CN103516154B - 自动增减功率扭矩发电充电多功能永磁超强超能驱动电机 - Google Patents

Abstract

本发明的名称为自动增减功率扭矩发电充电多功能永磁超强超能驱动电机。属于永磁电机技术领域。它主要是提供一种车用永磁电机。它的主要特征是：外壳内设有不同直径、外端开口的内层壳体；定子为外壳及内层壳体的内壁附着的定子铁芯线棒；主动力轴装有主轴隔磁层内衬、主轴整体转子磁钢体及稀土永磁磁条；内层壳体之间、内层壳体与外壳之间均设有层次整体转子磁钢体，各层次整体转子磁钢体的内壁设有整体精铸隔磁层内衬，内装有各层次转子稀土永磁磁条；主动力轴设有车船辅助设备用具驱动轮。本发明具有加大爬坡、起步、加速功率扭矩驱动力度的特点，主要用于汽车、动车、船舶等自动增减功率扭矩发电充电多功能永磁超强超能驱动电机。

Description

自动增减功率扭矩发电充电多功能永磁超强超能驱动电机

技术领域

本发明属于永磁电机技术领域，具体涉及一种用于汽车、动车、船舶等自动增减功率扭矩发电充电多功能永磁超强超能驱动电机，是一种在传统电机结构上的创新创造技术。

背景技术

目前市场上的永磁电机产品，技术上存在一定的缺陷，功率扭矩局限，形式单一。其原因是结构形式沿用传统结构，这样的结构形式导致的工作状态表现为：一是机械效率低；二是功率扭矩局限；三是产品传统方式无创新创造式的改变；四是功率及机械效率不能有效节制利用；五是能量回收利用效率低；六是正常行驶时电能源消耗大续航里程短；七是机械用途范围狭小。

发明内容

本发明的目的就是针对上述不足之处，提供一种通过对传统永磁电机结构进行创新创造，从而提高机械效率，打破了传统电机的功率扭矩局限，提高了功率及机械效率有效节制利用率，大大提高能量回收效率，输出功率扭矩可增可减且可发电实现反充电扩展了功能使用范围的自动增减功率扭矩发电充电多功能永磁超强超能驱动电机。

本发明的技术解决方案是：一种自动增减功率扭矩发电充电多功能永磁超强超能驱动电机，主要用于车船驱动动力，包括外壳、主动力轴、轴承、定子、外壳上的接线通道和接线端口、主动力轴花键轴、内风冷或外风冷涡轮风轮，其特征在于：所述的外壳内设有不同直径、为整体桶式正圆形外端开口的内层壳体，该不同直径的内层壳体的一端与整体桶式正圆形外壳的侧壁端固定连接或与整体桶式正圆形侧壁端整体精铸在一起，内层壳体的另一端不与外壳的另一端侧壁连接，为独立开放式；所述定子为外壳及内层壳体的内壁附着的定子铁芯线棒；所述主动力轴装有主轴隔磁层内衬、主轴整体转子磁钢体、主体机组转子稀土永磁磁条；所述内层壳体之间、内层壳体与外壳之间均设有匹配不同直径的正圆形桶式层次整体转子磁钢体，该各层次整体转子磁钢体与主轴整体转子磁钢体为连接或精铸形成一体，各层次整体转子磁钢体的内壁设有整体精铸隔磁层内衬，各层次整体转子磁钢体内装有各层次转子稀土永磁磁条；主动力轴设有车船辅助设备用具驱动轮。

本发明的技术解决方案中所述的外壳内设有1层内层壳体即主体机组内层壳体。

本发明的技术解决方案中所述的外壳内设有2层不同直径的内层壳体即主体机组内层壳体、第二层机组内层壳体。

本发明的技术解决方案中所述的外壳内设有3层或者3层以上不同直径的内层壳体。

本发明的技术解决方案中所述的轴承外端设有与外壳连接的轴承压力端盖。

本发明的技术解决方案中所述的主体机组转子稀土永磁磁条、各层次转子稀土永磁磁条的宽度为0.3—1cm，厚度为3cm；隔磁层内衬为各层次隔磁层内衬与各层次整体转子磁钢体熔合的不锈钢或铜质隔磁层内衬，厚度均为2—3.5mm。

