磁性齿轮低速大转矩电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及动力传递设备领域，具体涉及一种磁性齿轮低速大转矩电机。
【背景技术】
[0002]直驱低速大转矩电机在许多场合有着很大的需求，如风力发电、船舶推进等技术领域。传统的动力设备中，常采用高速电机带动多级减速齿轮箱实现。减速齿轮箱一般采用机械齿轮箱，依靠齿间啮合传递转矩。它是一种接触式的传递方式，它的工作往往需要一个油润滑的环境，过载之后，齿轮容易断裂，因此需要派人定期维护。此外，所用减速齿轮箱体积和重量比较大，与高速电机配套使用，两者一起占用空间更大，重量也会更重。
[0003]自从磁性齿轮出现以后，人们将磁齿轮与永磁电机集成在一起，提出了集成磁性齿轮低速大转矩电机，取代了传统高速电机连接齿轮箱，减小了整个系统的体积和重量，从而提高了系统的效率。特别说明的是，磁性齿轮是一种无接触转矩传递装置，与机械齿轮不同的是，它依靠磁场间无相互接触实现变速传递转矩，其优点在于无需润滑油定期润滑，并且有过载自动保护能力，更重要的是磁性齿轮可以和永磁电机集成在一起，成为电机的一部分，消除齿轮箱带来的诸多问题，提高了整个系统的效率且省掉了工作人员某些方面的维修费用，节约了成本。
[0004]在现有技术中，磁性齿轮低速大转矩电机中的重要组成成分之一磁性齿轮都是永磁励磁，即在定子中安装永磁体，如此，一方面必然会用到大量的永磁体，增加了电机的成本；另一方面，根据磁性齿轮低速大转矩电机的工作原理，电枢绕组产生的磁场与内转子永磁体磁场相互作用，带动内转子转动，继而带动磁性齿轮的调磁环转动，因此，定子中的永磁体必然会增大外层气隙长度，降低电枢组磁场和内转子永磁磁场耦合程度，降低复合电机转矩输出能力。
【发明内容】
[0005]为此，本申请所要解决的技术问题为如何降低永磁体的用量，提高电枢组磁场和内转子永磁磁场親合程度，从而提供一种磁性齿轮低速大转矩电机，以提供一种复合电机的新方案，以提高电枢组磁场和内转子永磁磁场耦合程度
[0006]根据第一方面，一种实施例中提供一种磁性齿轮低速大转矩电机，包括:
[0007]由内至外共轴依次布置的内转子、调磁环和定子，其中，内转子中设置有永磁体，定子中设置有产生旋转磁场的电枢绕组和产生恒定磁场的电磁体。
[0008]依据上述实施例的磁性齿轮低速大转矩电机，由于采用电磁体产生定子中的恒定磁场，由于采用电磁体代替定子中的永磁体，可以减少永磁体的用量，从而减小外层气隙长度，继而提高了电枢组磁场和内转子永磁磁场耦合程度。
[0009]在采用直流线圈代替定子中的永磁体，能够输出稳定的磁场，且电流的大小具有可调性，因此，可以使得恒定磁场的大小具有可调性，继而可调节电机的输出转矩。
[0010]在各定子齿下还分别设置有第二永磁体，每个齿下的第二永磁体充磁方向与该定子齿上直流线圈的磁场方向一致，相邻两个齿下永磁体构成一对极。采用直流线圈和永磁体混合励磁，通过调节直流电的大小，可以灵活调节气隙磁场大小，从而调节转矩的输出；通过改变电流的方向同时调节大小，可以减小第二永磁体的磁场，从而拓宽电机的调速范围。
【附图说明】
[0011]图1a为本实施例公开的一种磁性齿轮低速大转矩电机刨面结构不意图；
[0012]图1b为本实施例公开的一种磁性齿轮低速大转矩电机平面结构图；
[0013]图2为本实施例磁性齿轮低速大转矩电机的三维爆炸示意图；
[0014]图3a为本实施例电机的一种径向截面示意图；
[0015]图3b为本实施例电机的另一种径向截面示意图；
[0016]图4为本实施例槽电动势星型示意图；
[0017]图5a、5b和5c为本实施例一种连接三相交流线圈方式的示例。
【具体实施方式】
