專利名稱：一種集成化電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種集成化電機(Electrical Machine),特別涉及集成軸 向或者徑向》茲通永》茲齒輪和軸向或者徑向-茲通通用電機的集成化電才幾。
背景技術：
現有的電機一般設計為高速運行，以減輕體積和重量，降低成本。當用 作發電機(Electrical Generator)或者電動才幾(Motor)的電機需要將低 速轉動轉化為高速轉動或者將高速轉動轉化為低速轉動的時候，通常需要借 助機械變速箱來完成所述的轉化。
美國專利第4， 763， 031號公開了一種集成的通用電機和機械變速箱單 元，其中所述變速箱包括機殼和設置在所述機殼內的機軸軸承和周轉齒輪 系，所述軸承還作為機殼外部的通用電機的轉軸。美國專利第7, 083, 378號， 第7，259，472號公開了一種機械變速箱與電機集成在一個機殼內構成的風力 發電機，所述機械變速箱用于提高轉速以用于驅動發電。上述的機械變速箱 通常價格比較昂貴，工作時容易產生機械疲勞，震動和噪音，從而影響系統 的可靠性和穩定性，而且機械變速箱對潤滑和維護的頻率和質量要求較高。
文獻L H. Hansen, L Helle, F. Blaabjerg, "Conceptual survey of Generators and Power Electronics for Wind Turbines" ， Report of Ris0 National Laboratory, Roskilde， Denmark, December 2001公開了一種使 用直驅電機連接低速動力源和低速負載的方案，由于不使用機械變速箱，因 此可以改善系統的可靠性和穩定性。然而，直驅電機用于低速系統(如10-20轉/分鐘的風力渦輪發電機)時，需要采用為數眾多的磁極對，導致系統結 構復雜，體積和重量急劇增加；而且系統還要配合使用功率轉換器將低頻電 壓轉換成工頻電壓，進一步導致結構復雜和成本的增加。
發明內容
有鑒于此，本發明提供了一種可靠、穩定，結構簡單緊湊的集成化電機。 為實現上述目的，本發明提出一種集成化電機，包括永磁齒輪和具有轉
子和定子的通用電機，所述永一磁齒輪和通用電才幾設置在機殼中；所述永;茲齒 輪在一側通過低速轉軸與外部負載或驅動源相連，在另一側通過高速轉軸與 所述通用電機的轉子相連，或者，所述永;茲齒輪在一側通過低速轉軸與所述 通用電機的轉子相連，在另一側通過高速轉軸與外部負載或驅動源相連。
根據本發明的一個方面，所述永磁齒輪為軸向磁通永磁齒輪，包括軸向 平行設置的低速轉子、高速轉子和固定在所述低速轉子和高速轉子之間的定 子，所述低速轉子和高速轉子分別固定在所述低速轉軸和高速轉軸上；所述 通用電機的轉子固定在所述軸向磁通永磁齒輪的高速轉軸上。
根據本發明的一個方面，所述軸向磁通永磁齒輪的低速轉子和高速轉子 分別包括背鐵和沿所述背鐵圓周徑向均勻分布的磁鋼；所述低速轉子和高速 轉子的磁鋼相對并且共軸地設置。
根據本發明的一個方面，所述軸向磁通永磁齒輪的定子固定在所述機殼 上，包括底板和沿所述底板圓周徑向均勻分布的導磁片。
根據本發明的一個方面，所述低速轉子和高速轉子的磁鋼的南北極交替 設置，且所述低速轉子的^茲鋼的南北極對數量與所述高速轉子的石茲鋼的南北 極對數量不同，所述定子的導磁片的數量為所述低速轉子和高速轉子的磁鋼 的極對lt量之和。
根據本發明的一個方面，所述高速轉子的磁鋼的南北極對之間插入軟磁材料，如硅鋼片，以調整極弧系數。
根據本發明的一個方面，所述軸向磁通永磁齒輪的定子上固定地設置軸 承板；所述低速轉軸的一端通過軸承支承在所述軸承板一側，所述低速轉軸 的另 一端穿過所述軸向磁通永磁齒輪的低速轉子的背鐵以固定所述低速轉
