CN101951048B - 基于空间磁场调制的直驱式电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于空间磁场调制的直驱式电机，在低速下能输出较大的稳定转矩，解决了传统直驱式电机体积大的缺点。该电机的外转子(1)作为电机的机壳，外转子(1)通过轴承(8)与电机轴(7)转动连接，永磁体(3)沿圆周方向均匀嵌放在转子轭(2)上；内定子(5)采用传统外转子永磁无刷直流电机定子结构，静止调磁环(4)采用杯形结构直接套于内定子(5)表面，省去静止调磁环(4)与内定子(5)之间的气隙，电机变成单气隙机构；静止调磁环(4)由圆周方向间隔分布的调磁块(9)和非调磁块(10)组成；电机轴(7)用来固定电机内定子(5)和静止调磁环(4)，同时与外转子(1)通过轴承(8)连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于空间磁场调制的直驱式电机，属于特种电机制造的技术领域。
背景技术
工业生产中为避免机械齿轮传动系统噪声高、效率低、传输精度低、响应慢、机械磨损等问题，往往需要直驱式电机。但传统的直驱式电机转速低、体积庞大、成本高。磁齿轮是一种新型的齿轮结构，它具有噪声低、免维修、可靠性高、转矩传输能力大、过载自动保护等优点，将它与普通永磁无刷外转子电机整合从而构成复合电机，这种电机紧凑的结构可同时实现高速电机的控制和低速直驱大转矩的输出，因此，有必要提出一种利用磁齿轮的空间磁场调制原理进行低速直驱的新型电机。
发明内容
技术问题：本发明通过提出一种基于空间磁场调制的直驱式电机，解决了现有传动装置中的机械增速齿轮箱功率密度低、有机械磨损和噪音等问题以及传统直驱式电机体积大的缺点，同时在传统磁齿轮结构的基础上省去一个磁齿轮的内转子和两层气隙，简化了制造工艺，减小了电机的体积、重量和制造成本，提高了效率，同时还去除了由磁齿轮内转子带来的较大的振动以及噪声。
技术方案：本发明公开了一种基于空间磁场调制的直驱式电机，它包括电机外转子、外转子轭、永磁体、静止调磁环、内定子、绕组、电机轴、轴承；其特征在于该电机的外转子作为电机的机壳，外转子通过轴承与电机轴转动连接，永磁体沿圆周方向均匀嵌放在转子轭上；内定子采用传统外转子永磁无刷直流电机定子结构，静止调磁环采用杯形结构直接套于内定子表面，省去静止调磁环与内定子之间的气隙，电机变成单气隙机构；静止调磁环由圆周方向间隔分布的调磁块和非调磁块组成；电机轴用来固定电机内定子和静止调磁环，同时与外转子通过轴承连接。
所述的静止调磁环的调磁块材料为硅钢片，非调磁块材料为非导磁的铝。
磁齿轮外转子采用永磁体与铁心交错的形式，所有永磁体极性相同，永磁体材料为钕铁硼。电机外转子永磁体数nr与电枢绕组磁场极对数np之和为静止调磁环中调磁块个数ns。
当内定子线圈绕组的连接方式产生的磁场极对数为np，并通以一定频率的交流电时，电枢绕组电流产生的旋转磁场角速度为ω1，通过定子上调磁块的磁场调制作用，在靠近外转子一侧的气隙中产生一个调制波磁场，其旋转角速度为-ω2，该磁场与外转子上的永磁体相互作用，带动外转子旋转，通过改变通入绕组电流的频率从而实现不同的角速度ω1，进而得到不同的外转子旋转速度-ω2，实现调速驱动。ω1∶ω2为速度变比，等于外转子永磁体数与内定子电枢绕组产生的磁场极对数之比。
为调制出最大的谐波磁场，取静止调磁环中调磁铁块数等于外转子永磁体数与内定子电枢绕组产生的磁场极对数之和。
有益效果：
(1)省去了机械变速齿轮箱，不存在齿轮箱的机械磨损、维护和噪音问题，提高了装置可靠性。同时提高了电机转速，减小电机的体积，重量和制造成本。
(2)省去了磁齿轮的内转子，制造工艺大大简化，减少永磁体用量。
(3)省去静止调磁环与定子之间的气隙，减小了磁阻，增大了电机的功率密度。
(4)静止调磁环采用直接套于定子表面的结构，安装方便，简化了电机的结构，提高了机械可靠性。
(5)静止调磁环的非调磁部分采用不导磁的铝，有利于电机的散热。
