直接驱动复合型永磁电机

摘要

本发明涉及一种直接驱动的复合型电机。它包括一个自控式永磁电机和一个同心式磁性齿轮，永磁电机与磁性齿轮采用轴向串联结构集合，即永磁双转子与磁阻式定子构成的高性能磁性齿轮与自控式永磁电机同轴相连。复合型永磁电机在内部自行完成高速低转矩与低速高转矩的功率传递，无需机械齿轮箱配套。该电机既可用作电动机，也可用作发电机。

权利要求

1.一种直接驱动复合型永磁电机，包括一个自控式永磁电机和一个同心式磁性齿轮，其特征在于永磁电机与磁性齿轮采用轴向串联结构集合，即永磁双转子与磁阻式定子构成的高性能磁性齿轮与自控式永磁电机同轴轴向串连。

说明书

直接驱动复合型永磁电机

[0001] 本申请是申请号为200810036366.9，申请日为2008年4月21日，名为“直接驱动复合型永磁电机”的分案申请。

技术领域

[0002] 本发明涉及一种电机，具体涉及一种适用于低转速、大转矩的直接驱动复合型永磁电机。

背景技术

[0003] 传统的电机驱动系统是电机与机械变速机构的组合。但是，机械传动部件(如齿轮变速箱)的日常维护以及易磨损件的更换需要付出额外的代价，而且对于远距离运行系统(如风力发电、潮汐能发电)其经常性维护的成本将异常昂贵；机械传动部件之间的间隙和摩擦损耗，使高精度控制难以实现，降低了系统的可靠性和效率、且产生噪声；电机和机械变速装置还需要较大的安装空间。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种结构紧凑、转矩密度高，可用于低转速、大转矩的直接驱动复合型永磁电机。它舍弃机械传动部件，提高了系统的传动效率，减小体积，大大降低维护成本和噪声。

[0005] 为了实现上述目的，本发明的构思是：将高性能磁性齿轮与自控式永磁电机采用套筒式结构集合或采用轴向串联结构集合，构成一台适合于直接驱动的复合型高转矩密度永磁电机，具有双定子双转子结构，即多极转子与少极转子结构、磁阻式定子与电枢定子结构。

[0006] 根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案：

[0007] 一种直接驱动复合型永磁电机，包括一个自控式永磁电机和一个同心式磁性齿轮，其特征在于所述的自控式永磁电机与同心式磁性齿轮同心集合成双定子双转子结构，即由磁性齿轮的外转子和外定子以及永磁电机的内转子和内定子采用套筒式结构集合构成同心式结构。

[0008] 上述的外转子为杯型转子，其杯型底与中心转轴固定连接；外定子为筒形体，其一端直接与机座的一个端盖固定连接，而另一端通过一个径向盘与内定子的内端固定连接；内转子亦为杯型转子，其两端通过两个轴承支承于内定子的内外两端；内定子的外端与机座的一个端盖固定连接，内定子的中心孔内安置中心转轴；中心转轴的一端通过轴承支承于内定子的外端，而另一端通过轴承支承于机座的另一端盖的内孔内。

[0009] 上述的内转子的杯型体上周向均布P1对的永磁体，外转子杯型体的内壁周向均布嵌装P2对永磁磁钢，且P1＜P2；外定子为磁阻式定子，其上有Ns个周向均布的铁芯齿极，即杯型铁芯周向均布开槽，槽内填充非导磁材料，应满足Ns＝P1+P2或Ns＝P2-P1；这子由内定子铁芯上绕制电枢绕组构成。

[0010] 上述的外转子永磁磁钢采用高性能稀土永磁材料，外转子为表面装贴式结构，内转子为表面装贴式、或内置径向式、或内置切向式。

[0011] 上述的外定子的铁芯均匀开槽，槽内填充非导磁材料。

[0012] 上述的内定子电枢绕组采用分数槽绕组结构。

[0013] 一种直接驱动复合型永磁电机，包括一个自控式永磁电机和一个同心式磁性齿轮，其特征在于永磁电机与磁性齿轮采用轴向串联结构集合，即永磁双转子与磁阻式定子构成的高性能磁性齿轮与自控式永磁电机同轴相连。

