專利名稱：新型雙鼠籠結(jié)構(gòu)的氣隙磁場(chǎng)電磁調(diào)制式永磁電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種新型雙鼠籠結(jié)構(gòu)的氣隙磁場(chǎng)電磁調(diào)制式永磁電機(jī)，是一種高轉(zhuǎn)速氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)通過(guò)磁場(chǎng)電磁調(diào)制而直接實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速大力矩輸出的新型直接驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)，可廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、電動(dòng)汽車、船艦驅(qū)動(dòng)及其它需要直接驅(qū)動(dòng)的工業(yè)傳動(dòng)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
根據(jù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)理論，要使電機(jī)獲得持續(xù)穩(wěn)定的負(fù)載運(yùn)行能力，產(chǎn)生電磁感應(yīng)的定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)必須保持相對(duì)靜止，這就要求構(gòu)成電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子必須保持相同極數(shù)，為了節(jié)約原材料，電機(jī)往往設(shè)計(jì)成少極數(shù)的高速電機(jī)，但許多傳動(dòng)領(lǐng)域往往又需要低轉(zhuǎn)速大力矩的輸出，這使得常規(guī)電機(jī)在需要寬廣的恒功率調(diào)速范圍的應(yīng)用受到很大限制，必須得借助機(jī)械齒輪變速傳動(dòng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速、大力矩的輸出和恒功率調(diào)速范圍的要求， 從而使得系統(tǒng)傳動(dòng)效率低、噪聲大、可靠性差，整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)體積大。長(zhǎng)期以來(lái)機(jī)械齒輪傳動(dòng)技術(shù)的基本形式?jīng)]有變化，即始終是依靠機(jī)械式齒輪副的兩輪齒的嚙合進(jìn)行傳動(dòng)。這就給齒輪傳動(dòng)帶來(lái)了一些不可消除的問(wèn)題，如機(jī)械疲勞、摩擦損耗、震動(dòng)噪音等，盡管可以采用油脂潤(rùn)滑技術(shù)，但以上問(wèn)題依舊無(wú)法根除，導(dǎo)致使用維護(hù)極其繁瑣，而且機(jī)械式齒輪傳動(dòng)的理論效率最多也只能達(dá)到85%，固定傳動(dòng)速比的機(jī)械式齒輪副傳動(dòng)使得需要在更寬轉(zhuǎn)速范圍的多級(jí)、分檔調(diào)速機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無(wú)法適應(yīng)越來(lái)越多的無(wú)級(jí)變速的傳動(dòng)技術(shù)要求。近年來(lái)，隨著風(fēng)力發(fā)電、電動(dòng)汽車等新能源應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展需求，國(guó)內(nèi)外開(kāi)始在新型磁性傳動(dòng)技術(shù)上實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)的技術(shù)突破，2004年英國(guó)工程師從理論和樣機(jī)的具體實(shí)踐上完成了一種新型徑向磁場(chǎng)磁性齒輪的設(shè)計(jì)工作，克服了以往永磁齒輪傳動(dòng)扭矩較小的缺點(diǎn)，這給永磁材料在機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)辟了一個(gè)重要的研究方向和未來(lái)的應(yīng)用領(lǐng)域；但是，英國(guó)人提出的徑向磁場(chǎng)磁性齒輪結(jié)構(gòu)僅僅單純地利用磁性材料的異極性相吸引原理來(lái)構(gòu)建導(dǎo)磁鼠籠，這樣的磁性齒輪傳遞的功率大小僅僅決定于磁性材料的磁能積大小，所以傳遞的力矩和能量雖有提高但還是受到磁能積的限制。