磁性齒輪低速大轉矩電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及動力傳遞設備領域，具體涉及一種磁性齒輪低速大轉矩電機。
【背景技術】
[0002]直驅低速大轉矩電機在許多場合有著很大的需求，如風力發(fā)電、船舶推進等技術領域。傳統(tǒng)的動力設備中，常采用高速電機帶動多級減速齒輪箱實現(xiàn)。減速齒輪箱一般采用機械齒輪箱，依靠齒間嚙合傳遞轉矩。它是一種接觸式的傳遞方式，它的工作往往需要一個油潤滑的環(huán)境，過載之后，齒輪容易斷裂，因此需要派人定期維護。此外，所用減速齒輪箱體積和重量比較大，與高速電機配套使用，兩者一起占用空間更大，重量也會更重。
[0003]自從磁性齒輪出現(xiàn)以后，人們將磁齒輪與永磁電機集成在一起，提出了集成磁性齒輪低速大轉矩電機，取代了傳統(tǒng)高速電機連接齒輪箱，減小了整個系統(tǒng)的體積和重量，從而提高了系統(tǒng)的效率。特別說明的是，磁性齒輪是一種無接觸轉矩傳遞裝置，與機械齒輪不同的是，它依靠磁場間無相互接觸實現(xiàn)變速傳遞轉矩，其優(yōu)點在于無需潤滑油定期潤滑，并且有過載自動保護能力，更重要的是磁性齒輪可以和永磁電機集成在一起，成為電機的一部分，消除齒輪箱帶來的諸多問題，提高了整個系統(tǒng)的效率且省掉了工作人員某些方面的維修費用，節(jié)約了成本。
[0004]在現(xiàn)有技術中，磁性齒輪低速大轉矩電機中的重要組成成分之一磁性齒輪都是永磁勵磁，即在定子中安裝永磁體，如此，一方面必然會用到大量的永磁體，增加了電機的成本；另一方面，根據(jù)磁性齒輪低速大轉矩電機的工作原理，電樞繞組產(chǎn)生的磁場與內(nèi)轉子永磁體磁場相互作用，帶動內(nèi)轉子轉動，繼而帶動磁性齒輪的調(diào)磁環(huán)轉動，因此，定子中的永磁體必然會增大外層氣隙長度，降低電樞組磁場和內(nèi)轉子永磁磁場耦合程度，降低復合電機轉矩輸出能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為此，本申請所要解決的技術問題為如何降低永磁體的用量，提高電樞組磁場和內(nèi)轉子永磁磁場親合程度，從而提供一種磁性齒輪低速大轉矩電機，以提供一種復合電機的新方案，以提高電樞組磁場和內(nèi)轉子永磁磁場耦合程度
[0006]根據(jù)第一方面，一種實施例中提供一種磁性齒輪低速大轉矩電機，包括:
[0007]由內(nèi)至外共軸依次布置的內(nèi)轉子、調(diào)磁環(huán)和定子，其中，內(nèi)轉子中設置有永磁體，定子中設置有產(chǎn)生旋轉磁場的電樞繞組和產(chǎn)生恒定磁場的電磁體。
[0008]依據(jù)上述實施例的磁性齒輪低速大轉矩電機，由于采用電磁體產(chǎn)生定子中的恒定磁場，由于采用電磁體代替定子中的永磁體，可以減少永磁體的用量，從而減小外層氣隙長度，繼而提高了電樞組磁場和內(nèi)轉子永磁磁場耦合程度。
[0009]在采用直流線圈代替定子中的永磁體，能夠輸出穩(wěn)定的磁場，且電流的大小具有可調(diào)性，因此，可以使得恒定磁場的大小具有可調(diào)性，繼而可調(diào)節(jié)電機的輸出轉矩。
[0010]在各定子齒下還分別設置有第二永磁體，每個齒下的第二永磁體充磁方向與該定子齒上直流線圈的磁場方向一致，相鄰兩個齒下永磁體構成一對極。采用直流線圈和永磁體混合勵磁，通過調(diào)節(jié)直流電的大小，可以靈活調(diào)節(jié)氣隙磁場大小，從而調(diào)節(jié)轉矩的輸出；通過改變電流的方向同時調(diào)節(jié)大小，可以減小第二永磁體的磁場，從而拓寬電機的調(diào)速范圍。
【附圖說明】
[0011]圖1a為本實施例公開的一種磁性齒輪低速大轉矩電機刨面結構不意圖；
[0012]圖1b為本實施例公開的一種磁性齒輪低速大轉矩電機平面結構圖；
[0013]圖2為本實施例磁性齒輪低速大轉矩電機的三維爆炸示意圖；
[0014]圖3a為本實施例電機的一種徑向截面示意圖；
[0015]圖3b為本實施例電機的另一種徑向截面示意圖；
[0016]圖4為本實施例槽電動勢星型示意圖；
[0017]圖5a、5b和5c為本實施例一種連接三相交流線圈方式的示例。
【具體實施方式】