[0014] 本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

[0015] 1.采用永磁电机与磁性齿轮集合成一体，消除了机械接触的噪声、振动及相应的损耗；

[0016] 2.极大减少了维护工作量和费用、提高了可靠性；

[0017] 3.固有的过载保护特性；

[0018] 4.结构紧凑，具有高转矩密度与高功率因数。

附图说明

[0019] 图1是本发明一个实施例的结构示意图。

[0020] 图2是图1中A-A处剖视图。

[0021] 图3是内置式磁钢内转子结构示意图。

[0022] 图4是切向式磁钢内转子结构示意图。

[0023] 图5是本发明另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

[0024] 实施例一：参见图1和图2，本直接驱动复合型永磁电机包括一个自控式永磁电机和一个同心式磁性齿轮，自控式永磁电机与同心式磁性齿轮集合成双转子结构，即由磁性齿轮的外转子3和外定子7以及永磁电机的内转子8和内定子12，采用套筒式结构集合构成同心式结构。

[0025] 所述的外转子3为杯型转子，其杯型底与中心转轴11固定连接；外定子7为筒形体，其一端直接与机座1的一个端盖2b固定连接，而另一端通过一个径向盘6与内定子12的内端固定连接；内转子8亦为杯型转子，其两端通过两个轴承支承于内定子的内外两端；内定子12的外端与机座1的一个端盖2b固定连接，内定子12的中心孔内安置中心转轴
11；中心转轴11的一端通过轴承支承于内定子12的外端，而另一端通过轴承支承于机座1的另一端盖2a的内孔内。

[0026] 永磁电机内定子10为开槽电枢铁心，槽内嵌放多相对称电枢绕组9。多相电枢绕组通以对称电流，在内气隙产生旋转磁场，与永磁内转子8的磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量传递。内转子永磁体极对数为P1，外转子3的内表面放置有永磁磁钢4，极对数为P2，且P1＜P2。因此，内转子8为高速转子，外转子3为低速转子。在内转子8和外转子3之间是磁阻式外定子7，磁阻式定子上有Ns个均匀分布的铁芯齿极5，即周向均布开槽，槽内无导体，为了增加外定子7的强度，槽内填充非导磁材料。两个转子与外定子7组成了一个高性能磁性齿轮。外定子7的齿槽间隔分布引起气隙磁导沿圆周产生周期性变化，从而对外定子7内外两边的永磁气隙磁场起到调制作用。内转子8的极对数P1与外转子3的极对数P2以及外定子7的齿极数Ns需满足一定关系：Ns＝P1+P2(或Ns＝P2-P1)，从而使两个转子空间气隙磁场调制基波相同，通过内外转子永磁磁场的耦合效应实现转矩和转速的传递。磁性齿轮传动比为G＝P2/P1。

[0027] 永磁电机中，内转子8不仅是磁性齿轮的一部分，同时与内定子10构成自控式永磁电机。内转子8可以有多种形式，如表面式、内置径向式、内置切向式(参见图3和图4)。

[0028] 永磁电机可以作电动机或发电机运行。当作电动机运行时，内定子电枢绕组9由逆变器供电，根据内转子8的位置信号确定开通与关断。若采用霍尔位置信号，电机作为永磁无刷直流电动机运行；若采用高精度位置编码器，电机可作为永磁同步伺服电动机运行。内转子8的转速高，有利于提高电机的功率密度。通过内转子8和外转子3的磁场耦合效应，实现转矩和转速的传递，外转子3以低转速、大转矩输出。当作为发电机运行时，外转子
3由原动机驱动，利用磁场耦合效应，带动内转子8旋转，内转子8的永磁磁场在内定子10的电枢绕组9内感应电动势，发出交流电。

[0029] 实施例二：参见图5，直接驱动本复合型永磁电机是做成轴向串联形式，相当于一台自控式永磁电机与一台磁性齿轮同轴相联。自控式永磁电机为内转子形式，即上例的内转子8分为两个转子：自控式永磁电机转子8a和磁性齿轮内转子8b，自控式永磁电机转子8a所拥有的空间大，形式更为灵活，易于做成宽调速永磁电机。