子于其上，并通過軸承支承在所述機殼上；所述高速轉軸的一端通過軸承支 承在所述軸承板的另一側，所述高速轉軸的另一端穿過所述軸向;茲通永J茲齒 輪的高速轉子的背鐵以固定所述高速轉子于其上，并通過軸承支承在所述機 殼上。
根據本發明的一個方面，所述低速轉軸通過軸承支承在機殼上， 一端向 機殼外部延伸用以與外部負載或者動力源相連，另一端向機殼內部延伸穿過 所述軸向磁通永磁齒輪的低速轉子的背鐵以固定所述低速轉子于其上；所述 軸向磁通永磁齒輪與所述通用電機之間設置固定在所述機殼中的固定板，所 述高速轉軸分別通過軸承和軸承支承在所述機殼和所述固定板上，并且朝向 所述軸向磁通永磁齒輪的方向延伸穿過所述軸向磁通永磁齒輪的高速轉子 的背鐵以固定所述高速轉子于其上。
根據本發明的一個方面，所述永磁齒輪為徑向永磁齒輪，所述徑向永磁 齒輪包括徑向設置的同軸的低速轉子、高速轉子和設置在所述低速轉子和高 速轉子之間的定子，所述低速轉子和高速轉子分別固定在所述低速轉軸和高 速轉軸上；所述通用電機的轉子固定在所述軸向磁通永磁齒輪的高速轉軸 上。
根據本發明的一個方面，所述低速轉子和高速轉子分別包括背鐵和沿背 鐵圓周按南北極相間均勻分布、朝向所述定子設置的》茲鋼。
根據本發明的一個方面，所述徑向永磁齒輪的定子包括底板和均勻嵌在 所述底板中的導^f茲片。
根據本發明的一個方面，低速轉軸通過軸承支承在機殼上， 一端向機殼
8外部延伸用以與外部負載或者動力源相連，另一端向機殼內部延伸穿過所述 徑向磁通永磁齒輪的低速轉子的背鐵以固定所述徑向磁通永磁齒輪的低速 轉子于其上；所述徑向磁通永i茲齒輪與所述通用電機之間設置固定在所述機
殼中的固定板，高速轉軸分別通過軸承和軸承支承在所述機殼和所述固定板 上，并且朝向所述徑向；茲通永;茲齒輪的方向延伸穿過所述徑向石茲通永磁齒輪 的高速轉子的背鐵以固定所述徑向,茲通永^磁齒輪的高速轉子于其上。
沖艮據本發明的一個方面，所述通用電^L為徑向石茲通通用電^L,其轉子和 定子徑向共軸地設置。
根據本發明的一個方面，所述通用電機為軸向磁通通用電機，其轉子和 定子軸向平行設置。
根據本發明的一個方面，所述軸向^F茲通通用電機包括一對軸向平行設置
的轉子和一個固定在該對轉子之間的定子。
根據本發明的一個方面，所述軸向石茲通通用電機的其中一個轉子與所述 軸向磁通永磁齒輪的高速轉子共用背鐵。
根據本發明的一個方面，所述軸向磁通通用電機包括一對軸向平行設置 的定子和一個位于該對定子之間的轉子。
由于本發明集成化電機采用通用電機結合非接觸性的永磁齒輪來進行 變速，而不是采用機械變速箱，因此減少潤滑和維護的成本，并且提高系統 的可靠性和穩定性。本發明集成化電機中，永-茲齒輪和通用電機共用支撐、 轉軸、軸承、散熱等系統，使整個電機的結構簡單緊湊。另外，本發明集成 化電機的永磁齒輪和通用電機可以根據實際的需要選擇為徑向或者軸向磁 通永磁齒輪和徑向或者軸向磁通通用電機。
圖l是本發明集成化電機的基本結構的軸向剖面示意圖；圖2是本發明集成化電機的第一具體實施例的結構的軸向剖面示意圖3是圖2所示本發明集成化電機的軸向磁通7JCf茲齒輪的低速轉子的磁 鋼的徑向剖面示意圖4是圖2所示本發明集成化電機的軸向磁通永磁齒輪的高速轉子的磁 鋼的徑向剖面示意圖5是圖2所示本發明集成化電機的軸向磁通7Jcf茲齒輪的定子的徑向剖 面示意圖6是圖2所示本發明集成化電機的通用電機的徑向剖面示意圖7是本發明集成化電機的第二具體實施例的結構的軸向剖面示意圖8是圖7所示本發明集成化電機的通用電機的定子的徑向剖面示意
圖9是本發明集成化電機的第三具體實施例的結構的軸向剖面示意圖； 圖10是本發明集成化電機的第四具體實施例的結構的軸向剖面示意
