CN220798056U - 一种基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供的一种基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机，包括：内转子、分布式调磁环、外定子；内转子由内转子铁芯和内转子永磁体构成，内转子与分布式调磁环之间设有内气隙；分布式调磁环包括沿周向周期性分布的多个导磁片和非导磁片，在每个周期内多个导磁片和非导磁片交替组合排列，沿周向形成周期性变化的曲线；外定子固定于分布式调磁环的外部，外定子包括：外定子铁芯、齿槽和绕组，外定子与分布式调磁环之间设有外气隙；在本实用新型中，由于导磁片和非导磁片沿周向形成周期性变化的曲线，当内转子旋转时，气隙厚度在周向上呈特定曲线变化，从而对气隙磁场进行调制，实现转矩输出和变速驱动的效果，提高了磁力传递效率以及转矩密度。
Description
技术领域
本实用新型属于磁力传动技术领域，具体涉及一种基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机。
背景技术
传统的磁齿轮通过磁场耦合传递转矩，实现变速驱动。具有结构紧凑、无润滑、无磨损、噪声低以及过载保护等优点。电机作为一种将电能转化为机械能的装置，具有效率高、可控性强和结构紧凑的特点。磁齿轮复合电机结合了磁齿轮传动与现代电机控制的优势，通过永磁体磁场和电磁场相互作用进行变速传动，并且可以利用现代电机控制技术来调节磁场以实现精确的传动控制。在混动/电动汽车、低速大转矩直驱、航空航天等领域具有广阔的应用前景。
目前，高转矩密度的磁齿轮复合电机都是根据传统磁场调制原理实现的。传统磁场调制技术属于集中式，调磁块由导磁片沿轴向堆叠而成，调磁块体积大，且彼此远离。
因此，采用传统磁场调制技术的磁齿轮复合电机，在转动时磁场中的无效谐波含量高，因此磁力传递效率低、启动能耗大，且当传动比较大时，转矩密度会明显下降。
实用新型内容
为了解决现有技术中所存在的上述问题，本实用新型提供了一种基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机。
本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本实用新型提供了一种基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机，包括：内转子1、分布式调磁环2、外定子3；
所述内转子1由内转子铁芯6和内转子永磁体7构成，所述内转子1同轴转动于分布式调磁环2内部，所述内转子1与分布式调磁环2之间设有内气隙8；
所述分布式调磁环2包括沿周向周期性分布的多个导磁片4和非导磁片5，在每个周期内所述多个导磁片4和所述非导磁片5交替组合排列，沿周向形成周期性变化的曲线；
所述外定子3固定于分布式调磁环2的外部，所述外定子3包括：外定子铁芯10、齿槽11和绕组12，所述外定子3与所述分布式调磁环2之间设有外气隙9。
可选地，内转子永磁体7的极对数和外定子3的极对数，气隙厚度变化周期满足以下关系Ps＝P±Pω；其中Ps为所述外定子3极对数，Pω为气隙厚度变化周期，所述气隙厚度变化周期与分布式调磁环2的结构相关，P为内转子永磁体7极对数。
可选地，齿槽11采用梨形槽，所述绕组12采用上下双层绕组。
可选地，内转子永磁体7由若干充磁方向相反的永磁体组成，所述永磁体依次紧密排列在所述内转子铁芯6的外表面。
可选地，内转子永磁体7在径向呈弧形，且所述内转子永磁体7通过粘贴的方式依次紧密排列在所述内转子铁芯6的外表面。
可选地，所述内转子永磁体7采用径向充磁或Halbach充磁。
可选地，齿槽11沿外定子铁芯10轴向分布，绕组12包裹于齿槽11内部。
可选地，所述绕组12采用分布式绕组。
可选地，所述绕组12采用铜线或铝线制成；所述铜线或铝线按照分布式绕组的分布穿过齿槽11，固定在外定子3上。
可选地，所述绕组12采用分布式绕组中的正弦绕组。
本实用新型提供的一种基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机，包括：内转子1、分布式调磁环2、外定子3；内转子1由内转子铁芯6和内转子永磁体7构成，内转子1同轴转动于分布式调磁环2内部，内转子1与分布式调磁环2之间设有内气隙8；分布式调磁环2包括沿周向周期性分布的多个导磁片4和非导磁片5，在每个周期内多个导磁片4和非导磁片5交替组合排列，沿周向形成周期性变化的曲线；外定子3固定于分布式调磁环2的外部，外定子3包括：外定子铁芯10、齿槽11和绕组12，外定子3与分布式调磁环2之间设有外气隙9；在本实用新型中，由于导磁片4和非导磁片5沿周向形成周期性变化的曲线，当内转子旋转时，气隙厚度在周向上呈特定曲线变化，从而对气隙磁场进行调制，实现转矩输出和变速驱动的效果，提高了磁力传递效率以及转矩密度。
以下将结合附图及对本实用新型做进一步详细说明。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机的横截面示意图；
图2是本实用新型实施例提供的一种基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机的分布式调磁环结构示意图；
图3是本实用新型实施例提供的一种基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机的齿槽尺寸示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
