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CN108880161A - 一种无铁心轴向磁通永磁同步复合电机 - Google Patents

一种无铁心轴向磁通永磁同步复合电机 Download PDF

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CN108880161A
CN108880161A CN201810745445.0A CN201810745445A CN108880161A CN 108880161 A CN108880161 A CN 108880161A CN 201810745445 A CN201810745445 A CN 201810745445A CN 108880161 A CN108880161 A CN 108880161A
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rotor
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王晓光
周晟
李新华
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Hubei University of Technology
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Hubei University of Technology
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Abstract

本发明涉及一种无铁心轴向磁通永磁同步复合电机，包括磁齿轮组以及与磁齿轮组配接的定转子组，所述定转子组包括若干定子组件和转子组件叠加构成，磁齿轮组中的主动轮组的主动轮轴为电机轴，主动轮轴且一端穿过定转子组，另一端穿过主动轮组后通过一个轴承固定在磁齿轮调磁环上，从动轮组的轴为一端穿过从动轮组后通过另一个轴承固定在磁齿轮调磁环上。本发明的电机没有定子铁心，降低了电机的铁耗，提高了电机的运行效率，实现了电机在高速状态下运行的可能；能够有效提高电机的功率密度、转矩密度，降低电机成本和维护成本，电机具有过载自保护功能、提高了电机的可靠性。缩小了复合电机的体积，节省了电机的占用空间。