圖11是本發明集成化電機的第五具體實施例的結構的軸向剖面示意
圖12是本發明集成化電機的第六具體實施例的結構的軸向剖面示意 圖；以及
圖13是圖12的徑向剖面示意圖。
具體實施例方式
本發明集成化電機的主要設計思想在于集成永i茲齒輪和通用電機，通過 所述永磁齒輪和通用電機的結構之間的相互配合實現使該集成化電機結構 簡單緊湊，易于安裝維護的目的。參見圖1,本發明集成化電機100包括設置在機殼30中的永磁齒輪10 和通用電機20,所述通用電機20包括轉子21和定子22。所述永》茲齒輪10 可以選為軸向磁通7Jo磁齒輪或者徑向》茲通永石茲齒輪，所述通用電機20可以 選為徑向；茲通通用電才幾或者軸向石茲通通用電才幾。
所述永;茲齒4侖10在一側通過低速轉軸50與外部負載或驅動源相連，在 另一側通過高速轉軸60與所述通用電機20的轉子21相連。
下面通過本發明集成化電機的幾個具體實施方式
來進一步說明本發明 的設計思想。
第一具體實施例
圖2至圖6示出了本發明集成化電機的第一具體實施例，在本具體實施 例中，所述的集成化電機100實施為集成軸向磁通永磁齒輪(Axial-flux magnetic gear)和徑向磁通通用電機(Radial-flux electrical machine) 的集成化電機IOI。
參見圖2，本具體實施例集成化電才幾101包括軸向;茲通永J茲齒4侖10和 與所述軸向磁通永磁齒輪10相配合的徑向磁通通用電機(Radial-flux electrical machine) 20,所述軸向磁通永磁齒輪10和徑向磁通通用電機 20設置在機殼30內。
所述軸向磁通永J茲齒輪10包括軸向平行設置的低速轉子11,高速轉子 12和定子13，其中，所述定子13固定在所述低速轉子11和高速轉子12之 間。
所述低速轉子11包括背鐵(Back iron) 111和固定地設置在所述背鐵 111上的磁鋼112。所述背鐵111優選地呈盤狀，由硅鋼片，實鐵片或者其 他軟磁材料形成。所述;茲鋼112優選地呈環狀，由稀土材料制成，通過表面 粘貼技術設置在所述背鐵lll上，沿所述背鐵lll圓周徑向均勻分布，并且與所述背鐵lll共軸。
所述高速轉子12結構與所述低速轉子11結構類似，包括背鐵(Back iron) 121和固定地設置在所述背鐵121上的》茲鋼122。所述背鐵121優選 地呈盤狀，由硅鋼片，實鐵片或者其他軟^磁材料形成。所述磁鋼122優選地 呈環狀，由稀土材料制成，通過表面粘貼技術設置在所述背鐵121上，沿所 述背鐵121圓周徑向均勻分布，并且與所述背鐵121共軸。
所述低速轉子11的；茲鋼112和所述高速轉子12的》茲鋼122相對并且共 軸地設置。特別參見圖3，所述低速轉子11的i茲鋼112的南北極S， N交替 設置。特別參見圖4，在一個具體實施例中，所述高速轉子12的-茲鋼122 的結構與所述低速轉子11的磁鋼112類似，南北極S， N交替設置，但是南 北極對的數量與所述低速轉子11的南北極對數量不同。在進一步的具體實 施例中，所述高速轉子12的磁鋼122的南北極S, N之間插入軟磁材料，如 硅鋼片，用來調整轉子的極弧系數(Pole-arc factor)以滿足不同的設計 要求。優選地，所述低速轉子11與所述高速轉子12整體的半徑相等。
