CN106374702B - 盘式无铁芯磁通调制电机 - Google Patents

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Abstract

盘式无铁芯磁通调制电机，涉及盘式电机领域。解决了现有盘式磁通调制电机损耗较高、调磁块机械性能差、定子铁芯较重及结构复杂问题。本发明N个定子和N+1个转子圆盘交错排列，定子和转子圆盘间存在气隙，定子包括一套绕组和两个非导磁电枢盘，环形绕组封装在两个非导磁电枢盘之间，每个非导磁电枢盘上设有Ns个凹槽，Ns个凹槽沿非导磁电枢盘的周向均匀分布，每个凹槽内设有一个调磁块；第1个和第N+1个转子圆盘，在靠近定子的那个侧面上均设有2P2个磁钢，第2个至第N个转子圆盘的两个侧面均设有2P2个磁钢，P2表示每个转子圆盘的一个侧面的磁钢的极对数；每套绕组通电产生磁场的极对数P1，且P1+P2＝Ns。本发明主要用于动力传动。

Description

盘式无铁芯磁通调制电机
技术领域
本发明涉及盘式电机领域。
背景技术
近年来，随着我国工业水平的不断发展，对工业中的动力传动有了更高的要求，作为替代传统复杂传动的直接驱动系统正逐步受到人们的关注。传统齿轮与电机配合的动力传动中，不仅系统体积庞大且可靠性较低，齿轮的磨损带来了诸如摩擦损耗、需定时维护、振动噪声大等问题。磁齿轮是一种依靠磁力传动的齿轮，其不仅消除了传统的机械摩擦损耗且因为齿轮间没有接触而极大的削弱了振动噪声，不用维护且可靠性高。依据磁齿轮原理，衍生出了一系列结构可靠、性能优良的可应用于直驱场合的磁通调制式电机。
类似于传统电机，磁通调制式电机也具有径向磁通式和盘式。盘式电机相对于径向式来说，具有体积小、结构简单、低速转矩大的特点。但现有的盘式磁通调制电机定子绕组均缠绕在定子铁芯上，不仅增加了电机的损耗且使整机重量较大，又因为具有磁通调制作用的调磁环的存在，使电机结构相对比较复杂，调磁环之间需要填充环氧树脂等非导磁材料，使其机械稳定性变差、整机可靠性降低。
发明内容
本发明是为了解决现有盘式磁通调制电机损耗较高、调磁块机械性能差、定子铁芯较重及结构复杂问题，本发明提供了一种盘式无铁芯磁通调制电机。
盘式无铁芯磁通调制电机，它包括N个定子、N+1个转子圆盘、转轴和壳体，N个定子和N+1个转子圆盘均位于壳体内，N个定子均固定在壳体内壁上，N+1个转子圆盘均通过过盈配合与转轴转动连接，且N个定子、N+1个转子圆盘和壳体同轴，N个定子和N+1个转子圆盘交错排列，定子和转子圆盘间存在气隙；N为大于或等于1的整数；
所述的每个定子包括一套绕组和两个非导磁电枢盘，环形绕组封装在两个非导磁电枢盘之间，
每个非导磁电枢盘上设有Ns个凹槽，Ns个凹槽沿非导磁电枢盘的周向均匀分布，每个凹槽内设有一个调磁块；
N+1个转子圆盘分别定义为第1个至第N+1个转子圆盘，其中，第1个和第N+1个转子圆盘，在靠近定子的那个侧面上均设有2P2个磁钢，且2P2磁钢沿其所在的那个侧面上周向均匀分布，第2个至第N个转子圆盘的两个侧面均设有2P2个磁钢，两个侧面上的磁钢镜像设置，且每个侧面上设有的2P2个磁钢，沿其所在的侧面周向均匀分布；
P2表示每个转子圆盘的一个侧面的磁钢的极对数；每套绕组通电产生磁场的极对数P1，且P1+P2＝Ns。
所述的非导磁电枢盘为环氧树脂电枢盘。
所述的调磁块的材料特性为铁磁性质。
本发明带来的有益效果是，本发明所提出的盘式无铁芯磁通调制电机为轴向磁通，即盘式，定子采用无铁芯形式(即：电枢绕组盘)，在非导磁电枢盘上开有凹槽，在这些凹槽内放置调磁块，提高调磁块机械性能；调磁块与电枢绕组盘相结合，相对于现有盘式磁通调制电机，不仅解决了调磁块之间所填充的非导磁材料的工艺问题，而且消除了由其带来的机械性能差、可靠性差的缺点。
本发明电机定子采用无铁芯结构，电机重量大大降低，比功率较高，简化了定子结构。又因为定子不存在铁芯，消除了产生的磁滞损耗、涡流损耗，电机效率有了较大的提升。盘式电机以其特殊的转子盘形式，较易制作成多极电机，经由调磁块的磁通调制作用，增强了电机的功率及转矩密度，在成本降低的情况下，具有稳定的低速大转矩输出能力，在电动汽车等直接驱动领域有着极高的应用价值。
