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一種永磁諧波電機.pdf

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一種 永磁 諧波 電機
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摘要
申請專利號:

CN201110452154.0

申請日:

2011.12.29

公開號:

CN102570753B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H02K 21/22申請日:20111229|||公開
IPC分類號: H02K21/22; H02K1/12; H02K3/46; H02K1/27 主分類號: H02K21/22
申請人: 中國科學院深圳先進技術研究院
發明人: 徐國卿; 蹇林旎; 武淵源
地址: 518055 廣東省深圳市深圳市南山區西麗大學城學苑大道1068號
優先權:
專利代理機構: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250 代理人: 張建綱
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201110452154.0

授權公告號:

102570753B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.28|||2012.09.12|||2012.07.11

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種永磁諧波電機,包括:轉子機構,所述轉子機構上設有若干永磁體;定子機構,與所述轉子機構配合;支撐機構,所述支撐機構上設有軸承組件,所述轉子機構通過所述軸承組件與所述支撐機構連接;所述定子機構的靠近所述轉子機構的部分周向上成型有調磁齒,所述的調磁齒上設置有分布式繞組。這種設計去除了調磁環結構,使得諧波電機內部部件數量較少,且結構更加簡單,從而使得裝配過程簡單,另外,省掉了獨立的調磁環結構,更加減輕了整個電機的重量,縮小了電機的尺寸,有利于減少電動汽車的非簧載質量,從而提高了汽車的穩定性和平順性。

權利要求書

1.一種永磁諧波電機,包括:
轉子機構,所述轉子機構上設有若干永磁體;
定子機構,與所述轉子機構配合;
支撐機構,所述支撐機構上設有軸承組件,所述轉子機構通過所述軸承組
件與所述支撐機構連接;
其特征在于:所述定子機構在靠近所述轉子機構的部分周向上成型有調磁
齒,所述調磁齒上設置有分布式繞組。
2.根據權利要求1所述的永磁諧波電機,其特征在于:
所述定子機構上設有集中式繞組,且所述集中式繞組與所述分布式繞組的
極對數相等,都等于所述定子繞組的極對數。
3.根據權利要求1所述的永磁諧波電機,其特征在于:
所述調磁齒為成型在所述定子機構的靠近所述轉子機構的部分周向上,且
徑向延伸的凸起。
4.根據權利要求1-3任一所述的永磁諧波電機,其特征在于:
所述調磁齒的個數等于轉子機構內嵌所述永磁體的對數與所述定子機構
繞組極對數之和。
5.根據權利要求4所述的永磁諧波電機,其特征在于:
所述永磁體內嵌于所述轉子機構上。
6.根據權利要求5所述的永磁諧波電機,其特征在于:
所述轉子機構為外轉子機構,且所述定子機構為內定子機構;
或,所述轉子機構為內轉子機構,且所述定子機構為外定子機構。
7.根據權利要求6所述的永磁諧波電機,其特征在于:
所述外轉子機構包括外轉子和設于所述外轉子外部的端蓋,所述端蓋通過
軸承與支撐機構連接;
所述內定子機構包括內定子和與所述內定子連接的軸。
8.根據權利要求7所述的永磁諧波電機,其特征在于:
所述永磁體呈V型分布,且為矩形永磁體,每兩個相鄰所述V型永磁體磁
極相反。
9.一種具有輪轂驅動電機的電動汽車,其特征在于:所述電機為權利要
求1-8任一所述的永磁諧波電機。
10.一種具有風力驅動電機的風力發電機,其特征在于:所述風力驅動電
機為權利要求1-8任一所述的永磁諧波電機。

說明書

一種永磁諧波電機

技術領域

本發明涉及一種永磁諧波電機。

背景技術

為了解決世界能源緊張和環境污染問題,電動汽車以其高效率低排放的顯
著優點成為汽車制造廠商和研究機構的研究熱點,尤其是高效、高功率密度的
輪轂電機驅動系統的電動汽車被認為是最先進的驅動方式。

電機作為輪轂驅動汽車的核心部件,高性能的電機決定著電動汽車的快速
發展。目前輪轂驅動電動車主要有兩種電動機驅動:外轉子電機和內轉子電機。
為了滿足車輪實際轉速的要求,內轉子電機需要匹配一套復雜的行星齒輪減速
機構,整個傳動系統的體積和重量大大增加,投資成本相應增加。除此之外,
噪聲大、效率低、傳輸精度低、響應慢也是其不足之處,齒輪箱的磨損會減少
系統的壽命和可靠性。而采用低轉速范圍高轉矩特性的外轉子型電機,由于轉
速范圍復合車輪實際轉速要求,通常無須匹配減速機構,由電機外轉子直接驅
動車輪。專利文獻號為CN101789667A公開了一種電動汽車外轉子復合永磁無
刷輪轂電機,其包括外轉子、與外轉子相連的支撐軸、設置在外轉子內壁的外
轉子軛部、沿圓周方向均勻嵌放在外轉子軛部上的永磁體、與永磁體相連且固
定在支撐軸上的調磁環、設置在調磁環和支撐軸之間且固定在支撐軸上的定
子、纏繞在定子上的繞組、設置在支撐軸上的軸承和轉軸。該電機取消了磁性
齒輪的內轉子和電機的外轉子部分,直接用調磁環將磁性齒輪的外轉子的永磁
體的磁場調制之后與定子磁場進行能量轉化而工作。雖然,該電機采用的調磁
環與定子是相對靜止的,但就部件數量較多,導致諧波電機結構較為復雜,同
時也使得生產工藝和裝配過程較為復雜。

