專利名稱：一種用于低速大轉(zhuǎn)矩的永磁游標(biāo)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種電機(jī)，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種用于低速大轉(zhuǎn)矩的永磁游標(biāo)電機(jī)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的直驅(qū)電機(jī)主要包括磁齒輪外轉(zhuǎn)子、調(diào)磁環(huán)、磁齒輪內(nèi)轉(zhuǎn)子和電機(jī)定子，磁齒輪外轉(zhuǎn)子和調(diào)磁環(huán)之間有ー層氣隙，調(diào)磁環(huán)與磁齒輪內(nèi)轉(zhuǎn)子之間有ー層氣隙，電機(jī)定子與磁齒輪內(nèi)轉(zhuǎn)子之間也有一層氣隙，共有三層氣隙。外轉(zhuǎn)子永磁游標(biāo)電機(jī)是最近提出的ー種新型直驅(qū)式電機(jī)，主要包括外轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子永磁體、磁通調(diào)制極和內(nèi)定子。外轉(zhuǎn)子永磁體采 用普通徑向充磁，磁通調(diào)制極安置在定子齒頂端。通過(guò)定子上磁通調(diào)制極的引入，省去了傳統(tǒng)磁齒輪中的調(diào)磁環(huán)結(jié)構(gòu)，省去了傳統(tǒng)磁齒輪中的內(nèi)轉(zhuǎn)子以及獨(dú)立的調(diào)磁環(huán)結(jié)構(gòu)，使得裝置結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，解決了機(jī)械齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲高、效率低、傳輸精度低、響應(yīng)慢、機(jī)械磨損等問(wèn)題。但是這種結(jié)構(gòu)的永磁游標(biāo)電機(jī)漏磁較大，鐵芯損耗較大，功率因素較低，效率不高。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于低速大轉(zhuǎn)矩的永磁游標(biāo)電機(jī)，該永磁游標(biāo)電機(jī)可以有效提高磁場(chǎng)諧波成份和輸出轉(zhuǎn)矩，減少轉(zhuǎn)子軛的磁通密度，降低鐵芯損耗。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的用于低速大轉(zhuǎn)矩的永磁游標(biāo)電機(jī)，該電機(jī)包括外轉(zhuǎn)子、永磁體單元、定子本體、磁通調(diào)制極單元、定子槽、電機(jī)軸、定子齒、軸承、轉(zhuǎn)子軛和繞組；其中，外轉(zhuǎn)子位于定子本體的外側(cè)，外轉(zhuǎn)子通過(guò)軸承與電機(jī)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，電機(jī)軸固定在定子本體的內(nèi)腔中；外轉(zhuǎn)子的內(nèi)表面沿周向設(shè)有轉(zhuǎn)子軛，每個(gè)永磁體單元嵌置在ー個(gè)轉(zhuǎn)子軛中；每個(gè)永磁體單元包括沿外轉(zhuǎn)子周向順序排列的第一永磁體、第ニ永磁體和第三永磁體，第二永磁體位于第一永磁體和第三永磁體之間，且第二永磁體的充磁方向?yàn)閺较虺浯牛谝挥来朋w的充磁方向和第三永磁體的充磁方向以第二永磁體的充磁方向?yàn)檩S，相互對(duì)稱；沿定子本體周向設(shè)有徑向延伸的具有相同長(zhǎng)度的定子齒，定子齒表面纏繞繞組；每個(gè)定子齒一端與定子本體固定連接，每個(gè)定子齒另一端與一個(gè)磁通調(diào)制極単元固定連接；每個(gè)磁通調(diào)制極単元包括沿定子本體周向順序排布的第一磁通調(diào)制極、第ニ磁通調(diào)制極和第三磁通調(diào)制極，每個(gè)磁通調(diào)制極單元中相鄰的磁通調(diào)制極的間距相等，且該間距與相鄰的磁通調(diào)制極単元之間的距離相等；相鄰的定子齒之間形成定子槽；磁通調(diào)制極単元與外轉(zhuǎn)子之間有間隙；永磁體單元極對(duì)數(shù)&與繞組極對(duì)數(shù)np之和等于所有磁通調(diào)制極単元的磁通調(diào)制極的個(gè)數(shù)ns。