專利名稱：一種永磁直驅(qū)式游標(biāo)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種游標(biāo)電機，具體來說，涉及一種永磁直驅(qū)式游標(biāo)電機，該永磁直驅(qū)式游標(biāo)電機尤其使用于低速大轉(zhuǎn)矩的環(huán)境中。
背景技術(shù)：
エ業(yè)生產(chǎn)中為避免機械齒輪傳動系統(tǒng)噪聲高、效率低、傳輸精度低、響應(yīng)慢、機械磨損等問題，往往采用直驅(qū)式電機。但傳統(tǒng)的直驅(qū)式電機為了獲得低速大轉(zhuǎn)矩的輸出一般體積較為龐大、成本高。傳統(tǒng)的直驅(qū)電機主要包括磁齒輪外轉(zhuǎn)子、調(diào)磁環(huán)、磁齒輪內(nèi)轉(zhuǎn)子和電機定子，磁齒輪外轉(zhuǎn)子和調(diào)磁環(huán)之間有ー層氣隙，調(diào)磁環(huán)與磁齒輪內(nèi)轉(zhuǎn)子之間有ー層氣隙，電機定子與磁齒輪內(nèi)轉(zhuǎn)子之間也有ー層氣隙，共有三層氣隙。磁場調(diào)制式永磁電機是最近提出的ー種直驅(qū)式電機，它主要由外轉(zhuǎn)子，調(diào)磁環(huán)以及內(nèi)定子組成，外轉(zhuǎn)子與固定不動的調(diào)磁環(huán)之間構(gòu)成ー層氣隙，調(diào)磁環(huán)與內(nèi)定子之間又有另ー層氣隙。該類電機具有噪聲低、免維修、轉(zhuǎn)矩傳輸能力大、過載保護等優(yōu)點。磁場調(diào)制式永磁電機的核心部分是磁齒輪調(diào)磁原理的應(yīng)用，通過固定不動的調(diào)磁環(huán)來調(diào)節(jié)內(nèi)外氣隙磁場，實現(xiàn)高速電機的控制和低速直驅(qū)大轉(zhuǎn)矩的輸出。雖然比傳統(tǒng)具有三層氣隙的直驅(qū)式電機少了ー層氣隙，但是結(jié)構(gòu)仍然較復(fù)雜，加工エ藝難度較大。漏磁和鐵芯損耗較大，功率密度有限。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種永磁直驅(qū)式游標(biāo)電機，該電機部件簡化，結(jié)構(gòu)緊湊，同時可以減少電機的漏磁，提高電機效率。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的永磁直驅(qū)式游標(biāo)電機，該電機包括外轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子永磁體、定子、定子永磁體、繞組、電機軸和軸承；外轉(zhuǎn)子位于定子的外側(cè)，外轉(zhuǎn)子通過軸承與電機軸可轉(zhuǎn)動連接，電機軸與定子固定連接；外轉(zhuǎn)子的內(nèi)表面沿周向設(shè)有轉(zhuǎn)子軛，外轉(zhuǎn)子永磁體嵌置在轉(zhuǎn)子軛中；定子沿周向設(shè)有徑向延伸的具有相同長度的定子齒，定子齒的頂端兩側(cè)分別設(shè)有槽ロ，相鄰的兩個定子齒之間形成定子槽，繞組纏繞在定子齒上；定子永磁體位于定子槽中，并且定子永磁體的端面嵌置在相鄰的兩個定子齒的槽ロ 中；定子永磁體靠近外轉(zhuǎn)子的端面與定子齒靠近外轉(zhuǎn)子的端面在同一環(huán)面上；定子永磁體與外轉(zhuǎn)子永磁體均采用徑向充磁，且定子永磁體與外轉(zhuǎn)子永磁體的充磁方向相同；定子永磁體和定子齒分別與外轉(zhuǎn)子之間留有間隙，外轉(zhuǎn)子永磁體極對數(shù)^與繞組極對數(shù)np之和為定子齒的個數(shù)ns。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1.部件簡化，結(jié)構(gòu)緊湊，提供運行的可靠性。而本發(fā)明提供的永磁直驅(qū)式游標(biāo)電機包含外轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子永磁體、定子、定子永磁體、繞組、電機軸和軸承，省去了機械變速齒輪箱。