CN112087076B - 一种与减速器一体化的外转子分段式游标电机 - Google Patents

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Abstract

本公开属于电机领域，公开一种与减速器一体化的外转子分段式游标电机，包括定子、分段式转子、永磁体、嵌于定子齿之间的电枢绕组和外接减速器；转子在轴向上分为三段，中间段转子外形为行星齿轮形式，直接外连减速器，与减速器一体化，通过中间段转子直接与减速器连接，省去了轴连接装置，降低了机械轴传动过程中的机械损耗，同时利用与减速器一体化的外转子分段式游标电机与减速器一体化更好地提升输出转矩，在减少电机体积的情况下，增大了电机的转矩密度。

Description

一种与减速器一体化的外转子分段式游标电机
技术领域
本公开属于电机领域，具体涉及一种与减速器一体化的外转子分段式游标电机。
背景技术
与减速器一体化的外转子分段式游标电机作为一种低速大转矩的直接驱动型电机，在电动汽车、风力发电、海浪发电等新能源领域有着广泛的应用前景，与减速器一体化的外转子分段式游标电机是一种定转子磁极不相等的永磁电机，需经过调制齿，使电机定转子磁极相等，电机可实现低速大转矩运行。但电机相邻的永磁体构成的磁路磁阻较大，端部绕组产生的大量磁动势并未充分利用，且永磁体端部漏磁严重，导致永磁体利用率较低，因此，与减速器一体化的外转子分段式游标电机的转矩密度有所下降。单个与减速器一体化的外转子分段式游标电机作为减速增扭装置，达不到实际的输出需求，均需轴向外接减速器，使装置体积增大，转矩密度较低；利用轴连接减速器会增加机械损耗，造成与减速器一体化的外转子分段式游标电机无法适应更高的市场需求，因此减小体积，提升转矩密度是亟待解决的关键问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本公开的目的在于提供一种与减速器一体化的外转子分段式游标电机。
本公开的目的可以通过以下技术方案实现：
一种与减速器一体化的外转子分段式游标电机，包括转子和定子，所述定子同轴安装在转子内侧，转子外侧设置有驱动环，驱动环呈行星齿状，驱动环上安装有啮合连接多个绕自身轴线转动的二级行星齿轮，二级行星齿轮外侧啮合有与转子同轴线的固定行星齿轮；
所述二级行星齿轮通过二级行星架绕自身转动安装在行星架上。
进一步地，所述定子按轴向分为第一段定子与第二段定子，第一段定子与第二段定子依次错位一个相位的距离。
进一步地，所述第一段定子与第二段定子上均设置有周向布置的电枢齿，电枢齿端部设置有调制齿。
进一步地，采用分数槽集中绕组隔齿绕的方式，所述电枢绕组分别绕于第一段定子与第二段定子的电枢齿上；
所述第一段定子与第二段定子间的电枢绕组采用并联方式连接。
进一步地，所述第一段定子与第二段定子的连接处设置有励磁绕组。
进一步地，所述转子沿着轴向依次分为第一段转子、第二段转子以及第三段转子；
永磁体分为第一永磁极和第二永磁极；
第一段转子以及第三段转子内侧均设置有周向分布的第一永磁极，处于周向的相邻第一永磁极之间呈极性相反放置，均采用径向充磁方式，第一永磁极形成径向磁通回路，通过调制齿与电枢绕组的共同作用产生转矩；所述驱动环同轴安装在第二段转子上。
进一步地，所述第二段转子上放置了第二永磁极。
进一步地，所述第一段转子与第三段转子周向错开°电位角。
进一步地，所述处于转子内部的定子为一体成型设计。
进一步地，所述转子沿轴向分成第一段转子以及第二段转子，第一段转子与第二段转子的连接处与驱动环相连。
本公开的有益效果：
本公开将转子连接减速器，省去了传动轴，降低了机械损耗，缩短了装置在轴向的长度，减小了装置体积，增加了转矩密度。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开与减速器一体化的外转子分段式游标电机的结构示意图；
图2为本公开电机结构的全剖图；
图3为本公开电机结构的单段定转子全剖正视图；
图4为本公开结构的俯视图；
图5为本公开外接减速器的结构示意图；
图6为本公开第二段定转子的俯视图；
图7为本公开第一段定子与第二段定子周向错开180°电位角度的电机定子结构示意图；
图8为本公开游标电机分段定子电枢绕组与励磁绕组放置位置的结构示意图；
图9为本公开转子按轴向做成两段转子的结构示意图；
图10为本公开第一段与第三段外部呈现行星齿状，第二段转子作为主要转矩生成部分的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。
如图1至图10所示，一种与减速器一体化的外转子分段式游标电机，包括转子1和定子2，定子2同轴安装在转子1内侧，转子1外侧设置有驱动环，驱动环呈行星齿状，驱动环上安装有啮合连接多个绕自身轴线转动的二级行星齿轮5-4，二级行星齿轮5-4外侧啮合有与转子1同轴线的固定行星齿轮5-3；
二级行星齿轮5-4通过二级行星架5-2绕自身转动安装在行星架5-1上。
使用时，此时驱动环、二级行星齿轮5-4、固定行星齿轮5-3、二级行星架5-2以及行星架5-1的整体形成行减速器5，利用转子1与二级行星齿轮5-4连接，单个二级行星齿轮5-4上共s2个小齿，利用驱动环的齿数与二级行星齿轮5-4齿数之差，来对电机输出进行降速增扭，省去了传动装置，减少了电机体积，增大转矩密度，减小了机械损耗；同时，该与减速器一体化的外转子分段式游标电机利用外转子1形式，无多余磁通流入定子2轭部，磁路磁阻减弱，以此来减少永磁体3的用量，节省成本，易于生产加工；转子1处于外侧利于散热，使得永磁体3不易发生过热退磁现象。
