技术领域
[0001] 本
发明涉及电机结构的技术领域，尤其涉及一种两级储能高起动转矩的电机结构，可以用电动
汽车。
背景技术
[0002] 随着社会生产生活的日益发展，同时国家大
力地倡导绿色节能的
能源发展战略，电机作为常用动力源，应用在诸多领域，如电动汽车、建筑机械等。
[0003] 在电动汽车、建筑机械等应用场合时，电机启动时需要比较大的起动转矩，通常直接启动或者连接
变频器启动。当电机直接起动时，需要提供给电机较大的起动
电流，而该起动电流通常数倍于正常工作电流，因此长时间的起动过程对电机绕组的绝缘性能等均会造成严重影响。当电机连接变频器启动时，通常启停频繁，频繁的起动也会对变频器等外接部件的寿命有着严重影响。
[0004] 对于不同的工作场合，电机有时候需要提供一个长时间的比额定输出转矩更大的输出转矩，比如电动汽车上坡过程中，而有些场合则需要提供一个长时间的比额定输出转矩更小的输出转矩，比如电动汽车下坡过程，这些工作状态的切换以及电机长时间的小功率输出会造成不必要的
能量浪费。
发明内容
[0005] 针对现有电机启动需要比较大的启动转矩，工作状态的切换以及长时间的小功率输出会造成不必要的能量浪费的技术问题，本发明提出一种两级储能的高起动转矩电机结构，收集工作状态的切换及长时间小功率输出浪费的能量，在需要时进行重新释放，为电机提供更大的输出转矩；同时，能够保证电机长时间工作在额定工作状态下，有助于延长电机使用寿命。
[0006] 为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种两级储能高起动转矩的电机结构，包括机壳，机壳中部设有电机，电机两端设有
输出轴，机壳的两侧分别设有进气口和出气口，所述进气口内设有
涡轮风扇I，出气口内设有
涡轮风扇II，涡轮风扇I和/或涡轮风扇II套设在输出轴上，涡轮风扇I和涡轮风扇II的一端通过
轴承安装在机壳上；所述机壳上活动设有拨动杆，拨动杆与传动装置相连接，传动装置两端分别与涡轮风扇I和涡轮风扇II的另一端相配合，传动装置与输出轴相连接，输出轴中部与
飞轮储能装置相连接。
[0007] 所述传动装置包括
传动轴I和传动轴II，传动轴I的两端分别设有
齿轮I和齿轮II，齿轮I与涡轮风扇II的端部相配合，齿轮II与输出轴的中部相
啮合；传动轴II的两端设有齿轮III和齿轮IV，齿轮III与输出轴的端部相啮合，齿轮IV与涡轮风扇I的端部相配合；所述传动轴I和传动轴II均与拨动杆相连接。
[0008] 所述输出轴的端部固定有齿轮VII，齿轮VII与齿轮III相啮合；所述涡轮风扇I和涡轮风扇II的端部均设有啮合齿轮，涡轮风扇上的啮合齿轮与齿轮IV相配合；涡轮风扇II上的啮合齿轮与齿轮I相配合；所述啮合齿轮的啮合齿的切入口宽度大于齿轮I和齿轮IV的啮合齿的切入口宽度。
[0009] 所述传动装置包括传动套筒I和传动套筒II，传动套筒I和传动套筒II分别套设在电机两端的输出轴上，传动套筒I和传动套筒II的一端设有
固定轴承I、另一端设有
橡胶垫I，涡轮风扇I和涡轮风扇II的端部固定有与橡胶垫I相配合的橡胶垫II，固定轴承I套在输出轴上，固定轴承I与拨动杆相连接。
[0010] 所述输出轴上设有凸起，传动套筒I和传动套筒II内设有固定滑槽，凸起设置在固定滑槽内。
[0011] 所述输出轴的中部固定有齿轮V，齿轮V与传动装置的齿轮II相啮合，齿轮V与齿轮VI相啮合，齿轮VI与飞轮储能装置相啮合；所述进气口和出气口上均设有电磁
阀，机壳内设有气压
传感器，气压传感器与
控制器相连接，控制器分别与