特別參見圖5，所述定子13包括底板131和設置在所述底板131中的 導磁片132。所述底板131優選地由導熱性較好的非導磁材料制成。所述導 磁片132優選地呈環狀，沿所述底板131圓周徑向均勻分布得嵌入所述底板 131中。所述導磁片132與所述低速轉子11的磁鋼112和高速轉子12的磁 鋼122共軸，并且與所述低速轉子11的f茲鋼112和高速轉子12的;茲鋼122 分別相對，用于調節所述低速轉子11的磁鋼112和高速轉子12的磁鋼122 之間的磁場耦合。所述的導磁片132的數量為所述低速轉子11的磁鋼112 的南北極對數量和所述高速轉子12的磁鋼122的南北極對數量之和。假設 所述低速轉子11的;茲鋼112的南北;f及對^L量為Nl，所述高速轉子12的^f茲鋼 122的南北擬J寸數量為Nh，所述導》茲片132的數量為Ns，則Ns=Nl+Nh，則 所述的軸向》茲通永J茲齒4侖10的齒4侖比(Gear ratio) Ngear=Nh/(Nh-Ns)。為了使所述集成化集成化電機100的結構緊湊，應當使得所述低速轉子11,
定子13和高速轉子12之間的間隙盡量減小。
所述定子13的底板131固定在所述集成化電機100的機殼30上，其軸 心處固定地設置軸承板40。所述軸承板40的截面優選為呈"工"形。低速 轉軸50穿過所述低速轉子11的軸心，兩端分別通過軸承51和軸承52設置 在所述機殼30和所述軸承板40上，并且通過設置在所述機殼30并向外延 伸的該端與外部負載或者動力源相連。所述低速轉子11通過其背鐵111固 定在所述低速轉軸50上。因此，當所述低速轉子11受到驅動而轉動時便帶 動所述低速轉軸50轉動，從而帶動與所述低速轉軸50相連的外部負載；或 者當所述低速轉軸50受到與其相連的外部動力源的驅動而轉動時便帶動所 述低速轉子11轉動。高速轉軸60兩端分別通過軸承61和軸承62設置在所 述機殼30和所述軸承板40上，并且朝向所述軸向;茲通永磁齒輪10的方向 延伸穿過所述高速轉子12的軸心。所述高速轉子12通過其背鐵121固定在 所述高速轉軸60上。因此，當所述高速轉子12受到驅動而轉動時便驅動所 述低速轉子ll轉動，從而帶動所述低速轉軸50轉動，進一步帶動與所述低 速轉軸50相連的外部負載；或者當所述低速轉軸50受到與其相連的外部動 力源的驅動而轉動時便帶動所述低速轉子11轉動，從而驅動所述高速轉子 12轉動，從而帶動所述高速轉軸60轉動。優選地，所述低速轉軸50和高速 轉軸60位于同一軸線上。進一步優選地，為了進行散熱，可以在所述高速 轉軸60上固定風扇系統(圖未示)。
所述徑向磁通通用電機20設置在靠近所述軸向磁通永磁齒輪10的高速 轉子13的一側，包括徑向設置且共軸的轉子21和定子22,其中，所述轉子 21固定在所述高速轉軸60上，即與所述軸向》茲通7JC磁齒輪10的高速轉子 12共用所述高速轉軸60，所述定子22圍繞所述轉子21固定在所述機殼30 上。特別參見圖6，所述轉子21包括轉軛(Rotor yoke) 211和圍繞所述轉 子扼211以北極N和南極S相交替的方式設置的極對212。所述定子22包括 圍繞所述轉子21的定子軛(stator yoke) 221和纏繞在所述定子軛221上 的繞組222。
當所述集成化電機100用作發電機時，所述低速轉軸50連接外部動力 源(如風力)，所述外部動力源驅動所述低速轉軸50低速轉動，從而帶動固 定在所述低速轉軸50上的軸向磁通永磁齒輪10的低速轉子11低速轉動， 所述低速轉子11的低速轉動通過磁場作用驅動所述高速轉子12高速轉動， 從而帶動所述高速轉軸60高速轉動，進一步帶動固定在所述高速轉軸60上 的所述徑向磁通通用電機20的轉子21高速轉動，使得所述徑向磁通通用電 機20的定子22產生電流。當所述集成化電機100用作電動機時，所述低速 轉軸50連接外部負載，所述徑向磁通通用電機20在電力作用下使其轉子21 高速轉動，驅動所述高速轉軸60高速轉動，從而帶動固定在所述高速轉軸 60上的所述軸向,茲通永^茲齒輪10的高速轉子12高速轉動，所述高速轉子 12的高速轉動通過石茲場作用驅動所述低速轉子11低速轉動，進一步帶動所 述低速轉軸50低速轉動，從而驅動與所述低速轉軸50相連的外部負載運動。