本发明所述盘式无铁芯磁通调制电机，当N取不同的值时，可拓展为单定子和单转子形式，双定子和单转子形式，及多盘形式。
任何绕组的连接形式只要符合关系式，即P1+P2＝Ns的组合，均应在本发明的保护范围之内。
附图说明
图1为本发明所述的盘式无铁芯磁通调制电机的主剖视图；
图2为当N为1时，所述的盘式无铁芯磁通调制电机的主剖视图；
图3为当N为1时，定子和转子圆盘的展开图；
图4为第1或第N+1个转子圆盘的结构示意图；
图5为非导磁电枢盘的主视图；
图6为非导磁电枢盘上所设置的调磁块的分布图；
图7为绕组的结构示意图；其中，A表示电流输入，X表示电流输出。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述的盘式无铁芯磁通调制电机，它包括N个定子1、N+1个转子圆盘2、转轴3和壳体4，N个定子1和N+1个转子圆盘2均位于壳体4内，N个定子1均固定在壳体4内壁上，N+1个转子圆盘2均通过过盈配合与转轴3转动连接，且N个定子1、N+1个转子圆盘2和壳体4同轴，N个定子1和N+1个转子圆盘2交错排列，定子1和转子圆盘2间存在气隙；N为大于或等于1的整数；
所述的每个定子1包括一套绕组1-1和两个非导磁电枢盘1-2，环形绕组1封装在两个非导磁电枢盘1-2之间，
每个非导磁电枢盘1-2上设有Ns个凹槽，Ns个凹槽沿非导磁电枢盘1-2的周向均匀分布，每个凹槽内设有一个调磁块1-2-1；
N+1个转子圆盘2分别定义为第1个至第N+1个转子圆盘2，其中，第1个和第N+1个转子圆盘2，在靠近定子1的那个侧面上均设有2P2个磁钢2-1，且2P2磁钢2-1沿其所在的那个侧面上周向均匀分布，第2个至第N个转子圆盘2的两个侧面均设有2P2个磁钢2-1，两个侧面上的磁钢2-1镜像设置，且每个侧面上设有的2P2个磁钢2-1，沿其所在的侧面周向均匀分布；
P2表示每个转子圆盘2的一个侧面的磁钢2-1的极对数；每套绕组1-1通电产生磁场的极对数P1，且P1+P2＝Ns。
本实施方式中，本发明所述的定子1是只有绕组1-1没有铁芯，绕组1-1采用现有技术实现，定子绕组线圈均由非导出磁材料封装在定子电枢盘即：非导磁电枢盘内，每个线圈呈扇形，线圈由漆包线或其他绝缘材料制成的导线缠绕而成，截面为扁形，连接方法为单层链式交叉排列，绕组间连接以A相为例，参见图7，B、C相同理，每套绕组1-1加电后在轴向产生P1对极磁场。
磁钢2-1可使用胶黏剂贴在电机的转子圆盘2上。
依据磁通调制原理：P1、P2和Ns关系为：P1＝|mP2+kNs|，其中，m＝1，3，5，…，+∞；k＝0，±1，±2，…，±∞；
当m＝1,k＝-1时，经调磁块1-2-1调制后的气隙磁场最强，此时磁场空间谐波旋转速度为由于调磁块1-2-1固定在电枢绕组盘上，所以调磁块1-2-1Ωs为0，可得定子磁场转速Ωr与磁场空间谐波旋转速度Ωm,k比即传动比Gr为：
内定子产生的高速旋转磁场经调磁块1-2-1调制，在气隙中将产生与转子磁极相同极数的多极低速磁场。产生的谐波磁场与磁钢2-1磁极相互配合，完成转矩输出。
当N等于1时，电机单侧仅有一层气隙，大大降低了在制造、装配上的问题且结构简单、成本不高，提高了整机的可靠性。
具体实施方式二：参见图1至图7说明本实施方式，本实施方式1与具体实施方式一所述的盘式无铁芯磁通调制电机的区别在于，所述的非导磁电枢盘1-2为环氧树脂电枢盘。
本实施方式，每个非导磁电枢盘1-2上设有Ns个凹槽，Ns个凹槽沿非导磁电枢盘1-2的周向均匀分布，每个凹槽内设有一个调磁块1-2-1；环氧树脂为非导磁性质，空间上可视为，非导磁电枢盘1-2上导磁材料、非导磁材料间隔排列，达到了磁通调制作用。
非导磁电枢盘1-2可直接由环氧树脂浇筑而成，具有比较高的机械强度。
具体实施方式三：参见图1至图7说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或二所述的盘式无铁芯磁通调制电机的区别在于，所述的调磁块1-2-1的材料特性为铁磁性质。

