專利名稱：一種盤式永磁復合無刷電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種新型盤式永磁復合無刷電機，屬于新型特種電機技術。
背景技術：
目前普通圓柱形電機存在一些弱點，如冷卻困難和轉子鐵心利用率低等；同時，機 械齒輪箱在諸多傳動領域得到應用，以實現(xiàn)增速或減速，達到系統(tǒng)的要求。但是，這也使得 整個傳動系統(tǒng)的體積和重量大大增加，投資成本相應增加，除此之外，噪聲大、效率低、傳輸 精度低、響應慢也是其不足之處，齒輪箱的磨損會減少系統(tǒng)的壽命和可靠性。盤式電機具有其獨特的優(yōu)點，同時磁齒輪的概念逐步得到推廣，其應用范圍也將 不斷擴大，此處將盤式電機與磁齒輪相結合，形成一種新型盤式永磁復合無刷電機，其具有 如下優(yōu)點(1)盤式結構電機具有結構簡單、運行可靠、維護方便、軸向結構緊湊、效率高和無 級調速等特點，尤其體積小和重量輕，大約為普通永磁電機的50%，特別適用于對體積和重 量有苛刻要求的場合以及低速電機中。(2)將磁齒輪引入到盤式電機中組成復合電機，這種結構通過磁齒輪實現(xiàn)一定的 速度變比，無需配備減速機構。同時，由于磁齒輪噪聲低、免維修、可靠性高、轉矩傳輸能力 大、過載自動保護等優(yōu)點。(3)無刷結構省去了電刷，簡化了電機結構和成本，省去了對電刷的維護與保養(yǎng)， 增加了系統(tǒng)可靠性。電機的高密度設計使得電機單位體積的損耗和發(fā)熱量增大，導致電機各部份溫度 升高、轉子永磁體的內(nèi)稟矯頑力下降和加速永磁磁鋼累積退磁效應的進程。圓柱形電機的 結構特點限制了其散熱的能力，但是盤式電機中盤形的轉子結構提供了一個較大的散熱 面，有利于電機散熱，從而為電機功率密度的增加提供了空間，同時將磁齒輪融合到盤式電 機中，可有效地降低噪聲，提高可靠性，并支持過載自動保護。
發(fā)明內(nèi)容
技術問題本發(fā)明通過提出一種盤式永磁復合無刷電機，解決了現(xiàn)有傳動裝置中 的機械增速齒輪箱功率密度低、機械磨損和噪音等問題，同時在傳統(tǒng)磁齒輪結構的基礎上 省去一個磁齒輪的內(nèi)轉子，簡化裝置制造工藝，減小電機的體積、重量和制造成本，提高效 率、同時還去除了由內(nèi)轉子帶來的較大的振動以及噪聲。作為輪轂電機應用于電動汽車時 內(nèi)轉子的省去也減少了汽車的非簧載質量，提高的駕乘的穩(wěn)定性以及舒適性。盤式電機結 構的應用將解決圓柱形徑向電機冷卻困難和鐵心利用率低等問題，并具有較高的功率密 度。技術方案本發(fā)明公開了一種新型盤式永磁復合無刷電機，該電機包括定子、繞 組、靜止調磁環(huán)、磁齒輪外轉子、轉子軛部、永磁體；磁齒輪外轉子與機殼合為一體，永磁體 沿圓周方向均勻嵌放在轉子軛上，定子采用盤式開槽結構，繞組嵌放在定子槽中，靜止調磁環(huán)采用盤形結構，置于磁齒輪外轉子與定子之間。磁齒輪外轉子與靜止調磁環(huán)之間有氣隙，靜止調磁環(huán)與定子之間有氣隙，較以往 磁齒輪結構省去一個磁齒輪的內(nèi)轉子。磁齒輪外轉子采用永磁體與轉子軛鐵心交錯的形式，所有永磁體極性方向相同， 永磁體材料為釹鐵硼，充磁方向為軸向。靜止調磁環(huán)采用調磁塊和非調磁塊沿圓周方向均勻分布的結構，調磁塊材料為硅 鋼片，非調磁塊材料為非導磁的鋁。所述靜止調磁環(huán)中的調磁塊數(shù)等于轉子永磁體數(shù)與定子磁場極對數(shù)之和。當定子繞組通以一定頻率的交流電時，在靠近定子一側的氣隙中產(chǎn)生一個以角速 度Q1旋轉的磁場，經(jīng)過調磁環(huán)調制作用，在靠近磁齒輪外轉子一側的氣隙中產(chǎn)生一個調制 波磁場，其旋轉角速度為_ω 2，該磁場與磁齒輪外轉子上的永磁體相互作用，帶動磁齒輪外 轉子旋轉，通過改變通過繞組的電壓頻率從而實現(xiàn)不同的角速度ω”進而得到不同的外轉 子旋轉速度_ω2，實現(xiàn)調速驅動。