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。
[0036]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安装在第二静止支撑部件12中。至此，完成了内转子3、调磁环2和定子I以及与壳体10的整机安装，并实现了第一转轴8、第二转轴9以及定子I共轴设置。需要说明的是，在其它可替换实施例中，本领域技术人员根据电机的工作原理，可以对上述安装方式进行相应的调整或置换，应当认为不脱离本实施例公开的技术方案所涵盖的思想，即第一转轴8、第二转轴9和定子I共轴布置，例如缺省第二轴承14或第三轴承15。
[0037]需要说明的是，上述实施例公开的磁性齿轮低速大转矩电机，还应优选满足下述约束条件，磁铁芯块的数目队等于直流线圈所构成的极对数P s与第一永磁体31构成的极对数Ni之和，即Ns=Ps+Ni。例如，定子齿的数目2N = 36，即直流线圈的数目亦为2N = 36，于是，2N个直流线圈所构成的极对数为Ps= N= 18 ;第一永磁体31的个数为2N F 8，于是，第一永磁体31构成的极对数Ni= 4 ;因此，磁铁芯块的数目Ns=P^Ni= 22。需要说明的是，上述具体数值是为便于本领域技术人员理解而列举，并不能认定这些具体数值对本实施例的技术方案构成限制。
[0038]电枢绕组5可以根据内转子的极对数来确定，以将交流线圈连接成三相对称绕组。为便于本领域技术人员理解，本实施例公开了一种交流线圈的绕制方式的示例，需要说明的是，在其它实施例中，还可以采用其它方式将交流线圈连接成三相对称绕组。在一种示例中，不妨设第一永磁体31的个数为2队=8，于是，第一永磁体31构成的内转子极对数Ni=4，并画出图3a或图3b槽电动势星型图，如图4所示，根据图4，一种三相交流线圈的连接图如图5a、5b和5c所示，需要说明的是，图4、图5a、5b和5c中数字sl_s36代表电枢槽序号，Cl?C36代表电枢槽中的交流线圈。
[0039]本实施例公开的磁性齿轮低速大转矩电机工作过程如下:当给2N个(例如36个)直流线圈4通入一定大小的直流电时，直流线圈4形成N对极(例如18对极)静止不动磁场，即恒定的磁场；然后给三相交流线圈5通入一定幅值及一定频率的正弦交流电，形成旋转磁场，所形成的旋转磁场与内转子第一永磁体31所产生的永磁磁场作用，使得内转子3以ω 2的转速旋转。第一永磁体31形成N 3寸(例如4对)极旋转的永磁磁场经N 5块(例如22块)调磁铁芯块的调制作用，在调磁铁芯块内外两层气隙中形成许多对极的磁场谐波，同理，直流线圈形成N对极(例如18对极)静止不动的磁场也会被Ns块(例如22块)调磁铁芯块调制，在调磁铁芯块内外两层气隙中形成许多对极的磁场谐波，这些极对数相同转速相同的磁场谐波分别在内外层气隙中作用，带动调磁铁芯块以Q1的速度旋转，其中ω1；ω 2为速度变比，等于NiKNs，例如等于4比22。
[0040]本实施例公开的磁性齿轮低速大转矩电机具有以下优点:
[0041](I)采用集成磁性齿轮低速大转矩电机，取代高速电机与减速箱配合使用，实现低速大转矩的方式，减小了整个系统的体积和重量。
[0042](2)定子中的恒定磁场大小可通过给直流线圈通入一定大小直流电来调节，由此，可控制输出转矩的大小；同时减小了永磁体的用量，节约了成本，并且能够减小外层气隙长度，提高电枢组磁场和内转子永磁磁场親合程度。
[0043](3)免去了某些部件的定期维护工作，譬如避免了定期润滑，节约了维修成本，提高了系统的运行效率
[0044]在优选的实施例中，请参考图3a和图3b，本实施例公开的磁性齿轮低速大转矩电机还包括多个第二永磁体16，各第二永磁体16分别对应设置各定子齿下。各定子齿下设置的第二永磁体16的充磁方向与该定子齿上直流线圈的磁场方向一致。本实施例中，直流线圈所构成的极对数与第二永磁体16形成的极对数相等，由此可知，磁铁芯块的数目等于直流线圈所构成的极对数(或者第二永磁体16的极对数)与第一永磁体31构成的极对数之和。本实施例中，通过永磁体和直流线圈混合励磁，共同作用参与转矩的传递，其优点在于:1)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；2)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。
[0045]以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换，比如对于不同变速比的应用场合，可根据需要选择合适的磁铁芯块数目和第一永磁体数目来实现，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种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)，所述内转子中设置有永磁体，其特征在于，所述定子(I)中设置有产生旋转磁场的电枢绕组(5)和产生恒定磁场的电磁体(4)。2.如权利要求1所述的磁性齿轮低速大转矩电机，其特征在于，所述电磁体(4)为直流线圈。3.如权利要求2所述的磁性齿轮低速大转矩电机，其特征在于，所述定子(I)内侧设置多个定子齿，直流线圈分别绕制在各定子齿上。4.如权利要求3所述的磁性齿轮低速大转矩电机，其特征在于，位置相邻的直流线圈依次反接。5.如权利要求4所述的磁性齿轮低速大转矩电机，其特征在于，所述内转子(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)； 各第一永磁体(31)沿径向充磁或平行充磁，位置相邻的第一永磁体(31)的充磁方向相反。6.如权利要求5所述的磁性齿轮低速大转矩电机，其特征在于，所述调磁环(2)由按预设间隙环形布置的多个调磁铁芯块构成； 调磁铁芯块的数目等于直流线圈所构成的极对数与第一永磁体(31)所构成的极对数之和，且直流线圈所构成的极对数大于第一永磁体(31)所构成的极对数。7.如权利要求3所述的磁性齿轮低速大转矩电机，其特征在于，所述电枢绕组(5)由绕制在定子齿上的三相交流线圈连接构成。8.如权利要求5所述的磁性齿轮低速大转矩电机，其特征在于，各第一永磁体(31)沿内转子铁芯(32)径向充磁，或平行充磁。9.如权利要求3-8任意一项所述的磁性齿轮低速大转矩电机，其特征在于，在各定子齿下还分别设置有第二永磁体(16)，所述第二永磁体(16)的充磁方向与该定子齿上直流线圈的磁场方向一致。10.如权利要求1所述的磁性齿轮低速大转矩电机，其特征在于，还包括:第一转轴(8)、第二转轴(9)、第一旋转支撑部件(6)、第二旋转支撑部件(7)、第一轴承(13)、第一静止支撑部件(11)、第二轴承(14)和壳体(10)； 第一静止支撑部件(11)与壳体(10)连接形成腔体； 所述定子(1)、调磁环(2)和内转子(3)位于所述腔体中； 调磁环(2)固定在第一旋转支撑部件(6)和第二旋转支撑部件(7)上，第一旋转支撑部件(6)与第一转轴(8)刚性连接，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； 内转子(3)固定在第二转轴(9)上，第二转轴(9)通过第二轴承(14)连接至第二旋转支撑部件(7)中； 定子⑴固定在壳体(10)的内侧。
【专利摘要】提供一种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、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。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。
【IPC分类】H02K1/27, H02K21/14, H02K1/12
【公开号】CN204696889
【申请号】CN201520416783
【发明人】蹇林旎, 石玉君, 尉进, 邓正兴
【申请人】南方科技大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月16日