专利名称：新型双鼠笼结构的气隙磁场电磁调制式永磁电机的制作方法
技术领域：
本发明是一种新型双鼠笼结构的气隙磁场电磁调制式永磁电机，是一种高转速气隙旋转磁场通过磁场电磁调制而直接实现低转速大力矩输出的新型直接驱动永磁电机，可广泛应用于风力发电、电动汽车、船舰驱动及其它需要直接驱动的工业传动领域。
背景技术：
根据旋转电机理论，要使电机获得持续稳定的负载运行能力，产生电磁感应的定子磁场和转子磁场必须保持相对静止，这就要求构成电机的定子和转子必须保持相同极数，为了节约原材料，电机往往设计成少极数的高速电机，但许多传动领域往往又需要低转速大力矩的输出，这使得常规电机在需要宽广的恒功率调速范围的应用受到很大限制，必须得借助机械齿轮变速传动技术来实现低转速、大力矩的输出和恒功率调速范围的要求， 从而使得系统传动效率低、噪声大、可靠性差，整个传动系统体积大。长期以来机械齿轮传动技术的基本形式没有变化，即始终是依靠机械式齿轮副的两轮齿的啮合进行传动。这就给齿轮传动带来了一些不可消除的问题，如机械疲劳、摩擦损耗、震动噪音等，尽管可以采用油脂润滑技术，但以上问题依旧无法根除，导致使用维护极其繁琐，而且机械式齿轮传动的理论效率最多也只能达到85%，固定传动速比的机械式齿轮副传动使得需要在更宽转速范围的多级、分档调速机构结构复杂，无法适应越来越多的无级变速的传动技术要求。近年来，随着风力发电、电动汽车等新能源应用领域的发展需求，国内外开始在新型磁性传动技术上实现对机械传动的技术突破，2004年英国工程师从理论和样机的具体实践上完成了一种新型径向磁场磁性齿轮的设计工作，克服了以往永磁齿轮传动扭矩较小的缺点，这给永磁材料在机械传动领域的应用开辟了一个重要的研究方向和未来的应用领域；但是，英国人提出的径向磁场磁性齿轮结构仅仅单纯地利用磁性材料的异极性相吸引原理来构建导磁鼠笼，这样的磁性齿轮传递的功率大小仅仅决定于磁性材料的磁能积大小，所以传递的力矩和能量虽有提高但还是受到磁能积的限制。2010年国内的上海大学在承接的国家“863”高科技项目(2007AA05Z233)中也提出了把磁性齿轮传动技术与永磁电机融为一体的设计方案并试制出首台复合电机的原形样机，但该设计方案也仅仅是把磁性齿轮和永磁电机在结构上进行了简单的一体化组合，从电磁场理论来看还是把永磁电机磁路与磁性齿轮磁路物理上分开设计的，使得复合电机具有3个气隙磁场，从而增加了昂贵的稀土材料的单位消耗量，从电机驱动来讲以上技术构思和设计还是仅仅单纯地把磁性材料作磁极的同步驱动概念，使得磁性传动所传递的功率大小仅仅决定于磁性材料的磁能积大小还没考虑到在结构设计中借助于异步电机那种转子鼠笼自感应电流引入异步转矩来增加磁性齿轮所传递的功率。
发明内容针对现有旋转电机技术、机械式齿轮传动技术在应用上存在的问题，以及最新的磁性传动技术的不足之处，本技术发明打破旋转电机定转子磁极极数必须保持相等以使产
4生电磁感应的定转子磁场保持相对静止的理论束缚，提供了一种高转速气隙旋转磁场通过磁场电磁调制而直接实现低转速大力矩输出的新型直接驱动永磁电机新结构。本发明的基本构思是电机由极数为2ps的定子、电磁调制式空心双鼠笼转子、极数为2 的永磁转子组成，三者之间呈径向同心式结构且存在两个气隙，分别对应两种同步转速不同的气隙旋转磁场；运行时，定子铁芯中的定子绕组流过三相对称交变电流，产生极数为2Ps的少极数高速气隙旋转磁场，经空心双鼠笼转子的导磁鼠笼、导电鼠笼联合电磁调制后，成为极数为 2pr的多极数低速高次谐波旋转磁场，从而以低转速大力矩驱动永磁转子。以下结合
