CN113193725A - 集成磁齿轮复合电机的双磁场调制式变速传动装置 - Google Patents

集成磁齿轮复合电机的双磁场调制式变速传动装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种集成磁齿轮复合电机的双磁场调制式变速传动装置，包括集成的驱动系统与传动系统，驱动系统由同轴安装的电机定子与电机转子组成，驱动系统中的电机为场调制永磁电机，电机定子由调磁块与电机定子齿集成为一体，电机转子的永磁体采用内嵌辐条聚磁式排布方式；传动系统采用非均匀气隙的磁齿轮传动，所述传动系统包括同轴安装的内转子、调磁环和外转子，传动系统的外转子永磁体采用凸极结构，外转子永磁体与调磁环构成非均匀气隙，其中，电机转子兼为传动系统的内转子，使驱动系统与传动系统相复合集成。本发明能够解决因磁齿轮传动系统传动比过大而导致传动效率急剧下降的问题。

Description

集成磁齿轮复合电机的双磁场调制式变速传动装置
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种集成磁齿轮复合电机的双磁场调制式变速传动装置。
背景技术
对于传统双气隙场调制电机，由于其绕组所形成的磁场需经过多层气隙后才能与转子永磁体磁场耦合，使得气隙磁压降过高并导致整体效率下降。且由于多气隙的结构特点，使现有的磁齿轮复合电机在结构上仍然较为复杂，因此需对复合电机内部的磁齿轮结构进一步优化，简化其机械结构，降低其制造成本并提高其运行过程中的可靠性。过于复杂的机械与磁路结构必将导致磁齿轮复合电机损耗的增加，提高磁齿轮复合电机的运行成本，降低其工程应用价值。
传统的磁齿轮复合电机通常由分别独立的驱动系统和传动系统组合而成，驱动系统通常为永磁电机驱动，不具有变速功能，传动系统为磁齿轮传动。由于永磁电机不能进行变速传动，所以传动系统磁齿轮的传动比即为磁齿轮复合电机的传动比，但随着磁齿轮的传动比的逐渐增加，其传动效率将急剧下降，从而对磁齿轮复合电机整体的性能造成影响。
发明内容
本发明的目的在于提出一种集成磁齿轮复合电机的双磁场调制式变速传动装置，以解决因磁齿轮传动系统传动比过大而导致传动效率急剧下降的问题。
一种集成磁齿轮复合电机的双磁场调制式变速传动装置，包括集成的驱动系统与传动系统，驱动系统由同轴安装的电机定子与电机转子组成，驱动系统中的电机为场调制永磁电机，电机定子由调磁块与电机定子齿集成为一体，电机转子的永磁体采用内嵌辐条聚磁式排布方式；传动系统采用非均匀气隙的磁齿轮传动，所述传动系统包括同轴安装的内转子、调磁环和外转子，传动系统的外转子永磁体采用凸极结构，外转子永磁体与调磁环构成非均匀气隙，其中，电机转子兼为传动系统的内转子，使驱动系统与传动系统相复合集成，驱动系统和传动系统通过螺钉、机架前端盖和机架后端盖固定于机架，复合电机的输出轴与外转子相连。
根据本发明提出的集成磁齿轮复合电机的双磁场调制式变速传动装置，将驱动系统和传动系统两部分进行复合集成。其中驱动系统采用场调制永磁电机，由电机定子与电机转子同轴安装组成，电机定子由调磁块与电机定子齿集成为一体，在使其具备磁场调制作用的同时减少了一层气隙，电机转子永磁体呈辐条聚磁式结构排布，该结构能够有效降低因多气隙造成的磁漏，简化了电机的机械结构且提高了其转矩密度；传动系统采用磁齿轮传动，磁齿轮传动系统由内转子、调磁环和外转子同轴安装组成，其中电机转子兼为传动系统内转子，使场调制电机与磁齿轮相复合；外转子永磁体呈凸极结构，与调磁环组非均匀气隙结构，该结构有助于增强磁场调制作用，从而有助于提高磁齿轮的输出转矩。在整体结构上，不同于传统磁齿轮复合电机，本申请中的驱动系统和传动系统均具有变速传动的功能，有效解决了因磁齿轮传动系统传动比过大而导致其传动效率急剧下降的问题。
另外，根据本发明提供的集成磁齿轮复合电机的双磁场调制式变速传动装置，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，电机定子由定子齿与调磁环相集成。驱动系统中的电机为场调制永磁电机，其电机定子由定子齿与调磁环相集成，减少了由定子与调磁环间的一层气隙，有效降低因多气隙造成的磁漏，简化了电机的机械结构且提高了其转矩密度。
进一步地，定子槽数Z、电枢绕组极对数P1与电机转子的永磁体极对数P2之间满足条件式：