电磁阀、飞轮储能装置相连接。
[0012] 所述涡轮风扇I和涡轮风扇II包括涡轮旋
转轴和涡轮扇叶，涡轮
旋转轴套设在输出轴上，涡轮旋转轴外部固定有涡轮扇叶；所述轴承为固定轴承II或双层固定轴承，涡轮风扇I和/或涡轮风扇II与输出轴通过双层固定轴承安装在机壳上；所述双层固定轴承包括
内圈、中圈和
外圈，内圈和中圈之间、中圈和外圈之间均设有滚珠。
[0013] 所述壳体上固定有滑轨，滑轨上设有密封滑槽，拨动杆通过密封滑槽与壳体相连接，拨动杆设置在滑轨内。
[0014] 所述拨动杆上固定有
支架，支架为U型支架，支架的中部与拨动杆相连接，支架的两端分别通过固定轴承与传动装置的传动轴I和传动轴II相连接或支架的两端分别与传动装置的传动套筒I和传动套筒II的固定轴承I相连接。
[0015] 优选地，其工作方法为：抽气储能状态：向左拨动拨动杆，支架带动传动装置向左移动；涡轮风扇II上的啮合齿轮与齿轮I相啮合，涡轮风扇I上的啮合齿轮与齿轮IV相分离，或涡轮风扇II上的橡胶垫II与传动套筒I上的橡胶垫I相
接触；涡轮风扇II随着输出轴的转动而转动；同时，控制器控制出气口上的电磁阀开启，进气口上的电磁阀关闭，涡轮风扇II上的涡轮扇叶旋转将机壳内的空气抽出；当气压传感器检测到机壳1内的压强低于设定的
阈值时，控制器飞轮储能装置启动，从而使输出轴的
动能沿着齿轮V和齿轮VI进入飞轮储能装置中高速旋转的飞轮进行能量存储；助力状态：控制器控制出气口上的电磁阀关闭，飞轮储能装置提供动力输出，飞轮储能装置的飞轮通过齿轮V和齿轮VI为输出轴提供辅助旋转动力；当飞轮储能装置的动力输出结束后，向右拨动拨动杆，传动装置向右移动，涡轮风扇II上的啮合齿轮与齿轮I分离，涡轮风扇I上的啮合齿轮与齿轮IV相啮合，或者传动套筒II上的橡胶垫I与涡轮风扇I上的橡胶垫II相接触；同时，控制器打开进气口上的电磁阀，空气从进气口进入形成气流，气流推动涡轮风扇I上的涡轮扇叶转动，涡轮风扇I的转动动力通过传动装置传送至输出轴，为输出轴旋转提供辅助动力。
[0016] 本发明的有益效果：（1）双层级储能结构，包括低压储能和飞轮储能，实现长时间的续航工作；（2）大起动力矩，弥补电机动力不足，尤其是电机起动时的情况；（3）实现了不同转速轴的软连接，减少了部件的碰撞，提高了运行可靠性。本发明可通过检测腔内气压以及根据不同状态的需求，控制进出气口开闭与高速飞轮的协同工作，可以实现储能最大化，而且能够保证在有需要的时候提供最大输出力矩。
附图说明
[0017] 为了更清楚地说明本发明
实施例或
现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018] 图1为本发明实施例2的结构示意图。
[0019] 图2为图1所示涡轮风扇的结构示意图。
[0020] 图3为本发明实施例2的输出轴与涡轮风扇的连接示意图。
[0021] 图4为双层固定轴承的结构示意图。
[0022] 图5为本发明实施例3的结构示意图。
[0023] 图6为图5所示涡轮风扇的结构示意图。
[0024] 图7为图5所示传动套筒的结构示意图
[0025] 图8为本发明实施例3的输出轴与传动套筒的连接示意图。
[0026] 图中，1为机壳，2为电机，3为输出轴，4为进气口，5为出气口，6为传动装置，61为传动轴I，62为传动轴II，63为齿轮I，64为齿轮II，65为齿轮III，66为齿轮IV，67为齿轮V，68为齿轮VI，69为齿轮VII，611为传动轴I，612为传动轴II，613为橡胶垫I，614为橡胶垫II，615为固定轴承I，616为固定滑槽，7为涡轮风扇I，8为涡轮风扇II，9为拨动杆，11为飞轮储能装置，12为滑轨，13为密封滑槽，14为轴承，15为啮合齿轮，16为涡轮扇叶，17为双层固定轴承，171为内圈，172为中圈，173为外圈，174为滚珠，18为涡轮旋转轴，19为支架。