本發(fā)明的永磁直驅(qū)式游標(biāo)電機通過定子齒代替了傳統(tǒng)磁齒輪中的調(diào)磁環(huán)結(jié)構(gòu)，同時省去了傳統(tǒng)磁齒輪中的內(nèi)轉(zhuǎn)子。這些都簡化了電機的結(jié)構(gòu)，使得本發(fā)明的電機結(jié)構(gòu)緊湊，減小了電機的體積、重量，降低了制造成本。由于沒有設(shè)置機械變速齒輪箱，本發(fā)明提供的電機就不存在齒輪箱的機械磨損、維護和噪音問題。由于省去了ー個磁齒輪的內(nèi)轉(zhuǎn)子，本發(fā)明提供的電機可以減少振動和噪聲。由于省去了獨立的調(diào)磁環(huán)部件，提高了本發(fā)明提供的電機運行的
可靠性。2.減少電機的漏磁，提高電機效率。本發(fā)明的電機，在轉(zhuǎn)子和定子上分別設(shè)置永磁體，可以增大氣隙磁密，提高輸出轉(zhuǎn)矩，減少電機漏磁。同時轉(zhuǎn)子永磁體之間通過外轉(zhuǎn)子軛定位，通過轉(zhuǎn)子的隔離，阻斷了轉(zhuǎn)子永磁體中渦流電流的相互流動，降低了轉(zhuǎn)子永磁體中的渦流損耗。本發(fā)明的電機采用單氣隙結(jié)構(gòu)，即在定子和轉(zhuǎn)子之間僅有ー層氣隙。這樣，一方面，電機的制作加工エ藝簡單；另一方面，電機中有更多的磁力線通過氣隙，因此氣隙磁通密度的有效諧波成份值比普通磁場調(diào)制式永磁電機高，輸出轉(zhuǎn)矩増大，提高電機效率。本發(fā)明的電機中的轉(zhuǎn)子采用高磁能積釹鐵硼勵磁，沒有滑環(huán)和電刷，無需外加電源勵磁，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小重量輕、功率密度高、效率高以及可靠性高優(yōu)點。3.可以在低速下提供較大的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩脈動比小。由磁齒輪磁場調(diào)制原理可知， 當(dāng)外轉(zhuǎn)子有一個小的位置的變化吋，就能引起一個大的磁通的改變，從而能獲得ー個大的轉(zhuǎn)矩。本發(fā)明的電機是基于磁齒輪磁場調(diào)制原理的，因此能在低速下提供較大的轉(zhuǎn)矩。另外，定子和外轉(zhuǎn)子中都有永磁體，與傳統(tǒng)的三氣隙或雙氣隙磁齒輪復(fù)合電機相比，本發(fā)明的電機能提供更大的有效磁場諧波輸出成分和輸出轉(zhuǎn)矩，因此轉(zhuǎn)矩脈動比會較小。定子齒數(shù) ns等于外轉(zhuǎn)子永磁體極對數(shù)r^加電樞繞組極對數(shù)np，定子磁場極對數(shù)與外轉(zhuǎn)子永磁體極對數(shù)之比即為該電機可實現(xiàn)的速度變比。通過適當(dāng)選擇電機的外轉(zhuǎn)子極對數(shù)和定子齒數(shù)，可應(yīng)用于不同的需要低速直驅(qū)的場合。


圖1為本發(fā)明的縱向剖面圖。圖2為本發(fā)明的外轉(zhuǎn)子、定子和電機軸的組裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的部分永磁體充磁方向示意圖。圖中有外轉(zhuǎn)子1，外轉(zhuǎn)子軛2，外轉(zhuǎn)子永磁體3，定子4，定子齒5，定子永磁體6，繞組7，電機軸8，軸承9，定子槽10。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細的說明。如圖1至圖3所示，本發(fā)明的一種永磁直驅(qū)式游標(biāo)電機，包括外轉(zhuǎn)子1、外轉(zhuǎn)子永磁體3、定子4、定子永磁體6、繞組7、電機軸8和軸承9。外轉(zhuǎn)子1位于定子4的外側(cè)。也就是說，定子4位于外轉(zhuǎn)子1的內(nèi)側(cè)。外轉(zhuǎn)子1通過軸承9與電機軸8可轉(zhuǎn)動連接。軸承 9固定在外轉(zhuǎn)子1的內(nèi)側(cè)，電機軸8的兩端分別位于一個軸承9中，外轉(zhuǎn)子1可以圍繞電機軸8轉(zhuǎn)動。電機軸8與定子4固定連接。