CN210444078U - 一种二级复合直驱电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种二级复合直驱电机，包括绕组总成(1)、内磁环总成(2)、调制环总成(3)、外磁环总成(4)和输出轴(5)，四者同轴套装在一起；绕组总成(1)位于内磁环总成(2)内腔中，并与内磁环总成(2)由气隙隔开；内磁环总成(2)位于调制环总成(3)内腔中，并与调制环总成(3)由气隙隔开；调制环总成(3)位于外磁环总成(4)内腔中，并与外磁环总成(4)由气隙隔开；绕组总成(1)通交流电产生旋转磁场，旋转磁场与内磁环总成(2)、调制环总成(3)、外磁环总成(4)产生作用力，经由输出轴(5)将动能输出。本实用新型结构简单、体积小，能够实现低转速输出，可满足各种低速负载的需求，适宜推广使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及永磁电机技术领域，具体地说是一种结构简单、体积小且能够实现低转速大扭矩输出的复合直驱电机。
背景技术
永磁电机由于效率高、功率因素高越来越受到广大用户的青睐，但是实际工业应用中有大量的应用场景需要大扭矩低转速的环境，比如说新能源汽车驱动系统、油田磕头机采油系统、带式输送系统、链式输送系统、风力发电系统等；针对这些环境通常有两种解决方案：方案一：采用(永磁)电机+减速机+负载；方案二：采用永磁电机+负载简称永磁直驱方式。方案一增加了传动环节，特别是减速机环节故障率很高。方案二永磁电机直驱方式对于低转速唯一的途径就是增加电机的极对数，这样的结果就是极对数很多，电机结构复杂，体积大，成本很高；或者采用了永磁齿轮与永磁电机进行集成的技术，极对数少，但受体积或工艺限制，转速仍然较高，无法满足低转速负载的要求。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种结构简单、体积小且能够实现低转速大扭矩输出的复合直驱电机，该复合直驱电机能够解决现有永磁电机转速与负载不匹配的缺陷，在永磁复合电机的基础上提出了二级复合直驱电机，使电机的转速进一步降低，增加了传递扭矩，降低了结构复杂性，使得产业化变成了可能。
本实用新型的目的是通过以下技术方案解决的：
一种二级复合直驱电机，包括相对设置的绕组总成、内磁环总成、调制环总成、外磁环总成和输出轴，其特征在于：绕组总成、内磁环总成、调制环总成和外磁环总成四者同轴套装在一起；绕组总成位于内磁环总成内腔中，并与内磁环总成由气隙隔开；内磁环总成位于调制环总成内腔中，并与调制环总成由气隙隔开；调制环总成位于外磁环总成内腔中，并与外磁环总成由气隙隔开；绕组总成由线圈绕组和调制铁芯构成，线圈绕组极对数为p1，调制铁芯上的凸极数量为p3；内磁环总成由内圈永磁环和外圈永磁环构成，内圈永磁环的磁极对数为p2，外圈永磁环的磁极对数为p4；线圈绕组极对数p1、凸极数p3和内圈永磁环的磁极对数p2的关系为p1+p2＝p3；调制环总成由导磁块和非导磁块间隔排列构成，导磁块数量为p6；外磁环总成的永磁环磁极对数为p5；外圈永磁环的磁极对数p4、调制环总成中导磁块数p6和外磁环总成的永磁环磁极对数p5之间的关系为 p4+p5＝p6；当绕组总成通交流电时会产生旋转的磁场，旋转磁场被调制铁芯上的凸极所调制进而产生的空间谐波磁场极对数与内磁环总成中内圈永磁环的磁极对数相匹配，使得绕组总成与内磁环总成之间产生作用力，将电能转换为动能带动内磁环总成旋转；当内磁环总成旋转时，外圈永磁环的旋转磁场被调制环总成上的导磁块所调制进而产生的空间谐波磁场极对数与外磁环总成的永磁环磁极对数相匹配，使得内磁环总成、调制环总成和外磁环总成之间产生作用力，并经由输出轴将动能输出。
所述内磁环总成中的内圈永磁环通过2p2块永磁体N极和S极间隔且周向均匀排列形成磁极对数为p2的磁环；或通过4p2块永磁体采用海尔贝克阵列周向排列形成磁极对数为p2的磁环。
所述内磁环总成中的外圈永磁环通过2p4块永磁体N极和S极间隔且周向均匀排列形成磁极对数为p4的磁环；或通过4p4块永磁体采用海尔贝克阵列周向排列形成磁极对数为p4的磁环。