具体实施方式
[0027] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028] 实施例1
[0029] 如图1所示，一种两级储能高起动转矩的电机结构，包括机壳1，机壳1为高强度的机壳，保证电机和输出轴的稳定。机壳1中部设有电机2，电机2两端设有输出轴3，机壳1的两侧分别设有进气口4和出气口5，所述进气口4和出气口5上均设有电磁阀，电磁阀用于控制进气口4和出气口5的打开和关闭，从而实现机壳1内气流的流动。进气口4内设有涡轮风扇I7，出气口5内设有涡轮风扇II8，涡轮风扇I7可以加快进气口4处空气的流动，涡轮风扇II8可以加快出气口处空气的流动。涡轮风扇I7和/或涡轮风扇II8套设在输出轴3上，不通过传动装置6，涡轮风扇I7和/或涡轮风扇II8与输出轴3的转动之间是相互独立，互不影响的。涡轮风扇I7和涡轮风扇II8的一端通过轴承14安装在机壳1上，涡轮风扇I7和涡轮风扇II8可以相对于轴承14转动.所述机壳1上活动设有拨动杆9，拨动杆9与传动装置6相连接，通过拨动杆9可以调节传动装置6的
水平
位置，从而调节传动装置6与涡轮风扇I7或涡轮风扇II8相连接。传动装置6两端分别与涡轮风扇I7和涡轮风扇II8的另一端相配合，传动装置6与输出轴3相连接，通过传动装置6可以调节涡轮风扇I7或涡轮风扇II8与输出轴3的连接关系，从而根据不同的工作状态调整它们之间的联动关系。输出轴3中部与飞轮储能装置11相连接，对输出轴3转动的能量进行收集。所述机壳1内设有气压传感器，用于检测机壳1腔体内的气压情况，当机壳1内空气压力减少到接近
真空时，启动飞轮储能装置11进行能量的存储。气压传感器与控制器相连接，控制器分别与电磁阀、飞轮储能装置11相连接。
[0030] 拨动杆9的移动可以通过控制器控制外部机械结构进行移动，控制器可以根据工作状态和实际需要发出相应的指令进行控制。拨动杆9也可以通过机械结构进行人工控制，根据实际情况拨动拨动杆9，通过控制器联动进气口和出气口的电磁阀进入相应的工作状态。气压传感器是通过检测电机结构的内部气压，向控制器提供一个判断
信号，一旦这个气压达到一定的数值，控制器就会向飞轮储能装置11发送控制指令，使得飞轮能够进入储存能量或者释放能量的工作状态。飞轮储能装置11是通过内部的高速旋转飞轮进行储能。在需要的时候通过控制器发出控制指令，与输出轴3进行作用实现能量的存储与释放。同时，飞轮储能装置11本身能够实现
控制信号的接收，并完成相应的动作。
[0031] 本发明的电机在工作过程中有三种状态：（1）正常工作输出状态，电机正常工作，整个装置由电机的输出轴3提供输出力矩；（2）抽气储能工作状态：出气口5开启，进气口4关闭，电机的输出轴通过传动转置6带动涡轮风扇II8转动，从而实现机壳1内的抽气，进行储能的第一阶段；当气压传感器检测到机壳1的腔内压强极低直至近似真空时，通过控制器开启飞轮储能装置11的飞轮进行高速转动，进行储能的第二阶段；（3）进气助力工作状态：出气口5关闭，由飞轮储能装置11提出第一阶段的动力输出，当其动力输出结束时，进气口4开启，进气口4的涡轮风扇I7的涡轮旋转轴与电机的输出轴3进行连接，气流推动进气口4的涡轮风扇I7的涡轮旋转轴转动，通过传动装置6从而带动电机的输出轴3转动，为电机的输出轴3提供动能。根据实际情况，也可同时利用涡轮风扇II8与传动装置6的配合进行动力输出。在这三种工作状态中，电机均可以保持输出工作。第三种状态也可用于电机启动阶段。本发明可由电机的输出轴、飞轮储能装置11的高速飞轮和进气口4的涡轮风扇I7的涡轮旋转轴提供输出力矩。