第二具體實施例
圖7至圖8示出了本發明集成化電機的第二具體實施例，在本具體實施 例中，所述的集成化電機100實施為集成軸向磁通永磁齒輪和軸向磁通通用 電機(Axial-flux electrical machine)的集成化電機102。
參見圖7，本具體實施例的集成化電機102與第一具體實施例的集成化 電機101結構類似，不同之處在于，在本具體實施例中，將第一具體實施例 中的徑向磁通通用電機20替換成雙轉子-單定子的軸向磁通通用電機20'。
所述軸向磁通通用電機2(K包括軸向平行設置的一對轉子21'和位于該 對轉子2F之間的定子22'。為了使得所述集成化電機102的結構緊湊，所述軸向磁通通用電機20'與軸向磁通永^茲齒輪10之間的間隙，以及所述軸向
磁通通用電機20'的轉子2r和定子22'之間的間隙應當盡量減小。每一所述 轉子21'包括背鐵211'和固定在所述背鐵211'朝向所述定子22' —側的磁鋼 212'。所述轉子通過其背鐵固定在所述高速轉軸60上，即所述轉 子21'與所述軸向石茲通永;茲齒輪10的高速轉子12共用所述高速轉軸60。
參見圖8,所述定子22'包括定子芯(Stator core) 22T和繞組222'， 所述定子芯221'上開設復數溝槽223'，所述繞組232'在所述定子芯221'上 螺旋狀地纏繞并固定在所述溝槽223'中。所述定子芯221'優選地由低渦流 損失(Low eddy losses),低磁滯損失(Low hysteresis losses), 高磁導 性(High permeability)的材料，如硅鋼片制成。
第三具體實施例
圖9示出了本發明集成化電機的第三具體實施例，在本具體實施例中， 所述的集成化電機100實施為集成軸向;茲通永-茲齒輪和軸向磁通通用電機的 集成化電機103。
參見圖9,本具體實施例的集成化電機103與第二具體實施例的集成化 電機102結構類似，同樣采用雙轉子-單定子的軸向,茲通通用電機，但所述 集成化電機103的軸向磁通通用電機2(T'與第二具體實施例的軸向磁通通 用電機20'的不同之處在于，為了使得所述集成化電機103的結構更加緊湊， 所述軸向；茲通通用電沖幾20"的其中一個轉子21'與所述軸向；茲通永石茲齒4侖 10的高速轉子12共用背鐵，即所述軸向磁通通用電機2(V '的轉子21'的背 鐵211'與所述軸向磁通永磁齒輪10的高速轉子12的背鐵121為同一結構。
第四具體實施例
圖10示出了本發明集成化電機的第四具體實施例，在本具體實施例中， 所述的集成化電機10Q實施為集成軸向磁通永磁齒輪和軸向磁通通用電機的 集成化電機104。參見圖10，本具體實施例的集成化電機104與第二具體實施例的集成 化電機102結構類似，不同之處在于，所述集成化電機104采用單定子-雙 轉子的軸向；茲通通用電機20'〃代替原來的雙轉子-單定子的軸向A茲通通用 電機2(T 。所述軸向石茲通通用電機20'''包括軸向平行設置的一對定子22' 和位于該對定子22'之間的轉子21'。所述該對定子22'與第二具體實施例的 定子22'結構相同。所述轉子包括背鐵211'和分別固定在所述背鐵211' 兩側，且分別與該對定子22'相對的石茲鋼212'。
第五具體實施例
圖11示出了本發明集成化電機的第五具體實施例，在本具體實施例中， 所述的集成化電機IOO實施為集成軸向磁通永磁齒輪和徑向磁通通用電機的 集成化電機105。
參見圖11，本具體實施例的集成化電機105與第一具體實施例的集成 化電機101結構類似，不同之處在于，為了更進一步簡化結構，在本實施例 中，省略了第一具體實施例中設置在所述軸向^f茲通永;茲齒輪10的定子13上 的軸承板4 0和設置在所述軸承板4 0兩側的軸承52、 62。