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果I.有效提高磁場(chǎng)諧波成份和輸出轉(zhuǎn)矩，減少轉(zhuǎn)子磁軛的磁通密度，降低鐵芯損耗。本實(shí)用新型提供的每個(gè)永磁體單元包括第一永磁體、第二永磁體和第三永磁體，且第二永磁體的充磁方向?yàn)閺较虺浯?，第一永磁體的充磁方向和第三永磁體的充磁方向以第ニ永磁體的充磁方向?yàn)檩S，相互對(duì)稱。該永磁體單元采用Halbach永磁陣列，利用有限元優(yōu)化調(diào)整永磁體寬度比以及充磁方向，可以降低轉(zhuǎn)子軛的磁通密度，増大氣隙磁通密度。因此該永磁游標(biāo)電機(jī)能提供更大的有效磁場(chǎng)諧波成份和輸出轉(zhuǎn)矩，減小轉(zhuǎn)子軛的大小，降低鐵芯損耗，從而提高了電機(jī)的效率。同時(shí)，外轉(zhuǎn)子永磁體之間通過(guò)鐵芯隔離，阻斷了各永磁體中渦流電流的相互流動(dòng)，降低了外轉(zhuǎn)子中永磁體中的渦流損耗。2.結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠性強(qiáng)。本實(shí)用新型提供的永磁游標(biāo)電機(jī)，省去了機(jī)械變速齒輪箱，不存在齒輪箱的機(jī)械磨損、維護(hù)和噪音問(wèn)題，提高了電機(jī)工作的可靠性。同時(shí)，在定子齒的一端設(shè)置磁通調(diào)制極単元，每個(gè)磁通調(diào)制極単元包括第一磁通調(diào)制極、第二磁通調(diào)制極和第三磁通調(diào)制極共三個(gè)磁通調(diào)制極。用磁通調(diào)制極單元替代了傳統(tǒng)磁齒輪結(jié)構(gòu)中的調(diào)磁環(huán)以及磁齒輪的一個(gè)內(nèi)轉(zhuǎn)子，從而使得本實(shí)用新型的永磁游標(biāo)電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，體積變小，制造成本降低。此外，本實(shí)用新型的電機(jī)中的轉(zhuǎn)子采用高磁能積釹鐵硼勵(lì)磁，沒(méi)有滑環(huán)和電刷，無(wú)需外加電源勵(lì)磁，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率密度高、效率高以及可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。3.該電機(jī)便于調(diào)節(jié)，適用于各種低速大轉(zhuǎn)矩的運(yùn)行環(huán)境。本專利提供的永磁游標(biāo)電機(jī)中，繞組極對(duì)數(shù)np與永磁體單元極對(duì)數(shù)も之比即為該電機(jī)可實(shí)現(xiàn)的速度變比。通過(guò)適當(dāng)選擇永磁體單元極對(duì)數(shù)も和磁通調(diào)制極的個(gè)數(shù)ns，可應(yīng)用于不同的需要低速直驅(qū)的場(chǎng)
ム
ロ o