2010年國(guó)內(nèi)的上海大學(xué)在承接的國(guó)家“863”高科技項(xiàng)目(2007AA05Z233)中也提出了把磁性齒輪傳動(dòng)技術(shù)與永磁電機(jī)融為一體的設(shè)計(jì)方案并試制出首臺(tái)復(fù)合電機(jī)的原形樣機(jī)，但該設(shè)計(jì)方案也僅僅是把磁性齒輪和永磁電機(jī)在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了簡(jiǎn)單的一體化組合，從電磁場(chǎng)理論來(lái)看還是把永磁電機(jī)磁路與磁性齒輪磁路物理上分開(kāi)設(shè)計(jì)的，使得復(fù)合電機(jī)具有3個(gè)氣隙磁場(chǎng)，從而增加了昂貴的稀土材料的單位消耗量，從電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)講以上技術(shù)構(gòu)思和設(shè)計(jì)還是僅僅單純地把磁性材料作磁極的同步驅(qū)動(dòng)概念，使得磁性傳動(dòng)所傳遞的功率大小僅僅決定于磁性材料的磁能積大小還沒(méi)考慮到在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中借助于異步電機(jī)那種轉(zhuǎn)子鼠籠自感應(yīng)電流引入異步轉(zhuǎn)矩來(lái)增加磁性齒輪所傳遞的功率。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)電機(jī)技術(shù)、機(jī)械式齒輪傳動(dòng)技術(shù)在應(yīng)用上存在的問(wèn)題，以及最新的磁性傳動(dòng)技術(shù)的不足之處，本技術(shù)發(fā)明打破旋轉(zhuǎn)電機(jī)定轉(zhuǎn)子磁極極數(shù)必須保持相等以使產(chǎn)
4生電磁感應(yīng)的定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)保持相對(duì)靜止的理論束縛，提供了一種高轉(zhuǎn)速氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)通過(guò)磁場(chǎng)電磁調(diào)制而直接實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速大力矩輸出的新型直接驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)新結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的基本構(gòu)思是電機(jī)由極數(shù)為2ps的定子、電磁調(diào)制式空心雙鼠籠轉(zhuǎn)子、極數(shù)為2 的永磁轉(zhuǎn)子組成，三者之間呈徑向同心式結(jié)構(gòu)且存在兩個(gè)氣隙，分別對(duì)應(yīng)兩種同步轉(zhuǎn)速不同的氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；運(yùn)行時(shí)，定子鐵芯中的定子繞組流過(guò)三相對(duì)稱交變電流，產(chǎn)生極數(shù)為2Ps的少極數(shù)高速氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，經(jīng)空心雙鼠籠轉(zhuǎn)子的導(dǎo)磁鼠籠、導(dǎo)電鼠籠聯(lián)合電磁調(diào)制后，成為極數(shù)為 2pr的多極數(shù)低速高次諧波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而以低轉(zhuǎn)速大力矩驅(qū)動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子。以下結(jié)合

