軸徑向磁通的調磁電機制造技術

本發明專利技術公開了一種新型軸徑向磁通的調磁電機。包括同軸安裝在機殼內的繞組定子、兩個永磁定子和調磁轉子；繞組定子和調磁轉子置于機殼內，分別位于外圈和內圈，兩個永磁定子分別位于調磁轉子兩端并對稱安裝，繞組定子和永磁定子均固定在機殼上，調磁轉子固定在轉軸上，繞組定子與調磁轉子之間存在徑向氣隙，兩個永磁定子與調磁轉子之間分別存在軸向氣隙。本發明專利技術具有自動過載保護功能，與傳統調磁電機相比，具有更大的氣隙磁密、轉矩密度和功率密度，機械可靠性更高，在風力發電、新能源汽車、電動艦船、多電飛機等低速大扭矩應用場合具有廣闊的應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及了一種調磁電機，尤其是涉及了一種具有軸向和徑向兩個磁通方向的新型調磁電機，優化了傳統調磁電機的磁路和機械結構，可廣泛用于風力發電、新能源汽車、電動艦船以及多電飛機等低速大扭矩的應用領域。
技術介紹
目前90％的低速大扭矩應用場合采用減速齒輪箱對傳統電機進行速度和轉矩的變換，齒輪箱的存在不僅增加了系統的體積，由于齒輪間的機械摩擦，還不可避免地引入了振動和噪聲，并且增加了潤滑和維護的成本，更重要的是，機械齒輪在過載條件下發生不可逆的破壞，大大降低了系統的整體可靠性。永磁電機與電勵磁電機相比，采用永磁體進行勵磁，沒有電勵磁帶來的能量損耗，具有更高的效率；同時永磁體能夠提供較大的氣隙磁通密度，因此還具有更高的轉矩密度和功率密度。2001年英國科學家提出了一種基于磁場調制理論的同軸式磁性齒輪，解決了機械摩擦帶來的一系列問題。2008年我國學者提出了結合了磁性齒輪與傳統電機結構的新型永磁電機結構，稱為調磁電機。調磁電機將磁性齒輪與永磁電機巧妙地結合為一體，系統結構更加緊湊，轉矩密度大大提高，同時還具有自動過載保護的功能，適用于各種直驅場合傳統的調磁電機多為徑向磁通結構，轉矩密度有限；與普通永磁電機相比，調磁電機具有三個同軸部件和兩個氣隙，因此調磁轉子多采用杯形結構，增加了制造難度，也降低了機械強度；由于露在定子外部的繞組端部帶來了額外的軸向空間無法被充分利用，空間利用率較低。
技術實現思路
針對現有調磁電機技術中存在的問題，本專利技術的目的在于提供了一種新型軸徑向磁通的調磁電機。本專利技術所采用的技術方案是：本專利技術包括同軸安裝在機殼內的繞組定子、兩個永磁定子和調磁轉子；繞組定子和調磁轉子置于機殼內，分別位于外圈和內圈，兩個永磁定子分別位于調磁轉子兩端并對稱安裝，繞組定子和永磁定子均固定在機殼上，調磁轉子固定在轉軸上，繞組定子與調磁轉子之間存在徑向氣隙，兩個永磁定子與調磁轉子之間分別存在軸向氣隙，磁場通過徑向氣隙和軸向氣隙形成閉合磁路，利用繞組與永磁體的磁場相互作用實現能量傳遞。所述的繞組定子包括繞組鐵芯和繞制在繞組鐵芯上的勵磁繞組；所述的永磁定子包括永磁體鐵芯和多塊永磁體，多塊永磁體沿圓周均布地固定在永磁體鐵芯靠近調磁轉子一側的端面上；所述的調磁轉子包括固定內圈和多塊調磁塊，多塊調磁塊沿圓周間隔均布地固定在固定內圈周圍；轉軸兩端貫穿永磁體鐵芯和機殼的中心孔后伸出到機殼外，調磁塊和繞組鐵芯之間存在徑向氣隙，永磁體和調磁塊之間存在軸向氣隙。所述調磁轉子兩端的兩個永磁定子結構相同，以調磁轉子中部端面相對稱布置。每個所述永磁體軸向充磁，每個永磁定子上相鄰兩塊永磁體的充磁方向相反，所述兩個永磁定子上的永磁體安裝位置相對稱，且相對稱的兩塊永磁體的充磁方向相反。