本发明的技术解决方案中所述的定子槽铁芯线棒是旋转30%定子槽铁芯线棒。

本发明的技术解决方案中所述的主轴整体转子磁钢体及各层次整体转子磁钢体均包括八块分隔的磁钢体，其之间形成的槽内装有转子稀土永磁磁条，该稀土永磁磁条外设有由非导磁材料制成的封闭板。

本发明由于在传统永磁电机的基础上，对永磁电机结构进行创新创造，即在外壳内设有不同直径的内层壳体，该不同直径的内层壳体的一端与外壳的一端侧壁端固定连接或与侧壁端整体精铸在一起，内层壳体的另一端为整体正圆形开放式开口，不与外壳的另一端侧壁端连接，所述外壳及内层壳体的内壁附着有定子铁芯线棒，所述主动力轴装有主轴隔磁层内衬、主轴整体转子磁钢体、主体机组转子稀土永磁磁条，所述内层壳体之间、内层壳体与外壳之间均设有不同直径的正圆形桶式各层次整体转子磁钢体，该各层次整体转子磁钢体与主轴整体转子磁钢体为连接或精铸形成一体，各层次整体转子磁钢体的内壁设有整体精铸隔磁层内衬，各层次整体转子磁钢体内装有各层次转子稀土永磁磁条，主动力轴设有车船辅助设备用具驱动轮，这样，便使主动力轴上的主轴整体转子磁钢体及主体机组转子稀土永磁磁条与相邻的内层壳体及定子铁芯线棒组成主体机组做工舱，第二层机组的内层壳体及定子铁芯线棒和外壳及定子铁芯线棒与各自相邻的正圆形桶式第二层机组整体转子磁钢体及第二层机组转子稀土永磁磁条和外层机组整体转子磁钢体及外层机组转子稀土永磁磁条构成各自独立的独立机组及各机组层次的做工舱，其中，主体机组是最小功率的一组，其他独立机组是功率不等、且大于主体机组功率的机组，那么主体机组及各独立机组可在下坡、滑行、转弯、制动等不需加速的工况下，利用行车惯性进行发电实现反充电达到能量回收的目的，亦可主体机组与其中一组独立机组协同做工或多组独立机组协同做工，达到增加功率扭矩之目的，从而达到车辆快速起步、爬坡、加速的工况目的，也达到能量回收、增加机械效率的目的。

本发明主要解决了电动车辆在爬坡时扭矩小的难题，可以超过同功率电动汽车和燃油汽车的爬坡速度，解决了起步加速瞬间扭矩不足的难题；本发明可以超过同功率电动汽车和燃油汽车的起步速度，解决了正常行驶起步加速时间太长效率低的难题；本发明解决了电动车辆能量回收弱的难题，可以超出同功率电机能量回收的十几倍甚至几十倍；本发明解决了正常行驶时电能源消耗大续航能力低的难题，同功率电机相比可以减少电能源损耗38%以上，续航里程在同功率电动汽车的基础上增加70%以上；本发明解决了机位不能随意设计的难题，可以按机位随意设计；本发明解决了下坡时损耗刹车片严重的难题，下坡、滑行时可发电实现反充电形成磁力切割发电阻力导致机械阻力减速，不需踩刹车以保护刹车片免受损耗同时提高了能量回收效率达38-70%；本发明将两倍、三倍或多倍增加动力源的功率扭矩，加大爬坡、起步、加速功率扭矩驱动力度，提高驱动能源增加爬坡、起步、加速速度，彻底解决爬坡、起步、加速行进缓慢提速慢的难题。