[0032] 实施例2
[0033] 如图1所示，一种两级储能高起动转矩的电机结构，所述传动装置6包括传动轴I61和传动轴II62，传动轴I61的两端分别固定设有齿轮I63和齿轮II64，齿轮I63与涡轮风扇II8的端部相配合，齿轮II64与输出轴3的中部相啮合，实现传动轴I61与输出轴3的传动连接。传动轴II62的两端分别固定设有齿轮III65和齿轮IV66，齿轮III65与输出轴3的端部相啮合，实现传动轴II62与输出轴的传动连接诶。齿轮IV66与涡轮风扇I7的端部相配合。齿轮II64和齿轮III65的长度较大，保持齿轮II64和齿轮III65均与输出轴3是常啮合状态。所述传动轴I61和传动轴II62均与拨动杆9相连接，拨动杆9可以调节传动轴I61和传动轴II62的水平位置关系，从而调整齿轮I63与涡轮风扇II8的端部相啮合或齿轮IV66与涡轮风扇I7的端部相啮合，从而调整传动装置6与涡轮风扇II8或涡轮风扇I7相啮合。
[0034] 所述输出轴3的端部固定有齿轮VII69，齿轮VII69与齿轮III65相啮合，实现传动轴II62与输出轴3的连接。如图2和图3所示，所述涡轮风扇I7和涡轮风扇II8的端部均设有啮合齿轮15，涡轮风扇I7上的啮合齿轮15与齿轮IV66相配合；涡轮风扇II8上的啮合齿轮15与齿轮I63相配合；涡轮风扇I7和涡轮风扇II8的另一端通过轴承14固定在机壳1上，传动轴I61或传动轴II62通过啮合齿轮15分别与涡轮风扇II8或涡轮风扇I7相啮合，实现涡轮风扇II8或涡轮风扇I7与输出轴3的联动。所述啮合齿轮15的啮合齿的切入口宽度大于齿轮I63和齿轮IV66的啮合齿的切入口宽度，方便涡轮风扇II8或涡轮风扇I7与传动装置6的连接。
[0035] 所述输出轴3的中部固定有齿轮V67，齿轮V67与传动装置6的传动轴I61的齿轮II64相啮合，齿轮V67与齿轮VI68相啮合，齿轮VI68与飞轮储能装置11相啮合。齿轮V67与齿轮VI68是常啮合状态，保证飞轮储能装置11与输出轴是连接的。
[0036] 如图2所示，所述涡轮风扇I7和涡轮风扇II8包括涡轮旋转轴18和涡轮扇叶16，涡轮旋转轴18套设在输出轴3上，涡轮旋转轴18外部固定有涡轮扇叶16，涡轮旋转轴18的转动带动涡轮扇叶16转动，从而实现机壳1内气流的流动。所述轴承14为固定轴承II或双层固定轴承17，涡轮风扇I7和/或涡轮风扇II8与输出轴3通过双层固定轴承17安装在机壳1上，双层固定轴承17可以同时将涡轮风扇和输出轴3的一端安装在机壳1上，保证涡轮风扇I7和/或涡轮风扇II8与输出轴3的转动。如图1所示，输出轴3只有一端伸出机壳1，另一端与传动装置6的连接通过涡轮风扇I7伸出机壳1，因此，涡轮风扇I7通过固定轴承II安装在机壳1上，涡轮风扇II8和输出轴3通过双层固定轴承17固定值机壳1上的出气口处。如图4所示，所述双层固定轴承17包括内圈171、中圈172和外圈173，内圈171和中圈172之间、中圈172和外圈173之间均设有滚珠174。内圈171与输出轴3固定连接，中圈172与涡轮风扇II8的涡轮旋转轴18固定连接，外圈173固定于机壳1。双层固定轴承17可实现内圈与中圈不同速旋转。