因為電機軸8與定子4固定連接，所以外轉(zhuǎn)子1 可圍繞定子4轉(zhuǎn)動。外轉(zhuǎn)子1的內(nèi)表面沿周向設(shè)有轉(zhuǎn)子軛2，外轉(zhuǎn)子永磁體3嵌置在轉(zhuǎn)子軛2中。外轉(zhuǎn)子1與外轉(zhuǎn)子永磁體3—起轉(zhuǎn)動。定子4沿周向設(shè)有徑向延伸的具有相同長度的定子齒5。定子齒5的頂端兩側(cè)分別設(shè)有槽ロ。相鄰的兩個定子齒5之間形成定子槽 10。繞組7纏繞在定子齒5上。定子永磁體6位于定子槽10中，并且定子永磁體6的端面嵌置在相鄰的兩個定子齒5的槽口中。定子永磁體6靠近外轉(zhuǎn)子1的端面與定子齒5靠近外轉(zhuǎn)子1的端面在同一環(huán)面上。定子永磁體6與外轉(zhuǎn)子永磁體3均采用徑向充磁，且定子永磁體6與外轉(zhuǎn)子永磁體3的充磁方向相同。定子永磁體6和定子齒5分別與外轉(zhuǎn)子1 之間留有間隙。這樣，外轉(zhuǎn)子1旋轉(zhuǎn)時不會與定子永磁體6或定子齒5碰擦。外轉(zhuǎn)子永磁體3極對數(shù)η,與繞組7極對數(shù)ηρ之和為定子齒5的個數(shù)ns。繞組7極對數(shù)np與外轉(zhuǎn)子永磁體3極對數(shù)之比，即為該永磁直驅(qū)式游標(biāo)電機可以實現(xiàn)的速度變比。通過選擇電機的外轉(zhuǎn)子極對數(shù)和定子齒數(shù)，可應(yīng)用于不同需要的低速直驅(qū)場合。本發(fā)明的電機充分利用磁場調(diào)制原理，通過選擇定子齒5代替了傳統(tǒng)磁齒輪中的調(diào)磁環(huán)結(jié)構(gòu)，省去了傳統(tǒng)磁齒輪中的內(nèi)轉(zhuǎn)子以及獨立的調(diào)磁環(huán)結(jié)構(gòu)，使得裝置結(jié)構(gòu)更為簡単，簡化了加工エ藝，提高了裝置的可靠性。此外在定子4上嵌入的定子永磁體6，與外轉(zhuǎn)子永磁體3相互作用，増大了氣隙磁密，減少了漏磁，提高了輸出轉(zhuǎn)矩。這些特性使其在要求低速大轉(zhuǎn)矩的領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明的基本原理為磁齒輪調(diào)磁環(huán)的空間磁場調(diào)制原理，利用空間諧波傳遞能量，該永磁直驅(qū)式游標(biāo)電機既可以運行在電動狀態(tài)，也可以運行在發(fā)電狀態(tài)。當(dāng)該電機運行在電動狀態(tài)時，繞組7中通以一定頻率的交流電，繞組7電流產(chǎn)生的
繞組磁場角速度為%，經(jīng)過定子齒5的調(diào)制作用，在定子齒5與外轉(zhuǎn)子1之間的氣隙中產(chǎn)生
一個調(diào)制波磁場，其旋轉(zhuǎn)角速度為-巧。該調(diào)制波磁場與外轉(zhuǎn)子永磁體3相互作用，帶動
外轉(zhuǎn)子1同步旋轉(zhuǎn)。調(diào)制波磁場的旋轉(zhuǎn)角速度為-A “_”表示調(diào)制波磁場與繞組磁場的
旋轉(zhuǎn)方向相反。通過改變通入繞組7的交流電的頻率，可以實現(xiàn)繞組磁場的不同角速度 j
，進而得到不同的外轉(zhuǎn)子1旋轉(zhuǎn)角速度-め，實現(xiàn)調(diào)速驅(qū)動。i f力速度變比，等于外轉(zhuǎn)子永磁體3的個數(shù)η,與定子繞組磁場繞組極對數(shù)ηρ之比。因此，該裝置可應(yīng)用在需要低速大轉(zhuǎn)矩的場合，滿足在低速時對較大轉(zhuǎn)矩輸出的要求。當(dāng)該電機運行在發(fā)電狀態(tài)時，外轉(zhuǎn)子1以角速度- 3旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過定子齒5的調(diào)制作用，調(diào)制出匝鏈定子的磁場，其旋轉(zhuǎn)磁場角速度力へ該磁場與電機定子繞組7產(chǎn)生相對運動，切割繞組7導(dǎo)線產(chǎn)生電能。S4 ^力速度變比，等于外轉(zhuǎn)子永磁體數(shù)η,與定子電