[0018]下面通过【具体实施方式】结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0019]本申请文件中，在未作特别说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指参考附图所示的上、下；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。
[0020]请参考图1a和图lb，为本实施例公开的一种磁性齿轮低速大转矩电机刨面结构示意图以及平面结构示意图，磁性齿轮低速大转矩电机包括:由内至外共轴依次布置的内转子3、调磁环2和定子I。其中，内转子3中设置有永磁体；定子I中设置有产生旋转磁场的电枢绕组5，定子I中还设置有产生恒定磁场的电磁体4，在本实施例中，电磁体4为直流线圈。
[0021]在具体实施例中，内转子3、调磁环2和定子I可以布置在壳体中，具体地，第一静止支撑部件11和/或第二静止支撑部件12与壳体10连接形成腔体，内转子3、调磁环2和定子I位于该腔体中，请参考图2，为本实施例磁性齿轮低速大转矩电机的三维爆炸示意图，下文结合图la、图1b和图2对本实施例公开的磁性齿轮低速大转矩电机进行说明。
[0022]定子I固定在壳体10的内侧，定子I可以采用现有的材质制备，例如，由多层硅钢片叠压而成。在具体实施例中，定子I上开设有多个电枢槽，以形成多个定子齿，在本实施例中，并不限制定子齿的具体数目，定子齿的具体数目应优选为偶数，例如2N，其中，N为正整数，亦即电枢槽的数目优选为2N。请参考图3a和图3b，为本实施例电机的径向截面示意图，定子齿的形状可以是梨形，如图3a所示，其具体参数可根据电机的设计手册来确定；也可以是矩形，如图3b所示；当然，在其它实施例中还可以是梯形。
[0023]电枢绕组5由绕制在各定子齿上的三相交流线圈连接构成。在具体实施例中，电枢绕组5可以通过绕制在电枢槽中的三相交流线圈连接构成，具体地，可以采用现有的方式实现，在此不再赘述。需要说明的是，在具体实施例中，通常有2N个交流线圈。
[0024]恒定电磁体4通过直流线圈实现，在具体实施例中，可以将直流线圈绕制在定子齿上，具体地，每个定子齿上均绕制有直流线圈，于是，直流线圈的节距为I ;且位置相邻的直流线圈依次反接，从而使得通入直流电后相邻两个直流线圈产生的磁场极性互异，即构成一对极性相异的磁极，2N个直流线圈所构成的极对数为Ps= No
[0025]在具体实施例中，调磁环2可由按预设间隙环形布置的多个调磁铁芯块构成，其中，磁铁芯块的数目为Ns个，N3为正整数；磁铁芯块之间的间隙可以根据经验设置，例如，一种实施例中，磁铁芯块之间可以距离等分布置；磁铁芯块可由多层硅钢片叠压而成。在具体实施例中，各调磁铁芯块可由第一旋转支撑部件6和第二旋转支撑部件7固定，并随第一转轴8 —起转动，不妨设其转速为ω-在其它实施例中，第一旋转支撑部件6和第二旋转支撑部件7还可以一体化设计，只要能够实现调磁环2的各磁铁芯块随第一转轴8 一起转动即可。
[0026]内转子3包括内转子铁芯32和环内转子铁芯32外侧布置的多个第一永磁体31，不妨设第一永磁体31的个数为2队个，其中,Ni为正整数。各第一永磁体31固定在内转子铁芯32上。各第一永磁体31沿内转子铁芯32径向充磁，或者平行充磁，且位置相邻的第一永磁体31的充磁方向相反，于是2队个第一永磁体31构成的极对数为N-第一永磁体31和内转子铁芯32固定在第二转轴9上，随第二转轴9 一起转动，不妨设其转速为ω2。
[0027]需要说明的是，上述实施例中，在布置第一转轴8、第二转轴9以及定子I时，应当满足共轴的约束。在本实施例中，请参考图la、图1b和图2，第一旋转支撑部件6可以与第一转轴8刚性连接，而后第一转轴8通过第一轴承13安装在第一静止支撑部件11中，其中，第一静止支撑部件11与壳体10机械连接；第二转轴9可以通过第二轴承14连接至第二旋转支撑部件7中；内转子3位于调磁铁芯块2的内侧，并且两者共同一轴线，内转子3通过其内转子铁芯32固定在第二转轴9上，第二转轴9通过第三轴承15安