[0037] 优选地，所述壳体1上固定有滑轨12，拨动杆9可以在滑轨12内左右移动，滑轨12上设有密封滑槽13，密封滑槽13保证拨动杆9在移动过程中机壳1的
密封性。拨动杆9通过密封滑槽13与壳体1相连接，拨动杆9设置在滑轨12内。滑轨12固定在机壳1的内壁上，密封滑槽13设置在机壳1上，与滑轨12相配合。
[0038] 优选地，所述拨动杆9上固定有支架19，通过支架19可以拨动传动装置6水平移动一定的距离。支架19为U型支架，支架19的中部与拨动杆9相连接，支架19的两端分别与传动装置6的传动轴I61和传动轴II62的固定轴承连接，固定轴承套设在传动轴I61和传动轴II62上，保证了在传动轴I61或传动轴II62转动中也可以带动其水平移动，同时带动传动轴I61和传动轴II62水平移动。
[0039] 其他结构上与实施例1相同。
[0040] 工作方法为：
[0041] 抽气储能状态：向左拨动拨动杆9，支架19带动传动装置6向左移动；涡轮风扇II8上的啮合齿轮15与齿轮I63相啮合，涡轮风扇I7上的啮合齿轮15与齿轮IV66相分离；涡轮风扇II8随着输出轴3的转动而转动。动力的传递方式如图1中箭头所示。同时，控制器控制出气口5上的电磁阀开启，进气口4上的电磁阀关闭，涡轮风扇II8上的涡轮扇叶旋转将机壳1内的空气抽出；当气压传感器检测到机壳1内的压强低于设定的阈值时，当气压传感器检测到机壳1内的压强低于设定的阈值时，该阈值时机壳1腔体内的压强极低直至近似真空状态，控制器使飞轮储能装置11启动，飞轮高速旋转，从而使输出轴3的动能沿着齿轮V67和齿轮VI68进入飞轮储能装置11中高速旋转的飞轮进行能量存储。该状态可用于输出动能充裕状态，如电动汽车下坡时段等。
[0042] 助力状态：控制器控制出气口5上的电磁阀关闭，飞轮储能装置11提供动力输出，飞轮储能装置11的飞轮通过齿轮V67和齿轮VI68为输出轴3提供辅助旋转动力，此时是第一阶段的动力输出；当飞轮储能装置11的动力输出结束后，向右拨动拨动杆9，传动装置6向右移动，涡轮风扇II8上的啮合齿轮15与齿轮I63分离，涡轮风扇I7上的啮合齿轮15与齿轮IV66相啮合；同时，控制器打开进气口4上的电磁阀，空气从进气口进入形成气流，气流推动涡轮风扇I7上的涡轮扇叶16转动，涡轮风扇I7的转动动力通过传动装置6传送至输出轴3，为输出轴3旋转提供辅助动力。根据实际情况，也可同时进行辅助动力输出。该状态可用于输出动能欠缺状态，如电动汽车上坡时段、电机启动状态等。
[0043] 实施例3
[0044] 一种两级储能高起动转矩的电机结构，如图5所示，所述传动装置6包括传动套筒I611和传动套筒II612，传动套筒I611和传动套筒II612分别套设在电机2两端的输出轴3上，如图7所示，传动套筒I611和传动套筒II612的一端设有固定轴承I615、另一端设有橡胶垫I613，涡轮风扇I7和涡轮风扇II8的端部固定有与橡胶垫I613相配合的橡胶垫II614，如图6所示，橡胶垫I613和橡胶垫II614为高耐磨橡胶垫，橡胶垫I613和橡胶垫II614的表面均做凸起处理，增加两者相互作用的
摩擦力，两者相互接触产生摩擦力，从而实现运动的传动。固定轴承I615套在输出轴3上，固定轴承I615的外圈不随着输出轴3转动，固定轴承I615的外圈与拨动杆9相连接，拨动杆9可以带动固定轴承I615在输出轴上滑动。拨动杆9通过支架19可以带动固定轴承I615水平移动，从而带动传动套筒I611与涡轮风扇II8相接触，或传动套筒II612与涡轮风扇I7相接触，实现运动的相互传动。