所述的繞組定子上裝有三相勵磁繞組，勵磁繞組采用分布式繞組或集中式繞組，勵磁繞組引出端由外部電路供電。所述永磁定子上以充磁方向相反的相鄰兩塊永磁體為一對，所述永磁定子上共有Pm對永磁體，所述的繞組定子上嵌有極對數為Pw的三相勵磁繞組，所述調磁轉子周圍固定有N塊調磁塊，勵磁繞組極對數Pw、永磁體極對數Pm和調磁塊塊數N滿足以下公式：N＝Pw+Pm從而使得繞組勵磁的工作頻率f和調磁轉子的轉速Ωt滿足以下公式： 2 π f Ω t = N . ]]>所述的繞組鐵芯采用整硅鋼片疊壓而成。所述的永磁定子上的永磁體通過表面膠粘或者內嵌等方式固定，永磁體鐵芯采用整塊導磁材料或硅鋼片疊壓制成。所述的調磁塊采用整塊導磁材料或硅鋼片疊壓而成。所述的固定內圈、轉軸和機殼均采用非導磁材料制成。本專利技術的工作原理：一方面，調磁塊對永磁體產生的磁場進行調制，獲得與繞組極對數相同的磁場諧波分量，以此磁場諧波而非磁場基波進行轉矩傳輸，來實現與機械齒輪一樣的減速效果。另一方面，將永磁體置于調磁塊兩端而非內側，能夠有效利用端部繞組帶來的額外空間，提高了空間利用率。并且軸徑向兩個磁通方向能夠利用聚磁效應提高氣隙磁密，進一步提升轉矩密度。本專利技術的調磁電機利用調磁塊對永磁體磁場的調制作用，實現低速大扭矩的能量傳輸。與傳統調磁電機的區別在于，本專利技術具有徑向和軸向兩個磁通方向，將永磁體放置在調磁塊兩端而不是內側，能夠獲得更大的空間利用率和轉矩密度，并提高機械可靠性。與普通永磁電機相比，本專利技術涉及的軸徑向磁通的調磁電機具有以下明顯優勢：本專利技術簡化了系統結構，去除了減速齒輪箱，結構更加緊湊，沒有機械摩擦帶來的損耗、噪聲和振動等問題，同時不需要機械齒輪中存在的潤滑和維護成本。本專利技術轉矩密度高，是相同體積的傳統調磁電機的2.8倍左右。基于磁場調制原理，利用比基波磁場旋轉速度慢得多的諧波磁場進行能量傳遞，具有與機械齒輪一樣的減速效果，在功率一定的情況下，能夠大大提高輸出轉矩，軸徑向磁通的設計不僅提高了空間利用率，還可以利用聚磁原理進一步提高氣隙磁密和輸出轉矩。本專利技術具有自動過載保護作用，當轉矩超過電機的最大可輸出轉矩時，轉子將失去同步發生滑動，而不會出現機械齒輪的卡死和報廢等現象。本專利技術空間利用率高，永磁體位于調磁轉子兩端而非內部，能夠有效利用端部繞組空間。本專利技術機械可靠性高，無需傳統調磁電機的杯形轉子結構。附圖說明圖1是本專利技術的結構示意圖。圖2是本專利技術的爆炸視圖。圖3是本專利技術的正視剖視圖。圖4是本專利技術的側視剖視圖。圖5是本專利技術的繞組定子示意圖。圖6是本專利技術的永磁定子示意圖。圖7是本專利技術的調磁轉子示意圖。圖中：1.繞組定子；2.勵磁繞組；3.永磁定子；4.永磁體；5.調磁轉子；6.調磁塊；7.轉軸；8.機殼，9、永磁體鐵芯；10、固定內圈；11、繞組鐵芯。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術做進一步說明：如圖1～圖4所示，本專利技術包括同軸安裝在機殼8內的繞組定子1、兩個永磁定子3和調磁轉子5；繞組定子1和調磁轉子5置于機殼8內，分別位于外圈和內圈，兩個永磁定子3分別位于調磁轉子5兩端并對稱安裝，繞組定子1和永磁定子3均固定在機殼8上，調磁轉子5固定在轉軸7上，繞組定子1與調磁轉子5之間存在徑向氣隙，兩個永磁定子3與調磁轉子5之間分別存在軸向氣隙。如圖5所示，繞組定子1包括繞組鐵芯11和繞制在繞組鐵芯11上的勵磁繞組2，繞組定子1上裝有三相勵磁繞組，勵磁繞組2采用分布式繞組或集中式繞組，勵磁繞組2引出端由外部電路供電。