[发明专利]一种转矩自适应变速的双向双螺旋永磁无刷电机

说明书

技术领域

在本发明属于电机技术，具体涉及一种能随转矩变化自适应变速的永磁无刷电机。

背景技术

近年来，与电子技术紧密结合的永磁无刷电机（EC电机）以其高效节能等突出优势得到广泛的应用，各种规格、各种用途、各种拓补结构的专利设计不断推出、电机技术迅速发展。特别是针对调节永磁电机气隙磁场以实现等功率变速的技术研发成为热点之一。其中从电控入手的有矢量变频和直接转矩控制，而从电机着手的有磁电混合励磁、双转子组合励磁、调节磁路和漏磁等方案。这些已知技术方案各有特点，电控方式可实现复杂的柔性的程序控制，但它只能从外部控制电机输入端的电参数如频率相位波形等，主要采用直轴电流分量Id弱磁，功率因素不高，需要功率容量大的控制器，用于永磁同步电机（PMSM）中，成本很高；电控方式也不适于直轴电感Ld较小的永磁无刷电机（BLDC）；磁电复合励磁结构复杂；双转子组合励磁以日立专利较为典型，但其早期的离心式弱磁的方案效率损失过多，后来公开的用弹簧螺杆机构弱磁方案需增加其它控制执行机构，也需要2个转子，而且电机只有一个旋向能调速。本人之前在CN104979991公开的扭矩自适应变速永磁无刷电机用螺旋花键副实现了转矩自适应增磁调速，只需使用一个转子，比日立方案省略了离心机构或附加电磁电控执行机构；但单螺旋机构限制了电机旋向，只有一个旋向具有调速功能，在两轮电动车、自动变速钻床等单向驱动应用中没有问题。但是有的应用需要电机既能正传又能反转，比如电动扳手，再比如需要随时倒车的车辆就就不便使用这种电机。为了发挥这种变速电机的其它优点，必须解决电机正反2象限变速运行的问题。经过反复设计终于得到本法明的技术方案。

发明内容

一种转矩自适应变速的双向双螺旋永磁无刷电机，参见附图1，包括定子、转子、外壳、端盖等基本构件，定子上有绕组，转子上有磁铁。其特征在于该电机的转子同电机轴之间设置了一套位移调节机构，这套位移调节机构是通过移动转子位置来改变气隙面积从而调节磁通量实现调速的，调节机构包括：中段制有外螺旋花键的电机轴、内外分别制有正反不同旋向的螺旋花键的花键环、内部制有螺旋花键的花键套、测定和调节扭矩的弹簧。

所述花键环之内花键参数与电机轴的外花键参数匹配，所述花键环之外花键参数与花键套的内花键参数匹配；所述花键环内、外花键旋向相反：比如内花键为右旋，则外花键左旋。花键螺旋角β及余角π/2-β充分大于材料的最大摩擦角。

所述花键套嵌于转子支架中，同永磁转子固连，花键套两端通过衬环与轴配合可以在轴上相对滑动。

所述弹簧为螺旋压缩弹簧及组合，其中一端作用力于转子支架，另一端作用力通过弹簧座b、平面推力轴承、作用于电机轴台阶上，弹簧使转子受到向左的力，具有向左移动离开定子的趋势，弹簧受力伸缩反应了负载力矩变化并确定转子在定子中的相对位置。

所述弹簧还可以为碟形弹簧组合，通过组合得到适合的非线性的特性，叠合后的弹簧一端作用于转子支架，另一端通过弹簧座b、平面推力轴承、作用于电机轴台阶上，弹簧使转子受到向左的力，具有向左移动离开定子的趋势，弹簧受力伸缩反应了负载力矩变化并确定转子在定子中的相对位置。

为了避免掉电及扭矩突变时转子过快移动所产生的冲击，方案设计配置了缓冲系统，缓冲系统包括缓冲缸和活塞，活塞通过螺钉与转子支架相连，随转子一起运动，利用空气的阻尼，活塞在缓冲缸中不能快速移动，从而实现缓冲作用。

缓冲缸材料具有导磁导电特性，它的磁阻同定子铁芯相当，这使得转子在定子和缓冲缸之间来回移动时阻力很小。电机稳定工作时缓冲缸与转子同步旋转，所以缓冲缸和其中转子构成的磁路中磁通不变化，不产生铁损；只有转子与缓冲缸相对有快速运动时会产生磁滞损耗和涡流损耗，而这样正好有利于耗减弹簧储能，从而缓冲弹簧弹射转子之力。

检测转子的转速和磁场相位的传感器包括霍尔电路板和磁环，磁环同转子磁相位相同，霍尔电路板固定于端盖上，霍尔IC感应磁环相位输出编码信号。磁环同弹簧座相连，止推轴承置于轴肩处并支撑弹簧座，止推轴承解耦弹簧座与轴肩的摩擦力，使磁环能够灵活的跟随转子同步旋转，产生准确的转子相位信号。

本发明克服了国外现有技术零部件多、可靠性差、控制复杂、成本高的缺点，也突破了自己之前单螺旋无刷电机专利的局限，针对永磁无刷电机设计了特定的双螺旋机构，使永磁无刷电机可以双向等功率调速运行；使用力矩自适应变速，效果等同于电机控制领域的直接转矩控制概念，极简的机构，制造容易，成本低廉，可靠性高。

附图说明