为了解决现有技术中存在的，在磁齿轮复合电机转动时磁场中的无效谐波含量高，因此磁力传递效率低、启动能耗大，且当传动比较大时，转矩密度会明显下降的问题，本实用新型实施例提供了一种基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机。
图1为本实用新型实施例提供的一种基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机结构的横截面示意图。如图1所示，所述基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机包括：内转子1、分布式调磁环2、外定子3；
内转子1由内转子铁芯6和内转子永磁体7构成，内转子1同轴转动于分布式调磁环2内部，内转子1与分布式调磁环2之间设有内气隙8；
分布式调磁环2包括沿周向周期性分布的多个导磁片4和非导磁片5，在每个周期内多个导磁片4和非导磁片5交替组合排列，沿周向形成周期性变化的曲线；
外定子3固定于分布式调磁环2的外部，外定子3包括：外定子铁芯10、齿槽11和绕组12，外定子3与分布式调磁环2之间设有外气隙9。
本实施例提供的一种基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机，包括：内转子1、分布式调磁环2、外定子3；内转子1由内转子铁芯6和内转子永磁体7构成，内转子1同轴转动于分布式调磁环2内部，内转子1与分布式调磁环2之间设有内气隙8；分布式调磁环2包括沿周向周期性分布的多个导磁片4和非导磁片5，在每个周期内多个导磁片4和非导磁片5交替组合排列，沿周向形成周期性变化的曲线；外定子3固定于分布式调磁环2的外部，外定子3包括：外定子铁芯10、齿槽11和绕组12，外定子3与分布式调磁环2之间设有外气隙9；在本实用新型中，由于导磁片4和非导磁片5沿周向形成周期性变化的曲线，当内转子旋转时，气隙厚度在周向上呈特定曲线变化，从而对气隙磁场进行调制，实现转矩输出和变速驱动的效果，提高了磁力传递效率以及转矩密度。
图2是本实用新型实施例提供的一种基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机的分布式调磁环2的结构示意图，如图2所示，分布式调磁环2包括沿周向周期性分布的多个导磁片4和非导磁片5，在每个周期内多个导磁片4和非导磁片5交替组合排列，沿周向形成周期性变化的曲线。
具体地，如图2所述，上述周期性变化的曲线在一个周期内的形状可以认为是一个正弦馒头波，该正弦馒头波上下存在固定间隙，且多个正弦馒头波在拼接时，其边缘存在缓冲区。
可选地，所述内转子永磁体7的极对数和外定子3的极对数，气隙厚度变化周期满足以下关系Ps＝P±Pω；其中Ps为所述外定子3极对数，Pω为气隙厚度变化周期，所述气隙厚度变化周期与分布式调磁环2的结构相关，P为内转子永磁体7极对数。
在本实用新型实施例中，内转子永磁体7可以采用径向充磁或Halbach充磁。当采用径向充磁时，内转子永磁体7的极对数和外定子3的极对数，气隙厚度变化周期满足以下关系Ps＝P±Pω；其中Ps为外定子3极对数，Pω为气隙厚度变化周期，气隙厚度变化周期与分布式调磁环2的结构相关，P为内转子永磁体7极对数。
实例性地，当内转子永磁体7极对数P为27时，外定子3极对数Ps为2，气隙厚度变化周期数Pω为29，因此该基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机的传动比为2：27。
进一步，可以理解的是，可以根据所需的传动比，对内转子永磁体7极对数，外定子3极对数以及分布式调磁环2的结构进行调整。
可选地，所述齿槽11采用梨形槽，所述绕组12采用上下双层绕组。
在本实施例中，如图1所示，所述上下双层绕组形状相同，排布方式相同。具体地，所述上下双层绕组的线圈可以采用分布式规则进行排布。
图3是本实用新型实施例提供的一种基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机的齿槽尺寸示意图。可以理解的是，图3示出的只是基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机的齿槽结构优选尺寸，齿槽尺寸的设计不止于此。
可选地，所述内转子永磁体7由若干充磁方向相反的永磁体组成，所述永磁体依次紧密排列在所述内转子铁芯6的外表面。
可选地，所述内转子永磁体7在径向呈弧形，且所述内转子永磁体7通过粘贴的方式依次紧密排列在所述内转子铁芯6的外表面。
可选地，所述内转子永磁体7采用径向充磁或Halbach充磁。
可选地，齿槽11沿外定子铁芯10轴向分布，绕组12包裹于齿槽11内部。
需要说明的是，在本实用新型实施例中，外定子铁芯10可以由高导磁性材料制成，进而可以为磁场提供磁路，保证磁场能有效穿过外定子3。
可选地，所述绕组12采用分布式绕组。
需要说明的是，电机绕组在设置时有两种设置方式，一种是集中式绕组，一种是分布式绕组。本实用新型实施例采用分布式绕组方式进行电机绕组设置，用以降低高次谐波的含量，提高效率。
可选地，所述绕组12采用铜线或铝线制成；所述铜线或铝线按照分布式绕组的分布穿过齿槽11，固定在外定子3上。
可选地，所述绕组12采用分布式绕组中的正弦绕组。
