直驱式磁力耦合型谐波电机的制作方法

本发明属于直驱式电机领域。

背景技术：

自进入21世纪以来，能源短缺已经成为制约各国发展的重要问题，发展新型能源、节能降耗成为各国的研究热点。由于传统燃油汽车会排放尾气，不仅会对环境产生污染且能耗巨大，所以各国开始了混合动力汽车、电动汽车的研究，而我国在电动汽车上的研究投入了大量人力物力，相关技术已然走到世界前列。驱动电机是电动汽车的动力元件，是其不可缺少的一部分，虽然现在已有多种款型的电动汽车面世，但其中大多数仍使用机械减速系统与电机的配合完成低速大转矩输出，这样的传动机构不仅体积大且有难维护、效率低、振动噪声大的问题。直驱式电机虽能解决这一问题，但仍有极数多、控制器容量大，功率密度低的不足，限制了其在电动汽车上的应用。

技术实现要素：

本发明是为了解决现有电动汽车上的电机-齿轮传动系统难于维护、输出效率低和振动噪声大及常规直驱式电机体积庞大的问题。本发明提供了一种直驱式磁力耦合型谐波电机。

直驱式磁力耦合型谐波电机，它包括电枢绕组、内定子、外定子、杯形转子、左端盖、右端盖、转子输出轴、机壳和磁钢；

在转子输出轴的径向方向上，由内至外依次套有内定子、杯形转子、外定子和机壳，杯形转子与内定子和外定子间存在气隙；

左端盖和右端盖分别盖合在机壳的左、右两端面上，且二者均通过轴承与转子输出轴转动连接；

杯形转子的杯口朝向右端盖，杯形转子的杯底与转子输出轴固定连接；

杯形转子的内、外侧壁上均沿轴向开设有磁钢槽，且磁钢槽内嵌入有磁钢；

磁钢的充磁方向为径向充磁，且同一壁面上相邻的两个磁钢的充磁方向相反；

内定子固定在右端盖延伸出的基座上，且该基座位于内定子与转子输出轴之间，电枢绕组缠绕在内定子上，外定子固定在机壳上；

电枢绕组的磁极对数为ps，内定子和外定子的齿数均为ns，杯形转子的一壁面上的磁极对数为pr，且ns＝ps+pr。

所述的杯形转子的内、外侧壁上的磁钢分别与内定子和外定子相对设置，且磁钢的轴向长度大于或等于内定子和外定子的轴向长度。

所述的外定子上的齿与内定子的齿槽相对设置。

原理分析：依据磁齿轮效应pr＝|mps+kns|，其中，m＝1，3，5，…，+∞；k＝0，±1，±2，…，±∞；当m＝1,k＝-1时，经定子齿调制后的气隙谐波磁场最强，此时，磁场空间谐波旋转速度为可得定子磁场转速n1与转子转速n2比即传动比gr为：内定子电枢绕组通电后产生的高速旋转磁场经定子齿调制，在气隙中产生了与转子磁极数目相同的多极低速磁场，此谐波磁场与永磁磁极相互配合，完成转矩输出。

本发明带来的有益效果是：

本发明所提出的磁力耦合型谐波电机，使用双定子、中间转子结构，仅在内定子处绕有电枢绕组，节省铜线；电机旋转时，转子外侧磁极在外定子中产生ps对极旋转磁场，此ps对极旋转磁场又因磁齿轮效应，在外侧气隙中产生与转子磁极相同极数的磁场，在内外侧气隙内，达到了磁场的双重调制作用，增强了电机转矩输出能力。

本发明所提出的一种直驱式磁力耦合型谐波电机为低速大转矩谐波电机，集合了磁性齿轮和永磁同步电机的优点，可以在电机的内部完成“自减速”功能，拥有低速大转矩的输出特性，其不仅具有体积小、功率密度高的特点，且相比传统直驱式电机，对控制器件的要求也大幅降低，提高了控制器-电机系统的整体可靠性。

转子为空心杯形结构，其一侧为空心形式，另一侧为实心圆盘，杯形转子的杯底开与转子输出轴固定连接的轴孔及螺孔，提高了杯形转子与转子输出轴传动构件的机械稳定性；杯形转子的内、外侧壁上开有磁钢槽，磁钢槽的深度可调，磁钢槽深度为h。开设此槽既可以在装配时起到磁钢定位的功能，又能起到电机旋转运动时固定磁钢的作用。

