CN105119450B - 低速大转矩磁传动复合电机 - Google Patents
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Abstract
低速大转矩磁传动复合电机，涉及复合电机领域。解决了现有磁通调制式复合电机中永磁体利用率低，输出转矩性能受到限制的问题。本发明提出的一种低速大转矩磁传动复合电机，在转子外层增加了一个外定子，外定子呈凸极结构，并且与转子通过径向气隙隔开，此外，定子结构的设计改进了电机的磁路结构，使得永磁体的利用率增加一倍，相应转子输出转矩提高一倍，转子部分采用永磁体和铁磁材料间隔排列组成，永磁体采用径向充磁方式，并且方向一致指向内径，相比于现有的磁通调制式复合电机，此转子结构永磁体用量减小一半，结合采用的外定子结构，电机磁路结构进一步得到改进，其低速大转矩输出性能很好的满足了电动汽车等直接驱动场合的要求。
Description
技术领域
本发明涉及复合电机领域，具体涉及磁通调制式复合电机。
背景技术
现代驱动系统一直倾向于使用直接驱动，这样可以省去机械齿轮传动系统，消除机械齿轮的振动噪声，减少机械损耗，获得更高的系统效率，进而节约能源。但是由于直接驱动的电机为了输出更大的转矩，一般体积都比较大，且负载运行时，电流较大，增加了控制电路元器件的成本。
磁齿轮由于具有噪音低、效率高、维护方便、可靠性高以及过载保护等优点，引起了大家的普遍关注。复合电机作为磁齿轮传动系统的进一步发展，其仍属于磁齿轮传动系统的范畴，它同时实现了高速电机的控制和系统的低速大转矩输出。但是现有的磁通调制式复合电机由于电机结构的限制，永磁体利用率不高，电机输出转矩性能受到限制，难以满足对输出转矩值要求更高的应用场合。
发明内容
本发明为了解决现有磁通调制式复合电机中永磁体利用率低，输出转矩性能受到限制的问题，提出了一种低速大转矩磁传动复合电机。
低速大转矩磁传动复合电机包括内定子、外定子、调磁环和转子，所述外定子为凸极结构，并固定在电机机壳的内圆表面，所述调磁环由多个调磁铁块沿圆周方向均匀排列组成，调磁环位于内定子与转子之间，并通过支架固定在内定子输出轴上，内定子输出轴的一端由电机机壳的左端盖穿出，并通过轴承与电机机壳转动连接，所述调磁环与内定子和转子之间均通过径向气隙隔开，所述内定子固定在内定子输出轴上，内定子输出轴的另一端与转子输出轴通过轴承转动连接，电枢绕组缠绕在内定子上，转子位于调磁环与外定子之间，所述转子由永磁体和铁磁材料沿圆周方向间隔排列组成，转子的一端通过支架固定在转子输出轴上，转子的另一端通过支架固定在内定子输出轴上，支架与内定子输出轴通过轴承转动连接，转子与外定子之间通过径向气隙隔开，且所述外定子的定子齿数与调磁环磁铁块的个数相同，并一一对应排列。
有益效果：本发明提出的一种低速大转矩磁传动复合电机，在转子外层增加了一个外定子，外定子呈凸极结构，并且与转子通过径向气隙隔开，此外，定子结构的设计改进了电机的磁路结构，使得永磁体的利用率增加一倍，相应转子输出转矩提高一倍，转子部分采用永磁体和铁磁材料间隔排列组成，永磁体采用径向充磁方式，并且方向一致指向内径，相比于现有的磁通调制式复合电机，此转子结构永磁体用量减小一半，结合采用的外定子结构，电机磁路结构进一步得到改进，输出转矩进一步有所提升，永磁体利用率大幅提高，并且齿槽转矩有所降低，电机振动噪声减小，其低速大转矩输出性能很好的满足了电动汽车等直接驱动场合的要求。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的低速大转矩磁传动复合电机的结构示意图；
图2为图1的A-A向剖视图；
图3为本发明所述的低速大转矩磁传动复合电机的磁路示意图；
图4为永磁体采用径向充磁方式结构示意图；
图5为调磁环的结构示意图；
图6为本发明所述的低速大转矩磁传动复合电机(实线)与普通复合电机(虚线)齿槽转矩波形图；
图7为本发明所述的低速大转矩磁传动复合电机(实线)与普通复合电机(虚线)空载反电势波形图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图5说明本具体实施方式，本具体实施方式所述的低速大转矩磁传动复合电机包括内定子7、外定子4、调磁环6和转子5，所述外定子4为凸极结构，并固定在电机机壳3的内圆表面，所述调磁环6由多个调磁铁块沿圆周方向均匀排列组成，调磁环6位于内定子7与转子5之间，并通过支架固定在内定子输出轴8上，内定子输出轴8的一端由电机机壳3的左端盖穿出，并通过轴承与电机机壳3转动连接，所述调磁环6与内定子7和转子5之间均通过径向气隙隔开，所述内定子7固定在内定子输出轴8上，内定子输出轴8的另一端与转子输出轴9通过轴承转动连接，电枢绕组7-2缠绕在内定子7上，转子5位于调磁环6与外定子4之间，所述转子5由永磁体5-1和铁磁材料5-2沿圆周方向间隔排列组成，转子5的一端通过支架固定在转子输出轴9上，转子5的另一端通过支架固定在内定子输出轴8上，支架与内定子输出轴8通过轴承转动连接，转子5与外定子4之间通过径向气隙隔开，且所述外定子4的定子齿数与调磁环6磁铁块的个数相同，并一一对应排列。