Description

一种无铁心轴向磁通永磁同步复合电机
技术领域
本发明涉及电学领域，尤其是涉及一种无铁心轴向磁通永磁同步复合电机。
背景技术
传统的有铁心永磁同步电机因为有定子铁心，在高速运行的情况下会产生较大的铁耗，会降低电机的效率。另外，定子铁心的饱和现象限制了电机的过载能力、电机参数呈非线性。而无铁心永磁电机由于定子采用无铁心结构，电机不产生铁耗，从而可有有效提高电机效率：电机的过载能力非常强，电机参数线性。但是现有的无铁心电机大多用于低速直驱的应用场合，电机转速较低，功率密度、转矩密度、效率均较低、成本高，并没有充分发挥该电机无铁耗的优点。
传统的永磁同步电机因为其较好的电磁性能广泛应用于电动汽车，轮船驱动，风力发电等领域。但轴向磁通永磁同步电机具有功率密度大和转矩密度大等特点，可以缩小电机体积，减轻电机重量，更适合被推广使用。但普通的轴向磁通永磁同步电机因为有定子铁心，运行时会产生铁耗，转速越高，铁耗越大，这不但降低了电机的效率，也制约了电机的转速。现有的低速直驱无铁心电机体积较大，功率密度低，成本高。所以，如果提高该电机的转速，可以有效提高电机的功率密度、降低成本。
发明内容
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种无铁心轴向磁通永磁同步复合电机，其特征在于，包括磁齿轮组以及与磁齿轮组配接的定转子组，所述定转子组包括若干定子组件和转子组件叠加构成，磁齿轮组包括主动轮组和从动轮组以及设置在主动轮组和从动轮组之间的磁齿轮调磁环，所述主动轮组的主动轮轴为电机轴，主动轮轴且一端穿过定转子组，另一端穿过主动轮组后通过一个轴承固定在磁齿轮调磁环上，从动轮组的轴为一端穿过从动轮组后通过另一个轴承固定在磁齿轮调磁环上。
在上述的一种无铁心轴向磁通永磁同步复合电机，所述定子组件包括定子固定支架以及绕制在定子固定支架上的定子绕组。
在上述的一种无铁心轴向磁通永磁同步复合电机，所述定子固定支架为圆形，包括若干以圆心为中心周向设置的若干定子子支架，绕组绕制在定子子支架上，定子固定支架链两个端面设有是固定绕组的塑料定子壳，塑料定子壳上设有形状与定子子支架适配的槽，保证定子嵌入到塑料机壳中。
在上述的一种无铁心轴向磁通永磁同步复合电机，所述转子组件包括转子铁心以及设置在转子铁心上的钕铁硼磁钢
在上述的一种无铁心轴向磁通永磁同步复合电机，所述转子铁心为圆形，钕铁硼磁钢以圆心中为中心周向设置在转子铁心上，，磁钢的充磁方向为径向充磁，所述定子固定支架的内径和外径均大于转子铁心内径。
在上述的一种无铁心轴向磁通永磁同步复合电机，所述主动轮组包括主动轮以及固定在主动轮上的磁齿轮高速侧转子磁钢，所述从动轮组包括从动轮以及固定在从动轮上的磁齿轮低速侧转子磁钢，所述磁齿轮高速侧转子磁钢和磁齿轮低速侧转子磁钢的结构相同，均包括周向设置在动轮上的若干个磁钢构。
在上述的一种无铁心轴向磁通永磁同步复合电机，磁齿轮高速侧转子磁钢为4块，磁齿轮低速侧转子磁钢为16块磁。
在上述的一种无铁心轴向磁通永磁同步复合电机，所述磁齿轮的变速比与高低速侧转子的极对数之比相同，所述定子固定支架和转子铁心之间设置固定在主动轮轴上的垫片，垫片的外径小于定子内径，且与轴紧配合。垫片的作用是穿过定子且不与定子相接处，位置是在定子中心两边各伸出1mm，转子紧挨垫片，垫片随着转子一起转动。从而实现定转子之间留有1mm的气隙。
在上述的一种无铁心轴向磁通永磁同步复合电机，所述转子组件中两端的转子铁心厚度大于中间的转子铁心厚度，且其中一端距离磁齿轮调磁环最近的转子铁心为主动轮，磁齿轮高速侧转子磁钢设置在主动轮的一端面，钕铁硼磁钢设置在主动轮的另一端面。
因此，本发明具有如下优点：1、该电机没有定子铁心，具体采用的结构是用塑料机壳固定定子绕组。这样的好处是降低了电机的铁耗，提高了电机的运行效率，实现了电机在高速状态下运行的可能。2、该电机通过磁齿轮降低电机的转速，可有效提高电机的功率密度、转矩密度，降低电机成本和维护成本，电机具有过载自保护功能、提高了电机的可靠性。3、电机与磁齿轮的高速侧转子共用一根轴，同属电机最后一个转子与磁齿轮的高速侧转子共用一个转子铁心，这样的好处是缩小了复合电机的体积，节省了电机的占用空间。4、磁齿轮的调磁环加厚，在调磁环上放置轴承，这样的好处是用简单的结构实现了磁齿轮高速转子和低速转子的独立转动，制造成本降低。
附图说明
附图1是本发明涉及的新型无铁心轴向磁通永磁同步复合电机定子结构三维图形.
附图2是本发明涉及的新型无铁心轴向磁通永磁同步复合电机转子结构三维图形。
附图3是本发明涉及的新型无铁心轴向磁通永磁同步复合电机磁齿轮结构三维图形。
附图4是本发明涉及的磁齿轮展开结构三维图。
附图5是本发明涉及的新型无铁心轴向磁通永磁同步复合电机定转子装配三维图。
附图6是本发明涉及的新型无铁心轴向磁通永磁同步复合电机电机与磁齿轮配合结构三维图。
附图7是本发明涉及的新型无铁心轴向磁通永磁同步复合电机整体结构三维图。
附图8是本发明涉及的新型无铁心轴向磁通永磁同步复合电机的定子固定支架的结构图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
图1中1为定子绕组，2为定子固定支架定子，绕组通过定子固定支架固定，定子内径和外径大于转子内径，以保证转子转动时定子保持不动。
图2中3为转子铁心，4为钕铁硼磁钢，磁钢的充磁方向为径向充磁，运行时不会产生铁耗。
