一种双磁场调制式磁齿轮复合电机

摘要

本发明公开了一种双磁场调制式磁齿轮复合电机，包括同轴安装的传动轴、固定端盖、永磁转子、电机定子、辅助调磁环和固定轴，固定轴与固定端盖相连，固定端盖与永磁转子的极靴上设有互通的螺孔，固定端盖和极靴通过螺栓和螺母固定；电机定子包括定子冲片和调磁块，电机定子通过层压的硅钢片堆叠组成，定子冲片和调磁块集成一体，永磁转子与电机定子之间设有一层主气隙，辅助调磁环通过固定轴固定在永磁转子的内部，辅助调磁环与永磁转子之间设有一层辅助气隙，永磁转子中的永磁体呈内嵌辐条式结构。本发明能够改善内嵌辐条式永磁体磁路的结构，增强其运用对象上的转矩性能。

说明书

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种双磁场调制式磁齿轮复合电机。

背景技术

对于传统多气隙磁齿轮复合电机，由于其绕组所形成的磁场需经过多层气隙后才能与转子永磁体磁场耦合，使得气隙磁压降过高并导致整体效率下降。且由于多气隙的结构特点，使现有的磁齿轮复合电机在结构上仍然较为复杂，因此需对复合电机内部的磁齿轮结构进一步优化，简化其机械结构，降低其制造成本并提高其运行过程中的可靠性。过于复杂的机械与磁路结构必将导致磁齿轮复合电机损耗的增加，提高磁齿轮复合电机的运行成本，降低其工程应用价值。

国内外学者为提高磁性齿轮转矩密度，提出了一种内嵌辐条式永磁体结构。研究发现，此种结构不仅能提高磁性齿轮的转矩密度，而且由于其独特的内嵌式结构，使得磁性齿轮整体的机械结构得到极大地增强，因此此种结构也被广泛用于磁齿轮复合电机中。但这种内嵌辐条式永磁体的结构并不能像传统表贴式磁性齿轮永磁体一样，能够采用海尔贝克阵列改善磁路，增加其转矩性能。所以亟待需要提出一种能够改善内嵌辐条式永磁体磁路的结构，以增强其运用对象上的转矩性能。

发明内容

本发明的目的在于提出一种双磁场调制式磁齿轮复合电机，以改善内嵌辐条式永磁体磁路的结构，增强其运用对象上的转矩性能。

一种双磁场调制式磁齿轮复合电机，包括同轴安装的传动轴、固定端盖、永磁转子、电机定子、辅助调磁环和固定轴，固定轴与固定端盖相连，固定端盖与永磁转子的极靴上设有互通的螺孔，固定端盖和极靴通过螺栓和螺母固定；电机定子包括定子冲片和调磁块，电机定子通过层压的硅钢片堆叠组成，定子冲片和调磁块集成一体，永磁转子与电机定子之间设有一层主气隙，辅助调磁环通过固定轴固定在永磁转子的内部，辅助调磁环与永磁转子之间设有一层辅助气隙，永磁转子中的永磁体呈内嵌辐条式结构。

根据本发明提出的双磁场调制式磁齿轮复合电机，通过调磁块和定子冲片的集成，相较于传统双气隙磁齿轮复合电机，减少了一层气隙。有效减少电机磁路中的磁阻，进而提高电机的运行效率及功率因数；由于没有多气隙磁场的干扰，电机的输出功率更加平稳，且可靠性高，通过采用内嵌辐条聚磁式永磁体结构，增强了电机的转矩性能，同时加以辅助调磁环，改善了永磁转子的磁路，减少了漏磁，进一步提高了电机的传动性能。

另外，根据本发明提供的双磁场调制式磁齿轮复合电机，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，永磁体充磁方向为沿圆周切向充磁且相邻永磁体的充磁方向相反。