(O1 ω2為速度變比，等于磁齒輪外轉子永磁體數(shù)與內(nèi) 定子極對數(shù)之比。為調制出最大的諧波磁場，取靜止調磁環(huán)中調磁鐵塊數(shù)等于磁齒輪外轉子永磁體 數(shù)與定子極對數(shù)之和。有益效果(1)省去了機械變速齒輪箱，但卻可以獲得較大的機械轉矩，不存在齒輪箱的機械 磨損、維護和噪音問題，提高了裝置可靠性。同時減小電機的體積，重量和制造成本；(2)省去了磁齒輪的內(nèi)轉子，制造工藝大大簡化，減少永磁體用量，避免了由內(nèi)轉 子帶來的機械振動以及噪聲。應用于電動汽車，減少了非簧載質量，提高的駕乘的穩(wěn)定性以 及舒適性；(3)轉子采用高磁能積釹鐵硼勵磁，沒有滑環(huán)和電刷，無需外加電源勵磁，具有結 構簡單、體積小重量輕、功率密度高、效率高以及可靠性高等優(yōu)點；(4)轉子永磁體內(nèi)嵌在轉子鐵心中不會發(fā)生受力脫落現(xiàn)象，提高了機械可靠性，減 少了永磁用量，降低了生產(chǎn)成本；(5)轉子永磁體之間通過鐵心隔離，阻斷了各永磁體中渦流電流的相互流動，從而 降低了轉子永磁體中的渦流損耗。(6)能在低速下提供較大的轉矩，滿足電動汽車在低速或者爬坡時對大扭矩的要 求。(7)盤形結構提供了較大的散熱面，較徑向電機具有較好的冷卻效果，具有較高的 鐵心利用率，也具有較大的功率密度以滿足車輪電機對重量的苛刻要求。
圖1為本發(fā)明結構示意圖。其中有定子1、繞組2、靜止調磁環(huán)3、磁齒輪外轉子4、轉子軛鐵心5、永磁體6、調 磁塊7、非調磁塊8。磁齒輪外轉子與調磁環(huán)之間，調磁環(huán)與定子之間均有氣隙。圖2為本發(fā)明磁通示意圖。其中有定子1、轉子軛鐵心5、永磁體6、靜止調磁環(huán)的調磁塊7、靜止調磁環(huán)的非調磁塊8、磁通路徑9。
具體實施例方式下面是本發(fā)明的具體實施，用來進一步描述本發(fā)明是一種新型盤式永磁復合無刷電機，該裝置包括定子1、靜止調磁環(huán)3、磁 齒輪外轉子4 ；磁齒輪外轉子作為復合電機的轉子與機殼合為一體，永磁體6沿圓周方向均 勻嵌放在轉子軛鐵心5中。定子1采用盤式開槽結構，靜止調磁環(huán)3采用盤形結構，置于定 子1和磁齒輪外轉子4之間。如圖1所示為該電機結構定子1與靜止調磁環(huán)3之間有氣隙、靜止調磁環(huán)3與磁 齒輪外轉子4之間有氣隙。本發(fā)明的基本原理為調磁環(huán)的空間磁場調制原理，利用空間諧波傳遞能量，既可 以運行在電動狀態(tài)，也可以運行在能量回饋狀態(tài)。當該電機運行在電動狀態(tài)時，定子線圈中通以一定頻率的交流電，在靠近定子一 側的氣隙中產(chǎn)生一個以角速度Q1旋轉的磁場，經(jīng)過調磁環(huán)調制作用，在靠近磁齒輪外轉子 一側的氣隙中產(chǎn)生一個調制波磁場，其旋轉角速度為_ω2，該磁場與磁齒輪外轉子上的永 磁體相互作用，帶動磁齒輪外轉子旋轉，通過改變通過繞組的電壓大小以及頻率從而實現(xiàn) 不同的角速度Q1，進而得到不同的轉子旋轉速度-ω2，實現(xiàn)調速驅動。Co1 2為速度變 比，等于磁齒輪外轉子永磁體數(shù)K與定子磁場極對數(shù)ηρ之比。所以，該電機可作為直接驅 動型的輪轂電機應用到電動汽車中，能滿足在低速時對較大轉矩的要求，同時可以實現(xiàn)電 動輪的電氣制動、機電復合制動和制動能量回饋，節(jié)約能源。當該電機運行在發(fā)電狀態(tài)時，永磁低速磁齒輪外轉子以角速度_ω2旋轉，經(jīng)過調 磁環(huán)調制作用，在靠近定子一側的氣隙中產(chǎn)生一個調制波磁場，其旋轉角速度為Q1，該磁 場與電機定子繞組產(chǎn)生相對運動，切割繞組線圈產(chǎn)生電能。Q1 ω2為速度變比，等于磁 齒輪外轉子永磁體數(shù)K與定子的磁場極對數(shù)ηρ之比。