如圖7所示，調磁轉子5包括固定內圈10和多塊調磁塊6，多塊調磁塊6沿圓周間隔均布地固定在固定內圈10周圍，形成一圈調磁塊6。如圖6所示，永磁定子3包括永磁體鐵芯9和多塊永磁體4，多塊永磁體4沿圓周均布地固定在永磁體鐵芯9靠近調磁轉子5一側的端面上，形成一圈永磁體4。永磁定子3上的永磁體4通過表面膠粘或者內嵌等方式固定。每個永磁體4軸向充磁，每個永磁定子3上相鄰兩塊永磁體4的充磁方向相反；兩個永磁定子3上的永磁體4安裝位置關于調磁轉子5的中部端面對稱，且相對稱的兩塊永磁體4的充磁方向相反。轉軸7兩端貫穿永磁體鐵芯9和機殼8的中心孔后伸出到機殼8外，調磁塊6和繞組鐵芯11之間有徑向氣隙，永磁體4和調磁塊6之間有軸向氣隙。本專利技術的具體實施例及其實本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種新型軸徑向磁通的調磁電機，其特征是：包括同軸安裝在機殼(8)內的繞組定子(1)、兩個永磁定子(3)和調磁轉子(5)；繞組定子(1)和調磁轉子(5)置于機殼(8)內，分別位于外圈和內圈，兩個永磁定子(3)分別位于調磁轉子(5)兩端并對稱安裝，繞組定子(1)和永磁定子(3)均固定在機殼(8)上，調磁轉子(5)固定在轉軸(7)上，永磁體定子(3)固定在機殼(8)上，繞組定子(1)與調磁轉子(5)之間存在徑向氣隙，兩個永磁定子(3)與調磁轉子(5)之間分別存在軸向氣隙。

【技術特征摘要】
1.一種新型軸徑向磁通的調磁電機，其特征是：包括同軸安裝在機殼(8)內的繞組定子(1)、兩個永磁定子(3)和調磁轉子(5)；繞組定子(1)和調磁轉子(5)置于機殼(8)內，分別位于外圈和內圈，兩個永磁定子(3)分別位于調磁轉子(5)兩端并對稱安裝，繞組定子(1)和永磁定子(3)均固定在機殼(8)上，調磁轉子(5)固定在轉軸(7)上，永磁體定子(3)固定在機殼(8)上，繞組定子(1)與調磁轉子(5)之間存在徑向氣隙，兩個永磁定子(3)與調磁轉子(5)之間分別存在軸向氣隙。2.根據權利要求1所述的一種新型軸徑向磁通的調磁電機，其特征是：所述的繞組定子(1)包括繞組鐵芯(11)和繞制在繞組鐵芯(11)上的勵磁繞組(2)；所述的永磁定子(3)包括永磁體鐵芯(9)和多塊永磁體(4)，多塊永磁體(4)沿圓周均布地固定在永磁體鐵芯(9)靠近調磁轉子(5)一側的端面上；所述的調磁轉子(5)包括固定內圈(10)和多塊調磁塊(6)，多塊調磁塊(6)沿圓周間隔均布地固定在固定內圈(10)周圍；轉軸(7)兩端貫穿永磁體鐵芯(9)和機殼(8)的中心孔后伸出到機殼(8)外，調磁塊(6)和繞組鐵芯(11)之間有徑向氣隙，永磁體(4)和調磁塊(6)之間有軸向氣隙。3.根據權利要求1所述的一種新型軸徑向磁通的調磁電機，其特征是：所述調磁轉子(5)兩端的兩個永磁定子(3)結構相同，以調磁轉子(5)中部端面相對稱布置。4.根據權利要求3所述的一種新型軸徑向磁通的調磁電機，其特征是：每個所述永磁體(4)軸向充磁，每個永磁定子(3)上相鄰兩塊永磁體(4)的充磁方向相反，；所述兩個永磁定子(3)上的永磁體(4)安裝位置關于調磁轉子(5)的中部端面對稱，且相對...

【專利技術屬性】
技術研發人員：印欣，方攸同，福義濤，黃曉艷，周晶，馬吉恩，張健，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：浙江;33