專利名稱：基于空間磁場調制的直驅式電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于空間磁場調制的直驅式電機，屬于特種電機制造的技術領 域。
背景技術：
工業生產中為避免機械齒輪傳動系統噪聲高、效率低、傳輸精度低、響應慢、機械 磨損等問題，往往需要直驅式電機。但傳統的直驅式電機轉速低、體積龐大、成本高。磁齒 輪是一種新型的齒輪結構，它具有噪聲低、免維修、可靠性高、轉矩傳輸能力大、過載自動保 護等優點，將它與普通永磁無刷外轉子電機整合從而構成復合電機，這種電機緊湊的結構 可同時實現高速電機的控制和低速直驅大轉矩的輸出，因此，有必要提出一種利用磁齒輪 的空間磁場調制原理進行低速直驅的新型電機。
發明內容
技術問題本發明通過提出一種基于空間磁場調制的直驅式電機，解決了現有傳 動裝置中的機械增速齒輪箱功率密度低、有機械磨損和噪音等問題以及傳統直驅式電機體 積大的缺點，同時在傳統磁齒輪結構的基礎上省去一個磁齒輪的內轉子和兩層氣隙，簡化 了制造工藝，減小了電機的體積、重量和制造成本，提高了效率，同時還去除了由磁齒輪內 轉子帶來的較大的振動以及噪聲。技術方案本發明公開了一種基于空間磁場調制的直驅式電機，它包括電機外轉 子、外轉子軛、永磁體、靜止調磁環、內定子、繞組、電機軸、軸承；其特征在于該電機的外轉 子作為電機的機殼，外轉子通過軸承與電機軸轉動連接，永磁體沿圓周方向均勻嵌放在轉 子軛上；內定子采用傳統外轉子永磁無刷直流電機定子結構，靜止調磁環采用杯形結構直 接套于內定子表面，省去靜止調磁環與內定子之間的氣隙，電機變成單氣隙機構；靜止調磁 環由圓周方向間隔分布的調磁塊和非調磁塊組成；電機軸用來固定電機內定子和靜止調磁 環，同時與外轉子通過軸承連接。所述的靜止調磁環的調磁塊材料為硅鋼片，非調磁塊材料為非導磁的鋁。磁齒輪外轉子采用永磁體與鐵心交錯的形式，所有永磁體極性相同，永磁體材料 為釹鐵硼。電機外轉子永磁體數K與電樞繞組磁場極對數np之和為靜止調磁環中調磁塊 個數ns。當內定子線圈繞組的連接方式產生的磁場極對數為np，并通以一定頻率的交流電 時，電樞繞組電流產生的旋轉磁場角速度為ω”通過定子上調磁塊的磁場調制作用，在靠 近外轉子一側的氣隙中產生一個調制波磁場，其旋轉角速度為-ω2，該磁場與外轉子上的 永磁體相互作用，帶動外轉子旋轉，通過改變通入繞組電流的頻率從而實現不同的角速度 Q1，進而得到不同的外轉子旋轉速度_ω2，實現調速驅動。Co1 2為速度變比，等于外轉 子永磁體數與內定子電樞繞組產生的磁場極對數之比。為調制出最大的諧波磁場，取靜止調磁環中調磁鐵塊數等于外轉子永磁體數與內定子電樞繞組產生的磁場極對數之和。有益效果(1)省去了機械變速齒輪箱，不存在齒輪箱的機械磨損、維護和噪音問題，提高了 裝置可靠性。同時提高了電機轉速，減小電機的體積，重量和制造成本。(2)省去了磁齒輪的內轉子，制造工藝大大簡化，減少永磁體用量。(3)省去靜止調磁環與定子之間的氣隙，減小了磁阻，增大了電機的功率密度。(4)靜止調磁環采用直接套于定子表面的結構，安裝方便，簡化了電機的結構，提 高了機械可靠性。(5)靜止調磁環的非調磁部分采用不導磁的鋁，有利于電機的散熱。(6)轉子采用高磁能積釹鐵硼勵磁，沒有滑環和電刷，無需外加電源勵磁，具有結 構簡單、體積小重量輕、功率密度高、效率高以及可靠性好等優點。
圖1為本發明結構示意圖。其中有外轉子1、外轉子軛2、永磁體3、靜止調磁環4、內定子5、繞組6、電機軸7、 軸承8。圖2為本發明電機整機截面圖。其中有外轉子軛2、永磁體3、靜止調磁環4、靜止調磁環的調磁塊9、靜止調磁環 的非調磁塊10、定子槽11、定子齒12、電機軸7。