P1+P2＝Z。
进一步地，电机转子的永磁体均沿圆周切向充磁，且相邻永磁体的充磁方向相反。电机转子的永磁体采用内嵌辐条聚磁式排布方式，即电机转子永磁体均沿圆周切向充磁，且相邻永磁体的充磁方向相反，内嵌式辐条式结构的永磁体能够增强转子整体的机械强度，同时永磁体排布方式能够产生聚磁效应，能够提高电机的转矩密度，改善气隙磁密。
进一步地，电机定子通过主轴固定且支撑于机架；电机转子通过轴承支撑于主轴。
进一步地，外转子永磁体为径向充磁且相邻永磁体的充磁方向相反。外转子永磁体与传动系统中的调磁环构成非均匀气隙，该结构能够改善气隙磁密进而提高驱动装置的传动性能。
进一步地，为了降低涡流造成的损耗，传动系统中的调磁环由硅钢片层叠而成；调磁环由调磁块加装连接桥组成，为了降低加装连接桥对其转矩造成的影响，磁齿轮变速传动的调磁环采用内连接桥结构。
进一步地，电机转子的永磁体极对数P2、外转子永磁体的极对数Po与传动系统调磁块个数N之间满足条件式：
P2+Po＝N。
进一步地，传动系统中的调磁环固定不动，通过调磁环前端盖和调磁环后端盖固定支撑与主轴；外转子前端盖通过轴承支撑与主轴，外转子后端盖与复合电机输出轴相连。
进一步地，当定子绕组通电时，绕组会产生绕中心轴匀速旋转极对数为P1的磁场，产生的磁场经过定子齿调磁环的调制与电机转子产生的不同极对数的磁场在气隙处耦合，从而驱动电机转子转动，电机转子永磁体产生的极对数为P2的磁场经过传动系统调磁环的调制与外转子耦合，从而驱动外转子转动，实现了双磁场调制的两次变速功能。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一实施例提供的集成磁齿轮复合电机的双磁场调制式变速传动装置的爆炸结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的集成磁齿轮复合电机的双磁场调制式变速传动装置的组装后的结构示意图；
图3是图1中外转子永磁体的结构示意图；
图4是本发明一实施例提供的集成磁齿轮复合电机的双磁场调制式变速传动装置的组装后的正面剖视图；
图5是本发明一实施例提供的集成磁齿轮复合电机的双磁场调制式变速传动装置的组装后的侧面剖视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1至图5，本发明的一实施例提出的集成磁齿轮复合电机的双磁场调制式变速传动装置，包括驱动系统与传动系统。其中驱动系统由同轴安装的电机定子7与电机转子8组成；传动系统采用磁齿轮传动，由内转子、调磁环9和外转子11同轴安装构成。其中电机转子8兼为传动系统内转子，使驱动与传动系统相复合，电机转子8安装在电机转子前端盖6和电机转子后端盖13之间。
驱动系统和传动系统通过螺钉2、机架前端盖1和机架后端盖16固定于机架3，复合电机的输出轴17与外转子11相连。驱动系统中的电机为场调制永磁电机，其电机定子7由定子齿与调磁环相集成，减少了由定子与调磁环间的一层气隙，有效降低因多气隙造成的磁漏，简化了电机的机械结构且提高了其转矩密度。定子槽数Z、电枢绕组极对数P1与电机转子永磁体极对数P2之间满足条件式：
P1+P2＝Z。
请着重参考图3，传动系统外转子永磁体10采用凸极结构，外转子永磁体10均为径向充磁且相邻永磁体的充磁方向相反，外转子永磁体10与传动系统中的调磁环9构成非均匀气隙，该结构能够改善气隙磁密进而提高驱动装置的传动性能。为了降低涡流造成的损耗，传动系统中的调磁环9由硅钢片层叠而成；调磁环9由调磁块加装连接桥组成，为了降低加装连接桥对其转矩造成的影响，磁齿轮变速传动的调磁环9采用内连接桥结构。
请着重参考图4，电机转子永磁体采用内嵌辐条聚磁式排布方式，即电机转子8永磁体均沿圆周切向充磁，且相邻永磁体的充磁方向相反，内嵌式辐条式结构的永磁体能够增强转子整体的机械强度，同时永磁体排布方式能够产生聚磁效应，能够提高电机的转矩密度，改善气隙磁密。电机定子7通过主轴18固定且支撑于机架3；电机转子8通过轴承12支撑于主轴18。传动系统内转子即为电机转子8，即驱动系统电机转子8与传动系统内转子相集成，从而构成磁齿轮复合电机结构。电机转子永磁体极对数P2、传动系统外转子永磁体10极对数Po与传动系统调磁块个数N之间需要满足磁场调制基本原理，满足条件式：
P2+Po＝N。