低速轉軸50通過軸承51支承在機殼30上， 一端向機殼30外部延伸用 以與外部負載或者動力源相連，另一端向機殼30內部延伸穿過所述軸向;茲 通永磁齒輪10的低速轉子11的背鐵111以固定所述軸向磁通永磁齒輪10 的低速轉子11于其上；所述軸向磁通永磁齒輪10與所述徑向磁通通用電機 20之間設置固定在所述機殼30中的固定板40'，高速轉軸60分別通過軸承 61和軸承62'支承在所述機殼30和所述固定板4(T上，并且朝向所述軸向磁 通永磁齒輪10的方向延伸穿過所述軸向磁通永"磁齒輪10的高速轉子12的 背鐵121以固定所述軸向》肆通永磁齒輪10的高速轉子12于其上。
通過本具體實施例的設計，有效地簡化了第一具體實施例中所述軸向》茲 通永磁齒輪10的結構，減少了需要使用的軸承的數量，使得集成化電機105的整體結構更加緊湊。
同理地，本具體實施例的設計同樣可以適用于上述的第二具體實施例和 第四具體實施例中。
第六具體實施例
圖12和圖13示出了本發明集成化電機的第S具體實施例，在本具體實 施例中，所述的集成化電才幾IOO實施為集成徑向-茲通永J茲齒專侖(Radial-flux magnetic gear)和徑向石茲通通用電4幾的集成化電才幾106。
本具體實施例的集成化電機106與第五具體實施例的集成化電機105結 構類似，不同之處在于本具體實施例的所述集成化電機106將第五具體實施 例的集成化電機105的軸向磁通永磁齒輪10替換為徑向磁通永磁齒輪l(T 。 所述徑向永磁齒輪10'包括同軸的低速轉子11'、高速轉子12'和設置在所述 低速轉子11'和高速轉子12'之間的定子13'。所述低速轉子ll'和高速轉子 12'分別包括背鐵111'、 121'和沿背鐵lll'、 121'圓周按N、 S相間均勻分 布、朝向所述定子13'設置的;茲鋼112\ 122'。所述定子13'包括底板13尸 和均勻嵌在所述底板13r中的導磁片132'。
低速轉軸50通過軸承51支承在機殼30上， 一端向機殼30外部延伸用 以與外部負載或者動力源相連，另一端向機殼30內部延伸穿過所述徑向磁 通永磁齒輪10'的低速轉子ll'的背鐵iir以固定所述徑向磁通永磁齒輪 10'的低速轉子11'于其上；所述徑向磁通永磁齒輪10'與所述徑向通用電機 20之間設置固定在所述機殼30中的固定板40',高速轉軸60分別通過軸承 61和軸承62'支承在所述機殼30和所述固定板4(T上，并且朝向所述徑向;茲 通永磁齒輪10'的方向延伸穿過所述徑向磁通永磁齒輪1CK的高速轉子12' 的背鐵121'以固定所述徑向磁通永磁齒輪l(K的高速轉子12'于其上。
同理地，本具體實施中的徑向磁通通用電機20可以替換為第二具體實 施例和第四具體實施例中的軸向磁通通用電機。以上具體實施例均是以所述軸向或者徑向》茲通通用電機設置在靠近軸 向或者徑向磁通永磁齒輪的高速轉子的一側，以及所述軸向或者徑向磁通電 機的轉子固定在所述軸向或者徑向磁通永磁齒輪的高速轉軸上為例進行說 明，這種情況適用于高速電機系統。但是本領域普通技術人員可以理解地， 根據本發明的設計思想，同樣也可以將所述軸向或者徑向石茲通通用電機設置 在靠近所述軸向或者徑向;茲通永;茲齒輪的低速轉子的一側，以及所述軸向或 者徑向-茲通電機的轉子固定在所述軸向或者徑向》茲通永;茲齒輪的低速轉軸 上，從而適用于低速電機系統。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本 發明的精神和原則之內，所做的任何修改，等同替換，改進等，均應包含在 本發明保護的范圍之內。
權利要求