Claims (3)

1.盘式无铁芯磁通调制电机，它包括N个定子(1)、N+1个转子圆盘(2)、转轴(3)和壳体(4)，N个定子(1)和N+1个转子圆盘(2)均位于壳体(4)内，N个定子(1)均固定在壳体(4)内壁上，N+1个转子圆盘(2)均通过过盈配合与转轴(3)转动连接，且N个定子(1)、N+1个转子圆盘(2)和壳体(4)同轴，N个定子(1)和N+1个转子圆盘(2)交错排列，定子(1)和转子圆盘(2)间存在气隙；N为大于或等于1的整数；
其特征在于，每个定子(1)包括一套环形绕组(1-1)和两个非导磁电枢盘(1-2)，环形绕组(1-1)封装在两个非导磁电枢盘(1-2)之间，
每个非导磁电枢盘(1-2)上设有Ns个凹槽，Ns个凹槽沿非导磁电枢盘(1-2)的周向均匀分布，每个凹槽内设有一个调磁块(1-2-1)；
N+1个转子圆盘(2)分别定义为第1个至第N+1个转子圆盘(2)，其中，第1个和第N+1个转子圆盘(2)，在靠近定子(1)的那个侧面上均设有2P2个磁钢(2-1)，且2P2个磁钢(2-1)沿其所在的那个侧面上周向均匀分布，第2个至第N个转子圆盘(2)的两个侧面均设有2P2个磁钢(2-1)，两个侧面上的磁钢(2-1)镜像设置，且每个侧面上设有的2P2个磁钢(2-1)，沿其所在的侧面周向均匀分布；
P2表示每个转子圆盘(2)的一个侧面的磁钢(2-1)的极对数；每套绕组(1-1)通电产生磁场的极对数P1，且P1+P2＝Ns。
2.根据权利要求1所述的盘式无铁芯磁通调制电机，其特征在于，所述的非导磁电枢盘(1-2)为环氧树脂电枢盘。
3.根据权利要求1或2所述的盘式无铁芯磁通调制电机，其特征在于，所述的调磁块(1-2-1)的材料特性为铁磁性质。
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