图1和图2来说明这种新型双鼠笼结构的气隙磁场电磁调制式永磁电机的技术特征，图中项1为后端盖，项2为定子机壳，项3为定子绕组，项4为定子铁芯，项5 为导电铜条，项6为短路端环，项7为前端盖，项8为输出转轴，项9为转子永磁体，项10为转子铁芯，项11为滚动轴承I，项12为前内端盖，项13为导磁鼠笼，项14为后内端盖，项15 为滚动轴承II ；另外，图中字母符号标识N表示极性N的永磁体，S表示极性S的永磁体， &表示定子铁芯槽数，Zg表示空心双鼠笼转子的导磁栅齿数，r^表示永磁转子转速，118表示空心双鼠笼转子转速，ns表示定子气隙旋转磁场同步转速，2 表示永磁转子永磁体分布极数，2ps表示定子气隙旋转磁场极数，m表示定子绕组相数，A、X分别表示A相定子绕组首端、末端，B、Y分别表示B相定子绕组首端、末端，C、Z分别表示C相定子绕组首端、末端。(一 )、新型双鼠笼结构的气隙磁场电磁调制式永磁电机由极数为2ps的少极数的定子、电磁调制式空心双鼠笼转子、极数为2 的多极数的永磁转子组成，三者之间呈径向同心式结构，且在轴向两端由前端盖7、后端盖1、定子机壳2支撑固定，电磁调制式空心双鼠笼转子两边存在两个气隙，两气隙分别对应两种同步转速不同的气隙旋转磁场；( 二)、新型双鼠笼结构的气隙磁场电磁调制式永磁电机的定子与电磁调制式空心双鼠笼转子间的气隙旋转磁场是极数为2ps、同步转速为ns的高速旋转磁场，由嵌装于定子铁芯4上\个槽中的、相数m为3相、极数为2Ps的定子绕组3中流过的交变频率为fs的三相对称交流电流产生；(三)、新型双鼠笼结构的气隙磁场电磁调制式永磁电机的永磁转子与电磁调制式空心双鼠笼转子间的气隙旋转磁场是极数为2 、同步转速为的低速高次谐波旋转磁场，由安装于转子铁芯10表面的、极数为2 的转子永磁体9产生，其中极数2 相对于极数2 3为多极；(四)、新型双鼠笼结构的气隙磁场电磁调制式永磁电机的电磁调制式空心双鼠笼转子中穿过的磁场是由定子绕组3产生的少极数高速旋转磁场与转子永磁体9产生的多极数低速旋转磁场而合成，该合成磁场通过空心双鼠笼转子的具有Zg个导磁栅齿的导磁鼠笼13、具有Zg个导电铜条5和两端的短路端环6构成的导电鼠笼联合调制，Zg与极对数 Pr和Ps满足以下关系约束Zg = pr+ps0满足以上特征的新型双鼠笼结构的气隙磁场电磁调制式永磁电机具有如下特性
60x/s定子旋转磁场同步速度
权利要求1.新型双鼠笼结构的气隙磁场电磁调制式永磁电机，其特征是新型双鼠笼结构的气隙磁场电磁调制式永磁电机由极数为2Ps的少极数的定子、电磁调制式空心双鼠笼转子、极数为2 的多极数的永磁转子组成，三者之间呈径向同心式结构，且在轴向两端由前端盖(7)、后端盖(1)、定子机壳( 支撑固定，电磁调制式空心双鼠笼转子两边存在两个气隙，两气隙分别对应两种同步转速不同的气隙旋转磁场；新型双鼠笼结构的气隙磁场电磁调制式永磁电机的定子与电磁调制式空心双鼠笼转子间的气隙旋转磁场是极数为2ps、同步转速为ns的高速旋转磁场，由嵌装于定子铁芯(4) &个槽中的、相数m为3相、极数为2Ps的定子绕组(3)中流过的交变频率为fs的三相对称交流电流产生；新型双鼠笼结构的气隙磁场电磁调制式永磁电机的永磁转子与电磁调制式空心双鼠笼转子间的气隙旋转磁场是极数为2 、同步转速为的低速高次谐波旋转磁场，由安装于转子铁芯(10)表面的、极数为2 的转子永磁体(9)产生，其中极数2 相对于极数2化为多极；新型双鼠笼结构的气隙磁场电磁调制式永磁电机的电磁调制式空心双鼠笼转子中穿过的磁场是由定子绕组C3)产生的少极数高速旋转磁场与转子永磁体(9)产生的多极数低速旋转磁场而合成，该合成磁场通过空心双鼠笼转子的具有Zg个导磁栅齿的导磁鼠笼 (13)、具有Zg个导电铜条( 和两端的短路端环(6)构成的导电鼠笼联合调制，Zg与极对数Pr和Ps满足以下关系约束=Zg = pr+ps。