1、一種集成化電機，包括永磁齒輪(10，10′)和具有轉子(21，21′)和定子(22，22′)的通用電機(20，20′，20″，20″′)，其特征在于所述永磁齒輪(10，10′)和通用電機(20，20′，20″，20″′)設置在機殼(30)中；所述永磁齒輪(10，10′)在一側通過低速轉軸(50)與外部負載或驅動源相連，在另一側通過高速轉軸(60)與所述通用電機(20，20′，20″，20″′)的轉子(21，21′)相連，或者，所述永磁齒輪(10，10′)在一側通過低速轉軸(50)與所述通用電機(20，20′，20″，20″′)的轉子(21，21′)相連，在另一側通過高速轉軸(60)與外部負載或驅動源相連。
2、 根據權利要求1所述的集成化電機，其特征在于，所述永磁齒輪為 軸向磁通永磁齒輪(10 ),包括軸向平行設置的低速轉子(11 )、高速轉子(12 ) 和固定在所述低速轉子(11)和高速轉子(12)之間的定子(13),所述低 速轉子(11)和高速轉子(12 )分別固定在所述低速轉軸(50 )和高速轉軸(60)上；所述通用電機(20, 20'， 20", 20"')的轉子(21, 21')固 定在所述高速轉軸(60)上。
3、 根據權利要求2所述的集成化電機，其特征在于，所述軸向磁通永 磁齒輪(10 )的低速轉子(11 )和高速轉子(12 )分別包括背鐵(111, 121 ) 和沿所述背鐵(lll, 121)圓周徑向均勻分布的磁鋼(112， 122);所述低 速轉子(11)和高速轉子(12)的磁鋼(112， 122)相對并且共軸地設置。
4、 根據權利要求3所述的集成化電機，其特征在于，所述軸向磁通永 磁齒輪(10)的定子(13)固定在所述機殼(30)上，包括底板(131)和 沿所述底板(131)圓周徑向均勻分布的導;茲片(132)。
5、 根據權利要求4所述的集成化電機，其特征在于，所述低速轉子(11) 和高速轉子(12)的磁鋼(112， 122)的南北極(S， N)交替設置，且所述低速轉子(11)的磁鋼(112 )的南北極對(S, N )數量與所述高速轉子(12 ) 的磁鋼(122)的南北極對(S, N)數量不同，所述定子(13)的導磁片(132) 的數量為所述低速轉子(11 )和高速轉子(12 )的磁鋼(112, 122 )的極對 數量之和。
6、 根據權利要求5所述的集成化電機，其特征在于，所述高速轉子(12 ) 的磁鋼(122)的南北極對(S, N)之間插入軟磁材料以調整極弧系數。
7、 根據權利要求5所述的集成化電機，其特征在于，所述軸向磁通永 磁齒輪(10 )的定子(13 )上固定地設置軸承板(40 );所述低速轉軸(50 ) 的一端通過軸承(52)支承在所述軸承板(4G) —側，所述低速轉軸(50) 的另一端穿過所述軸向磁通永^茲齒輪(10 )的低速轉子(11)的背鐵(111 )， 并通過軸承(51 )支承在所述機殼(30 )上；所述高速轉軸(60 )的一端通 過軸承(62)支承在所述軸承板(40)的另一側，所述高速轉軸(60)的另 一端穿過所述軸向磁通永磁齒輪(10 )的高速轉子(12 )的背鐵(121 ),并 通過軸承(61)支承在所述機殼(30 )上。
8、 根據權利要求5所述的集成化電機，其特征在于，所述低速轉軸(50 ) 通過軸承(")支承在機殼(30 )上， 一端向機殼(30 )外部延伸用以與外 部負載或者動力源相連，另一端向機殼(30)內部延伸穿過所述軸向磁通永 磁齒輪(10 )的低速轉子(11 )的背鐵(111);所述軸向磁通永磁齒輪(10 ) 與所述通用電機(20)之間設置固定在所述機殼(30)中的固定板(4(K ), 所述高速轉軸(60 )分別通過軸承(61)和軸承(62')支承在所述機殼(30 ) 和所述固定板(4(T )上，并且朝向所述軸向;茲通永石茲齒輪(10)的方向延 伸穿過所述軸向磁通永磁齒輪(10 )的高速轉子(12 )的背鐵(121 )。