圖I為本實(shí)用新型的軸向剖視圖。圖2為本實(shí)用新型中的定子、外轉(zhuǎn)子和電機(jī)軸的裝配結(jié)構(gòu)圖。圖3為本實(shí)用新型中的外轉(zhuǎn)子部分永磁體單元充磁方向示意圖，圖中箭頭所指方向?yàn)樵撚来朋w的充磁方向。圖中有外轉(zhuǎn)子I、永磁體單元2、第一永磁體201、第二永磁體202、第三永磁體203、定子本體3、磁通調(diào)制極單元4、第一磁通調(diào)制極401、第二磁通調(diào)制極402、第三磁通調(diào)制極403、定子槽5、電機(jī)軸6、定子齒7、軸承8、轉(zhuǎn)子軛9、繞組10。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行具體闡述。如圖I至圖3所示，本實(shí)用新型的一種用于低速大轉(zhuǎn)矩的永磁游標(biāo)電機(jī)，包括外轉(zhuǎn)子I、永磁體單元2、定子本體3、磁通調(diào)制極單元4、定子槽5、電機(jī)軸6、定子齒7、軸承8、轉(zhuǎn)子軛9和繞組10。外轉(zhuǎn)子I位于定子本體3的外側(cè)。外轉(zhuǎn)子I通過(guò)軸承8與電機(jī)軸6可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。電機(jī)軸6固定在定子本體3的內(nèi)腔中。外轉(zhuǎn)子I的內(nèi)表面沿周向設(shè)有轉(zhuǎn)子軛9，每個(gè)永磁體單元2嵌置在ー個(gè)轉(zhuǎn)子軛9中。每個(gè)永磁體單元2包括沿外轉(zhuǎn)子I周向順序排列的第一永磁體201、第二永磁體202和第三永磁體203。第二永磁體202位于第一永磁體201和第三永磁體203之間，相鄰的永磁體之間相對(duì)的側(cè)壁相互貼合。第二永磁體202的充磁方向?yàn)閺较虺浯牛谝挥来朋w201的充磁方向和第三永磁體203的充磁方向以第二永磁體202的充磁方向?yàn)檩S,相互對(duì)稱。第一永磁體201的充磁方向與第二永磁體202的充磁方向的夾角優(yōu)選大于0度,小于90度。例如，當(dāng)?shù)谝挥来朋w201的充磁方向與第二永磁體202的充磁方向的夾角為45度時(shí)，第三永磁體203的充磁方向與第二永磁體202的充磁方向的夾角也為45度。每個(gè)永磁體的寬度和充磁方向均可調(diào)節(jié)，以達(dá)到所需的功率輸出。沿定子本體3周向設(shè)有徑向延伸的具有相同長(zhǎng)度的定子齒7。定子齒7表面纏繞繞組10。每個(gè)定子齒7 —端與定子本體3固定連接,姆個(gè)定子齒7另一端與ー個(gè)磁通調(diào)制極單元4固定連接。相鄰的定子齒7的間距相等。每個(gè)磁通調(diào)制極単元4包括沿定子本體3周向順序排布的第一磁通調(diào)制極401、第二磁通調(diào)制極402和第三磁通調(diào)制極403。每個(gè)磁通調(diào)制極単元4中相鄰的磁通調(diào)制極的間距相等。也就是說(shuō)第一磁通調(diào)制極401、第二磁通調(diào)制極402和第三磁通調(diào)制極403之間有間隙，且第一磁通調(diào)制極401和第二磁通調(diào)制極402的距離與第二磁通調(diào)制極402和第三磁通調(diào)制極403的距離相等。相鄰的磁通調(diào)制極単元4之間的距離相等，且相鄰的磁通調(diào)制極單元4之間的距離等于每個(gè)磁通調(diào)制極単元4中相鄰的磁通調(diào)制極的距離。相鄰的定子齒7之間形成定子槽5。磁通調(diào)制極單元4與外轉(zhuǎn)子I之間有間隙。永磁體單元2極對(duì)數(shù)與繞組10極對(duì)數(shù)np之和等于所有磁通調(diào)制極單元4的磁通調(diào)制極的個(gè)數(shù)ns，即ns是磁通調(diào)制極単元4的個(gè)數(shù)的三倍。進(jìn)ー步，所述的永磁體單元2為釹鐵硼材料制成。釹鐵硼材料是目前磁性能最高的永磁材料，使用釹鐵硼材料制成永磁體單元2，可以增加永磁體單元2的磁性。所述的外 轉(zhuǎn)子I、定子本體3、定子齒7和磁通調(diào)制極4均由娃鋼片制成，電機(jī)軸6由不導(dǎo)磁材料制成。本實(shí)用新型的永磁游標(biāo)電機(jī)的工作原理為磁齒輪調(diào)磁環(huán)的空間磁場(chǎng)調(diào)制原理，利用空間諧波傳遞能量，既可以運(yùn)行在電動(dòng)狀態(tài)，也可以運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)。當(dāng)該電機(jī)運(yùn)行在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，對(duì)纏繞在定子本體3上的繞組10通以一定頻率的交流電，繞組10中的電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)角速度為