圖1和圖2來(lái)說(shuō)明這種新型雙鼠籠結(jié)構(gòu)的氣隙磁場(chǎng)電磁調(diào)制式永磁電機(jī)的技術(shù)特征，圖中項(xiàng)1為后端蓋，項(xiàng)2為定子機(jī)殼，項(xiàng)3為定子繞組，項(xiàng)4為定子鐵芯，項(xiàng)5 為導(dǎo)電銅條，項(xiàng)6為短路端環(huán)，項(xiàng)7為前端蓋，項(xiàng)8為輸出轉(zhuǎn)軸，項(xiàng)9為轉(zhuǎn)子永磁體，項(xiàng)10為轉(zhuǎn)子鐵芯，項(xiàng)11為滾動(dòng)軸承I，項(xiàng)12為前內(nèi)端蓋，項(xiàng)13為導(dǎo)磁鼠籠，項(xiàng)14為后內(nèi)端蓋，項(xiàng)15 為滾動(dòng)軸承II ；另外，圖中字母符號(hào)標(biāo)識(shí)N表示極性N的永磁體，S表示極性S的永磁體， &表示定子鐵芯槽數(shù)，Zg表示空心雙鼠籠轉(zhuǎn)子的導(dǎo)磁柵齒數(shù)，r^表示永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，118表示空心雙鼠籠轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，ns表示定子氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速，2 表示永磁轉(zhuǎn)子永磁體分布極數(shù)，2ps表示定子氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)極數(shù)，m表示定子繞組相數(shù)，A、X分別表示A相定子繞組首端、末端，B、Y分別表示B相定子繞組首端、末端，C、Z分別表示C相定子繞組首端、末端。(一 )、新型雙鼠籠結(jié)構(gòu)的氣隙磁場(chǎng)電磁調(diào)制式永磁電機(jī)由極數(shù)為2ps的少極數(shù)的定子、電磁調(diào)制式空心雙鼠籠轉(zhuǎn)子、極數(shù)為2 的多極數(shù)的永磁轉(zhuǎn)子組成，三者之間呈徑向同心式結(jié)構(gòu)，且在軸向兩端由前端蓋7、后端蓋1、定子機(jī)殼2支撐固定，電磁調(diào)制式空心雙鼠籠轉(zhuǎn)子兩邊存在兩個(gè)氣隙，兩氣隙分別對(duì)應(yīng)兩種同步轉(zhuǎn)速不同的氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；( 二)、新型雙鼠籠結(jié)構(gòu)的氣隙磁場(chǎng)電磁調(diào)制式永磁電機(jī)的定子與電磁調(diào)制式空心雙鼠籠轉(zhuǎn)子間的氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是極數(shù)為2ps、同步轉(zhuǎn)速為ns的高速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，由嵌裝于定子鐵芯4上\個(gè)槽中的、相數(shù)m為3相、極數(shù)為2Ps的定子繞組3中流過(guò)的交變頻率為fs的三相對(duì)稱交流電流產(chǎn)生；(三)、新型雙鼠籠結(jié)構(gòu)的氣隙磁場(chǎng)電磁調(diào)制式永磁電機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子與電磁調(diào)制式空心雙鼠籠轉(zhuǎn)子間的氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是極數(shù)為2 、同步轉(zhuǎn)速為的低速高次諧波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，由安裝于轉(zhuǎn)子鐵芯10表面的、極數(shù)為2 的轉(zhuǎn)子永磁體9產(chǎn)生，其中極數(shù)2 相對(duì)于極數(shù)2 3為多極；(四)、新型雙鼠籠結(jié)構(gòu)的氣隙磁場(chǎng)電磁調(diào)制式永磁電機(jī)的電磁調(diào)制式空心雙鼠籠轉(zhuǎn)子中穿過(guò)的磁場(chǎng)是由定子繞組3產(chǎn)生的少極數(shù)高速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永磁體9產(chǎn)生的多極數(shù)低速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而合成，該合成磁場(chǎng)通過(guò)空心雙鼠籠轉(zhuǎn)子的具有Zg個(gè)導(dǎo)磁柵齒的導(dǎo)磁鼠籠13、具有Zg個(gè)導(dǎo)電銅條5和兩端的短路端環(huán)6構(gòu)成的導(dǎo)電鼠籠聯(lián)合調(diào)制，Zg與極對(duì)數(shù) Pr和Ps滿足以下關(guān)系約束Zg = pr+ps0滿足以上特征的新型雙鼠籠結(jié)構(gòu)的氣隙磁場(chǎng)電磁調(diào)制式永磁電機(jī)具有如下特性
60x/s定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步速度