通常情況下，磁齒輪外轉子永磁體數(shù) nr是遠大于定子磁場極對數(shù)np的，因此可實現(xiàn)該電機在低速條件下發(fā)電運行。調磁鐵塊數(shù)ns等于轉子永磁體數(shù)與定子磁場極對數(shù)np之和，永磁體數(shù)與定子 極對數(shù)之比即為該復合電機可實現(xiàn)的速度變比。該裝置通過改變電機的轉子極數(shù)和調磁塊 數(shù)，可應用于不同的需要低速直驅的場合，省去了機械齒輪箱和磁齒輪的一個內(nèi)轉子，減小 了電機的體積，提高了系統(tǒng)的效率。在直接驅動領域，要求低速下具有較大的輸出轉矩，該 電機解決了傳統(tǒng)電機低速運行體積大的缺點，能輸出較大的穩(wěn)定轉矩。與普通的圓柱式徑 向磁場電機相比，盤式電機具有較高的功率密度，在一些要求薄型安裝場合更有優(yōu)勢，盤式 永磁無刷電機具有結構簡單、運行可靠、控制靈活、換向性能好、效率高等諸多優(yōu)點。同時該 電機在傳統(tǒng)磁齒輪結構的基礎上省去一個內(nèi)轉子，簡化了加工工藝，節(jié)省了永磁材料，同時 還去除了由內(nèi)轉子帶來的較大的振動以及噪聲。
權利要求
一種盤式永磁復合無刷電機，其特征在于該電機包括定子(1)、繞組(2)、靜止調磁環(huán)(3)、磁齒輪外轉子(4)、轉子軛鐵心(5)、永磁體(6)；磁齒輪外轉子(4)與機殼合為一體，永磁體(6)沿圓周方向均勻嵌放在轉子軛鐵心(5)上，定子(1)采用盤式開槽結構，繞組(2)嵌放在定子槽中，靜止調磁環(huán)(3)采用盤形結構，置于磁齒輪外轉子(4)與定子(1)之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種盤式永磁復合無刷電機，其特征在于磁齒輪外轉子(4) 與靜止調磁環(huán)(3)之間有氣隙，靜止調磁環(huán)(3)與定子(1)之間有氣隙，較以往磁齒輪結構 省去一個磁齒輪的內(nèi)轉子。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種盤式永磁復合無刷電機，其特征在于磁齒輪外轉子(4) 采用永磁體(6)與轉子軛鐵心(5)交錯的形式，所有永磁體極性方向相同，永磁體(6)材料 為釹鐵硼，充磁方向為軸向。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種盤式永磁復合無刷電機，其特征在于靜止調磁環(huán)(3)采 用調磁塊(7)和非調磁塊(8)沿圓周方向均勻分布的結構，調磁塊(7)材料為硅鋼片，非調 磁塊(8)材料為非導磁的鋁。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種盤式永磁復合無刷電機，其特征在于所述靜止調磁環(huán) (3)中的調磁塊數(shù)等于轉子永磁體數(shù)與定子磁場極對數(shù)之和。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種盤式永磁復合無刷電機，該電機包括定子(1)、繞組(2)、靜止調磁環(huán)(3)、磁齒輪外轉子(4)、轉子軛鐵心(5)、永磁體(6)；磁齒輪外轉子(4)與機殼合為一體，永磁體(6)沿圓周方向均勻嵌放在轉子軛鐵心(5)上，定子(1)采用盤式開槽結構，繞組(2)嵌放在定子槽中，靜止調磁環(huán)(3)采用盤形結構，置于磁齒輪外轉子(4)與定子(1)之間。該電機在傳統(tǒng)磁齒輪結構的基礎上省去一個內(nèi)轉子，簡化了加工工藝，節(jié)省了永磁材料，同時還去除了由內(nèi)轉子帶來的較大的振動以及噪聲。
文檔編號H02K1/24GK101951047SQ201010271109
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權日2010年8月31日
發(fā)明者樊英, 薛鐘兵, 鄒國棠, 韓學棟 申請人:東南大學