[0045] 优选地，如图8所示，所述输出轴3上设有凸起，传动套筒I611和传动套筒II612内设有固定滑槽616，固定滑槽616向内表面凹下，凸起设置在固定滑槽616内，凸起与固定滑槽616相匹配，凸起通过固定滑槽616卡住传动套筒I611和传动套筒II612，使传动套筒I611和传动套筒II612随着输出轴的转动而转动，与输出轴同步旋转。同时，支架19的两端分别与传动装置6的传动套筒I611和传动套筒II612的固定轴承I615相连接，传动套筒I611和传动套筒II612与输出轴可以相对滑动。固定轴承I615为高速轴承，高速轴承的内环与传动套筒固定连接、外环与支架19的端部固定连接，使得拨动杆9能够在传动套装旋转的状态下，控制传动套筒I611和传动套筒II612沿着其固定滑槽方向左右移动。
[0046] 本实施例中的传动装置6实现了不同转速轴的叠压式软连接，实现同速旋转，避免了实施例2中不同转速部件啮合过程中的碰撞。
[0047] 工作方法为：
[0048] 抽气储能状态：向左拨动拨动杆9，支架19带动传动装置6向左移动，传动套筒I611和传动套筒II612均向左移动；当涡轮风扇II8上的橡胶垫II614与传动套筒I611上的橡胶垫I613相接触，由于摩擦力，涡轮风扇II8的涡轮扇叶轴开始旋转，涡轮风扇II8随着输出轴3的转动而转动；随着继续向左拨动拨动杆9，传动套筒I611上的橡胶垫I613和涡轮风扇II8上的橡胶垫II614的摩擦力会逐渐增加，从而能够保证涡轮风扇II8的涡轮扇叶的转速与输出轴3的转速保持一致。同时，控制器控制出气口5上的电磁阀开启，进气口4上的电磁阀关闭，涡轮风扇II8上的涡轮扇叶旋转将机壳1内的空气抽出；此时，机壳1内部气压逐渐降低，直至近似真空状态。当气压传感器检测到机壳腔内压强极低直至近似真空时，控制器使飞轮储能装置11启动，飞轮高速旋转，从而使输出轴3的动能沿着齿轮V67和齿轮VI68进入飞轮储能装置11中高速旋转的飞轮进行能量存储。该状态可用于输出动能充裕状态，如电动汽车下坡时段等。
[0049] 助力状态：控制器控制出气口5上的电磁阀关闭，由高速飞轮提出第一阶段的动力输出，飞轮储能装置11提供动力输出，飞轮储能装置11的高速飞轮通过齿轮V67和齿轮VI68为输出轴3提供辅助旋转动力；当飞轮储能装置11的动力输出结束后，向右拨动拨动杆9，传动装置6的传动套筒I611和传动套筒II612向右移动，传动套筒I611与涡轮风扇II8相分离，传动套筒II612上的橡胶垫I613与涡轮风扇I7上的橡胶垫II614相接触；同时，控制器打开进气口4上的电磁阀，空气从进气口进入形成气流，气流推动涡轮风扇I7上的涡轮扇叶16转动，涡轮风扇I7的转动动力通过传动套筒II612传送至输出轴3，为输出轴3旋转提供辅助动力。根据实际情况，也可同时进行辅助动力输出。该状态可用于输出动能欠缺状态，如电动汽车上坡时段、电机启动状态，增加启动力矩等。
[0050] 同时，本发明也可以进行充气储能：控制器控制出气口的电磁阀关闭，进气口的电磁阀开启，输出轴3通过传动装置6带动进气口的涡轮风扇I7的涡轮扇叶旋转，向高强度机壳1内部持续注入气体，机壳1内部压强升高。压强达到临界值时，飞轮储能装置11的高速飞轮储能开始工作。当进行排气助力时，控制器控制出气口的电磁阀开启，进气口的电磁阀关闭。压缩气流推动出气口的涡轮风扇II8的涡轮扇叶旋转，从而通过传动装置6带动输出轴3旋转。充气储能与抽气储能两种储能方式的工作流程相对应。
[0051] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