權(quán)利要求1.新型雙鼠籠結(jié)構(gòu)的氣隙磁場(chǎng)電磁調(diào)制式永磁電機(jī)，其特征是新型雙鼠籠結(jié)構(gòu)的氣隙磁場(chǎng)電磁調(diào)制式永磁電機(jī)由極數(shù)為2Ps的少極數(shù)的定子、電磁調(diào)制式空心雙鼠籠轉(zhuǎn)子、極數(shù)為2 的多極數(shù)的永磁轉(zhuǎn)子組成，三者之間呈徑向同心式結(jié)構(gòu)，且在軸向兩端由前端蓋(7)、后端蓋(1)、定子機(jī)殼( 支撐固定，電磁調(diào)制式空心雙鼠籠轉(zhuǎn)子兩邊存在兩個(gè)氣隙，兩氣隙分別對(duì)應(yīng)兩種同步轉(zhuǎn)速不同的氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；新型雙鼠籠結(jié)構(gòu)的氣隙磁場(chǎng)電磁調(diào)制式永磁電機(jī)的定子與電磁調(diào)制式空心雙鼠籠轉(zhuǎn)子間的氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是極數(shù)為2ps、同步轉(zhuǎn)速為ns的高速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，由嵌裝于定子鐵芯(4) &個(gè)槽中的、相數(shù)m為3相、極數(shù)為2Ps的定子繞組(3)中流過(guò)的交變頻率為fs的三相對(duì)稱交流電流產(chǎn)生；新型雙鼠籠結(jié)構(gòu)的氣隙磁場(chǎng)電磁調(diào)制式永磁電機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子與電磁調(diào)制式空心雙鼠籠轉(zhuǎn)子間的氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是極數(shù)為2 、同步轉(zhuǎn)速為的低速高次諧波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，由安裝于轉(zhuǎn)子鐵芯(10)表面的、極數(shù)為2 的轉(zhuǎn)子永磁體(9)產(chǎn)生，其中極數(shù)2 相對(duì)于極數(shù)2化為多極；新型雙鼠籠結(jié)構(gòu)的氣隙磁場(chǎng)電磁調(diào)制式永磁電機(jī)的電磁調(diào)制式空心雙鼠籠轉(zhuǎn)子中穿過(guò)的磁場(chǎng)是由定子繞組C3)產(chǎn)生的少極數(shù)高速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永磁體(9)產(chǎn)生的多極數(shù)低速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而合成，該合成磁場(chǎng)通過(guò)空心雙鼠籠轉(zhuǎn)子的具有Zg個(gè)導(dǎo)磁柵齒的導(dǎo)磁鼠籠 (13)、具有Zg個(gè)導(dǎo)電銅條( 和兩端的短路端環(huán)(6)構(gòu)成的導(dǎo)電鼠籠聯(lián)合調(diào)制，Zg與極對(duì)數(shù)Pr和Ps滿足以下關(guān)系約束=Zg = pr+ps。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型雙鼠籠結(jié)構(gòu)的氣隙磁場(chǎng)電磁調(diào)制式永磁電機(jī)，其特征是在定子和永磁轉(zhuǎn)子之間安裝有電磁調(diào)制式空心雙鼠籠轉(zhuǎn)子，電磁調(diào)制式空心雙鼠籠轉(zhuǎn)子由兩個(gè)空心鼠籠、前內(nèi)端蓋(12)、后內(nèi)端蓋(14)以及滾動(dòng)軸承I(Il)所組成；起內(nèi)外氣隙磁場(chǎng)調(diào)制作用的兩個(gè)空心鼠籠，其一是具有4個(gè)導(dǎo)磁柵齒的導(dǎo)磁鼠籠(13)，其二是具有 &個(gè)導(dǎo)電銅條(5)和兩端的短路端環(huán)(6)所組成的導(dǎo)電鼠籠；導(dǎo)磁鼠籠(13)上沿圓周弧面上均勻分布有&個(gè)長(zhǎng)條形孔，長(zhǎng)條形孔之間就是起導(dǎo)磁作用的&個(gè)均勻分布的導(dǎo)磁柵齒， 導(dǎo)磁鼠籠(1 由導(dǎo)磁的薄鋼板經(jīng)沖壓成形，再經(jīng)多片卷繞、疊壓、鉚焊成一整體；導(dǎo)磁鼠籠 (13)的導(dǎo)磁柵齒之間長(zhǎng)條形孔中裝配有導(dǎo)電銅條(5)，并在導(dǎo)磁鼠籠(1 