。經(jīng)過(guò)磁通調(diào)制極単元4的調(diào)制作用，在磁通調(diào)制極單元4和外轉(zhuǎn)子I之間的氣隙中產(chǎn)
生一個(gè)調(diào)制波磁場(chǎng)，其旋轉(zhuǎn)角速度為-A。- 中的“-”表示調(diào)制波磁場(chǎng)與電樞繞組10磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向相反。該調(diào)制波磁場(chǎng)與嵌至在轉(zhuǎn)子軛9中的永磁體單元2相互作用，帶動(dòng)外轉(zhuǎn)子I同步旋轉(zhuǎn)。改變通入繞組10電流的頻率，從而實(shí)現(xiàn)不同的角速度 i，進(jìn)而得到不
同的外轉(zhuǎn)子I旋轉(zhuǎn)速度-⑦2，實(shí)現(xiàn)調(diào)速驅(qū)動(dòng)。巧力速度變比，等于永磁體単元2極對(duì)數(shù)も與繞組10極對(duì)數(shù)np之比。因此，該電機(jī)可應(yīng)用在需要低速大轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合，滿足在低速時(shí)對(duì)大轉(zhuǎn)矩輸出的要求。當(dāng)該電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)時(shí)，外轉(zhuǎn)子I以角速度-巧旋轉(zhuǎn)，外轉(zhuǎn)子I產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，經(jīng)過(guò)磁通調(diào)制極單元4的調(diào)制作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角速度為％的磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)與纏繞在定子本體3上的繞組10產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，切割繞組10導(dǎo)線產(chǎn)生電能。ぃ為速度變比，等
于永磁體単元2極對(duì)數(shù)與繞組10極對(duì)數(shù)np之比。通常情況下，永磁體單元2極對(duì)數(shù)大于繞組10極對(duì)數(shù)np，所以，這可實(shí)現(xiàn)電機(jī)在低速條件下發(fā)電運(yùn)行，故該電機(jī)也可應(yīng)用在風(fēng)カ發(fā)電的場(chǎng)合。該結(jié)構(gòu)的永磁游標(biāo)電機(jī)中，永磁體單元2采用特殊的Halbach陣列，利用有限元優(yōu)化調(diào)整永磁體寬度比以及充磁方向，可以提供更大的有效磁場(chǎng)諧波成份和輸出轉(zhuǎn)矩，降低轉(zhuǎn)子軛的磁通密度及鐵芯損耗。
權(quán)利要求1.一種用于低速大轉(zhuǎn)矩的永磁游標(biāo)電機(jī)，其特征在于，該電機(jī)包括外轉(zhuǎn)子(I)、永磁體單元(2)、定子本體(3)、磁通調(diào)制極單元(4)、定子槽(5)、電機(jī)軸(6)、定子齒(7)、軸承(8)、轉(zhuǎn)子軛(9)和繞組(10);其中， 外轉(zhuǎn)子⑴位于定子本體(3)的外側(cè)，外轉(zhuǎn)子⑴通過(guò)軸承⑶與電機(jī)軸(6)可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，電機(jī)軸￠)固定在定子本體(3)的內(nèi)腔中；外轉(zhuǎn)子(I)的內(nèi)表面沿周向設(shè)有轉(zhuǎn)子軛(9)，每個(gè)永磁體單元(2)嵌置在一個(gè)轉(zhuǎn)子軛(9)中；每個(gè)永磁體單元(2)包括沿外轉(zhuǎn)子(I)周向順序排列的第一永磁體(201)、第二永磁體(202)和第三永磁體(203)，第二永磁體(202)位于第一永磁體(201)和第三永磁體(203)之間，且第二永磁體(202)的充磁方向?yàn)閺较虺浯?