[发明专利]一种永磁无刷自适应变速驱动电机

说明书

技术领域

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

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部分，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广泛的应用。

但是，普通的永磁无刷电机难以调整电机磁通量，难以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，主要是弱磁调速，其中一类方案是通过实时改变磁路结构来达到减弱子磁链的目的。

其中类似本发明的有：由本人发明已获授权的专利：CN101789735A  一种永磁无刷电机的一体化自适应磁通分流扩速方法，这种设计比较适用于长径比较小的电机；CN102064656A  转子滑移互补励磁永磁无刷变速电机，可减少电机长度，但部分磁铁未能充分得到利用。

另有双转子或多转子。最早见于美国1972年公开的双转子交流发电机专利US3713715，该专利用电磁铁驱动螺旋销子机构改变副转子磁场相位；日立制作所专利ZL02102457.X运输系统和电动发电机，同样使用了电磁铁和螺杆结构旋转或移动转子；2008年5月公开的美国迪尔公司专利CN101188374A双转子电磁机使用伺服电机和行星齿轮机构来移动转子；而最近见于 2010年5月公开的专利US7642683B2自调永磁装置，使用电磁螺线管作为移动转子的动力。

这几个国外专利都使用了2个或两个以上的永磁转子，使用电磁铁或电机改变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，并且需额外消耗电能，制造和使用成本都相对较高。

发明内容

本发明目的在于提供一种新的设计，一套离心机构自成系统，兼具检测转速和自动按设定函数实时调控磁场的功能，不需要额外消耗电能；不增加电机轴向长度，它具有相对简单的结构；能用于细而长的电机；磁铁的利用率较高。

本发明是由如下构造来实现的，一种永磁无刷自适应变速驱动电机，包括外壳、定子及绕组、转子轴、主要转子、调磁转子和离心调磁机构。其特征在于电机的转子分由两部分构成，一部分为主要转子，占据定子气隙的大部分面积，承担能量转换主要功能，与转轴固定连接，通过转轴输出机械力矩；另一部分为调磁转子，置于轴上主要转子一端，可以绕轴转动一定角度；调磁转子上还设置有销轴，销轴上有离心蹄块、离心蹄块与装在转子轴上的中心轮偶合，可绕中心轮作转动；限位结构限制离心蹄块转动的角度，它由离心蹄块上的限位孔和调磁转子上的销钉组成；另有复位弹簧，一端固定于调磁转子，一端固定于主要转子，使得在额定转速内保持初始状态和在额定转速外的某个速度与离心蹄块9离心力平衡以控制转子的角位移量。

本发明的工作原理如下：设主要转子的磁通为A，为常相量，调磁转子磁通为B（n），B的相位可以改变，变化规律被设计成转速n的分段连续函数，B的最大值的绝对值小于A，定子绕组所铰链的磁通C=A+B，为A、B相量之和。电机起动后，转速逐渐增加，离心蹄快随之转动，并产生离心力F=rmω，力值为转速ω之平方乘以蹄快质量m乘以质心半径r之积                                                ；在达到额定转速之前，主要转子和调磁转子在弹簧力K的用下保持相同相位，磁通C最大，电机输出最大扭矩；但是转速一旦达到额定转速并继续增加，离心力F超过弹簧力K，离心蹄块开始绕销轴转动，并带动调磁转子绕中心轮转动，使调磁转子相对于主要转子移开一个角度Δθ，使A和B之间出现相位差Δφ，A+B叠加结果，磁通量C趋于减小，因扭矩同磁通成正比，所以扭矩减小，但转速同磁通成反比，转速增加……，这是个正反馈过程，直到电机扭矩与负载扭矩平衡为止转速不再增加。否则离心蹄块将移动到限位点；在限位点，A和B之间出现最大相位差Δφmax，Δφmax≤180°电角度，电机将终止于设计的极限转速。由于C＞0，不会出现转速失控。

本发明的优势在于：首先，本发明用巧妙的方法实现了低速大扭矩和等功率增速调节效果。因为功率等于转速和扭矩的乘积，额定转速以后，扭矩减小，转速增加，输出功率并不改变；由于这是以输入功率不变为前提的，所以其比值即效率不变，在额定转速以上很宽变速范围都容易得到近似于额定点的最高效率。