低速大轉矩磁傳動復合電機的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及復合電機領域，具體涉及磁通調制式復合電機。
【背景技術】
[0002]現代驅動系統一直傾向于使用直接驅動，這樣可以省去機械齒輪傳動系統，消除機械齒輪的振動噪聲，減少機械損耗，獲得更高的系統效率，進而節約能源。但是由于直接驅動的電機為了輸出更大的轉矩，一般體積都比較大，且負載運行時，電流較大，增加了控制電路元器件的成本。
[0003]磁齒輪由于具有噪音低、效率高、維護方便、可靠性高以及過載保護等優點，引起了大家的普遍關注。復合電機作為磁齒輪傳動系統的進一步發展，其仍屬于磁齒輪傳動系統的范疇，它同時實現了高速電機的控制和系統的低速大轉矩輸出。但是現有的磁通調制式復合電機由于電機結構的限制，永磁體利用率不高，電機輸出轉矩性能受到限制，難以滿足對輸出轉矩值要求更高的應用場合。
【發明內容】
[0004]本發明為了解決現有磁通調制式復合電機中永磁體利用率低，輸出轉矩性能受到限制的問題，提出了一種低速大轉矩磁傳動復合電機。
[0005]低速大轉矩磁傳動復合電機包括內定子、外定子、調磁環和轉子，所述外定子為凸極結構，并固定在電機機殼的內圓表面，所述調磁環由多個調磁鐵塊沿圓周方向均勻排列組成，調磁環位于內定子與轉子之間，并通過支架固定在內定子輸出軸上，內定子輸出軸的一端由電機機殼的左端蓋穿出，并通過軸承與電機機殼轉動連接，所述調磁環與內定子和轉子之間均通過徑向氣隙隔開，所述內定子固定在內定子輸出軸上，內定子輸出軸的另一端與轉子輸出軸通過軸承轉動連接，電樞繞組纏繞在內定子上，轉子位于調磁環與外定子之間，所述轉子由永磁體和鐵磁材料沿圓周方向間隔排列組成，轉子的一端通過支架固定在轉子輸出軸上，轉子的另一端通過支架固定在內定子輸出軸上，支架與內定子輸出軸通過軸承轉動連接，轉子與外定子之間通過徑向氣隙隔開，且所述外定子的定子齒數與調磁環磁鐵塊的個數相同，并一一對應排列。
[0006]有益效果:本發明提出的一種低速大轉矩磁傳動復合電機，在轉子外層增加了一個外定子，外定子呈凸極結構，并且與轉子通過徑向氣隙隔開，此外，定子結構的設計改進了電機的磁路結構，使得永磁體的利用率增加一倍，相應轉子輸出轉矩提高一倍，轉子部分采用永磁體和鐵磁材料間隔排列組成，永磁體采用徑向充磁方式，并且方向一致指向內徑，相比于現有的磁通調制式復合電機，此轉子結構永磁體用量減小一半，結合采用的外定子結構，電機磁路結構進一步得到改進，輸出轉矩進一步有所提升，永磁體利用率大幅提高，并且齒槽轉矩有所降低，電機振動噪聲減小，其低速大轉矩輸出性能很好的滿足了電動汽車等直接驅動場合的要求。
【附圖說明】
[0007]圖1為【具體實施方式】一所述的低速大轉矩磁傳動復合電機的結構示意圖；
[0008]圖2為圖1的A-A向剖視圖；
[0009]圖3為本發明所述的低速大轉矩磁傳動復合電機的磁路示意圖；
[0010]圖4為永磁體采用徑向充磁方式結構示意圖；
[0011]圖5為調磁環的結構示意圖；
[0012]圖6為本發明所述的低速大轉矩磁傳動復合電機(實線)與普通復合電機(虛線)齒槽轉矩波形圖；
[0013]圖7為本發明所述的低速大轉矩磁傳動復合電機(實線)與普通復合電機(虛線)空載反電勢波形圖。
【具體實施方式】
[0014]【具體實施方式】一、結合圖1至圖5說明本【具體實施方式】，本【具體實施方式】所述的低速大轉矩磁傳動復合電機包括內定子7、外定子4、調磁環6和轉子5，所述外定子4為凸極結構，并固定在電機機殼3的內圓表面，所述調磁環6由多個調磁鐵塊沿圓周方向均勻排列組成，調磁環6位于內定子7與轉子5之間，并通過支架固定在內定子輸出軸8上，內定子輸出軸8的一端由電機機殼3的左端蓋穿出，并通過軸承與電機機殼3轉動連接，所述調磁環6與內定子7和轉子5之間均通過徑向氣隙隔開，所述內定子7固定在內定子輸出軸8上，內定子輸出軸8的另一端與轉子輸出軸9通過軸承轉動連接，電樞繞組7-2纏繞在內定子7上，轉子5位于調磁環6與外定子4之間，所述轉子5由永磁體5-1和鐵磁材料5-2沿圓周方向間隔排列組成，轉子5的一端通過支架固定在轉子輸出軸9上，轉子5的另一端通過支架固定在內定子輸出軸8上，支架與內定子輸出軸8通過軸承轉動連接，轉子5與外定子4之間通過徑向氣隙隔開，且所述外定子4的定子齒數與調磁環6磁鐵塊的個數相同，并一一對應排列。
[0015]本實施方式中，轉子輸出軸9與內定子輸出軸8的軸線重合，如圖3所示，永磁磁場經過永磁體-中層氣隙-調磁鐵塊-內層氣隙-內定子齒-內定子軛-內層氣隙-調磁鐵塊-中層氣隙-轉子鐵塊-外層氣隙-外定子-外層氣隙-永磁體閉合。