本发明所提出的直驱式磁力耦合型谐波电机，不仅具有较高的功率密度，且具有低速大转矩的输出特性，根据磁齿轮的运行原理，解决了机械传动机构维护难、噪声大的缺陷，噪声降低了70％以上，在电动汽车等直接驱动领域有着极高的应用价值。

附图说明

图1为本发明所述的直驱式磁力耦合型谐波电机的主剖视图；

图2为定子与杯形转子的相对关系图；

图3为图2的左视图；

图4和图5均为定子与杯形转子的三维结构示意图；

图6为内定子的三维结构示意图；

图7为外定子的三维结构示意图；

图8为带有磁钢的杯形转子的主视图；

图9和图10均为带有磁钢的杯形转子的三维结构示意图；

图11和图12均为未放磁钢的杯形转子的三维结构示意图；

图13为图12的左视图；

图14为图12的右视图；

图15和图16均为右端盖的三维结构示意图；

图17为右端盖的主视图；

图18为转子输出轴的三维结构示意图；

图19为转子输出轴的主视图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1至图19说明本实施方式，本实施方式所述的直驱式磁力耦合型谐波电机，它包括电枢绕组1、内定子2、外定子3、杯形转子4、左端盖5、右端盖6、转子输出轴7、机壳8和磁钢9；

在转子输出轴7的径向方向上，由内至外依次套有内定子2、杯形转子4、外定子3和机壳8，杯形转子4与内定子2和外定子3间存在气隙；

左端盖5和右端盖6分别盖合在机壳8的左、右两端面上，且二者均通过轴承10与转子输出轴7转动连接；

杯形转子4的杯口朝向右端盖6，杯形转子4的杯底与转子输出轴7固定连接；

杯形转子4的内、外侧壁上均沿轴向开设有磁钢槽4-1，且磁钢槽4-1内嵌入有磁钢9；

磁钢9的充磁方向为径向充磁，且同一壁面上相邻的两个磁钢9的充磁方向相反；

内定子2固定在右端盖6延伸出的基座6-1上，且该基座6-1位于内定子2与转子输出轴7之间，电枢绕组1缠绕在内定子2上，外定子3固定在机壳8上；

电枢绕组1的磁极对数为ps，内定子2和外定子3的齿数均为ns，杯形转子4的一壁面上的磁极对数为pr，且ns＝ps+pr。

本实施方式中，转子为空心杯形结构，其一侧为空心形式，另一侧为实心圆盘，杯形转子4的杯底开与转子输出轴7固定连接的轴孔及螺孔，提高了杯形转子4与转子输出轴7传动构件的机械稳定性；杯形转子4的内、外侧壁上开有磁钢槽，磁钢槽4-1的深度可调，磁钢槽深度为h。开设此槽既可以在装配时起到磁钢定位的功能，又能起到电机旋转运动时固定磁钢的作用；磁钢槽不仅对电机的机械性能产生影响还会改变电机磁路、引起电机电磁性能的变化，本发明所提出的电机经优选后选取h＝2mm，使电机转矩得到了进一步的提高。

永磁齿轮具有无接触、免维护、振动噪声小、转矩密度高的优点。本发明根据磁齿轮的运行原理，提出了一款能在内部实现转速变化的、可以实现输出端低速大转矩特性的直驱式磁力耦合型谐波电机。

杯形转子4的一壁面上的磁极对数pr为该壁面上的磁钢个数的一半。

具体实施方式二：参见图1至图19说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的直驱式磁力耦合型谐波电机的区别在于，所述的杯形转子4的内、外侧壁上的磁钢9分别与内定子2和外定子3相对设置，且磁钢9的轴向长度大于或等于内定子2和外定子3的轴向长度。

具体实施方式三：参见图1至图19说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的直驱式磁力耦合型谐波电机的区别在于，所述的外定子3上的齿与内定子2的齿槽相对设置。

本发明中，任何基于磁齿轮效应符合ns＝ps+pr的组合均应在本发明的保护范围之内。