，第一永磁體(201)的充磁方向和第三永磁體(203)的充磁方向以第二永磁體(202)的充磁方向?yàn)檩S，相互對(duì)稱；沿定子本體(3)周向設(shè)有徑向延伸的具有相同長(zhǎng)度的定子齒(7)，定子齒(7)表面纏繞繞組(10);每個(gè)定子齒(7) —端與定子本體(3)固定連接，每個(gè)定子齒(7)另一端與一個(gè)磁通調(diào)制極單元(4)固定連接；每個(gè)磁通調(diào)制極單元(4)包括沿定子本體(3)周向順序排布的第一磁通調(diào)制極(401)、第二磁通調(diào)制極(402)和第三磁通調(diào)制極(403)，每個(gè)磁通調(diào)制極單元(4)中相鄰的磁通調(diào)制極的間距相等，且該間距與相鄰的磁通調(diào)制極單元(4)之間的距離相等；相鄰的定子齒(7)之間形成定子槽(5);磁通調(diào)制極單元(4)與外轉(zhuǎn)子(I)之間有間隙；永磁體單元(2)極對(duì)數(shù)與繞組(10)極對(duì)數(shù)np之和等于所有磁通調(diào)制極單元(4)的磁通調(diào)制極的個(gè)數(shù)ns。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于低速大轉(zhuǎn)矩的永磁游標(biāo)電機(jī)，其特征在于，所述的永磁體單元(2)由釹鐵硼材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于低速大轉(zhuǎn)矩的永磁游標(biāo)電機(jī)，其特征在于，所述的外轉(zhuǎn)子(I)、定子本體(3)、定子齒(7)和磁通調(diào)制極(4)均由硅鋼片制成，電機(jī)軸(6)由不導(dǎo)磁材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于低速大轉(zhuǎn)矩的永磁游標(biāo)電機(jī)，其特征在于，所述的永磁體單元(2)中，第一永磁體(201)的充磁方向與第二永磁體(202)的充磁方向的夾角大于0度，小于90度。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于低速大轉(zhuǎn)矩的永磁游標(biāo)電機(jī)，包括外轉(zhuǎn)子、永磁體單元、定子本體、磁通調(diào)制極單元、定子槽、電機(jī)軸、定子齒、軸承、轉(zhuǎn)子軛和繞組；每個(gè)永磁體單元包括第一永磁體、第二永磁體和第三永磁體，且第二永磁體的充磁方向?yàn)閺较虺浯?，第一永磁體的充磁方向和第三永磁體的充磁方向以第二永磁體的充磁方向?yàn)檩S，相互對(duì)稱；定子齒與磁通調(diào)制極單元固定連接；每個(gè)磁通調(diào)制極單元包括第一磁通調(diào)制極、第二磁通調(diào)制極和第三磁通調(diào)制極；永磁體單元極對(duì)數(shù)nr與繞組極對(duì)數(shù)np之和等于所有磁通調(diào)制極單元的磁通調(diào)制極的個(gè)數(shù)ns。該永磁游標(biāo)電機(jī)可以有效提高磁場(chǎng)諧波成份和輸出轉(zhuǎn)矩，減少轉(zhuǎn)子軛的磁通密度，降低鐵芯損耗。
文檔編號(hào)H02K21/22GK202405975SQ20122002027
公開(kāi)日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者張麗, 樊英, 金小香, 黃進(jìn) 申請(qǐng)人:東南大學(xué)