樞繞組磁場極對數(shù)ηρ之比。通常情況下，外轉(zhuǎn)子永磁體數(shù)η,遠大于定子磁場極對數(shù)ηρ，所以這可實現(xiàn)電機在低速條件下發(fā)電運行，故本電機也可應(yīng)用在風(fēng)カ發(fā)電的場合。進一歩，所述的外轉(zhuǎn)子永磁體3和定子永磁體6均為釹鐵硼材料制成。釹鐵硼材料是目前磁性能最高的永磁材料，使用釹鐵硼材料制成外轉(zhuǎn)子永磁體3和定子永磁體6，可以增加外轉(zhuǎn)子永磁體3和定子永磁體6的磁性。所述的電機軸8和軸承9均為不導(dǎo)磁材料制成，外轉(zhuǎn)子軛2和定子4均為硅鋼片材料制成。
權(quán)利要求
1.一種永磁直驅(qū)式游標(biāo)電機，其特征在干，該電機包括外轉(zhuǎn)子(1)、外轉(zhuǎn)子永磁體(3)、 定子⑷、定子永磁體(6)、繞組(7)、電機軸(8)和軸承(9)；外轉(zhuǎn)子(1)位于定子(4)的外側(cè)，外轉(zhuǎn)子(1)通過軸承(9)與電機軸(8)可轉(zhuǎn)動連接，電機軸(8)與定子(4)固定連接； 外轉(zhuǎn)子(1)的內(nèi)表面沿周向設(shè)有轉(zhuǎn)子軛O)，外轉(zhuǎn)子永磁體C3)嵌置在轉(zhuǎn)子軛O)中；定子 (4)沿周向設(shè)有徑向延伸的具有相同長度的定子齒(5)，定子齒(5)的頂端兩側(cè)分別設(shè)有槽 ロ，相鄰的兩個定子齒(5)之間形成定子槽(10)；繞組(7)纏繞在定子齒(5)上；定子永磁體(6)位于定子槽(10)中，并且定子永磁體(6)的端面嵌置在相鄰的兩個定子齒(5)的槽 ロ中；定子永磁體(6)靠近外轉(zhuǎn)子(1)的端面與定子齒(5)靠近外轉(zhuǎn)子(1)的端面在同一環(huán)面上；定子永磁體(6)與外轉(zhuǎn)子永磁體C3)均采用徑向充磁，且定子永磁體(6)與外轉(zhuǎn)子永磁體(3)的充磁方向相同；定子永磁體(6)和定子齒(5)分別與外轉(zhuǎn)子(1)之間留有間隙， 外轉(zhuǎn)子永磁體C3)極對數(shù)η,與繞組(7)極對數(shù)ηρ之和為定子齒(5)的個數(shù)ns。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁直驅(qū)式游標(biāo)電機，其特征在干，所述的外轉(zhuǎn)子永磁體 (3)和定子永磁體(6)均為釹鐵硼材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁直驅(qū)式游標(biāo)電機，其特征在干，所述的電機軸(8)和軸承(9)均為不導(dǎo)磁材料制成，外轉(zhuǎn)子軛( 和定子(4)均為硅鋼片材料制成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種永磁直驅(qū)式游標(biāo)電機，包括外轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子永磁體、定子、定子永磁體、繞組、電機軸和軸承；外轉(zhuǎn)子通過軸承與電機軸可轉(zhuǎn)動連接，電機軸與定子固定連接；外轉(zhuǎn)子永磁體嵌置在轉(zhuǎn)子軛中；定子沿周向設(shè)有定子齒，定子齒的頂端兩側(cè)分別設(shè)有槽口，相鄰的兩個定子齒之間形成定子槽；繞組纏繞在定子齒上；定子永磁體的端面嵌置在相鄰的兩個定子齒的槽口中；定子永磁體與外轉(zhuǎn)子永磁體均采用徑向充磁，且定子永磁體與外轉(zhuǎn)子永磁體的充磁方向相同；定子永磁體和定子齒分別與外轉(zhuǎn)子之間留有間隙，外轉(zhuǎn)子永磁體極對數(shù)nr與繞組極對數(shù)np之和為定子齒的個數(shù)ns。該電機部件簡化，結(jié)構(gòu)緊湊，同時可以減少電機的漏磁，提高電機效率。
文檔編號H02K21/22GK102545514SQ20121001379
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者樊英, 羅勇, 金小香, 黃進 申請人:東南大學(xué)