一種圓筒式直線磁齒輪復合永磁電機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電機與直線傳動技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種圓筒式無刷直流直線電機，具有高推力密度、高功率因數(shù)特點，適用于低速、大功率的直驅(qū)式電力傳動系統(tǒng)，也可用于斯特林發(fā)電和海洋波能發(fā)電等系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]高推力密度直線電機在電力傳動領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，因省去了將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)，減小了裝置體積，節(jié)省了系統(tǒng)成本。由于不存在中間傳動機構(gòu)的運動慣量和阻力影響，直線傳動系統(tǒng)的動靜態(tài)性能得到顯著提高?，F(xiàn)代電力拖動系統(tǒng)一直傾向于直接驅(qū)動，這樣可以省去機械齒輪傳動機構(gòu)，避免由此產(chǎn)生的振動噪聲問題，減少機械損耗，獲得更高的系統(tǒng)效率。然而，直驅(qū)式電機為了輸出更大推力，一般體積較大，且負載運行時，電流較大，控制電路的成本也會偏高。英國Kais.Atallah、中國江建中等人提出了磁場調(diào)制式磁力齒輪(US7973441B2; GB2439111A; 201010118737.5)，利用磁力傳動，實現(xiàn)了無機械接觸的齒輪嚙合，具有力密度高，機械損耗低，非接觸性推力傳遞和過載自保護等特點，尤其在低溫和低壓等特殊環(huán)境下，可以避免傳統(tǒng)機械齒輪因潤滑油揮發(fā)等造成的不利影響。在此基礎(chǔ)上，英國Kais.Atallah、Anthony G.Razzell和中國章躍進等人將磁力齒輪和永磁電機整合在一起得到直驅(qū)式磁齒輪復合型永磁電機(GB2437568B;US2011/0042965A1; US6794781B2; 201010608927.5)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)矩密度高、效率高等諸多優(yōu)點。復合電機是磁齒輪傳動系統(tǒng)的發(fā)展，仍屬于磁齒輪傳動范疇，通過氣隙磁場調(diào)制實現(xiàn)內(nèi)外轉(zhuǎn)子力矩的傳遞，類似一個磁懸浮隨動系統(tǒng)，與傳統(tǒng)電機相比，其不足之處在于力矩波動和振動噪聲較大，尤其在起動或負載擾動過程中，由于不是剛性接觸連接，通常會出現(xiàn)較為劇烈的速度波動問題，因此對穩(wěn)定性和定位精度要求嚴格的場合其應(yīng)用具有一定的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的是解決現(xiàn)有磁齒輪復合電機的推力波動問題，尤其在負載擾動或電機起、制動過程中，提高電機的運行穩(wěn)定性。
[0004]本實用新型是圓筒式直線磁齒輪復合永磁電機，包括一個無刷直流直線電機和一個直線磁力齒輪，該復合永磁電機具有雙機械端口，呈三層氣隙結(jié)構(gòu)，包括主電樞繞組和輔助阻尼繞組，能夠?qū)崿F(xiàn)機電能量的雙向傳遞；所述的無刷直流直線電機和直線磁力齒輪均采用圓筒式結(jié)構(gòu)同軸集成，即由構(gòu)成磁力齒輪的低速動子17和內(nèi)定子14與構(gòu)成無刷直流直線電機的高速動子5和外定子6構(gòu)成雙定子雙動子結(jié)構(gòu)。
[0005]該電機的低速動子永磁體向外聚磁，提高內(nèi)層氣隙磁密。該電機高速動子具有內(nèi)、外兩層永磁體磁路，且相互屏蔽，內(nèi)層永磁體向外聚磁，外層永磁體向內(nèi)聚磁，從而在高速動子兩側(cè)獲得比較理想的雙邊磁場，可以避免磁力齒輪諧波磁場對無刷直流直線電機的不利影響。
【附圖說明】
[0006]圖1是本實用新型一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的雙動子和雙定子結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2的A-A線的剖視圖；圖4是圖1的高速動子的準Halbach陣列永磁體充磁方式示意圖；圖5為圖2的三維結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標記及對應(yīng)名稱為:電機中心軸1，端蓋2，機座3，定子支架4，高速動子5，外定子6，電樞繞組7，高速動子外層永磁體8，高速動子外層鐵軛9，阻尼繞組10，不銹鋼隔磁圓筒11，高速動子內(nèi)層鐵軛12，高速動子內(nèi)層永磁體13，內(nèi)定子14，調(diào)磁環(huán)鐵芯15，非導磁材料16，低速動子17，低速動子永磁體18，低速動子鐵軛19，外層氣隙20，中間層氣隙21，內(nèi)層氣隙22，低速動子側(cè)連桿23，高速動子側(cè)連桿24。
【具體實施方式】
[0007]如圖1所示，一種圓筒式直線磁齒輪復合永磁電機，包括一個無刷直流直線電機和一個直線磁力齒輪，該復合永磁電機具有雙機械端口，呈三層氣隙結(jié)構(gòu)，包括主電樞繞組和輔助阻尼繞組，能夠?qū)崿F(xiàn)機電能量的雙向傳遞；所述的無刷直流直線電機和直線磁力齒輪均采用圓筒式結(jié)構(gòu)同軸集成，即由構(gòu)成磁力齒輪的低速動子17和內(nèi)定子14與構(gòu)成無刷直流直線電機的高速動子5和外定子6構(gòu)成雙定子雙動子結(jié)構(gòu)。
[0008]如圖1、圖2、圖3、圖4所示，所述低速動子17引出低速側(cè)動子連桿23 ;所述高速動子5引出高速側(cè)動子連桿24 ;所述內(nèi)定子14是由高導磁材料和非導磁材料交替組成的一種具有磁場調(diào)制作用的調(diào)磁定子，且調(diào)磁定子必須處于高、低速動子之間；所述的低速動子17由內(nèi)層鐵心19和Pl對極低速動子永磁體18組成，且相鄰永磁體極性相反；所述的高速動子5具有雙層永磁體結(jié)構(gòu)特征，由高速動子外層永磁體8、高速動子外層鐵心9、阻尼繞組10、不銹鋼隔磁圓筒11、高速動子內(nèi)層鐵心12和高速動子內(nèi)層永磁體13組成，高速動子外層永磁體8和高速動子內(nèi)層永磁體13均由P2對極永磁體組成，Pl> P2，且相鄰永磁體極性相反；所述的調(diào)磁定子由Ns塊鐵心和Ns塊非導磁材料交替組成，且Ns=Pl+P2 ;高、低速動子的變速比K為兩個動子的磁極對數(shù)之比，即K=P1/P2。
[0009]如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，所述的高速動子外層永磁體8、高速動子內(nèi)層永磁體13、低速動子永磁體18均采用準Halbach陣列充磁方式，且高速動子外層永磁體8和高速動子內(nèi)層永磁體13的磁路相互屏蔽，互不影響。在實際應(yīng)用中，由于無法實現(xiàn)永磁體的充磁方向的連續(xù)變化，這里采用徑向陣列、斜向陣列與軸向陣列相結(jié)合的準Halbach陣列充磁方式，將離散磁塊拼接在一起得到近似正弦充磁的效果。準Halbach陣列充磁結(jié)構(gòu)具有良好的自屏蔽效應(yīng)，并且可以產(chǎn)生比剩余磁場強度值更大的靜磁場，從而提高電機的功率密度。