所述外磁环总成中的永磁环通过2p5块永磁体N极和S极间隔且周向均匀排列形成磁极对数为p5的磁环；或通过4p5块永磁体采用海尔贝克阵列周向排列形成磁极对数为 p5的磁环。
所述的绕组总成通过支撑轴固定在第一端盖上，内磁环总成通过第一轴承安装在支撑轴上，使得内磁环总成能够相对绕组总成旋转。
所述的调制环总成作为转子与输出轴相连，输出轴向外穿过第二端盖内嵌置的第二轴承，并通过第二轴承相对第二端盖转动。
所述的外磁环总成、第一端盖和第二端盖合围构成该二级复合直驱电机的外壳，所述的外磁环总成位于第一端盖和第二端盖之间且外磁环总成的两端端面分别固定在第一端盖的端面内壁上和第二端盖的端面内壁上。
所述的绕组总成由线圈绕组、普通铁芯和调磁块构成，线圈绕组极对数为p1，调磁块数量为p3，且线圈绕组极对数p1、调磁块数量p3和内圈永磁环的磁极对数p2的关系为 p1+p2＝p3；当绕组总成通交流电时会产生旋转的磁场，旋转磁场被调磁块所调制进而产生的空间谐波磁场极对数与内磁环总成中内圈永磁环的磁极对数相匹配，使得绕组总成与内磁环总成之间产生作用力，将电能转换为动能带动内磁环总成旋转；当内磁环总成旋转时，外圈永磁环的旋转磁场被调制环总成上的导磁块所调制进而产生的空间谐波磁场极对数与外磁环总成的永磁环磁极对数相匹配，使得内磁环总成、调制环总成和外磁环总成之间产生作用力，并经由输出轴将动能输出。
所述的调磁块沿普通铁芯圆周方向均匀分布，紧密贴合在普通铁芯的外圆周面上，且相邻调磁块之间有间隙。
附图说明
附图1为本实用新型的二级复合直驱电机实施例一结构示意图；
附图2为附图1的截面结构示意图；
附图3为本实用新型的二级复合直驱电机实施例二结构示意图；
附图4为附图3的截面结构示意图。
其中：1、绕组总成；1-1、线圈绕组；1-2、调制铁芯；1-3、凸极；1-4、普通铁芯；1-5、调磁块；2、内磁环总成；2-1、内圈永磁环；2-2、外圈永磁环；3、调制环总成；3-1、导磁块；3-2、非导磁块；4、外磁环总成；4-1、永磁环；5、输出轴；6、支撑轴；7、第一端盖；8、第一轴承；9、第二端盖。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。
实施例一
如图1、2所示：一种二级复合直驱电机，包括相对设置的绕组总成(1)、内磁环总成(2)、调制环总成(3)、外磁环总成(4)和输出轴(5)。绕组总成(1)、内磁环总成(2)、调制环总成(3)和外磁环总成(4)四者同轴套装在一起；绕组总成(1) 位于内磁环总成(2)内腔中，并与内磁环总成(2)由气隙隔开；内磁环总成(2)位于调制环总成(3)内腔中，并与调制环总成(3)由气隙隔开；调制环总成(3)位于外磁环总成(4)内腔中，并与外磁环总成(4)由气隙隔开。内磁环总成(2)由内圈永磁环(2-1)和外圈永磁环(2-2)构成。内圈永磁环(2-1)通过18块永磁体N极和 S极间隔且周向均匀排列形成磁极对数为9的磁环；外圈永磁环(2-2)通过4块永磁体 N极和S极间隔且周向均匀排列形成磁极对数为2的磁环。调制环总成(3)由导磁块(3-1) 和非导磁块(3-2)间隔排列构成，导磁块(3-1)数量为25。外磁环总成(4)的永磁环(4-1)通过46块永磁体N极和S极间隔且周向均匀排列形成磁极对数为23的磁环。
在上述结构中，绕组总成(1)通过支撑轴(6)固定在第一端盖(7)上，内磁环总成(2)通过第一轴承(8)安装在支撑轴(6)上，使得内磁环总成(2)能够相对绕组总成旋转。调制环总成(3)作为转子与输出轴(5)相连，输出轴向外穿过第二端盖 (9)内嵌置的第二轴承(10)，并通过第二轴承相对第二端盖转动。外磁环总成(4)、第一端盖(7)和第二端盖(9)合围构成该二级复合直驱电机的外壳，外磁环总成(4) 位于第一端盖(7)和第二端盖(9)之间且外磁环总成(4)的两端端面分别固定在第一端盖(7)的端面内壁上和第二端盖(9)的端面内壁上。
实施例一