图3中5为磁齿轮高速侧转子磁钢，6为磁齿轮调磁环，7为磁齿轮低速侧转子磁钢。磁齿轮的变速比与高低速侧转子的极对数相同(图中高速侧转子极对数为2，低速侧转子的极对数为9)。
图4中8为固定在调磁环上的轴承。轴向电机和磁齿轮高速转子侧的轴固定在其中一个轴承上，磁齿轮低速转子侧的轴固定在另外一个轴承上，两个轴承之间预留了一定的间隙，保证高速转子和低速转子转动时互不影响。9为磁齿轮低速侧转子的轴，10为磁齿轮高速侧转子与电机共用的轴。
图5中2是定子，3是转子，10是电机的轴，11是垫片。垫片的外径小于定子内径，且与轴紧配合。垫片的作用是穿过定子且不与定子相接处，位置是在定子中心两边各伸出1mm，转子紧挨垫片，垫片随着转子一起转动。从而实现定转子之间留有1mm的气隙。
图6中5是高速侧转子磁钢，4为电机转子磁钢，10为电机与磁齿轮共用的轴，12为磁齿轮与电机共用的转子铁心。
图7为电机整体结构图。
3.电机1定子外径、定子内径以及3转子内径(即轴径)参考同规格轴向磁通电机，定子内外径比转子内外径大。电机的定转子个数是可以变的(图中为4个定子，5个转子)，以满足不同的转矩要求。本专利的设计思路是电机高速转动，在通过磁齿轮减速，提高转矩。电机高速转动时，由于没有定子铁心，磁力线也不穿过转子铁心，所以不会产生铁耗，提高电机的效率。磁齿轮两侧转子都装有永磁体，主动轮转动时，通过相同磁极的互相排斥，不同磁极的相互吸引原理，带动从动轮转动。磁齿轮的转动原理和电机的转动原理相似，都是通过磁场的变化改变另一个磁场的状态，因此，与电机的转矩脉动类似，磁齿轮运行时也可能存在不稳定的问题。利用调磁环，使主动轮一次输出一个正弦波，可以有效地解决这一问题。
需要注意的是：
1,绕组是同心式绕制(绕出来像蚊香一样)，然后涂上绝缘漆烘烤定型，然后用塑料机壳固定住定型的绕组。就是两个塑料壳卡住。
2、定子的外径(塑料圆环的外径)大于转子(铁心)的外径(例如定子外径是130mm，转子外径是110mm)，定子(塑料圆环)与电机机壳是紧配合，这样定子的位置就固定了。定子的内径大于转子的内径(例如定子内径55mm，转子内径50mm)，转子内径与转轴是紧配合(转子固定在轴上)。转子转动带动轴转动，但是定子内径与轴之间有空隙(例如2.5mm)，轴转动时不会影响定子。转子外径与机壳之间也有空隙，(例如5mm)，转子转动时不会与机壳摩擦。
3、高速侧转子(主动轮)是两对极，4块磁钢。低速侧转子(从动轮)是8对极，16块磁钢。
4、变比为高速侧转子极对数比上低速侧转子极对数，这里是8/2＝4
5、定转子之间的空隙是1mm，所以垫片比定子多出2mm。垫片与定子同中心线放置，所以放置好后垫片在定子左右各伸出1mm。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种无铁心轴向磁通永磁同步复合电机，其特征在于，包括磁齿轮组以及与磁齿轮组配接的定转子组，所述定转子组包括若干定子组件和转子组件叠加构成，磁齿轮组包括主动轮组和从动轮组以及设置在主动轮组和从动轮组之间的磁齿轮调磁环，所述主动轮组的主动轮轴为电机轴，主动轮轴且一端穿过定转子组，另一端穿过主动轮组后通过一个轴承固定在磁齿轮调磁环上，从动轮组的轴为一端穿过从动轮组后通过另一个轴承固定在磁齿轮调磁环上。
2.根据权利要求1所述的一种无铁心轴向磁通永磁同步复合电机，其特征在于，所述定子组件包括定子固定支架以及绕制在定子固定支架上的定子绕组。
3.根据权利要求2所述的一种无铁心轴向磁通永磁同步复合电机，其特征在于，所述定子固定支架为圆形，包括若干以圆心为中心周向设置的若干定子子支架，绕组绕制在定子子支架上，定子固定支架链两个端面设有是固定绕组的塑料定子壳，塑料定子壳上设有形状与定子子支架适配的槽，保证定子嵌入到塑料机壳中。
4.根据权利要求2所述的一种无铁心轴向磁通永磁同步复合电机，其特征在于，所述转子组件包括转子铁心以及设置在转子铁心上的钕铁硼磁钢。
5.根据权利要求4所述的一种无铁心轴向磁通永磁同步复合电机，其特征在于，所述转子铁心为圆形，钕铁硼磁钢以圆心中为中心周向设置在转子铁心上，，磁钢的充磁方向为径向充磁，所述定子固定支架的内径和外径均大于转子铁心内径。
6.根据权利要求1所述的一种无铁心轴向磁通永磁同步复合电机，其特征在于，所述主动轮组包括主动轮以及固定在主动轮上的磁齿轮高速侧转子磁钢，所述从动轮组包括从动轮以及固定在从动轮上的磁齿轮低速侧转子磁钢，所述磁齿轮高速侧转子磁钢和磁齿轮低速侧转子磁钢的结构相同，均包括周向设置在动轮上的若干个磁钢构。
7.根据权利要求6所述的一种无铁心轴向磁通永磁同步复合电机，其特征在于，磁齿轮高速侧转子磁钢为4块，磁齿轮低速侧转子磁钢为16块磁。
8.根据权利要求1所述的一种无铁心轴向磁通永磁同步复合电机，其特征在于，所述磁齿轮的变速比与高低速侧转子的极对数之比相同，所述定子固定支架和转子铁心之间设置固定在主动轮轴上的垫片，垫片的外径小于定子内径，且与轴紧配合，垫片的作用是穿过定子且不与定子相接处，位置是在定子中心两边各伸出1mm，转子紧挨垫片，垫片随着转子一起转动，从而实现定转子之间留有1mm的气隙。
9.根据权利要求1所述的一种无铁心轴向磁通永磁同步复合电机，其特征在于，所述转子组件中两端的转子铁心厚度大于中间的转子铁心厚度，且其中一端距离磁齿轮调磁环最近的转子铁心为主动轮，磁齿轮高速侧转子磁钢设置在主动轮的一端面，钕铁硼磁钢设置在主动轮的另一端面。
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