进一步地，辅助调磁环由硅钢片冲压堆叠而成，辅助调磁环通过固定轴与复合电机主体部分同轴安装。

进一步地，传动轴、固定端盖以及固定轴均采用非导磁材料。

进一步地，所述双磁场调制式磁齿轮复合电机满足以下条件式：

P

其中，P

进一步地，三相绕组绕于电机定子的槽内，驱动永磁转子转动，从而将动力传递至与永磁转子相连的传动轴，所述双磁场调制式磁齿轮复合电机的传动比i为：i＝P

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一实施例的双磁场调制式磁齿轮复合电机的爆炸结构示意图；

图2是本发明一实施例的双磁场调制式磁齿轮复合电机的组装结构示意图；

图3是本发明一实施例的双磁场调制式磁齿轮复合电机的正面结构示意图；

图4是辅助调磁环、永磁转子和电机定子的立体结构示意图；

图5是辅助调磁环、永磁转子和电机定子的剖面结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图3，本发明的一实施例提出的双磁场调制式磁齿轮复合电机，包括同轴安装的传动轴1、固定端盖2、永磁转子5、电机定子9、辅助调磁环3和固定轴12。固定轴12与固定端盖2相连，固定端盖2与永磁转子5的极靴7有互通的螺孔，二者通过螺栓和螺母固定；电机定子9包括定子冲片10和调磁块11，电机定子9通过层压的硅钢片堆叠组成，定子冲片10和调磁块11集成一体，永磁转子5与电机定子9之间设有一层主气隙8；辅助调磁环3通过固定轴12固定在永磁转子5的内部，辅助调磁环3与永磁转子5之间设有一层辅助气隙4。

请参阅图4与图5，该双磁场调制式磁齿轮复合电机的主体结构包括三个部分，即辅助调磁环3、永磁转子5、电机定子9。其中，辅助调磁环3由导磁性能良好的硅钢片冲压堆叠而成，通过固定轴12与复合电机主体部分同轴安装，与永磁转子5构成一层辅助气隙4。通过引入辅助调磁环3，有效的改善了永磁转子5的磁路，减少了漏磁的发生，提高了复合电机的传动效率。

由于辅助调磁环3设置在永磁转子5的内部，辅助调磁环3的存在为永磁转子5的磁通提供了磁阻较小的闭合路径，能将其内部边界中的磁通泄漏引导在永磁体6和辅助调磁环3之间循环。因此，在该复合电机的主气隙8中出现了效果很好的谐波，使得原来泄漏的磁通变成了有用的谐波，从而提高转矩。

永磁转子5包括永磁体6和极靴7，永磁转子5中永磁体6呈内嵌辐条式结构，永磁体6充磁方向为沿圆周切向充磁且相邻永磁体充磁方向相反。电机定子9由定子冲片10与调磁块11相集成，进而使得该复合电机的主体结构仅存在电机定子9与永磁转子5之间的一层主气隙8，简化了复合电机整体结构，降低了因多气隙引起的损耗，提高了该复合电机的传动性能。

优选的，所述传动轴1、固定端盖2以及固定轴12均采用非导磁材料。

上述双磁场调制式磁齿轮复合电机满足以下条件式：

P

其中，P

具体的，三相绕组绕于电机定子9的槽内，驱动永磁转子5转动，从而将动力传递至与永磁转子5相连的传动轴1，所述双磁场调制式磁齿轮复合电机的传动比i为：i＝P

根据上述的双磁场调制式磁齿轮复合电机，通过调磁块和定子冲片的集成，相较于传统双气隙磁齿轮复合电机，减少了一层气隙。有效减少电机磁路中的磁阻，进而提高电机的运行效率及功率因数；由于没有多气隙磁场的干扰，电机的输出功率更加平稳，且可靠性高，通过采用内嵌辐条聚磁式永磁体结构，增强了电机的转矩性能，同时加以辅助调磁环，改善了永磁转子的磁路，减少了漏磁，进一步提高了电机的传动性能。

与传统磁齿轮复合电机相比，本发明通过调磁块和定子冲片的集成，减少了主体结构的一层气隙，能够有效减少电机磁路中的磁阻的同时还能使电机的结构更加紧凑。通过加装辅助调磁环，有效减少了永磁转子漏磁现象的发生，主气隙中有用的磁场谐波被放大。本发明的传动效率高，单位体积的转矩密度大，可靠性高，且具有过载保护功能，可广泛应用在风力发电、电动汽车、电动舰船等新能源领域。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。