具体是，在转子1以n2的速度进行旋转时，二级行星齿轮5-4也以n1的速度进行自转，二级行星齿轮5-4以n2速度进行公转，再通过二级行星架5-2带动行星架5-1以n2速度进行转动。通过外接行星齿轮，再一次起到了“转矩放大器”的作用，此次称为第二级减速增益，其增益N2为驱动环的齿轮数与二级行星齿轮5-4数的比值s2/s1。
在一些场景下，二级行星架5-2两端分别与球形轴承的内圈连接，球形轴承的外圈分别与对应的二级行星齿轮5-4和行星架5-1连接，实现二级行星齿轮5-4绕自身转动；在一些场景下，二级行星架5-2两端分别通过键槽形式与二级行星齿轮5-4和行星架5-1转动连接，实现二级行星齿轮5-4绕自身转动；当然，在其他一些场景下，二级行星齿轮5-4绕自身转动也可以为其他方式。
在本实施例中，定子2按轴向分为第一段定子2-1与第二段定子2-2，第一段定子2-1与第二段定子2-2依次错位一个相位的距离，避免电枢耦合，造成相间短路，提升电机的可靠性，对第一段定子2-1与第二段定子2-2的端部电枢的磁路进行了优化。
在一些场合下，第一段定子2-1与第二段定子2-2上均设置有周向布置的电枢齿2-4，电枢齿2-4端部设置有调制齿2-3，调制齿2-3数记为Pf；利用调制齿2-3在可以起到调磁作用，也可以节省电机体积。
在一些场合下，采用分数槽集中绕组隔齿绕的方式，将电枢绕组4-1分别绕于第一段定子2-1与第二段定子2-2的电枢齿2-4上，此时电枢绕组4-1的极对数记为P1，处于第一段定子2-1与第二段定子2-2之间的同相电枢绕组4-1采用并联方式连接。
第一段定子2-1与第二段定子2-2间的电枢绕组4-1采用并联方式连接，可减少过高的电负荷，可有效改善电机绕组温升高的问题，并且电枢绕组4-1采用分数槽集中绕组隔齿绕的方式，可更好的维持集中绕组的相间磁、热、电及物理隔离，提高电机的集成度及可靠性。
在一些场合下，第一段定子2-1与第二段定子2-2的连接处设置有励磁绕组4-2；由于永磁同步电机不易进行磁场调节，通过加入励磁绕组4-2，对电机气隙磁场起到增磁或弱磁的作用，可以进一步增大或者削弱电机输出转矩；
根据磁场调制原理，电枢绕组4-1极对数、励磁绕组4-2极对数与调制齿2-3之间的关系式，如式(1)所示；作用在磁场调制电机三个功能单元电磁转矩的相互关系与电子器件三极管三个端口电流之间的关系类似，所以磁场调制电机起到“转矩放大器”的作用，第一级转矩增益N1为励磁绕组4-2极对数与电枢绕组4-1极对数之比P2/P1。
P1＝|P2±Pf| (1)
所以整个装置的转速减少的比例与转矩增益比例相同，都如式(2)所示。
Z＝N1*N2＝P2/P1*s2/s1 (2)
在本实施例中，将转子1分为三段，具体是：转子1沿着轴向依次分为第一段转子1-1、第二段转子1-2以及第三段转子1-3；
永磁体3分为第一永磁极3-1和第二永磁极3-2；
第一段转子1-1以及第三段转子1-3内侧均设置有周向分布的第一永磁极3-1，处于周向的相邻第一永磁极3-1之间呈极性相反放置，均采用径向充磁方式，第一永磁极3-1形成径向磁通回路，通过调制齿2-3与电枢绕组4-1的共同作用产生转矩；驱动环同轴安装在第二段转子1-2上；
考虑了永磁体3的端部漏磁与电枢的端部效应，在第二段转子1-2上放置了第二永磁极3-2，形成有效的轴向磁通回路，疏导轴向漏磁，使与减速器一体化的外转子分段式游标电机形成一个主磁通回路和一个独立的轴向磁通回路，有利于转子1上各级永磁体3磁通的高效利用，减小了磁路磁阻，提高永磁电机的转矩；且第二段转子1-2直连减速器5，降低了机械损耗，减小了电机体积，提高了电机的转矩密度。
在一些场合下，第一段转子1-1与第三段转子1-3周向错开180°电位角，即两段结构相同的第一段转子1-1与第三段转子1-3在周向错开半个极距，通过改变第一段转子1-1与第三段转子1-3的相对位置，使电机磁通回路改变，增大电机的转矩密度；即通过改变第一段转子1-1、第二段转子1-2、第三段转子1-3之间的相对位置，使磁通回路发生改变，有利于转子1上永磁体3磁通的高效利用。
在一些场合下，处于转子1内部的定子2为一体成型设计，此时使第二段转子1-2的两个端部，都有额外的磁极，形成合理的轴向磁通回路，使与减速器一体化的外转子分段式游标电机形成一个主磁通回路和两个独立的轴向磁通回路，利于永磁体3磁通的高效利用，减小磁路磁阻，提高永磁电机的转矩密度，且定子2不需分段，结构较为简单。
在一些实施例中，也可将转子1分成二段，具体是：转子1沿轴向分成第一段转子1-1以及第二段转子1-2，第一段转子1-1与第二段转子1-2的连接处与驱动环相连，此时第一段转子1-1与第二段转子1-2相互作为各自导通轴向漏磁的工具，进一步节省了电机的尺寸与重量，增加了转矩密度。
工作原理：
本公开通过中间段转子1直接与减速器5连接，省去了轴连接装置，降低了机械轴传动过程中的机械损耗，同时利用与减速器一体化的外转子分段式游标电机与减速器5一体化更好地提升输出转矩，在减少电机体积的情况下，增大了电机的转矩密度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本公开的基本原理、主要特征和本公开的优点。本行业的技术人员应该了解，本公开不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本公开的原理，在不脱离本公开精神和范围的前提下，本公开还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本公开范围内。

