[发明专利]直驱式正弦磁场复合型永磁电机

说明书

技术领域

本发明属于电机与传动技术领域，具体涉及一种适用于低转速、大转矩直驱式正弦磁场复合型永磁电机，该电机是正弦磁场同心式磁性齿轮与正弦磁场自控式永磁电机的集成，构成高转矩密度、高效率、高功率因数永磁电机。

背景技术

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损耗使高精度控制难以实现，系统的可靠性和效率降低，且产生噪声；机械变速装置还占据较大的安装空间。

发明内容

本发明的目的是解决径向充磁永磁复合电机中磁性齿轮谐波磁场影响内嵌式永磁电机平稳高效运行问题，提供一种直驱式正弦磁场复合型永磁电机，结构紧凑、转矩密度高，适合于低转速、大转矩直接驱动场合。

为了实现上述目的，本发明的构思是：将正弦充磁(Halbach)磁体结构应用于磁场调制式磁性齿轮与自控式永磁电机中，构成一台适合于直接驱动的复合型高效高转矩密度永磁电机。磁场调制式磁性齿轮为同心式结构，两个同心正弦磁场的磁性圆环构成内外转子，外转子极对数P₁多于内转子极对数P₂；两磁性圆环之间有一开槽的定子调磁铁心，根据变磁阻调制原理，当调磁铁心的齿数Ns=P1                                                P₂时，在两个转子相应气隙中会形成与各自极对数相一致的磁场，从而产生恒定的电磁转矩。由于在任一时刻所有永磁体都参与了力的传递，所以其转矩密度远大于仅靠单对磁极传力的传统型磁性齿轮。在同心式磁性齿轮的内部空间放入一电枢内定子。内转子上有内外两层永磁体，外层永磁体磁场向外聚集，与磁阻式定子、外转子构成同心式磁性齿轮；内层永磁体磁场向内聚磁，与内定子构成内嵌式永磁电机。磁性齿轮与永磁电机磁场互不干扰，形成内部正弦磁场相互独立、保证各自良好性能的复合型永磁电机。其特征在于高性能同心式磁性齿轮与自控式永磁电机的集成，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。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案:

一种直驱式正弦磁场复合型永磁电机，包括一个自控式永磁电机和一个磁场调制式磁性齿轮，其特征在于所述永磁电机和磁性齿轮均采用正弦充磁永磁结构；并且两者同心集合成双定子双转子结构，即由构成磁性齿轮外转子和外定子与构成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。

所述外转子为杯型转子，其杯型底与一个外转子中心转轴固定连接；所述外定子为筒形体，由铁心块和非导磁材料周向交替间隔构成，其一端通过一个轴向支承体直接与一个机座的一个端盖固定连接，而另一端通过一个径向盘与所述内定子的内端固定连接；所述内转子为筒形体，从外至内依次由一个外层永磁体、一个外铁轭、一个不锈钢隔磁圆筒、一个内铁轭和一个内层永磁体套装构成，所述不锈钢隔磁圆筒的两端通过两个轴承支承于所述内定子的内外两端；所述内定子的外端与机座的端盖固定连接，内定子的中心孔内安置所述外转子中心转轴；该外转子中心转轴的一端通过轴承支承于所述内定子的外端，而另一端通过轴承支承于所述机座的另一端盖的内孔内。

所述外转子杯型体内圆周向均布P₁对永磁体，所述内转子的外铁轭的外圆以及内铁轭的内圆分别周向均布P₂对外层永磁体和内层永磁体，且P₁>P₂；所述内外铁轭分别固定在所述不锈钢隔磁圆筒的内外壁上。所述外转子的永磁体和内转子的内外两层永磁体均为正弦充磁结构，外转子的永磁体磁场向内聚集，为“内向型”；内转子外层永磁体磁场向外聚集，为“外向型”，内转子内层永磁体磁场向内聚集，为“内向型”；所述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=P₁-P₂；所述内定子由一个内定子铁芯上绕制电枢绕组构成。

所述的所有永磁体均为表贴式正弦充磁结构，如果每极使用n块磁体，每块磁体的磁化强度均为M，极数为 p，且第一块磁体的充磁方向沿 x轴正方向，则正弦充磁结构的第i块磁体的磁化强度x、y分量表示如下：

                             （1）