(6)转子采用高磁能积钕铁硼励磁，没有滑环和电刷，无需外加电源励磁，具有结构简单、体积小重量轻、功率密度高、效率高以及可靠性好等优点。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
其中有：外转子1、外转子轭2、永磁体3、静止调磁环4、内定子5、绕组6、电机轴7、轴承8。
图2为本发明电机整机截面图。
其中有：外转子轭2、永磁体3、静止调磁环4、静止调磁环的调磁块9、静止调磁环的非调磁块10、定子槽11、定子齿12、电机轴7。
具体实施方式
下面是本发明的具体实施，用来进一步描述：
本发明是一种基于空间磁场调制的新型直驱式电机，包括电机外转子1、外转子轭2、永磁体3、静止调磁环4、内定子5、绕组6、电机轴7、轴承8；电机的外转子1作为电机的机壳，外转子1通过轴承8与电机轴7转动连接，永磁体3沿圆周方向均匀嵌放在转子轭2上。内定子5采用传统外转子永磁无刷直流电机定子结构，静止调磁环4采用杯形结构直接套于定子表面，省去调磁环与定子之间的气隙，电机变成单气隙机构，静止调磁环由圆周方向间隔分布的调磁块9和非调磁块10组成，电机轴7用来固定内定子5和静止调磁环4，同时与外转子1通过轴承8转动连接。
如图二所示为该电机结构：外转子1与静止调磁环4之间有气隙。静止调磁环4采用杯形结构直接套于定子5表面，省去调磁环与定子之间的气隙.
本发明的基本原理为传统磁齿轮调磁环的空间磁场调制原理，利用空间谐波传递能量，既可以运行在电动状态，也可以运行在发电状态。
当该电机运行在电动状态时，内定子线圈中通以一定频率的交流电，电枢绕组电流产生的旋转磁场角速度为ω1，经过静止调磁环的调制作用，在靠近外转子一侧的气隙中产生一个调制波磁场，其旋转角速度为-ω2，该磁场与外转子处的永磁体相互作用，带动外转子旋转，通过改变电枢电流的频率从而实现不同的角速度ω1，进而得到不同的外转子旋转速度-ω2，实现调速驱动。ω1∶ω2为速度变比，等于外转子永磁体数nr与内定子磁场极对数np之比。因此，该电机可应用在直接驱动的电动汽车轮毂电机中，能满足在低速时对较大转矩的要求，同时可以实现电动轮的电气制动、机电复合制动和制动能量回馈，节约能源。
当该电机运行在发电状态时，永磁低速外转子以角速度-ω2旋转，经过静止调磁环导磁块的调制作用，调制出匝链定子的磁场，其旋转磁场角速度为ω1，该磁场与电机定子绕组产生相对运动，切割绕组导线产生电能。ω1∶ω2为速度变比，等于外转子永磁体数nr与内定子的磁场极对数np之比。通常情况下，外转子永磁体数nr是远大于定子磁场极对数np，因此，可实现电机在低速条件下发电运行，尤其适用于低速直驱风力发电的场合。
Claims (3)
1.一种基于空间磁场调制的直驱式电机，它包括电机外转子(1)、外转子轭(2)、永磁体(3)、静止调磁环(4)、内定子(5)、绕组(6)、电机轴(7)、轴承(8)；其特征在于该电机的外转子(1)作为电机的机壳，外转子(1)通过轴承(8)与电机轴(7)转动连接，永磁体(3)沿圆周方向均匀嵌放在转子轭(2)上；内定子(5)采用传统外转子永磁无刷直流电机定子结构，静止调磁环(4)采用杯形结构直接套于内定子(5)表面，省去静止调磁环(4)与内定子(5)之间的气隙，电机变成单气隙机构；静止调磁环(4)由圆周方向间隔分布的调磁块(9)和非调磁块(10)组成；电机轴(7)用来固定电机内定子(5)和静止调磁环(4)，同时与外转子(1)通过轴承(8)连接；电机外转子永磁体(3)的个数nr与电枢绕组磁场极对数np之和为静止调磁环中调磁块个数ns。
2.根据权利要求1所述的基于空间磁场调制的直驱式电机，其特征在于所述的静止调磁环(4)的调磁块材料为硅钢片，非调磁块材料为非导磁的铝。
3.根据权利要求1所述的基于空间磁场调制的新型直驱式电机，其特征在于磁齿轮外转子(1)采用永磁体与铁心交错的形式，所有永磁体极性相同，永磁体(3)材料为钕铁硼。
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