本实施方式中，转子输出轴9与内定子输出轴8的轴线重合，如图3所示，永磁磁场经过永磁体-中层气隙-调磁铁块-内层气隙-内定子齿-内定子轭-内层气隙-调磁铁块-中层气隙-转子铁块-外层气隙-外定子-外层气隙-永磁体闭合。
具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一所述的低速大转矩磁传动复合电机的区别在于，所述内定子7的极对数与转子5的极对数之和为调磁环6中调磁块的个数。
本实施方式中所述的电机内定子的极对数P1与转子的极对数P2之和为调磁环中调磁块个数Ns，通过对内定子电枢绕组加电压源所得到的气隙谐波磁场，以及转子上永磁体产生的气隙谐波磁场进行解析分析，得到复合电机中内定子电枢绕组极对数P1、转子极对数P2和调磁块个数Ns之间的关系为：P2＝|mP1+kNs|，其中，m＝1，3，5，…，+∞；k＝0，±1，±2，…，±∞；
当m＝1，k＝-1时，由调磁环调制后得到的谐波磁场最强，调磁环两侧主要传递转矩的谐波磁场，具有相同的电角速度，可获得此复合电机调速比及传动比Gr＝(mP1+kNs)/mP1，这样选择外定子极对数和调磁环的数量配比，可以满足转矩平稳的需求，否则将无法平稳的传递转矩，如图2所示，选择内定子电枢绕组极对数P1＝3，调磁环数Ns＝25，这样就可以得到转子的极对数P2＝22，实现调速比为-22/3。
具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式一所述的低速大转矩磁传动复合电机的区别在于，永磁体5-1沿径向充磁，其充磁方向为由外圆周至圆心方向。
本发明通过在普通复合电机的外部增加外定子结构，以及将永磁体排布由普通的N-S-N-S…改为永磁体-铁块-永磁体-铁块的结构，通过上述两个方面的改进，本发明的电机的齿槽转矩明显减小，如图6所示；同时，如图7所示，本发明电机在永磁体用量减少一半时，由于磁路结构的改进，空载反电势增大一倍，永磁体利用率大幅度提高。
另外，本发明中所述的调磁环6采用了新型磁齿轮传动装置的工作原理，进而应用在电机中，具有转矩密度高、运行效率高、非接触性力矩传递和过载自保护等特点，能够代替机械齿轮在清洁、低温和高空等环境中运行的潜力，结构更加简便，同时使低速大转矩的功能更为显著的体现。
Claims (3)
1.低速大转矩磁传动复合电机，其特征在于，它包括内定子(7)、外定子(4)、调磁环(6)和转子(5)，所述外定子(4)为凸极结构，并固定在电机机壳(3)的内圆表面，所述调磁环(6)由多个调磁铁块沿圆周方向均匀排列组成，调磁环(6)位于内定子(7)与转子(5)之间，并通过支架固定在内定子输出轴(8)上，内定子输出轴(8)的一端由电机机壳(3)的左端盖穿出，并通过轴承与电机机壳(3)转动连接，所述调磁环(6)与内定子(7)和转子(5)之间均通过径向气隙隔开，所述内定子(7)固定在内定子输出轴(8)上，内定子输出轴(8)的另一端与转子输出轴(9)通过轴承转动连接，电枢绕组(7-2)缠绕在内定子(7)上，转子(5)位于调磁环(6)与外定子(4)之间，所述转子(5)由永磁体(5-1)和铁磁材料(5-2)沿圆周方向间隔排列组成，转子(5)的一端通过支架固定在转子输出轴(9)上，转子(5)的另一端通过支架固定在内定子输出轴(8)上，支架与内定子输出轴(8)通过轴承转动连接，转子(5)与外定子(4)之间通过径向气隙隔开，且所述外定子(4)的定子齿数与调磁环(6)的调磁铁块的个数相同，并一一对应排列。
2.根据权利要求1所述的低速大转矩磁传动复合电机，其特征在于，所述内定子(7)的极对数与转子(5)的极对数之和为调磁环(6)中调磁铁块的个数。
3.根据权利要求1所述的低速大转矩磁传动复合电机，其特征在于，永磁体(5-1)沿径向充磁，其充磁方向为由外圆周至圆心方向。
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