[發明專利]基于磁齒輪的轉子凸極式混合勵磁電機

有效

• 申請號: 201410257708.5
• 申請日: 2014-06-11
• 公開（公告）號: CN103997174A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 樊英;顧玲玲
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02K21/12
• 分類號: H02K21/12;H02K21/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種基于磁齒輪的轉子凸極式混合勵磁電機，屬于新型特種電機技術領域，適用于對可靠性、調速性能要求較高的低速大轉矩直驅應用場合。

背景技術

工業生產中有許多需要變速驅動的場合，常采用的變速機械齒輪箱存在固有缺陷：噪聲大、機械磨損較嚴重、需要定期維護等。磁齒輪作為一種新型的依靠磁場耦合傳遞轉矩的非接觸式齒輪結構，有效地改進了傳統機械齒輪的缺陷，具有噪聲低、可靠性高、免維護、過載自動保護的優點。對比其他磁齒輪拓撲結構，基于調磁諧波原理的同軸磁齒輪在工作時，所有的永磁體都參與轉矩傳遞，有效提高了永磁體利用率、轉矩密度。將同軸磁齒輪與永磁無刷外轉子電機相整合構成的永磁復合電機通過磁齒輪進行變速驅動，完成轉矩傳遞，是一種適用于低速大轉矩直驅應用場合的新型電機。

傳統的基于磁齒輪的永磁復合電機主要可分為以下三種拓撲結構：

(1)三氣隙結構，即簡單地將電動機定子嵌入共軸磁齒輪內轉子的中空部分，由內至外排列分別為電動機內定子、電動機外轉子、磁齒輪內轉子、調磁環、磁齒輪外轉子。其結構極為復雜，加工工藝難度大，永磁體用量大，空間利用率低。

(2)雙氣隙結構，在三氣隙結構的基礎上，省卻了電動機外轉子與磁齒輪內轉子，減小了永磁體用量，簡化了結構，提高了空間利用率。

(3)單氣隙結構，在雙氣隙結構的基礎上，進一步用定子齒代替調磁環調制磁場，不僅使電機結構更為緊湊，轉矩密度增大，且提高了定子的功能密度。

目前，上述傳統的基于磁齒輪的永磁復合電機已被廣泛學者運用到電動汽車、風力發電等低速大轉矩驅動場合。但分析發現，無論采用上述哪種結構，電動機外轉子在旋轉時都易發生永磁體脫落情況，影響運行可靠性，降低了轉子的機械強度，限制了電機應用場合。另外，由于傳統永磁電機僅由永磁體單獨勵磁，氣隙磁場無法調節，限制了電機的調速范圍、轉矩輸出與容錯運行能力。

因此，有必要提出一種新型的電機拓撲結構來解決上述問題。

發明內容

發明目的：針對現有基于磁齒輪的永磁復合電機拓撲結構的缺陷，提出一種具有較高轉子機械強度的新型電機拓撲結構。

技術方案：一種基于磁齒輪的轉子凸極式混合勵磁電機，該電機包括外轉子、永磁體、定子、電樞繞組、支撐軸以及軸承；

所述外轉子內環上設置有等距排列的外轉子凸極；

所述外轉子通過軸承與電機支撐軸轉動連接；

所述定子通過電機支撐軸固定設置；

所述永磁體貼于定子的定子齒的表面；

所述永磁體采用徑向磁化方式，且每一塊永磁體的大小、形狀相同，相鄰永磁體磁化方向相反；

所述電樞繞組繞制于定子的定子齒上并通交流電；

所述永磁體與外轉子相對設置，所述外轉子凸極與永磁體之間有氣隙；

所述外轉子的凸極個數Nr、定子的定子齒個數Nt、電樞繞組產生空間磁場的極對數p滿足關系式：Nr±p＝Nt/2。

作為本發明的改進，電機還包括勵磁繞組，所述勵磁繞組繞制于定子的定子齒上并通直流電，相鄰槽內的勵磁繞組電流方向相反。

進一步的，所述定子的定子齒采用平行齒結構。

進一步的，所述永磁體材料為釹鐵硼，所述外轉子和定子材料為硅鋼片。

進一步的，所述電樞繞組為三相雙層分布式繞組。

有益效果：該電機基于磁齒輪原理，實現將電樞繞組的高速磁場轉換為轉子側的低速旋轉磁場，實現了自減速功能，省去了傳統機械變速齒輪箱。因此，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；同時也提高了電機轉速，減小電機的體積，重量和制造成本，使電機能在低轉速下提供較大的轉矩；

該電機采用定子勵磁型結構，永磁體貼于定子的定子齒表面，轉子上無永磁體，相較傳統轉子永磁型結構電機而言，該結構能夠避免電動機外轉子在旋轉時發生永磁體脫落的情況；同時，其轉子加工工藝簡單，節約了成本，轉子的機械強度也更高；定子齒上表貼式永磁體的設計，使電機漏磁減少，從而減少了損耗；該電機以外轉子的凸極齒代替傳統磁齒輪中的調磁環結構，既實現了磁場調制功能，具有傳統磁齒輪復合電機的優點，也使得電機結構更簡單，結構更緊湊。