一種速比連續(xù)可調(diào)的磁齒輪電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出了速比連續(xù)可調(diào)的磁齒輪電機(jī)，本發(fā)明涉及電工、電機(jī)領(lǐng)域，可用于風(fēng)力發(fā)電、潮汐能發(fā)電、波浪發(fā)電系統(tǒng)等新能源開(kāi)發(fā)利用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]可再生能源開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，永磁電機(jī)日益受到關(guān)注。風(fēng)能、潮汐能以及波浪發(fā)電，能量來(lái)源均為不穩(wěn)定、可調(diào)性差、低速運(yùn)動(dòng)的自然能源，若通過(guò)永磁電機(jī)將其化為電能，低速電機(jī)設(shè)計(jì)不可避免地存在多極、體積大、成本高、系統(tǒng)效率低等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明提供一種將低速電機(jī)運(yùn)行與高速電機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)合，能直接捕獲低速且不穩(wěn)定的風(fēng)能、潮汐能、波浪能，使得整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的體積質(zhì)量減小，成本降低、效率提高的速比連續(xù)可調(diào)的磁齒輪電機(jī)。
[0004]技術(shù)方案:本發(fā)明的速比連續(xù)可調(diào)的磁齒輪電機(jī)，包括由內(nèi)之外依次設(shè)置的勵(lì)磁轉(zhuǎn)子、永磁轉(zhuǎn)子、定子，所述勵(lì)磁轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸、位于所述轉(zhuǎn)軸外側(cè)的內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯以及在內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯外表面開(kāi)槽中放置的勵(lì)磁繞組；所述永磁轉(zhuǎn)子包括永磁轉(zhuǎn)子鐵芯、內(nèi)嵌于所述永磁轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)部或者表貼于永磁轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)外表面的永磁體；所述定子包括定子鐵芯和設(shè)置在所述定子鐵芯的內(nèi)表面開(kāi)槽的電樞繞組；所述勵(lì)磁轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子之間形成第一層氣隙；永磁轉(zhuǎn)子和定子之間形成第二層氣隙。勵(lì)磁轉(zhuǎn)子、永磁轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成以下任一種結(jié)構(gòu)形式:圓形旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、直線型平板式結(jié)構(gòu)、直線型圓筒式結(jié)構(gòu)。
[0005]進(jìn)一步的，本發(fā)明電機(jī)中，所述勵(lì)磁繞組用于產(chǎn)生和勵(lì)磁電流對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，所述電樞繞組是能量轉(zhuǎn)換部件，向負(fù)載提供電能；
[0006]進(jìn)一步的，本發(fā)明電機(jī)中，所述勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與永磁轉(zhuǎn)子形成的磁場(chǎng)相互作用，第一層氣隙中蘊(yùn)含的磁場(chǎng)能量推動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)；所述第二層氣隙中，永磁轉(zhuǎn)子形成的高速運(yùn)行的磁場(chǎng)切割電樞繞組。
[0007]進(jìn)一步的，本發(fā)明電機(jī)中，可調(diào)頻率的三相交流電通過(guò)滑環(huán)通入勵(lì)磁繞組，產(chǎn)生速度為Nf的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，勵(lì)磁轉(zhuǎn)子自身以速度N:旋轉(zhuǎn)，永磁轉(zhuǎn)子運(yùn)行速度滿足N 2= N ANf，隊(duì)為永磁轉(zhuǎn)子運(yùn)行速度。
[0008]本發(fā)明電機(jī)中，所述勵(lì)磁轉(zhuǎn)子通過(guò)滑環(huán)和外部的三相交流電源連接，接通電源后形成的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以同步速Nf運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，勵(lì)磁轉(zhuǎn)子通過(guò)轉(zhuǎn)軸與外部驅(qū)動(dòng)裝置連接，驅(qū)動(dòng)速度為N1;通過(guò)控制流入勵(lì)磁繞組中的三相交流的電流頻率f，即可改變勵(lì)磁繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速Nf= 60f/p，永磁轉(zhuǎn)子運(yùn)行速度按照變速Gr= l+eOf/pN:增長(zhǎng)，其中p為永磁磁極對(duì)數(shù)。
[0009]所述勵(lì)磁繞組和電樞繞組均采用分?jǐn)?shù)槽分?jǐn)?shù)極距繞組，其優(yōu)點(diǎn)有:①削弱磁極磁場(chǎng)非正弦分布所產(chǎn)生的高次諧波電勢(shì)；②有效地削弱齒諧波電勢(shì)的幅值，改善電動(dòng)勢(shì)的波形；
[0010]所述永磁轉(zhuǎn)子的構(gòu)造方式有兩種:其一為永磁體內(nèi)嵌于鐵芯內(nèi)部，其二為永磁體分別表貼于轉(zhuǎn)子鐵芯的內(nèi)、夕卜表面；永磁體N極與S極交替沿圓周方向均勾分布；
[0011]優(yōu)選的，速比連續(xù)可調(diào)的磁齒輪電機(jī)同軸并聯(lián)耦合。
