[实用新型]一种盘式车轮电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种新型盘式永磁复合无刷车轮电机，属于新型特种电机技术。

背景技术

目前普通圆柱形电机存在一些弱点，如冷却困难和转子铁芯利用率低等；同时，机械齿轮箱在诸多传动领域得到应用，以实现增速或减速，达到系统的要求。但是，这也使得整个传动系统的体积和重量大大增加，投资成本相应增加，除此之外，噪声大、效率低、传输精度低、响应慢也是其不足之处，齿轮箱的磨损会减少系统的寿命和可靠性。

盘式电机具有其独特的优点，同时磁齿轮的概念逐步得到推广，其应用范围也将不断扩大，此处将盘式电机与磁齿轮相结合，形成一种新型盘式永磁复合无刷电机，其具有如下优点：

(1)盘式结构电机具有结构简单、运行可靠、维护方便、轴向结构紧凑、效率高和无级调速等特点，尤其体积小和重量轻，大约为普通永磁电机的50％，特别适用于对体积和重量有苛刻要求的场合以及低速电机中。

(2)将磁齿轮引入到盘式电机中组成复合电机，这种结构通过磁齿轮实现一定的速度变比，无需配备减速机构。同时，由于磁齿轮噪声低、免维修、可靠性高、转矩传输能力大、过载自动保护等优点。

(3)无刷结构省去了电刷，简化了电机结构和成本，省去了对电刷的维护与保养，增加了系统可靠性。

电机的高密度设计使得电机单位体积的损耗和发热量增大，导致电机各部份温度升高、转子永磁体的内禀矫顽力下降和加速永磁磁钢累积退磁效应的进程。圆柱形电机的结构特点限制了其散热的能力，但是盘式电机中盘形的转子结构提供了一个较大的散热面，有利于电机散热，从而为电机功率密度的增加提供了空间，同时将磁齿轮融合到盘式电机中，可有效地降低噪声，提高可靠性，并支持过载自动保护。

发明内容

技术问题：本实用新型通过提出一种盘式车轮电机，解决了现有传动装置中的机械增速齿轮箱功率密度低、机械磨损和噪音等问题，同时在传统磁齿轮结构的基础上省去一个磁齿轮的内转子，简化装置制造工艺，减小电机的体积、重量和制造成本，提高效率、同时还去除了由内转子带来的较大的振动以及噪声。作为轮毂电机应用于电动汽车时内转子的省去也减少了汽车的非簧载质量，提高的驾乘的稳定性以及舒适性。盘式电机结构的应用将解决圆柱形径向电机冷却困难和铁芯利用率低等问题，并具有较高的功率密度。

技术方案：本实用新型公开了一种盘式车轮电机，该电机包括定子、绕组、静止调磁环、磁齿轮外转子、转子轭部、永磁体；磁齿轮外转子与机壳合为一体，永磁体沿圆周方向均匀嵌放在转子轭上，定子采用盘式开槽结构，绕组嵌放在定子槽中，静止调磁环采用盘形结构，置于磁齿轮外转子与定子之间。

磁齿轮外转子与静止调磁环之间有气隙，静止调磁环与定子之间有气隙，较以往磁齿轮结构省去一个磁齿轮的内转子。

磁齿轮外转子采用永磁体与转子轭铁芯交错的形式，所有永磁体极性方向相同，永磁体材料为钕铁硼，充磁方向为轴向。

静止调磁环采用调磁块和非调磁块沿圆周方向均匀分布的结构，调磁块材料为硅钢片，非调磁块材料为非导磁的铝。

所述静止调磁环中的调磁块数等于转子永磁体数与定子磁场极对数之和。

当定子绕组通以一定频率的交流电时，在靠近定子一侧的气隙中产生一个以角速度ω₁旋转的磁场，经过调磁环调制作用，在靠近磁齿轮外转子一侧的气隙中产生一个调制波磁场，其旋转角速度为-ω₂，该磁场与磁齿轮外转子上的永磁体相互作用，带动磁齿轮外转子旋转，通过改变通过绕组的电压频率从而实现不同的角速度ω₁，进而得到不同的外转子旋转速度-ω₂，实现调速驱动。ω₁∶ω₂为速度变比，等于磁齿轮外转子永磁体数与内定子极对数之比。

为调制出最大的谐波磁场，取静止调磁环中调磁铁块数等于磁齿轮外转子永磁体数与定子极对数之和。

有益效果：

(1)省去了机械变速齿轮箱，但却可以获得较大的机械转矩，不存在齿轮箱的机械磨损、维护和噪音问题，提高了装置可靠性。同时减小电机的体积，重量和制造成本；

(2)省去了磁齿轮的内转子，制造工艺大大简化，减少永磁体用量，避免了由内 转子带来的机械振动以及噪声。应用于电动汽车，减少了非簧载质量，提高的驾乘的稳定性以及舒适性；

(3)转子采用高磁能积钕铁硼励磁，没有滑环和电刷，无需外加电源励磁，具有结构简单、体积小重量轻、功率密度高、效率高以及可靠性高等优点；