[發(fā)明專利]磁場調(diào)制型多功率端口永磁電機

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110235650.0
• 申請日: 2011-08-17
• 公開（公告）號: CN102324820A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發(fā)明（設計）人: 金孟加;王利利;沈建新
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02K16/02
• 分類號: H02K16/02;H02K1/27;H02K1/16
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發(fā)明涉及一種永磁電機，尤其是具有兩個機械端口和一個電功率端口的磁場調(diào)制型多功率端口永磁電機，屬于電機制造技術領域。

背景技術

隨著高性能永磁材料的不斷發(fā)展，采用磁力傳動代替機械減速箱成為可能，而與傳統(tǒng)機械傳動部件相比，磁力傳動有很多潛在的優(yōu)點：非接觸傳動、無摩擦損耗、低振動、低噪聲、不需要潤滑、精確的轉(zhuǎn)矩傳動能力、固有的過載保護能力、免維護、無油污、高可靠，等等。磁力傳動的種類較多，例如，磁力齒輪、磁力聯(lián)軸器，等等。因而，在一些場合采用永磁齒輪來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械減速箱結合電機驅(qū)動，可以解決由機械齒輪減速箱帶來的種種問題。我國具有豐富的稀土資源，儲量居世界第一位，而稀土永磁生產(chǎn)廠家也很多，無論是規(guī)模還是質(zhì)量都達到了較高的水平，這為發(fā)展磁力傳動打下了堅實的基礎。另外，機械行業(yè)的發(fā)展正亟待新興技術的推動與支撐；研發(fā)磁力傳動機械，正是將傳統(tǒng)的機械行業(yè)與日益發(fā)展的永磁材料技術、新型電磁設計理論與技術有機結合起來，具有諸多優(yōu)勢和很好的發(fā)展前途。研制出性能可靠的磁力傳動部件來替代機械傳動部件，會大大豐富稀土永磁材料的應用領域，提高機械傳動的性能和可靠性，對中國稀土產(chǎn)業(yè)和機械行業(yè)的發(fā)展，以及相關的能源、環(huán)保等方面，都具有推動作用。

傳統(tǒng)永磁齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩密度都比較低，因此一直以來都不把永磁齒輪代替機械減速箱作為實現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩驅(qū)動的方案。一種基于磁場調(diào)制原理的永磁齒輪拓撲結構的提出，使得其轉(zhuǎn)矩密度能夠與二級或三級漸開線齒輪變速箱相比較，因而，當與常規(guī)的永磁無刷電機相結合，就可在電氣化飛機引擎、船舶電力推進和風力發(fā)電等系統(tǒng)中作為內(nèi)在的電動或發(fā)電部件，有著很明顯的優(yōu)勢。從此采用永磁齒輪代替機械減速箱來聯(lián)合電機作為實現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩驅(qū)動成為了一種可以實現(xiàn)的選擇。

多功率端口電機的設計與應用始于交流電機調(diào)速及能量的變換和傳遞的需要。在一些特殊場合，如艦艇、電動汽車、礦山機械等存在機械能和電能之間的轉(zhuǎn)換，還存在機械能的傳遞、調(diào)速等要求，采用多功率端口電機，不僅能極大地減小設備的體積和重量，提高效率，也能實現(xiàn)機械能和電能之間的相互轉(zhuǎn)換和傳遞，實現(xiàn)節(jié)能和調(diào)速的要求。因而將永磁齒輪和電機集成驅(qū)動系統(tǒng)作為雙機械端口電機應用，可以為多功率端口電機的設計提供一種選擇，并可以擴展其應用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種將永磁齒輪和電機在磁場上耦合起來并在機械上合為一體的磁場調(diào)制型多功率端口永磁電機。

本發(fā)明的磁場調(diào)制型多功率端口永磁電機包括由內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯和內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體構成的內(nèi)轉(zhuǎn)子，由定子鐵芯和電樞繞組構成的定子，由外轉(zhuǎn)子永磁體和外轉(zhuǎn)子鐵芯構成的外轉(zhuǎn)子，定子鐵芯沿圓周方向開槽，電樞繞組設置在定子鐵芯槽內(nèi)，內(nèi)轉(zhuǎn)子是表面式結構，其內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體粘貼在內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯外表面，或者內(nèi)轉(zhuǎn)子是內(nèi)置式結構，其內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體嵌在內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯中，外轉(zhuǎn)子鐵芯的內(nèi)表面為光滑表面，其外轉(zhuǎn)子永磁體粘貼在外轉(zhuǎn)子鐵芯的內(nèi)表面，或者外轉(zhuǎn)子鐵芯沿圓周方向開槽，其外轉(zhuǎn)子永磁體嵌在外轉(zhuǎn)子鐵芯的槽內(nèi)。

本發(fā)明中，所說的定子鐵芯槽可以是閉口槽，也可以是開口槽或半開口槽。所說的電樞繞組可以為雙層分布繞組，也可以是單層分布繞組，可以是三相繞組，也可以是多相繞組。

本發(fā)明中，永磁體材料可以是釹鐵硼，釤鈷或鐵氧體等，采用不同的充磁方式，例如平行充磁，徑向充磁以及Halbach充磁等。

本發(fā)明中，內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體極對數(shù)p_i、定子鐵芯的齒數(shù)Z和外轉(zhuǎn)子永磁體的極對數(shù)p_o?滿足Z=p_i?+?p_o。

為了使磁場調(diào)制型多功率端口永磁電機具有自啟動能力，對于內(nèi)置式結構的內(nèi)轉(zhuǎn)子，其內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯可以采用鼠籠式結構。

磁場調(diào)制型多功率端口永磁電機的內(nèi)、外轉(zhuǎn)子同時作為電機的轉(zhuǎn)動部件連接到負載，定子電樞繞組通過電機控制器連接到直流電源。該電機將永磁同步電機和永磁齒輪集成在一起，具有兩個機械端口，即一個速度較高的內(nèi)轉(zhuǎn)子和一個經(jīng)磁力減速的外轉(zhuǎn)子。而電機電樞繞組則作為電功率端口，能量可以是雙向流動的，既可以作電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行。

本發(fā)明的有益效果在于:

1.消除了機械接觸產(chǎn)生的摩擦損耗和振動噪音等問題，無需保養(yǎng)以及固有的過載保護能力，有利于節(jié)能降耗、提高系統(tǒng)效率和系統(tǒng)可靠性。