[发明专利]一种扭矩自适应连续变速永磁内转子无刷电机

说明书

一种扭矩自适应连续变速永磁内转子无刷电机，包括电机轴，转子，定子，机壳，端盖等。其特征在于转子内部设置一个自动适应转矩变化调节磁通量大小的机构，它主要由弹簧测控系统和一个螺旋传动副组成，可以将定子电流在转子磁场中产生的扭矩按比例转换成轴向分力使定子在电机轴上做螺进运动，从而使定子对转子的轴向位置发生变化，把气隙磁通量由原来的常量变成为扭矩的函数，使转速随扭矩反比变化，而输出功率始终不变，使无刷电机具有数倍变速比的自适应等功率无极变速特性。本发明用简单可靠的方法实现了直接转矩控制效果。

技术领域

本发明涉及永磁无刷电机，尤其是车辆用驱动电机。

背景技术

近年来，为了保护环境和节约能源，电动车辆及技术不断创新。由于稀土磁性材料的优良特性及制造工艺的突破，采用强磁力永磁材料励磁的无刷电机被普遍使用。然而，常规永磁无刷电机由于其磁路结构固定不变，励磁强弱不能实时调节，因此不能获得电励磁电机的调速特性，特别是灯功率无极调速特性。而电动车辆驱动电机正好需要在一定的功率内具有数倍于额定转速的宽阔的调速特性，为了实现这种特性，或可采用同步或异步电机交流变频驱动，有的则为车辆增加机械变速系统，还有的采用电流和永磁复合励磁，还有双转子/双定子，另外还有电机绕组连接可变等，这方面的设计不计其数，都是为了实现等功率调速，迄今为止仍在努力。因为这些技术方案或者效果有限、或者过多的增加了整个动系统的复杂性和制造成本。从改变磁路作手的技术方案本人已设计过磁通分流、互补励磁、移相调磁等多个发明专利。例如本人于2012年申请的中国专利，CN103580411A，一种永磁无刷自适应变速驱动电机，使用离心机构跟踪转速，离心力和弹簧反力平衡条件及弹簧的角位移确定转子磁极的相位差实现弱磁增速。由于离心力的变化是非线性的，而弹簧通常是线性的，不易实现精确的匹配。在实践中发现，如果利用电机特性的另一参数——电磁力矩作为反馈，利用其反作用力调节电机的磁场磁场状态，能够更直接更稳定的得到等功率变速的机械特性。。

实用新型内容

一种扭矩自适应连续变速永磁内转子无刷电机包括：一个由定子铁心和绕组构成的电枢定子，其功能是产生旋转磁场；一个由磁极和磁轭构成的永磁转子，功能是同电枢定子的旋转磁场相互作用而旋转并输出力矩，以及包括电机轴和端盖机壳等基础部件。其特征在于该转子自身还包含一个由输出转矩反馈调节磁通量的机构，该机构由弹簧测力机构和螺旋传动副组成，螺旋传动副将电磁转矩转换到轴线方向并带动转子产生位移，弹簧则产生方向相反大小相应的回复力，使得转子的轴向位置实时发生变化，达到调节气隙磁通量进而调节扭矩系数和反电势系数，从而实现等功率自适应连续变速的目的。

螺旋传动副之一是螺旋花键副，包括螺旋花键轴和花键螺母，螺旋花键轴是在电机轴上加工得到的特征，花键螺母同转子端板相连接，当转子受到到转矩时，转子可在轴上移动，同时将动力从电机轴输出。

另一种螺旋传动副是螺旋凸轮副，包括电机轴表面的螺旋型线和对偶件上的销子，销子同转子端板相连接，当转子受到到转矩时，转子可在轴上移动，同事将动力从电机轴输出。

所述弹簧测力机构包括弹簧，固定螺钉，调节螺钉，固定螺钉将弹簧的一端锁定在磁通分流器上，磁通分流器同电机轴配合只能相对转动不能轴向移动，弹簧另一端通过调节螺钉同转子端板连接，随转子做螺旋运动，弹簧预先被给定初始力值，使得负载力矩小于设定值时，定子和转子保持在初始位置，初始值是定子与转子错开位置。

磁通分流器位于定子一端圆周边沿，材料为高磁导率软磁材料，磁通分流器的主要作用是消减定子移动的磁阻力。

进一步，使端板与磁通分流器的间隙足够小和光滑，则构成空气阻尼器，具有滤除干扰力矩和避免超调的作用。

另一种设计是互补励磁，其永磁转子的长度比定子多出一小段长度，这一小段长度配置的磁铁同原长度数量相同但极性相反，起抵消作用，这种设计增强了弱磁效果，但要多用磁铁，适于总长度受限的电机。