2.根据权利要求1所述的新型双鼠笼结构的气隙磁场电磁调制式永磁电机，其特征是在定子和永磁转子之间安装有电磁调制式空心双鼠笼转子，电磁调制式空心双鼠笼转子由两个空心鼠笼、前内端盖(12)、后内端盖(14)以及滚动轴承I(Il)所组成；起内外气隙磁场调制作用的两个空心鼠笼，其一是具有4个导磁栅齿的导磁鼠笼(13)，其二是具有 &个导电铜条(5)和两端的短路端环(6)所组成的导电鼠笼；导磁鼠笼(13)上沿圆周弧面上均勻分布有&个长条形孔，长条形孔之间就是起导磁作用的&个均勻分布的导磁栅齿， 导磁鼠笼(1 由导磁的薄钢板经冲压成形，再经多片卷绕、叠压、铆焊成一整体；导磁鼠笼 (13)的导磁栅齿之间长条形孔中装配有导电铜条(5)，并在导磁鼠笼(1 两端面与短路端环(6)焊接为一整体，从而构成径向对称的导电鼠笼绕组，导电鼠笼与导磁鼠笼交错排列形成空心双鼠笼转子结构；前内端盖(12)、后内端盖(14)与导磁鼠笼(13)之间采用紧配合连接。
3.根据权利要求1所述的新型双鼠笼结构的气隙磁场电磁调制式永磁电机，其特征是永磁转子由2 个转子永磁体(9)、转子铁芯(10)、输出转轴(8)组成圆柱形状结构，转子永磁体(9)按N极S极间隔排列分布的方式分布于转子铁芯(10)的外圆表面，转子铁芯(10)由导磁的硅钢板经冲压成片状叠压铆焊成一整体并与输出转轴(8)紧配合连接， 永磁转子与定子和电磁调制式空心双鼠笼转子之间分别通过滚动轴承11(1 和滚动轴承 I(Il)连接。
4.根据权利要求1所述的新型双鼠笼结构的气隙磁场电磁调制式永磁电机，其特征是定子由定子铁芯G)、定子绕组(3)和定子机壳(2)组成，定子铁芯由导磁的硅钢板冲压加工成冲片形状并多片叠压组焊成一整体；定子铁芯内圆周均勻分布有&个槽，槽中安放有&个双层结构的定子绕组(3)，定子绕组C3)在端部接成相数m为3相、每相串联极数为2Ps的三相对称Y型绕组，三相对称Y型绕组中通以交变频率为fs的三相对称交流电流； 定子绕组C3)采用可克服齿槽效应的、削弱高次谐波成分的分数槽分布的、短矩、双层叠绕组形式。
专利摘要新型双鼠笼结构的气隙磁场电磁调制式永磁电机，是一种高转速气隙旋转磁场通过磁场电磁调制而直接实现低转速大力矩输出的新型直接驱动电机，可应用于风力发电、电动汽车、船舰驱动等需要直接驱动的传动领域。其特征是电机由极数为2ps的定子、电磁调制式空心双鼠笼转子、极数为2pr的永磁转子组成，三者之间呈径向同心式结构且存在两个气隙，分别对应两种同步转速不同的气隙旋转磁场；运行时，定子铁芯4中的定子绕组3流过三相对称交变电流，产生极数为2ps的少极数高速气隙旋转磁场，经空心双鼠笼转子的导磁鼠笼13、导电鼠笼联合电磁调制后，成为极数为2pr的多极数低速高次谐波旋转磁场，从而以低转速大力矩驱动永磁转子。
文档编号H02K16/02GK202197194SQ20112024515
公开日2012年4月18日 申请日期2011年7月3日 优先权日2011年7月3日
发明者余虹锦 申请人:余虹锦