一种磁齿轮复合电机制造技术

本发明专利技术公开了一种的磁齿轮复合电机，包括由外到内依次同心嵌套排列的外定子、调制转子和内转子；外定子与调制转子之间、调制转子与内转子之间均具有气隙；外定子开有放置分数槽绕组的梯形槽，槽口嵌有交替极磁钢；调制转子包括多个调磁铁轭和多个嵌有冲孔的非导磁材料，相邻调磁铁轭间嵌有冲孔的非导磁材料；永磁内转子包括由外到内依次同心嵌套的内转子永磁体和内转子铁心；本发明专利技术提出的磁齿轮复合电机，通过不同极化方向永磁体的组合，构建磁齿轮电机在定子上的磁路，使得磁路更加高效合理，在实现低速大转矩直驱输出的同时，从而减小了漏磁，提高了复合电机的整体转矩密度和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种磁齿轮复合电机
本专利技术属于低速大转矩直驱电机领域，更具体地，涉及一种磁齿轮复合电机。
技术介绍
磁齿轮复合电机是随着磁场调制型磁力齿轮而逐渐兴起的一种新型电机，是将磁场调制型磁力齿轮同永磁电机进行紧凑复合，以实现低速大转矩输出的一种技术。根据复合电机气隙数目和耦合程度的不同，衍生出不同的形式，包括电机和齿轮磁路分开的三层气隙磁齿轮复合电机，闭口槽定子嵌磁钢的准直驱磁齿轮复合电机等等。这些方案大多存在一些局限性：磁钢用量大、结构复杂、磁齿轮部分或永磁电机部分转矩密度低等。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种磁齿轮复合电机，其目的在于解决现有磁齿轮复合电机转矩密度低的技术问题，本专利技术通过不同极化方向永磁体的组合，构建磁齿轮结构在电机定子上的磁路，从而简化定子齿的结构，实现复合电机整体转矩密度的显著提升以及损耗的下降。为实现上述目的，本专利技术提供了一种磁齿轮复合电机，包括：由外到内依次同心嵌套排列外定子、调制转子和内转子；外定子与调制转子之间、调制转子与内转子之间均具有气隙；其中，外定子铁心内表面开有外定子槽，槽内放置绕组，外定子槽槽口嵌有外定子磁极，外定子磁极包括径向主磁极和分别位于径向主磁极两边的两个切向辅助磁极，主磁极的充磁方向相同，两个切向辅助磁极的充磁方向相反且远离主磁极，使得外定子磁极为交替极结构。优选地，调制转子包括调磁铁轭和嵌于相邻调磁铁轭之间的非导磁材料；调磁铁轭包括由多个调磁块和用于连接调磁块的连接桥，调磁铁轭用于调制内转子磁极的极对数和外定子磁极的极对数。优选地，在非导磁材料上设有通孔，用于通过固定轴同带有输出轴的端盖连接。优选的，上述的磁齿轮复合电机中，外定子磁极的极对数Pl、调磁铁轭的调磁块数Pm、内转子永磁体的极对数Ph满足公式Pm＝Pl+Ph。优选的，所述磁齿轮复合电机中，调磁铁轭中调制块为梯形结构，一方面能够便于非导磁材料嵌入，另一方面，通过增加调磁铁轭中调制块靠近连接桥的宽度，增加调磁铁轭的机械强度，进而增大调磁转子机械强度，可以防止调磁转子在离心力作用下发生形变。优选的，上述的磁齿轮复合电机，其外定子磁极的极对数Pl与外定子槽数Z相等。优选的，上述的磁齿轮复合电机，其外定子绕组通电产生磁场的极对数与内转子永磁体的极对数Ph相同，从而能够起到传统分数槽绕组永磁电机的作用。优选地，上述的磁场调制型磁齿轮复合电机的一种应用，固定外定子，内转子空转，仅调制转子输入或输出转矩，作为发电机或电动机使用。作为电动机时，电机绕组产生的电磁转矩驱动内转子，内转子磁极通过与调制转子和外定子磁极形成磁齿轮效应，将内转子上高转速减速传递到调制转子上，最终带动负载旋转，实现低速大转矩输出；作为发电机时，由调制转子输入低速大转矩，转矩经磁齿轮增速传递给内转子后，在电机绕组中感应出三相电流输出电能。优选地，上述的磁场调制型磁齿轮复合电机的一种应用，固定外定子，内转子和调制转子均作为机械输入或输出端口，构成双机械端口电机。其中一种工况为：电机绕组产生的电磁转矩驱动内转子，内转子的一部分转矩经由内转子端部连接的机械轴输出，另一部分转矩通过磁齿轮减速传递到调制转子，经由调制转子端部连接的另一机械轴输出。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术提供的磁齿轮复合电机，相比于现有的磁齿轮复合电机结构，通过不同极化方向永磁体的组合，构建磁齿轮电机在外定子上的磁路，使得磁路更加高效合理，从而减小了漏磁，提高了复合电机的整体转矩密度。具体表现为：通过在梯形槽槽口嵌有外定子磁极，且外定子磁极采用交替极结构，即主磁极的充磁方向相同，外定子齿极化为另一极，构成磁齿轮结构的外定子。由于外定子齿的磁阻比永磁体的磁阻更小，减少了永磁电机结构的磁路的磁阻，提高空载反电势，进而提高永磁电机结构的转矩密度。切向的辅助磁极引导磁齿轮结构的磁路从调制环导磁部分至径向主磁极，并沿切向辅助磁极至外定子齿部，减少通过外定子槽部的磁路，显著缩短了磁齿轮部分的磁通路径，提高外气隙上的磁场强度，从而提高磁齿轮结构的传递转矩，同时不影响永磁电机结构的磁路，不影响永磁电机结构的电磁转矩，从而提高磁齿轮复合电机整体的转矩密度。