本发明主要用于汽车、动车、船舶等自动增减功率扭矩发电充电多功能永磁超强超能驱动电机。

附图说明

图1为本发明的径向剖面结构原理示图。

图2为本发明的横向剖面结构原理示图。

图3为本发明的卧式外形示图。

图4为本发明的立式外形示图。

图5为用于本发明的机控中央集成处理控制核管理***原理示图。

具体实施方式

结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

图1是本发明第1实施例的自动增减功率扭矩发电充电多功能永磁超强超能驱动电机径向剖面结构原理示图。如图1所示。接线通道和接线端口101为自动增减功率扭矩发电充电多功能永磁超强超能驱动电机各独立机组接线通道和接线端口及机控中央集成处理控制核管理***机位。外层机组定子铁芯线棒102为整体电机最外层也是最大功率的独立机组的外壳体和附着定子铁芯线棒。外层机组整体转子磁钢体103为整体电机最外层也是最大功率的独立机组的外壳体和附着定子铁芯线棒交插整合最外层独立的磁钢转子，形成最大功率独立机组做工舱。第二层机组内层壳体定子铁芯线棒104为整体机组第二层机组也是次于最外层第二大功率的独立机组的外壳体和附着定子铁芯线棒。第二层机组整体转子磁钢体105为整体机组的第二层机组也是次于最外层机组的第二大功率的独立机组的外壳体和附着定子铁芯线棒交插整合第二层独立的磁钢转子，形成第二大功率独立机组做工舱。主体机组内层壳体定子铁芯线棒106为主体机组也是主动力机组的外壳体和附着定子铁芯线棒。主轴整体转子磁钢体107为主体机组也是主动力机组的外壳体和附着定子铁芯线棒交插整合主体机组独立的磁钢转子，形成主体机组功率机组做工舱。主动力轴108一端设有主动力轴花键轴（与负载链接器链接）109，另一端设有车船辅助设备用具驱动轮115，为备用轮用于车载电器、空调压缩机、油刹汽刹泵机等启动运转和220V车载灯具用充电机驱动轮。外壳112整体机身及轴承压力端盖111承载轴承110和转子运转。第二层机组内层壳体113为整体机组第二层独立机组的整体固定外壳体。主体机组内层壳体114为整体机组主体机组的整体固定外壳体。霍尔隔离区116为隔离区域。内风冷或外风冷涡轮风轮117用于散热。118为霍尔控制元件引向101。键槽119为主轴与转子垂直双向链接键槽用于链接固定各层次转子的键槽。120为各机组三相及单相出线外接线端口。121为霍尔接线端口。122为精铸整体转子与整体机组端盖之间的运转间隙。

如图2所示。气隙201为外壳定子铁芯线棒与外层机组整体转子磁钢体之间的气隙。外层机组转子稀土永磁磁条202为宽度0.3—1cm，厚度3cm,长度按电机设计要求的稀土永磁磁条。外层机组整体转子磁钢体整体精铸隔磁层内衬203为整体转子磁钢体内侧整体精铸熔合不锈钢或铜材2—3.5mm厚做径向隔磁层内衬。气隙204为外层机组独立机组与第二层机组独立机组之间的气隙。气隙205为第二层机组内层壳体定子铁芯线棒与第二层机组整体转子磁钢体之间的气隙。第二层机组转子稀土永磁磁条206为宽度0.3—1cm，厚度3cm,长度按电机设计要求的稀土永磁磁条。第二层机组整体转子磁钢体整体精铸隔磁层内衬207为第二层整体转子磁钢体内侧熔合不锈钢或铜材2—3.5mm厚做径向隔磁层内衬。气隙208为第二层机组独立机组与主体机组之间的气隙。气隙209为主体机组内层壳体定子铁芯线棒与整体转子磁钢体之间的气隙。主体机组转子稀土永磁磁条210为宽度0.3—1cm，厚度3cm,长度按电机设计要求的稀土永磁磁条。主轴隔磁层内衬211为主体机组整体转子磁钢体熔合不锈钢或铜材做径向隔磁层内衬。

