝在轉子軸上的中心輪偶合，可繞中心輪作轉動；限位結構限制離心蹄塊轉動的角度，它由離心蹄塊上的限位孔和調磁轉子上的銷釘組成；另有復位彈簧，一端固定于調磁轉子，一端固定于主要轉子，使得在額定轉速內保持初始狀態和在額定轉速外的某個速度與離心蹄塊9離心力平衡以控制轉子的角位移量。

本發明的工作原理如下：設主要轉子的磁通為A，為常相量，調磁轉子磁通為B（n），B的相位可以改變，變化規律被設計成轉速n的分段連續函數，B的最大值的絕對值小于A，定子繞組所鉸鏈的磁通C=A+B，為A、B相量之和。電機起動后，轉速逐漸增加，離心蹄快隨之轉動，并產生離心力F=rmω，力值為轉速ω之平方乘以蹄快質量m乘以質心半徑r之積????????????????????????????????????????????????；在達到額定轉速之前，主要轉子和調磁轉子在彈簧力K的用下保持相同相位，磁通C最大，電機輸出最大扭矩；但是轉速一旦達到額定轉速并繼續增加，離心力F超過彈簧力K，離心蹄塊開始繞銷軸轉動，并帶動調磁轉子繞中心輪轉動，使調磁轉子相對于主要轉子移開一個角度Δθ，使A和B之間出現相位差Δφ，A+B疊加結果，磁通量C趨于減小，因扭矩同磁通成正比，所以扭矩減小，但轉速同磁通成反比，轉速增加……，這是個正反饋過程，直到電機扭矩與負載扭矩平衡為止轉速不再增加。否則離心蹄塊將移動到限位點；在限位點，A和B之間出現最大相位差Δφmax，Δφmax≤180°電角度，電機將終止于設計的極限轉速。由于C＞0，不會出現轉速失控。

本發明的優勢在于：首先，本發明用巧妙的方法實現了低速大扭矩和等功率增速調節效果。因為功率等于轉速和扭矩的乘積，額定轉速以后，扭矩減小，轉速增加，輸出功率并不改變；由于這是以輸入功率不變為前提的，所以其比值即效率不變，在額定轉速以上很寬變速范圍都容易得到近似于額定點的最高效率。