[0012]優(yōu)選的，速比連續(xù)可調(diào)的磁齒輪電機(jī)鐵心由普通硅鋼片材料制成。
[0013]優(yōu)選的，速比連續(xù)可調(diào)的磁齒輪電機(jī)中永磁體采用釹鐵硼。
[0014]優(yōu)選的，速比連續(xù)可調(diào)的磁齒輪電機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組采用雙層繞組。
[0015]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016](1)永磁齒輪具有非接觸性的特點(diǎn)，具有無(wú)機(jī)械磨損、低噪音、活動(dòng)部件之間物理絕緣和固有的過(guò)負(fù)載保護(hù)等優(yōu)勢(shì)。永磁齒輪的主動(dòng)轉(zhuǎn)子和隨動(dòng)轉(zhuǎn)子之間通過(guò)磁場(chǎng)傳遞轉(zhuǎn)矩及速度，無(wú)需機(jī)械齒輪等中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，消除了由此帶來(lái)的損耗。其過(guò)負(fù)載保護(hù)功能體現(xiàn)在:當(dāng)負(fù)荷超過(guò)永磁齒輪的最大輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)，主動(dòng)轉(zhuǎn)子隨驅(qū)動(dòng)裝置繼續(xù)運(yùn)行，隨動(dòng)轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程速度漸變?yōu)榱?，避免過(guò)負(fù)荷時(shí)對(duì)設(shè)備造成損害。
[0017](2)采用低速電機(jī)運(yùn)行與高速電機(jī)設(shè)計(jì)，通過(guò)磁齒輪的變速效應(yīng)，使得永磁轉(zhuǎn)子具有高速運(yùn)行模式，克服了由于電機(jī)運(yùn)行速度低所造成的裝置體積龐大、功率密度較低的缺點(diǎn)，減小了系統(tǒng)整體的體積。傳統(tǒng)電機(jī)一般與低速運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置連接，不可避免地采用多極的發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)，造成電機(jī)體積過(guò)于龐大。若將永磁同步電機(jī)和磁齒輪的設(shè)計(jì)相結(jié)合，允許電機(jī)采用高速電機(jī)設(shè)計(jì)，達(dá)到減小電機(jī)乃至整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)體積的目的。
[0018](3)和傳統(tǒng)低速設(shè)計(jì)的永磁同步電機(jī)相比，速比連續(xù)可調(diào)的磁齒輪電機(jī)具有低成本、高效率、高功率密度的優(yōu)勢(shì)。以波浪發(fā)電例，以往均采用低速的永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)，如果將此類電機(jī)用于波浪發(fā)電，由發(fā)電機(jī)(能量轉(zhuǎn)化裝置)與浮筒(能量俘獲裝置)構(gòu)成的發(fā)電系統(tǒng)存在功率密度低、效率低、成本高等問(wèn)題，不利于波浪發(fā)電的商業(yè)化推廣。若通過(guò)磁齒輪的變速效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)由勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的低速運(yùn)動(dòng)到永磁轉(zhuǎn)子高速運(yùn)行的增速模式，就能克服劣勢(shì)，形成功率密度更大、發(fā)電效率更高的系統(tǒng)。
[0019](4)通過(guò)控制勵(lì)磁繞組電流頻率即可控制電機(jī)兩轉(zhuǎn)子的速比，根據(jù)工況靈活連續(xù)地調(diào)節(jié)速比，實(shí)現(xiàn)不同工況均能提供高質(zhì)量電能。已有的磁齒輪復(fù)合電機(jī)，高、低速轉(zhuǎn)子放置不同極對(duì)數(shù)的永磁體(高速轉(zhuǎn)子永磁體極對(duì)數(shù)為K、低速轉(zhuǎn)子永磁體極對(duì)數(shù)為N2，且&〈隊(duì))，兩轉(zhuǎn)子的速比由Gr = rVK決定，速比不能調(diào)節(jié)。本發(fā)明中的速比連續(xù)可調(diào)的磁齒輪電機(jī)通過(guò)控制勵(lì)磁繞組中三相電流的頻率，即可連續(xù)調(diào)節(jié)勵(lì)磁繞組形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子(低速轉(zhuǎn)子)與永磁轉(zhuǎn)子(高速轉(zhuǎn)子)速比的目標(biāo)。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明的圓形旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)速比連續(xù)可調(diào)的磁齒輪電機(jī)示意圖；
[0021]圖中標(biāo)號(hào)，1-勵(lì)磁轉(zhuǎn)子；2_永磁轉(zhuǎn)子；3-定子；11_轉(zhuǎn)軸；12_內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯；13_勵(lì)磁繞組；21_永磁轉(zhuǎn)子鐵芯；22_永磁體；31_定子鐵芯；32_電樞繞組。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合實(shí)施例和說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0023]本發(fā)明提供的速比連續(xù)可調(diào)的磁齒輪電機(jī)結(jié)構(gòu)由內(nèi)之外依次為勵(lì)磁轉(zhuǎn)子1、永磁轉(zhuǎn)子2、定子3。所述勵(lì)磁轉(zhuǎn)子1包括轉(zhuǎn)軸11、位于所述轉(zhuǎn)軸11外側(cè)的內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯12以及在內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯12外表面開(kāi)槽中放置的勵(lì)磁繞組