需要说明的是，在本实用新型实施例中，绕组12通过采用正弦绕组，通过改变跨距来调整谐波含量，使得气隙磁场的高次谐波含量降低，电磁损耗会相应减少，可以将一部分转化为热能的能量转化成机械能，提高设备效率。进一步地，本实用新型提供的基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机结构紧凑，可以达到更高的转矩密度。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
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或者特点包含于本实用新型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必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征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。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图以及公开内容，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在本实用新型的描述中，“包括”一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外,相互不同的实施例中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
在本实用新型中，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，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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实用新型中的具体含义。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机，其特征在于，包括：内转子(1)、分布式调磁环(2)、外定子(3)；
所述内转子(1)由内转子铁芯(6)和内转子永磁体(7)构成，所述内转子(1)同轴转动于分布式调磁环(2)内部，所述内转子(1)与分布式调磁环(2)之间设有内气隙(8)；
所述分布式调磁环(2)包括沿周向周期性分布的多个导磁片(4)和非导磁片(5)，在每个周期内所述多个导磁片(4)和所述非导磁片(5)交替组合排列，沿周向形成周期性变化的曲线；
所述外定子(3)固定于分布式调磁环(2)的外部，所述外定子(3)包括：外定子铁芯(10)、齿槽(11)和绕组(12)，所述外定子(3)与所述分布式调磁环(2)之间设有外气隙(9)。
2.根据权利要求1所述的基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机，其特征在于，所述内转子永磁体(7)的极对数和外定子(3)的极对数，气隙厚度变化周期满足以下关系Ps＝P±Pω；其中Ps为所述外定子(3)极对数，Pω为气隙厚度变化周期，所述气隙厚度变化周期与分布式调磁环(2)的结构相关，P为内转子永磁体(7)极对数。
3.根据权利要求1所述的基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机，其特征在于，所述齿槽(11)采用梨形槽，所述绕组(12)采用上下双层绕组。
4.根据权利要求1所述的基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机，其特征在于，所述内转子永磁体(7)由若干充磁方向相反的永磁体组成，所述永磁体依次紧密排列在所述内转子铁芯(6)的外表面。
5.根据权利要求1或4所述的基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机，其特征在于，所述内转子永磁体(7)在径向呈弧形，且所述内转子永磁体(7)通过粘贴的方式依次紧密排列在所述内转子铁芯(6)的外表面。
6.根据权利要求1所述的基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机，其特征在于，所述内转子永磁体(7)采用径向充磁或Halbach充磁。
7.根据权利要求1所述的基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机，其特征在于，齿槽(11)沿外定子铁芯(10)轴向分布，绕组(12)包裹于齿槽(11)内部。
8.根据权利要求1所述的基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机，其特征在于，所述绕组(12)采用分布式绕组。
9.根据权利要求8所述的基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机，其特征在于，所述绕组(12)采用铜线或铝线制成；所述铜线或铝线按照分布式绕组的分布穿过齿槽(11)，固定在外定子(3)上。
10.根据权利要求8所述的基于分布式调磁环的磁齿轮复合电机，其特征在于，所述绕组(12)采用分布式绕组中的正弦绕组。
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