(2)本专利技术提供的磁齿轮复合电机，外定子磁极中包含径向主磁极和两个切向辅助磁极，通过对径向主磁极和切向辅助磁极的比例进行优化，可使外定子磁极产生的气隙磁场相较仅含径向主磁极时更为正弦，从而降低电机输出转矩波动。(3)本专利技术提供的磁齿轮复合电机，通过在电机外定子槽内嵌入交替极永磁体，实现磁齿轮和永磁电机的紧凑复合，提高了复合电机的功率密度和转矩密度。(4)本专利技术提供的磁齿轮复合电机，未改变外定子齿形状和槽开口，仅通过不同极化方向永磁体的组合，构建磁齿轮结构在外定子上的磁路，实现永磁电机结构的磁路和磁齿轮结构的磁路互不干扰，能够保证不影响永磁电机结构的电磁转矩，同时提高磁齿轮结构的传递转矩，进而提高磁齿轮复合电机整体的转矩密度和效率。附图说明图1为本专利技术实施例提供的磁齿轮复合电机的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的磁齿轮复合电机的外定子和电机绕组，以及槽口嵌放的外定子磁极细部结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的磁齿轮复合电机的调制转子结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的磁齿轮复合电机的内转子结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的磁齿轮复合电机中外定子磁路与未采用切向辅助磁极的外定子磁路对比图，图5(a)为采用切向辅助磁极后的外定子磁路，图5(b)为采用切向辅助磁极后的外定子磁路；在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构；其中：1—外定子铁心，2—外定子绕组导体，3—外定子磁极，4—调磁环冲孔非导磁材料，5—调磁环梯形调磁块，6—内转子永磁体，7—内转子铁心。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示为本专利技术实施例提供的磁齿轮复合电机的结构示意图；实施例的磁齿轮复合电机包括外定子、调制转子和内转子；外定子、调制转子和内转子由外到内依次同心嵌套排列，外定子与调制转子之间、调制转子与内转子之间均具有气隙。如图2所示是本实施例提供的磁齿轮复合电机的外定子的结构示意图；本实施例中，外定子包括由硅钢片叠压而成的外定子铁心1，外定子铁心1的内表面开有梯形槽，槽内放置有铜导体2，铜导体2依据分数槽绕组方式绕制成电机绕组；定子槽口嵌有定子磁极3，定子磁极3包括径向主磁极磁钢和位于径向主磁极磁钢两边的两个切向辅助磁极磁钢。且两个切向辅助磁极的充磁方向相反，均远离径向主磁极，辅助磁极用于辅助主磁极和外定子齿形成永磁转子和调制转子之间磁力传动的磁路。外定子铁心内表面开有用于放置绕组和永磁体的梯形槽，槽数为30；铜导体2形成双层30槽14极的分数槽绕组结构，通三相电流时可在气隙中产生相对外定子旋转的7对极磁场；槽口嵌放的外定子磁极3为交替极结构，用于产生相对于外定子静止的30对极磁场。如图3所示是实施例提供的磁齿轮复合电机的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁齿轮复合电机，其特征在于，包括:由外到内依次同心嵌套排列外定子、调制转子和内转子；外定子与调制转子之间、调制转子与内转子之间均具有气隙；其中，外定子铁心内表面开有外定子槽，槽内放置绕组，外定子槽槽口嵌有外定子磁极，外定子磁极包括径向主磁极和分别位于径向主磁极两边的两个切向辅助磁极，主磁极的充磁方向相同，两个切向辅助磁极的充磁方向相反且远离主磁极，使得外定子磁极为交替极结构。

【技术特征摘要】
1.一种磁齿轮复合电机，其特征在于，包括:由外到内依次同心嵌套排列外定子、调制转子和内转子；外定子与调制转子之间、调制转子与内转子之间均具有气隙；其中，外定子铁心内表面开有外定子槽，槽内放置绕组，外定子槽槽口嵌有外定子磁极，外定子磁极包括径向主磁极和分别位于径向主磁极两边的两个切向辅助磁极，主磁极的充磁方向相同，两个切向辅助磁极的充磁方向相反且远离主磁极，使得外定子磁极为交替极结构。2.如权利要求1所述的磁齿轮复合电机，其特征在于，调制转子包括调磁铁轭和嵌于相邻调磁铁轭之间的非导磁材料；调磁铁轭包括由多个调磁块和用于连接调磁块的连接桥，调磁铁轭用于调制内转子磁极的极对数和外定子磁极的极对数。3.如权利要求1或2所述的磁齿轮复合电机，其特征在于，在非导磁材料上设有通孔，用于通过固定轴同带有输出轴的端盖连接。4.如权利要求2或3所述的磁齿轮复合电机，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲荣海，黄海林，李大伟，杨高，饶靖，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42