Claims (8)

1.一种与减速器一体化的外转子分段式游标电机，包括转子(1)和定子(2)，其特征在于，所述定子(2)同轴安装在转子(1)内侧，转子(1)外侧设置有驱动环，驱动环呈行星齿状，驱动环上安装有啮合连接多个绕自身轴线转动的二级行星齿轮(5-4)，二级行星齿轮(5-4)外侧啮合有与转子(1)同轴线的固定行星齿轮(5-3)；
所述二级行星齿轮(5-4)通过二级行星架(5-2)绕自身转动安装在行星架(5-1)上；
所述定子(2)按轴向分为第一段定子(2-1)与第二段定子(2-2)，第一段定子(2-1)与第二段定子(2-2)依次错位一个相位的距离；
所述转子(1)沿着轴向依次分为第一段转子(1-1)、第二段转子(1-2)以及第三段转子(1-3)；
永磁体(3)分为第一永磁极(3-1)和第二永磁极(3-2)；
所述第一段转子(1-1)以及第三段转子(1-3)内侧均设置有周向分布的第一永磁极(3-1)，处于周向的相邻第一永磁极(3-1)之间呈极性相反放置，均采用径向充磁方式，第一永磁极(3-1)形成径向磁通回路，通过调制齿(2-3)与电枢绕组(4-1)的共同作用产生转矩；所述驱动环同轴安装在第二段转子(1-2)上。
2.根据权利要求1所述的与减速器一体化的外转子分段式游标电机，其特征在于，所述第一段定子(2-1)与第二段定子(2-2)上均设置有周向布置的电枢齿(2-4)，电枢齿(2-4)端部设置有调制齿(2-3)。
3.根据权利要求2所述的与减速器一体化的外转子分段式游标电机，其特征在于，采用分数槽集中绕组隔齿绕的方式，电枢绕组(4-1)分别绕于第一段定子(2-1)与第二段定子(2-2)的电枢齿(2-4)上；
所述第一段定子(2-1)与第二段定子(2-2)间的电枢绕组(4-1)采用并联方式连接。
4.根据权利要求3所述的与减速器一体化的外转子分段式游标电机，其特征在于，所述第一段定子(2-1)与第二段定子(2-2)的连接处设置有励磁绕组(4-2)。
5.根据权利要求1所述的与减速器一体化的外转子分段式游标电机，其特征在于，所述第二段转子(1-2)上放置了第二永磁极(3-2)。
6.根据权利要求1所述的与减速器一体化的外转子分段式游标电机，其特征在于，所述第一段转子(1-1)与第三段转子(1-3)周向错开180°电位角。
7.根据权利要求1所述的与减速器一体化的外转子分段式游标电机，其特征在于，所述处于转子(1)内部的定子(2)为一体成型设计。
8.根据权利要求1所述的与减速器一体化的外转子分段式游标电机，其特征在于，所述转子(1)沿轴向分成第一段转子(1-1)以及第二段转子(1-2)，第一段转子(1-1)与第二段转子(1-2)的连接处与驱动环相连。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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