在上述结构的基础上，如图1、2所示，绕组总成(1)由线圈绕组(1-1)和调制铁芯(1-2)构成，线圈绕组(1-1)极对数为2，调制铁芯(1-2)上的凸极(1-3)数量为11。当绕组总成(1)通交流电时会产生旋转的磁场，旋转磁场被调制铁芯(1-2) 上的凸极(1-3)所调制进而产生的空间谐波磁场极对数与内磁环总成(2)中内圈永磁环(2-1)的磁极对数相匹配，使得绕组总成(1)与内磁环总成(2)之间产生作用力，将电能转换为动能带动内磁环总成(2)旋转；当内磁环总成(2)旋转时，外圈永磁环 (2-2)的旋转磁场被调制环总成(3)上的导磁块(3-1)所调制进而产生的空间谐波磁场极对数与外磁环总成(4)的永磁环(4-1)磁极对数相匹配，使得内磁环总成(2)、调制环总成(3)和外磁环总成(4)之间产生作用力，并经由输出轴(5)将动能输出。
实施例二
在上述结构的基础上，如图3、4所示，绕组总成(1)由线圈绕组(1-1)、普通铁芯(1-4)和调磁块(1-5)构成，线圈绕组(1-1)极对数为2，调磁块(1-5)数量为 11。当绕组总成(1)通交流电时会产生旋转的磁场，旋转磁场被调磁块(1-5)所调制进而产生的空间谐波磁场极对数与内磁环总成(2)中内圈永磁环(2-1)的磁极对数相匹配，使得绕组总成(1)与内磁环总成(2)之间产生作用力，将电能转换为动能带动内磁环总成(2)旋转；当内磁环总成(2)旋转时，外圈永磁环(2-2)的旋转磁场被调制环总成(3)上的导磁块(3-1)所调制进而产生的空间谐波磁场极对数与外磁环总成(4)的永磁环(4-1)磁极对数相匹配，使得内磁环总成(2)、调制环总成(3)和外磁环总成(4)之间产生作用力，并经由输出轴(5)将动能输出。
本实用新型通过将绕组总成(1)、内磁环总成(2)、调制环总成(3)、外磁环总成(4)四者同轴套装在一起，通过2次磁场的调制，在不增加线圈极对数的基础上，大大降低了电机的转速、简化了机械结构。当电机的绕组总成通交流电时会产生旋转的磁场，对于普通的永磁电机，线圈绕组极对数为2时，输出的转速为 n＝60f/p1＝60*50/2r/min＝1500r/min；对于本实用新型提出的二级复合直驱电机，电机的绕组总成(1)通交流电产生的旋转磁场，经过内磁环总成(2)、调制环总成(3)、外磁环总成(4)磁场调制、耦合作用后，输出的转速为n＝60f/p1*(p1/p2)*(p4/p5) ＝60fp4/(p2p5)，按照实施例中的磁极对数计算，输出转速n＝60*50*2/(9*23)＝29r/min，转速远远低于普通永磁电机的转速，实现了低转速大扭矩的输出。另外通过对各总成磁极对数的灵活设置，该二级复合直驱电机能够实现各种低转速大扭矩输出，满足不同低速负载的需求，适宜推广使用。
以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内；本实用新型未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
Claims (9)
1.一种二级复合直驱电机，包括相对设置的绕组总成(1)、内磁环总成(2)、调制环总成(3)、外磁环总成(4)和输出轴(5)，其特征在于：绕组总成(1)、内磁环总成(2)、调制环总成(3)和外磁环总成(4)四者同轴套装在一起；绕组总成(1)位于内磁环总成(2)内腔中，并与内磁环总成(2)由气隙隔开；内磁环总成(2)位于调制环总成(3)内腔中，并与调制环总成(3)由气隙隔开；调制环总成(3)位于外磁环总成(4)内腔中，并与外磁环总成(4)由气隙隔开；绕组总成(1)由线圈绕组(1-1)和调制铁芯(1-2)构成，线圈绕组(1-1)极对数为p1，调制铁芯(1-2)上的凸极(1-3)数量为p3；内磁环总成(2)由内圈永磁环(2-1)和外圈永磁环(2-2)构成，内圈永磁环(2-1)的磁极对数为p2，外圈永磁环(2-2)的磁极对数为p4；线圈绕组(1-1)极对数p1、凸极(1-3)数p3和内圈永磁环(2-1)的磁极对数p2的关系为p1+p2＝p3；调制环总成(3)由导磁块(3-1)和非导磁块(3-2)间隔排列构成，导磁块(3-1)数量为p6；外磁环总成(4)的永磁环(4-1)磁极对数为p5；外圈永磁环(2-2)的磁极对数p4、调制环总成(3)中导磁块(3-1)数