[0018]下面通過【具體實施方式】結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0019]本申請文件中，在未作特別說明的情況下，使用的方位詞如“上、下”通常是指參考附圖所示的上、下；“內(nèi)、外”是指相對于各部件本身的輪廓的內(nèi)、外。
[0020]請參考圖1a和圖lb，為本實施例公開的一種磁性齒輪低速大轉矩電機刨面結構示意圖以及平面結構示意圖，磁性齒輪低速大轉矩電機包括:由內(nèi)至外共軸依次布置的內(nèi)轉子3、調(diào)磁環(huán)2和定子I。其中，內(nèi)轉子3中設置有永磁體；定子I中設置有產(chǎn)生旋轉磁場的電樞繞組5，定子I中還設置有產(chǎn)生恒定磁場的電磁體4，在本實施例中，電磁體4為直流線圈。
[0021]在具體實施例中，內(nèi)轉子3、調(diào)磁環(huán)2和定子I可以布置在殼體中，具體地，第一靜止支撐部件11和/或第二靜止支撐部件12與殼體10連接形成腔體，內(nèi)轉子3、調(diào)磁環(huán)2和定子I位于該腔體中，請參考圖2，為本實施例磁性齒輪低速大轉矩電機的三維爆炸示意圖，下文結合圖la、圖1b和圖2對本實施例公開的磁性齒輪低速大轉矩電機進行說明。
[0022]定子I固定在殼體10的內(nèi)側，定子I可以采用現(xiàn)有的材質制備，例如，由多層硅鋼片疊壓而成。在具體實施例中，定子I上開設有多個電樞槽，以形成多個定子齒，在本實施例中，并不限制定子齒的具體數(shù)目，定子齒的具體數(shù)目應優(yōu)選為偶數(shù)，例如2N，其中，N為正整數(shù)，亦即電樞槽的數(shù)目優(yōu)選為2N。請參考圖3a和圖3b，為本實施例電機的徑向截面示意圖，定子齒的形狀可以是梨形，如圖3a所示，其具體參數(shù)可根據(jù)電機的設計手冊來確定；也可以是矩形，如圖3b所示；當然，在其它實施例中還可以是梯形。
[0023]電樞繞組5由繞制在各定子齒上的三相交流線圈連接構成。在具體實施例中，電樞繞組5可以通過繞制在電樞槽中的三相交流線圈連接構成，具體地，可以采用現(xiàn)有的方式實現(xiàn)，在此不再贅述。需要說明的是，在具體實施例中，通常有2N個交流線圈。
[0024]恒定電磁體4通過直流線圈實現(xiàn)，在具體實施例中，可以將直流線圈繞制在定子齒上，具體地，每個定子齒上均繞制有直流線圈，于是，直流線圈的節(jié)距為I ;且位置相鄰的直流線圈依次反接，從而使得通入直流電后相鄰兩個直流線圈產(chǎn)生的磁場極性互異，即構成一對極性相異的磁極，2N個直流線圈所構成的極對數(shù)為Ps= No
[0025]在具體實施例中，調(diào)磁環(huán)2可由按預設間隙環(huán)形布置的多個調(diào)磁鐵芯塊構成，其中，磁鐵芯塊的數(shù)目為Ns個，N3為正整數(shù)；磁鐵芯塊之間的間隙可以根據(jù)經(jīng)驗設置，例如，一種實施例中，磁鐵芯塊之間可以距離等分布置；磁鐵芯塊可由多層硅鋼片疊壓而成。在具體實施例中，各調(diào)磁鐵芯塊可由第一旋轉支撐部件6和第二旋轉支撐部件7固定，并隨第一轉軸8 —起轉動，不妨設其轉速為ω-在其它實施例中，第一旋轉支撐部件6和第二旋轉支撐部件7還可以一體化設計，只要能夠實現(xiàn)調(diào)磁環(huán)2的各磁鐵芯塊隨第一轉軸8 一起轉動即可。
[0026]內(nèi)轉子3包括內(nèi)轉子鐵芯32和環(huán)內(nèi)轉子鐵芯32外側布置的多個第一永磁體31，不妨設第一永磁體31的個數(shù)為2隊個，其中,Ni為正整數(shù)。各第一永磁體31固定在內(nèi)轉子鐵芯32上。各第一永磁體31沿內(nèi)轉子鐵芯32徑向充磁，或者平行充磁，且位置相鄰的第一永磁體31的充磁方向相反，于是2隊個第一永磁體31構成的極對數(shù)為N-第一永磁體31和內(nèi)轉子鐵芯32固定在第二轉軸9上，隨第二轉軸9 一起轉動，不妨設其轉速為ω2。
[0027]需要說明的是，上述實施例中，在布置第一轉軸8、第二轉軸9以及定子I時，應當滿足共軸的約束。在本實施例中，請參考圖la、圖1b和圖2，第一旋轉支撐部件6可以與第一轉軸8剛性連接，而后第一轉軸8通過第一軸承13安裝在第一靜止支撐部件11中，其中，第一靜止支撐部件11與殼體10機械連接；第二轉軸9可以通過第二軸承14連接至第二旋轉支撐部件7中；內(nèi)轉子3位于調(diào)磁鐵芯塊2的內(nèi)側，并且兩者共同一軸線，內(nèi)轉子3通過其內(nèi)轉子鐵芯32固定在第二轉軸9上，第二轉軸9通過第三軸承15安