具體實施例方式下面是本發明的具體實施，用來進一步描述本發明是一種基于空間磁場調制的新型直驅式電機，包括電機外轉子1、外轉子軛 2、永磁體3、靜止調磁環4、內定子5、繞組6、電機軸7、軸承8 ；電機的外轉子1作為電機的 機殼，外轉子1通過軸承8與電機軸7轉動連接，永磁體3沿圓周方向均勻嵌放在轉子軛2 上。內定子5采用傳統外轉子永磁無刷直流電機定子結構，靜止調磁環4采用杯形結構直 接套于定子表面，省去調磁環與定子之間的氣隙，電機變成單氣隙機構，靜止調磁環由圓周 方向間隔分布的調磁塊9和非調磁塊10組成，電機軸7用來固定內定子5和靜止調磁環4， 同時與外轉子1通過軸承8轉動連接。如圖二所示為該電機結構外轉子1與靜止調磁環4之間有氣隙。靜止調磁環4 采用杯形結構直接套于定子5表面，省去調磁環與定子之間的氣隙.本發明的基本原理為傳統磁齒輪調磁環的空間磁場調制原理，利用空間諧波傳遞 能量，既可以運行在電動狀態，也可以運行在發電狀態。當該電機運行在電動狀態時，內定子線圈中通以一定頻率的交流電，電樞繞組電 流產生的旋轉磁場角速度為Q1，經過靜止調磁環的調制作用，在靠近外轉子一側的氣隙中 產生一個調制波磁場，其旋轉角速度為_ ω 2，該磁場與外轉子處的永磁體相互作用，帶動外 轉子旋轉，通過改變電樞電流的頻率從而實現不同的角速度Q1，進而得到不同的外轉子旋 轉速度-ω2，實現調速驅動。(O1 ω2為速度變比，等于外轉子永磁體數 與內定子磁場 極對數ηρ之比。因此，該電機可應用在直接驅動的電動汽車輪轂電機中，能滿足在低速時對較大轉矩的要求，同時可以實現電動輪的電氣制動、機電復合制動和制動能量回饋，節約 能源。 當該電機運行在發電狀態時，永磁低速外轉子以角速度_ω2旋轉，經過靜止調磁 環導磁塊的調制作用，調制出匝鏈定子的磁場，其旋轉磁場角速度為ω工，該磁場與電機定 子繞組產生相對運動，切割繞組導線產生電能。Q1 ω2為速度變比，等于外轉子永磁體數 K與內定子的磁場極對數ηρ之比。通常情況下，外轉子永磁體數是遠大于定子磁場極對 數ηρ，因此，可實現電機在低速條件下發電運行，尤其適用于低速直驅風力發電的場合。
權利要求
一種基于空間磁場調制的直驅式電機，它包括電機外轉子(1)、外轉子軛(2)、永磁體(3)、靜止調磁環(4)、內定子(5)、繞組(6)、電機軸(7)、軸承(8)；其特征在于該電機的外轉子(1)作為電機的機殼，外轉子(1)通過軸承(8)與電機軸(7)轉動連接，永磁體(3)沿圓周方向均勻嵌放在轉子軛(2)上；內定子(5)采用傳統外轉子永磁無刷直流電機定子結構，靜止調磁環(4)采用杯形結構直接套于內定子(5)表面，省去靜止調磁環(4)與內定子(5)之間的氣隙，電機變成單氣隙機構；靜止調磁環(4)由圓周方向間隔分布的調磁塊(9)和非調磁塊(10)組成；電機軸(7)用來固定電機內定子(5)和靜止調磁環(4)，同時與外轉子(1)通過軸承(8)連接。
2.根據權利要求1所述的基于空間磁場調制的直驅式電機，其特征在于所述的靜止調 磁環(4)的調磁塊材料為硅鋼片，非調磁塊材料為非導磁的鋁。
3.根據權利要求1所述的基于空間磁場調制的新型直驅式電機，其特征在于磁齒輪外 轉子(1)采用永磁體與鐵心交錯的形式，所有永磁體極性相同，永磁體(3)材料為釹鐵硼。
4.根據權利要求1所述的基于空間磁場調制的直驅式電機，其特征在于電機外轉子永 磁體(3)的個數~與電樞繞組磁場極對數 之和為靜止調磁環中調磁塊個數ns。
全文摘要
本發明涉及一種基于空間磁場調制的直驅式電機，在低速下能輸出較大的穩定轉矩，解決了傳統直驅式電機體積大的缺點。該電機的外轉子(1)作為電機的機殼，外轉子(1)通過軸承(8)與電機軸(7)轉動連接，永磁體(3)沿圓周方向均勻嵌放在轉子軛(2)上；內定子(5)采用傳統外轉子永磁無刷直流電機定子結構，靜止調磁環(4)采用杯形結構直接套于內定子(5)表面，省去靜止調磁環(4)與內定子(5)之間的氣隙，電機變成單氣隙機構；靜止調磁環(4)由圓周方向間隔分布的調磁塊(9)和非調磁塊(10)組成；電機軸(7)用來固定電機內定子(5)和靜止調磁環(4)，同時與外轉子(1)通過軸承(8)連接。
文檔編號H02K1/27GK101951048SQ20101027113
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月31日 優先權日2010年8月31日
發明者樊英, 江和和, 程明, 鄒國棠 申請人:東南大學