如图3所示。301为机控中央集成处理控制核管理***机位。302为固定整体电机端盖连接端。303为整体端盖。304为卧式底脚。305为散热罩或进风罩。

如图4所示，是本发明第2实施例的立式外形示图。与第1实施例不同的是：401为立式底脚。

结合附图1、2、3、4所示的第1、2实施例，介绍本发明的工作原理：

当主体机组内层壳体定子铁芯线棒106、主体机组内层壳体114的主驱动电机机位动力电源定子绕组输入电源后，与相匹配的正圆形桶式主轴整体转子磁钢体107、主体机组转子稀土永磁磁条210相互作用而产生电磁转矩，驱动相匹配的正圆形桶式磁钢转子部分正圆形桶式主轴整体转子磁钢体107、主体机组转子稀土永磁磁条210、主轴隔磁层内衬211、主动力轴108、键槽119转动；相匹配的第二层机组内层壳体113、第二层机组内层壳体定子铁芯线棒104与相匹配的第二层机组整体转子磁钢体105、第二层机组转子稀土永磁磁条206、第二层机组整体转子磁钢体整体精铸隔磁层内衬207也同时被动旋转；相匹配的外层机组定子铁芯线棒102、外壳112、与相匹配的外层机组整体转子磁钢体103、外层机组转子稀土永磁磁条202、外层机组整体转子磁钢体整体精铸隔磁层内衬203也同时被动旋转；电能转换成机械能的同时也产生了电能量。主动力轴108、主动力轴花键轴109、键槽119、主轴隔磁层内衬211输出转矩至链接负载动力花键轴即可与车辆船舶等中轴链接器或相关机械转轴转动，车载其他辅助电器机械的驱动。在相匹配正圆形桶式各机组的磁钢转子103、105、107旋转过程中，相匹配的外层机组整体转子磁钢体103、第二层机组整体转子磁钢体105、主体机组主轴整体转子磁钢体107、外层机组转子稀土永磁磁条202、第二层机组转子稀土永磁磁条206、主体机组转子稀土永磁磁条210在与相匹配外层机组定子铁芯线棒102、第二层机组内层壳体定子铁芯线棒104、主体机组内层壳体定子铁芯线棒106形成各自的磁场中作切割磁力线运动，产生感应电流功率能量实现并达到绿色环保清洁能源的最终目的。

本发明为直流电池组供电电源，实施例1、2为三层独立机组，分别为第1独立机组、第2独立机组、第3独立机组。主体机组功率假设为1kw，那么其他各独立机组为主体机组的一倍或多倍，第二层机组独立机组为主体机组独立机组的二倍功率为2kw，外层机组或多层机组独立机组为主体机组独立机组的三倍功率为3kw或多倍。其功率为倍增或按设计要求，它们都可做驱动电机用途也可做发电机用途，都设计为驱动电机同时也都设计为发电机。

设置爬坡做工状态时，假设第1独立机组、第2独立机组、第3独立机组分别为1kw、2kw、3kw，当主体机组电机踩踏板时即做工，下坡、滑行、转弯、制动等不需加速工况下不踩踏板时，第1独立机组、第2独立机组、第3独立机组就以各1kw、2kw、3kw总计6kw的功率自动发电同时充电给电池组和备用电池组，踩踏板做工时第1独立机组、第2独立机组、第3独立机组电机组自动关停充电，循而复之。爬坡或加速时，在踩踏板工况第1独立机组扭矩达到设计nm的70%时，第2独立机组自动启动，这时第1独立机组和第2独立机组两个电机组同时做工功率倍增，当这两个电机组分别达到各自nm的70%时，第3独立机组自动启动的同时第1独立机组的电机组同时自动关停功率倍增，当恢复至原两个独立机组扭矩设计nm的70%时，第1独立机组电机组自动复位做工，同时第3独立机组电机组自动关停功率倍减，当扭矩达到设计nm的70%时第2独立机组电机组自动关停功率倍减，恢复主体机组继续单独做工，循而复之。下坡、滑行、转弯、制动等不需加速工况下不踩踏板时第1独立机组、第2独立机组、第3独立机组电机组自动发电同时充电给电池组和备用电池组，各独立机组之间设有自动转换开关，以达到爬坡加速时倍增功率扭矩和强劲速度之目的，同时达到能量回收再生绿色环保之目的。

