[发明专利]磁性调制马达和电动变速器

说明书

技术领域

本发明涉及一种适于在用于混合动力车辆的动力装置中使用的磁性调制马达和电动变速器，其中混合动力车辆由内燃机的机械动力和电池的电力驱动。

背景技术

作为用于混合动力汽车的动力传输装置的相关技术，存在一种常用装置，该装置通过马达和CVT(无级变速器)在内燃机的输出轴与齿轮的输入轴之间传输动力，其中，该齿轮在减速与往返动作之间切换。最近，提出了组合这些功能的新技术。

例如，已知一种具有混合功能的马达，该马达包括与定子对应的电枢、固定到第一旋转轴的磁体转子以及固定到第二旋转轴的磁感应转子。基于磁性调制的原理，该马达在第一旋转轴与第二旋转轴之间平稳地变换速度，或者将电力添加到第二旋转轴并输出电力。例如，JP-A-2010-017032公开了一种用于实现如上所述的混合功能的技术。

基于磁性调制的原理的马达(下文中被称为“磁性调制马达”)已经通过英国谢菲尔德大学的Kais Atallah教授等人对磁齿轮的研究而得到发展。该马达具有包括外转子、内转子以及用于磁感应极的多种软磁材料的基本结构。外转子包括具有m个极对的多个永磁体。内转子包括具有n个极对的多个永磁体。软磁材料的数量由m与n的和或差来决定。软磁材料用作磁感应极，所述磁感应极设置在外转子与内转子之间，以调制穿过这两个转子的永磁体在这两个转子之间起作用的磁场。

使用外转子作为绕组型电枢的的马达遵循与如上所述的磁性调制的原理相同的原理。

在如上所述的JP-A-2010-017032中公开的结构包括电枢、磁体转子以及磁感应转子。电枢包括具有m个极对(在此例中m＝8)的多个多相绕组。磁体转子包括具有n个极对(在此例中n＝8)的多个永磁体。磁感应转子设置有k个软磁材料，所述k个软磁材料用作磁感应极并且周向地设置在电枢与磁体转子之间(在此例中k＝16)。该结构被设计用于k＝m+n(在此例中m＝n＝8并且k＝16)的磁性调制马达。

然而，如上所述的磁性调制马达具有以下问题。

在JP-A-2010-017032中，磁性感应马达的磁感应极由于功能要求而需要由分离的软磁材料制成。在磁性调制马达的结构中，磁感应转子以可旋转的方式设置在电枢与磁体转子之间。由于这种结构，磁通穿过磁感应转子的一部分。如果在磁感应极周围存在金属构件，则金属构件用作短路线圈并且随后短路电流流过。这阻止了磁通穿过磁感应转子的所述一部分并且导致较大损失的产生。这是磁感应转子在通过诸如在众所周知的马达中常用的压铝铸造之类的方法来铸造软磁材料方面存在困难的原因。因此，磁感应转子难以确保机械刚性并且难以固定到旋转轴，这导致了弹性极限应力低的根本问题。

磁体固定的设计在磁感应转子设置在最内径侧处的情况下能够相对容易地实现，其中，磁性调制马达有可能在该最内径侧处固定到旋转轴。这是因为能够采用坚固结构的设计。例如，可以采用如下结构设计：多个磁体嵌入在层压铁芯中并且通过桥接器连接，而不需要考虑磁极之间的磁通泄漏。这是因为磁体转子不像磁性调制马达那样灵敏并且是利用强的稀土磁体来提供磁通的磁场磁动势源。

然而，在磁感应转子设置在最内径侧处的情况下，存在没有建立优选的磁性调制的问题。

为了解决这种问题，在磁体转子设置在电枢与磁感应转子之间的情况下，磁性调制的动作及问题的有或无通过本发明来检查，并且随后获得了以下发现和解决方案。

在磁体转子设置在电枢与磁性调制马达之间的情况下，不能获得优选的磁性调制并且极大地降低了马达的特性。下面描述其原因。

磁体本身是磁动势源，即，磁通源，并且具有与空气的渗透率类似的低渗透率。然后，即使磁感应磁极根据磁极的数量来调制磁体的磁通，磁体仍位于朝向电枢去或从电枢返回的已调制磁通的路径中，并且成为已调制磁通的路径中的障碍。因此，具有强磁动势的永磁体在广泛覆盖的范围内阻挡已调制磁通，从而干扰已调制磁通。

另一方面，在相关技术中，作为用于混合动力车辆的变速器，存在已知的动力变换技术，该技术结合了两个马达：(i)具有两个转子和一个定子的磁性调制马达；以及(ii)众所周知的具有一个转子和一个定子的磁体马达。通过这种马达，发动机的高速低扭动力被变换成低速高扭动力，并且随后，变换的动力被传输到车轴侧。