请着重参考图5，传动系统中的调磁环9固定不动，通过调磁环前端盖5和调磁环后端盖14固定支撑与主轴18；外转子前端盖4通过轴承12支撑与主轴18，外转子后端盖15与复合电机输出轴17相连。当定子绕组通电时，绕组会产生绕中心轴匀速旋转极对数为P1的磁场，产生的磁场经过定子齿调磁环的调制与电机转子8产生的不同极对数的磁场在气隙处耦合，从而驱动电机转子8转动。电机转子永磁体产生的极对数为P2的磁场经过传动系统调磁环9的调制与传动系统外转子11耦合，从而驱动外转子11转动。与传统磁齿轮复合电机不同，所提出的结构中驱动系统和传动系统均具有变速传动的功能，有效预防了因传动系统传动比过大而导致其传动效率急剧下降的情况。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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发明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。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种集成磁齿轮复合电机的双磁场调制式变速传动装置，其特征在于，包括集成的驱动系统与传动系统，驱动系统由同轴安装的电机定子(7)与电机转子(8)组成，驱动系统中的电机为场调制永磁电机，电机定子(7)由调磁块与电机定子齿集成为一体，电机转子(8)的永磁体采用内嵌辐条聚磁式排布方式；传动系统采用非均匀气隙的磁齿轮传动，所述传动系统包括同轴安装的内转子、调磁环(9)和外转子(11)，传动系统的外转子永磁体(10)采用凸极结构，外转子永磁体(10)与调磁环(9)构成非均匀气隙，其中，电机转子(8)兼为传动系统的内转子，使驱动系统与传动系统相复合集成，驱动系统和传动系统通过螺钉(2)、机架前端盖(1)和机架后端盖(16)固定于机架(3)，复合电机的输出轴(17)与外转子(11)相连。
2.根据权利要求1所述的集成磁齿轮复合电机的双磁场调制式变速传动装置，其特征在于，电机定子(7)由定子齿与调磁环相集成。
3.根据权利要求2所述的集成磁齿轮复合电机的双磁场调制式变速传动装置，其特征在于，定子槽数Z、电枢绕组极对数P1与电机转子(8)的永磁体极对数P2之间满足条件式：
P1+P2＝Z。
4.根据权利要求1所述的集成磁齿轮复合电机的双磁场调制式变速传动装置，其特征在于，电机转子(8)的永磁体均沿圆周切向充磁，且相邻永磁体的充磁方向相反。
5.根据权利要求1所述的集成磁齿轮复合电机的双磁场调制式变速传动装置，其特征在于，电机定子(7)通过主轴(18)固定且支撑于机架(3)；电机转子(8)通过轴承(12)支撑于主轴(18)。
6.根据权利要求1所述的集成磁齿轮复合电机的双磁场调制式变速传动装置，其特征在于，外转子永磁体(10)为径向充磁且相邻永磁体的充磁方向相反。
7.根据权利要求6所述的集成磁齿轮复合电机的双磁场调制式变速传动装置，其特征在于，调磁环(9)由硅钢片层叠而成，且调磁环(9)采用内连接桥结构。
8.根据权利要求7所述的集成磁齿轮复合电机的双磁场调制式变速传动装置，其特征在于，电机转子(8)的永磁体极对数P2、外转子永磁体(10)的极对数Po与传动系统调磁块个数N之间满足条件式：
P2+Po＝N。
9.根据权利要求1所述的集成磁齿轮复合电机的双磁场调制式变速传动装置，其特征在于，传动系统中的调磁环(9)固定不动，通过调磁环前端盖(5)和调磁环后端盖(14)固定支撑与主轴(18)；外转子前端盖(4)通过轴承(12)支撑与主轴(18)，外转子后端盖(15)与复合电机输出轴(17)相连。
10.根据权利要求1至9任一项所述的集成磁齿轮复合电机的双磁场调制式变速传动装置，其特征在于，当定子绕组通电时，绕组会产生绕中心轴匀速旋转极对数为P1的磁场，产生的磁场经过定子齿调磁环的调制与电机转子(8)产生的不同极对数的磁场在气隙处耦合，从而驱动电机转子(8)转动，电机转子(8)永磁体产生的极对数为P2的磁场经过传动系统调磁环(9)的调制与外转子(11)耦合，从而驱动外转子(11)转动，实现了双磁场调制的两次变速功能。
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