设置起步状态时，设置10秒控制时间，第1独立机组、第2独立机组、第3独立机组同时启动做工，10秒内达到100km/h后自动复位主体机组的独立做工。

设置巡航加速状态时，当小于巡航时速时将自动启动巡航加速状态，达到巡航时速时自动复位主体机组的独立做工。

以普通轿车为例可配备一组不小于96V160Ah，50A——120A放电，时速在60——120km/h。轿车爬坡或起步或加速超出额定扭矩时，可自动启动自动增减功率扭矩发电充电多功能永磁超强超能驱动电机主体机组和任意一组或多组协同做工，以增加动力源功率扭矩动力即两倍或二倍以上的功率扭矩，双倍或多倍加大爬坡、起步、加速功率扭矩力度；完全解决爬坡、起步、加速行进缓慢的难题。达到正常额定扭矩行驶时电动车辆船舶的自动增减功率扭矩发电充电多功能永磁超强超能驱动电机，可自动调减复位正常行驶。在下坡、转弯、制动、滑行等不需加速的工况下，可以提供按需要设计发电的反充电电流，亦可设计更大的发电可反充电流。供电给车辆的电池组回收能量，增加能量达到节约再生能源绿色环保的目的。

本发明电动车辆船舶的自动增减功率扭矩发电充电多功能永磁超强超能驱动电机的定义用途：两轮三轮摩托、大中微型轿车、大中微型卡车、大中微型专用车辆、大中微型客车等运输车辆；电动船舶；电动无人飞行器等。本发明的电动车辆船舶的自动增减功率扭矩发电充电多功能永磁超强超能驱动电机，将两倍三倍或多倍增加动力源的功率扭矩，加大爬坡、起步、加速功率扭矩力度，提高动能源增加爬坡、起步、加速速度，完全解决爬坡、起步、加速行进缓慢的难题。在下坡、滑行、转弯、制动等不需加速的工况下，可以提供整体机组的反充电能量回收，供电给车辆的电池组回收能量，达到节约再生能源绿色环保。

图5是用于本发明的机控中央集成处理控制核管理***原理示图。如图5所示，该发明以此设有601为启动或备用电池组供电的动力电源；602为12V照明***和车辆其他12V用电电器的电源蓄电池；603为自动调增调减功率扭矩充电多用途永磁超强超能动力电机的供电电源；604为220V国网常用电（家用电源）电源，设专用接口；605为自动增减功率扭矩发电充电多功能永磁超强超能驱动电机；606为直流输入接口模块；607为温度控制器模块；608为控制电路板模块；609为高频斩波模块；610为调速模块；611为制动模块；612为调速模块；613为制动模块；614为输出接口模块；615为驱动控制***区域（虚线框内）；616为交流输入接口模块，自动增减功率扭矩发电充电多功能永磁超强超能驱动电机发电电源或220V国网电源（家用电源）；617为温度控制器模块；618为控制电路板模块；619为一次整流模块；620为一次滤波模块；621为全桥变换模块；622为二次整流模块；623为二次滤波模块；624为直流输出接口模块；625为12V直流电源输出，专为602设置的充电电路；626为逆变交直转换模块区域（虚线框内）；627为电池组电源输入接口装置；628为自动增减功率扭矩发电充电多功能永磁超强超能驱动电机发电电源接口；629为短路保护器模块；630为自动增减功率扭矩发电充电多功能永磁超强超能驱动电机发电电源线路板；631为控制器模块；632为多电源转换器模块；633为多电源自动转换开关区域（虚线框内）。

结合图5介绍用于本发明的机控中央集成处理控制核管理***的工作原理：

驱动控制***区域615，采用新型IGBT为主功率开关器件，主电路用高频斩波电路。这样增强了电源的可靠性，工况稳定，且体积小重量轻等优点。还加设了能量回收功能，在工况制动时或下坡滑行时电机产生的能量通过特设的技术功能回收到电池组，正常行驶时可以供电给整车电器***的用电，达到节省能源。正反转控制输出电流连续可调，额定输入电压可宽松范围内设定，设置过流、过热、过压、欠压保护。设置CAN总线通讯和整车ECU、电池组管理***、充电模块***、多电源自动转换开关***相互通讯，接收并执行指令控制。按设计指令调增调减功率扭矩完成实施例永磁超强超能驱动电机的工作原理；当电源内部温度达到65度时控制器降功率运行；低于65度时控制器自动恢复正常额定功率，当电流达到设计A时将自动降低功率工作。

逆变交直转换模块区域626，采用全桥变换原理制作，交流输入首先经过整流桥进行一次整流滤波，使之产生平滑度直流电压，直流电压再经过全桥逆变，再使之产生高频交流信号，再把高频交流电经过第二次整流滤波，使其生成平滑的直流电。最后直接输入电池组或电动车辆驱动电动机发电电源经过此处理后，再经过双电源自动转换开关区域633和驱动控制***区域615处理后直接给电池组或整车电器***的用电。