p6和外磁环总成(4)的永磁环(4-1)磁极对数p5之间的关系为p4+p5＝p6；当绕组总成(1)通交流电时会产生旋转的磁场，旋转磁场被调制铁芯(1-2)上的凸极(1-3)所调制进而产生的空间谐波磁场极对数与内磁环总成(2)中内圈永磁环(2-1)的磁极对数相匹配，使得绕组总成(1)与内磁环总成(2)之间产生作用力，将电能转换为动能带动内磁环总成(2)旋转；当内磁环总成(2)旋转时，外圈永磁环(2-2)的旋转磁场被调制环总成(3)上的导磁块(3-1)所调制进而产生的空间谐波磁场极对数与外磁环总成(4)的永磁环(4-1)磁极对数相匹配，使得内磁环总成(2)、调制环总成(3)和外磁环总成(4)之间产生作用力，并经由输出轴(5)将动能输出。
2.根据权利要求1所述的二级复合直驱电机，其特征在于：所述的内磁环总成(2)中的内圈永磁环(2-1)通过2p2块永磁体N极和S极间隔且周向均匀排列形成磁极对数为p2的磁环；或通过4p2块永磁体采用海尔贝克阵列周向排列形成磁极对数为p2的磁环。
3.根据权利要求1所述的二级复合直驱电机，其特征在于：所述的内磁环总成(2)中的外圈永磁环(2-2)通过2p4块永磁体N极和S极间隔且周向均匀排列形成磁极对数为p4的磁环；或通过4p4块永磁体采用海尔贝克阵列周向排列形成磁极对数为p4的磁环。
4.根据权利要求1所述的二级复合直驱电机，其特征在于：所述的外磁环总成(4)中的永磁环(4-1)通过2p5块永磁体N极和S极间隔且周向均匀排列形成磁极对数为p5的磁环；或通过4p5块永磁体采用海尔贝克阵列周向排列形成磁极对数为p5的磁环。
5.根据权利要求1所述的二级复合直驱电机，其特征在于：所述的绕组总成(1)通过支撑轴(6)固定在第一端盖(7)上，内磁环总成(2)通过第一轴承(8)安装在支撑轴(6)上，使得内磁环总成(2)能够相对绕组总成旋转。
6.根据权利要求1所述的二级复合直驱电机，其特征在于：所述的调制环总成(3)作为转子与输出轴(5)相连，输出轴向外穿过第二端盖(9)内嵌置的第二轴承(10)，并通过第二轴承相对第二端盖转动。
7.根据权利要求1所述的二级复合直驱电机，其特征在于：所述的外磁环总成(4)、第一端盖(7)和第二端盖(9)合围构成该二级复合直驱电机的外壳，所述的外磁环总成(4)位于第一端盖(7)和第二端盖(9)之间且外磁环总成(4)的两端端面分别固定在第一端盖(7)的端面内壁上和第二端盖(9)的端面内壁上。
8.根据权利要求1所述的二级复合直驱电机，其特征在于：所述的绕组总成(1)由线圈绕组(1-1)、普通铁芯(1-4)和调磁块(1-5)构成，线圈绕组(1-1)极对数为p1，调磁块(1-5)数量为p3，且线圈绕组(1-1)极对数p1、调磁块(1-5)数量p3和内圈永磁环(2-1)的磁极对数p2的关系为p1+p2＝p3；当绕组总成(1)通交流电时会产生旋转的磁场，旋转磁场被调磁块(1-5)所调制进而产生的空间谐波磁场极对数与内磁环总成(2)中内圈永磁环(2-1)的磁极对数相匹配，使得绕组总成(1)与内磁环总成(2)之间产生作用力，将电能转换为动能带动内磁环总成(2)旋转；当内磁环总成(2)旋转时，外圈永磁环(2-2)的旋转磁场被调制环总成(3)上的导磁块(3-1)所调制进而产生的空间谐波磁场极对数与外磁环总成(4)的永磁环(4-1)磁极对数相匹配，使得内磁环总成(2)、调制环总成(3)和外磁环总成(4)之间产生作用力，并经由输出轴(5)将动能输出。
9.根据权利要求8所述的二级复合直驱电机，其特征在于：所述的调磁块(1-5)沿普通铁芯(1-4)圆周方向均匀分布，紧密贴合在普通铁芯(1-4)的外圆周面上，且相邻调磁块(1-5)之间有间隙。
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| CN201920280029.8U Active CN210444078U (zh) | 2019-03-06 | 2019-03-06 | 一种二级复合直驱电机 |
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