9、 根據權利要求1所述的集成化電機，其特征在于，所述永》茲齒輪為 徑向永磁齒輪(l(K ),所述徑向永磁齒輪(10')包括徑向設置的同軸的低 速轉子(11')、高速轉子(12')和設置在所述低速轉子(11')和高速轉子(12')之間的定子(13')，所述低速轉子(11')和高速轉子(12')分別 固定在所述低速轉軸(50)和高速轉軸(60)上；所述通用電機(20, 20'， 20"')的轉子(21， 2r )固定在所述高速轉軸(60)上。
10、 根據權利要求9所述的集成化電機，其特征在于，所述低速轉子 (IT )和高速轉子(12')分別包括背鐵(111、 )和沿背鐵(111、121')圓周按南北極(N、 S)相間均勻分布、朝向所述定子(13')設置的 磁鋼(112' ， W )。
11、 根據權利要求10所述的集成化電機，其特征在于，所述徑向永;茲 齒輪(10')的定子(13')包括底板(131')和均勻嵌在所述底板(131') 中的導磁片(1W )。
12、 根據權利要求IO所述的集成化電機，其特征在于，低速轉軸(50) 通過軸承(51)支承在機殼(30 )上， 一端向機殼(30 )外部延伸用以與外 部負載或者動力源相連，另一端向機殼(30)內部延伸穿過所述徑向磁通永 磁齒輪(l(V )的低速轉子(ll')的背鐵(lll');所述徑向磁通永磁齒輪(l(T )與所述通用電機(20)之間設置固定在所述機殼(30)中的固定板 (40')，高速轉軸(60)分別通過軸承(61)和軸承(62')支承在所述機 殼(30)和所述固定板(4(K )上，并且朝向所述徑向;茲通永J茲齒輪(l(T ) 的方向延伸穿過所述徑向磁通永磁齒輪(l(K )的高速轉子(12')的背鐵 (121')。
13、 根據權利要求1-12任意一項所述的集成化電機，其特征在于，所 述通用電機(20 )為徑向磁通通用電機，其轉子(21 )和定子(22 )徑向共 軸地設置。
14、 根據權利要求1-12任意一項所述的集成化電機，其特征在于，所 述通用電機(20' ， 20〃， 20〃。為軸向石茲通通用電機，其轉子(21 )和 定子(22)軸向平4亍^:置。
15、 根據權利要求14所述的集成化電機，其特征在于，所述軸向磁通 通用電機(20、 20〃 )包括一對軸向平行設置的轉子(2F )和一個固定在 該對轉子(21')之間的定子(22')。
16、 根據權利要求15所述的集成化電機，其特征在于，所述軸向磁通 通用電機(20")的其中一個轉子(2T )與所述軸向磁通永磁齒輪(10) 的高速轉子(12)共用背鐵(121, 211"。
17、 根據權利要求14所述的集成化電機，其特征在于，所述軸向磁通 通用電機(2(T )包括一對軸向平行設置的定子(22')和一個位于該對定子(22')之間的轉子(21')。
全文摘要
本發明提出一種集成化電機，包括永磁齒輪和具有轉子和定子的通用電機，所述永磁齒輪和通用電機設置在機殼中；所述永磁齒輪在一側通過低速轉軸與外部負載或驅動源相連，在另一側通過高速轉軸與所述通用電機的轉子相連，或者，所述永磁齒輪在一側通過低速轉軸與所述通用電機的轉子相連，在另一側通過高速轉軸與外部負載或驅動源相連。本發明集成化電機中，永磁齒輪和通用電機共用支撐、轉軸、軸承、散熱等系統，使整個電機的結構簡單緊湊。另外，本發明集成化電機的永磁齒輪和通用電機可以根據實際的需要選擇為徑向或者軸向磁通永磁齒輪和徑向或者軸向磁通通用電機。
文檔編號H02K7/10GK101604901SQ20081012545
公開日2009年12月16日 申請日期2008年6月13日 優先權日2008年6月13日
發明者爾 于, 磊 李, 赫伯特·希爾林 申請人:西門子公司