兩端面與短路端環(huán)(6)焊接為一整體，從而構(gòu)成徑向?qū)ΨQ的導(dǎo)電鼠籠繞組，導(dǎo)電鼠籠與導(dǎo)磁鼠籠交錯(cuò)排列形成空心雙鼠籠轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；前內(nèi)端蓋(12)、后內(nèi)端蓋(14)與導(dǎo)磁鼠籠(13)之間采用緊配合連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型雙鼠籠結(jié)構(gòu)的氣隙磁場(chǎng)電磁調(diào)制式永磁電機(jī)，其特征是永磁轉(zhuǎn)子由2 個(gè)轉(zhuǎn)子永磁體(9)、轉(zhuǎn)子鐵芯(10)、輸出轉(zhuǎn)軸(8)組成圓柱形狀結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子永磁體(9)按N極S極間隔排列分布的方式分布于轉(zhuǎn)子鐵芯(10)的外圓表面，轉(zhuǎn)子鐵芯(10)由導(dǎo)磁的硅鋼板經(jīng)沖壓成片狀疊壓鉚焊成一整體并與輸出轉(zhuǎn)軸(8)緊配合連接， 永磁轉(zhuǎn)子與定子和電磁調(diào)制式空心雙鼠籠轉(zhuǎn)子之間分別通過(guò)滾動(dòng)軸承11(1 和滾動(dòng)軸承 I(Il)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型雙鼠籠結(jié)構(gòu)的氣隙磁場(chǎng)電磁調(diào)制式永磁電機(jī)，其特征是定子由定子鐵芯G)、定子繞組(3)和定子機(jī)殼(2)組成，定子鐵芯由導(dǎo)磁的硅鋼板沖壓加工成沖片形狀并多片疊壓組焊成一整體；定子鐵芯內(nèi)圓周均勻分布有&個(gè)槽，槽中安放有&個(gè)雙層結(jié)構(gòu)的定子繞組(3)，定子繞組C3)在端部接成相數(shù)m為3相、每相串聯(lián)極數(shù)為2Ps的三相對(duì)稱Y型繞組，三相對(duì)稱Y型繞組中通以交變頻率為fs的三相對(duì)稱交流電流； 定子繞組C3)采用可克服齒槽效應(yīng)的、削弱高次諧波成分的分?jǐn)?shù)槽分布的、短矩、雙層疊繞組形式。
專利摘要新型雙鼠籠結(jié)構(gòu)的氣隙磁場(chǎng)電磁調(diào)制式永磁電機(jī)，是一種高轉(zhuǎn)速氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)通過(guò)磁場(chǎng)電磁調(diào)制而直接實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速大力矩輸出的新型直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，可應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、電動(dòng)汽車、船艦驅(qū)動(dòng)等需要直接驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)領(lǐng)域。其特征是電機(jī)由極數(shù)為2ps的定子、電磁調(diào)制式空心雙鼠籠轉(zhuǎn)子、極數(shù)為2pr的永磁轉(zhuǎn)子組成，三者之間呈徑向同心式結(jié)構(gòu)且存在兩個(gè)氣隙，分別對(duì)應(yīng)兩種同步轉(zhuǎn)速不同的氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；運(yùn)行時(shí)，定子鐵芯4中的定子繞組3流過(guò)三相對(duì)稱交變電流，產(chǎn)生極數(shù)為2ps的少極數(shù)高速氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，經(jīng)空心雙鼠籠轉(zhuǎn)子的導(dǎo)磁鼠籠13、導(dǎo)電鼠籠聯(lián)合電磁調(diào)制后，成為極數(shù)為2pr的多極數(shù)低速高次諧波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而以低轉(zhuǎn)速大力矩驅(qū)動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子。
文檔編號(hào)H02K16/02GK202197194SQ20112024515
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月3日
發(fā)明者余虹錦 申請(qǐng)人:余虹錦