[0016]【具體實施方式】二、本【具體實施方式】與【具體實施方式】一所述的低速大轉矩磁傳動復合電機的區別在于，所述內定子7的極對數與轉子5的極對數之和為調磁環6中調磁塊的個數。
[0017]本實施方式中所述的電機內定子的極對數Pr^轉子的極對數P 2之和為調磁環中調磁塊個數Ns，通過對內定子電樞繞組加電壓源所得到的氣隙諧波磁場，以及轉子上永磁體產生的氣隙諧波磁場進行解析分析，得到復合電機中內定子電樞繞組極對數P1、轉子極對數P2和調磁塊個數Ns之間的關系為:P2= |mP ^kNsI，其中，m = 1,3,5,…，+①；k =0，± 1，±2，…，± 00 ;
[0018]當m = L k = -1時，由調磁環調制后得到的諧波磁場最強，調磁環兩側主要傳遞轉矩的諧波磁場，具有相同的電角速度，可獲得此復合電機調速比及傳動比Gr =(mP^kNs) AiP1，這樣選擇外定子極對數和調磁環的數量配比，可以滿足轉矩平穩的需求，否則將無法平穩的傳遞轉矩，如圖2所示，選擇內定子電樞繞組極對數P1= 3，調磁環數Ns =25，這樣就可以得到轉子的極對數P2= 22，實現調速比為-22/3。
[0019]【具體實施方式】三、本【具體實施方式】與【具體實施方式】一所述的低速大轉矩磁傳動復合電機的區別在于，永磁體5-1沿徑向充磁，其充磁方向為由外圓周至圓心方向。
[0020]本發明通過在普通復合電機的外部增加外定子結構，以及將永磁體排布由普通的N-S-N-S…改為永磁體-鐵塊-永磁體-鐵塊的結構，通過上述兩個方面的改進，本發明的電機的齒槽轉矩明顯減小，如圖6所示；同時，如圖7所示，本發明電機在永磁體用量減少一半時，由于磁路結構的改進，空載反電勢增大一倍，永磁體利用率大幅度提高。
[0021]另外，本發明中所述的調磁環6采用了新型磁齒輪傳動裝置的工作原理，進而應用在電機中，具有轉矩密度高、運行效率高、非接觸性力矩傳遞和過載自保護等特點，能夠代替機械齒輪在清潔、低溫和高空等環境中運行的潛力，結構更加簡便，同時使低速大轉矩的功能更為顯著的體現。
【主權項】
1.低速大轉矩磁傳動復合電機，其特征在于，它包括內定子(7)、外定子(4)、調磁環(6)和轉子(5)，所述外定子(4)為凸極結構，并固定在電機機殼(3)的內圓表面，所述調磁環(6)由多個調磁鐵塊沿圓周方向均勻排列組成，調磁環(6)位于內定子(7)與轉子(5)之間，并通過支架固定在內定子輸出軸(8)上，內定子輸出軸(8)的一端由電機機殼(3)的左端蓋穿出，并通過軸承與電機機殼(3)轉動連接，所述調磁環(6)與內定子(7)和轉子(5)之間均通過徑向氣隙隔開，所述內定子(7)固定在內定子輸出軸⑶上，內定子輸出軸(8)的另一端與轉子輸出軸(9)通過軸承轉動連接，電樞繞組(7-2)纏繞在內定子(7)上，轉子(5)位于調磁環(6)與外定子⑷之間，所述轉子(5)由永磁體(5-1)和鐵磁材料(5-2)沿圓周方向間隔排列組成，轉子(5)的一端通過支架固定在轉子輸出軸(9)上，轉子(5)的另一端通過支架固定在內定子輸出軸(8)上，支架與內定子輸出軸(8)通過軸承轉動連接，轉子(5)與外定子(4)之間通過徑向氣隙隔開，且所述外定子(4)的定子齒數與調磁環(6)磁鐵塊的個數相同，并--對應排列。2.根據權利要求1所述的低速大轉矩磁傳動復合電機，其特征在于，所述內定子(7)的極對數與轉子(5)的極對數之和為調磁環￠)中調磁塊的個數。3.根據權利要求1所述的低速大轉矩磁傳動復合電機，其特征在于，永磁體(5-1)沿徑向充磁，其充磁方向為由外圓周至圓心方向。
【專利摘要】低速大轉矩磁傳動復合電機，涉及復合電機領域。解決了現有磁通調制式復合電機中永磁體利用率低，輸出轉矩性能受到限制的問題。本發明提出的一種低速大轉矩磁傳動復合電機，在轉子外層增加了一個外定子，外定子呈凸極結構，并且與轉子通過徑向氣隙隔開，此外，定子結構的設計改進了電機的磁路結構，使得永磁體的利用率增加一倍，相應轉子輸出轉矩提高一倍，轉子部分采用永磁體和鐵磁材料間隔排列組成，永磁體采用徑向充磁方式，并且方向一致指向內徑，相比于現有的磁通調制式復合電機，此轉子結構永磁體用量減小一半，結合采用的外定子結構，電機磁路結構進一步得到改進，其低速大轉矩輸出性能很好的滿足了電動汽車等直接驅動場合的要求。
【IPC分類】H02K16/04, H02K1/27
【公開號】CN105119450
【申請號】CN201510616423
【發明人】謝穎, 連國一, 張巖, 黑亮生, 蔡翔
【申請人】哈爾濱理工大學
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年9月24日