双电源自动转换开关区域633，采用控制器检测被监测电源工作状况，当指令发出转换其电路时，控制器将发出动作指令，开关本体则带着负载从一个电源自动转换至另一个电源，按设计指令调增调减功率扭矩完成实施例永磁超强超能驱动电机的工作原理。它是双电源自动转换开关，具有结构简单体积小自身连锁转换速度快配备过电流脱扣器能够接通并用于分断短路电流它是由两台断路器加机械连锁组成，具有短路保护功能。供伺服电动车辆驱动电动机电源，必须经过此处理再经过驱动控制***区域615处理后，才能给电动车辆永磁超强超能驱动电机供电。

通过驱动控制***区域615、逆变交直转换模块区域626、双电源自动转换开关区域633，解决了电动车辆在爬坡时扭矩小的难题，可以超过同功率电动汽车和燃油汽车的爬坡速度；解决了起步加速瞬间扭矩不足的难题，可以超过同功率电动汽车和燃油汽车的起步速度；解决了正常行驶加速时间太长的难题，可以高于和等同于同功率电动汽车和燃油汽车的加速时间；解决了回收能量效率低的难题，可以超出同功率电机能量回收的十几倍甚至几十倍；解决了正常行驶时电能源消耗大的难题，续航里程在同功率电动汽车的基础上增加70%以上；同功率电机相比可以减少电能源损耗38%以上；解决了机位不能随意设计的难题，可以按机位随意设计；解决了下坡时损耗刹车片严重的难题，下坡、滑行时可反充电形成机械阻力，不需踩刹车以保护刹车片免受损耗同时提高了能量回收效率。自动增减功率扭矩发电充电多功能永磁超强超能驱动电机将两倍、三倍或多倍增加动力源的功率扭矩，加大爬坡、起步、加速功率扭矩力度，提高动能源增加爬坡、起步、加速速度，彻底解决爬坡、起步、加速行进缓慢提速慢的难题同时增加了续航能力。

Claims (1)

1.一种自动增减功率扭矩发电充电多功能永磁驱动电机，主要用于车船驱动动力，包括外壳、主动力轴、轴承、定子、外壳上的接线通道和接线端口、主动力轴花键轴、内风冷或外风冷涡轮风轮，其特征在于：所述的外壳内设有不同直径、为整体桶式正圆形外端开口的内层壳体，该不同直径的内层壳体的一端与整体桶式正圆形外壳的侧壁端固定连接或与整体桶式正圆形侧壁端整体精铸在一起，内层壳体的另一端不与外壳的另一端侧壁连接，为独立开放式；所述定子为外壳及内层壳体的内壁附着的定子铁芯线棒；所述主动力轴装有主轴隔磁层内衬、主轴整体转子磁钢体、主体机组转子稀土永磁磁条；所述内层壳体之间、内层壳体与外壳之间均设有匹配不同直径的正圆形桶式层次整体转子磁钢体，该各层次整体转子磁钢体与主轴整体转子磁钢体为连接或精铸形成一体，各层次整体转子磁钢体的内壁设有整体精铸隔磁层内衬，各层次整体转子磁钢体内装有各层次转子稀土永磁磁条；主动力轴设有车船辅助设备用具驱动轮；

所述的外壳内设有2层不同直径的内层壳体即主体机组内层壳体、第二层机组内层壳体；或者，所述的外壳内设有3层或者3层以上不同直径的内层壳体；

所述的轴承外端设有与外壳连接的轴承压力端盖；

所述的主体机组转子稀土永磁磁条、各层次转子稀土永磁磁条的宽度为0.3-1cm，厚度为3cm；隔磁层内衬为各层次隔磁层内衬与各层次整体转子磁钢体熔合的不锈钢或铜质隔磁层内衬，厚度均为2-3.5mm；

所述的主轴整体转子磁钢体及各层次整体转子磁钢体均包括八块分隔的磁钢体，其之间形成的槽内装有转子稀土永磁磁条，该稀土永磁磁条外设有由非导磁材料制成的封闭板。