發明內容

為此,本發明所要解決的技術問題是解決現有技術的諧波電機部件數量過
多,結構復雜的技術問題,從而提出一種部件數量較少,結構簡單的新型永磁
諧波電機。

為解決上述技術問題,本發明的一種新型永磁諧波電機,包括:轉子機構,
所述轉子機構上設有若干永磁體;定子機構,與所述轉子機構配合;支撐機構,
所述支撐機構上設有軸承組件,所述轉子機構通過所述軸承組件與所述支撐機
構連接;所述定子機構的靠近所述轉子機構的部分周向上成型有調磁齒,所述
調磁齒上設置有分布式繞組。

上述的永磁諧波電機,所述定子機構上設有集中式繞組,且所述集中式繞
組與所述分布式繞組的極對數相等,都等于所述定子繞組的極對數。

上述的永磁諧波電機,所述定子機構上均勻開設有定子槽,將定子分隔成
若干定子齒,每個定子齒上均勻分布若干個調磁齒,每個定子齒上設有所述集
中式繞組。

上述的永磁諧波電機,所述調磁齒為成型在所述定子機構的靠近所述轉子
機構的部分周向上,且徑向延伸的凸起。

上述的永磁諧波電機,所述調磁齒的個數等于轉子機構內嵌所述永磁體的
對數與所述定子機構繞組極對數之和。

上述的永磁諧波電機,所述永磁體內嵌于所述轉子機構上。

上述的永磁諧波電機,所述轉子機構為外轉子機構,且所述定子機構為內
定子機構;或,所述轉子機構為內轉子機構,且所述定子機構為外定子機構。

上述的永磁諧波電機,所述外轉子機構包括外轉子和設于所述外轉子外部
的端蓋,所述端蓋通過軸承與支撐機構連接;所述內定子機構包括內定子和與
所述內定子連接的軸。

上述的永磁諧波電機,所述永磁體呈V型分布,且為矩形永磁體,每兩個
相鄰所述V型永磁體磁極相反。

上述的永磁諧波電機,所述定子機構與所述轉子機構為同心拓撲結構,定
子機構與所述轉子機構間具有氣隙。

上述的永磁諧波電機,所述定子槽中設有絕緣不導磁填充部件,用于隔開
所述分布式繞組和所述集中式繞組。

上述的永磁諧波電機,所述永磁體為釹鐵硼永磁體。

上述的永磁諧波電機,所述定子和所述轉子均采用硅鋼片疊成。

上述的永磁諧波電機,所述外轉子支撐體和外轉子端蓋固定于軸承機構的
外圈上。所述定子固定在軸上。

上述的永磁諧波電機,所述支撐機構為筒體。

一種具有輪轂驅動電機的電動汽車,所述電機為任一上述的永磁諧波電機。

一種具有風力驅動電機的風力發電機,所述風力驅動電機為任一上述的永
磁諧波電機。

上述的風力發電機,所述集中式繞組和所述分布式繞組為正向串聯或反向
串聯。

本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下優點:

1.本發明的永磁諧波電機,其中,所述定子機構的靠近所述轉子機構的
部分周向上成型有調磁齒,所述的調磁齒上設置有分布式繞組,這種設計
去除了調磁環結構,使得諧波電機內部部件數量較少,且結構更加簡單,
從而使得裝配過程簡單,另外,省掉了獨立的調磁環結構,更加減輕了整
個電機的重量,縮小了電機的尺寸,有利于減少電動汽車的非簧載質量,
從而提高了汽車的穩定性和平順性。

2.所述定子機構上設有集中式繞組,且所述集中式繞組與所述分布式繞
組層疊布置,這種設計可以使電機在弱磁升速控制時仍保持較高的轉矩輸
出能力,滿足電動汽車在高速路上時的高轉速要求;且在低速下提供比單
套繞組更大的轉矩輸出,滿足電動汽車在低速或者爬坡時對大轉矩的要
求。

3.所述調磁齒的個數等于轉子機構內嵌所述永磁體的對數與所述定子機
構繞組極對數之和,這種設計讓產生的某一次諧波磁場與電機定子極對
數相同而傳遞能量,使得電機定子磁極數減少,槽數減少,減小了定子槽
的加工難度。

附圖說明

為了使本發明的內容更容易被清楚的理解,下面根據本發明的具體實施例
并結合附圖,對本發明作進一步詳細的說明,其中

圖1為外轉子內定子的諧波電機結構圖;

圖2為外轉子內定子的諧波電機的側示圖;

圖3為分布式繞組分布圖;

圖4為集中式繞組分布圖;

圖5為外定子內轉子的諧波電機結構圖;

圖6為外定子內轉子諧波電機的剖示圖;

圖中附圖標記表示為:1-轉子機構、2-永磁體、3-定子機構、4-調磁齒、5-集
中式繞組、6-分布式繞組、7-絕緣不導磁填充部件、8-支撐機構、
9-端蓋、10-軸承組件、11-軸;

具體實施方式

實施例1

如圖1所示的永磁諧波電機,包括:轉子機構1,所述轉子機構1上設有
若干永磁體2;所述永磁體2的形狀可以為許多種,其中,優選為矩形;永磁
體2與所述轉子機構的連接關系有許多種,其中,優選為內嵌于所述轉子機構
上,當轉子在高速轉動過程中,永磁體不易掉落;另外,所述永磁體2的分布
方式可以有許多種,其中,優選為呈V型分布,且每兩個相鄰所述V型永磁體
2磁極相反;所述諧波電機還包括定子機構3,與所述轉子機構1配合,其中
定子機構3與所述轉子機構1間具有氣隙;又包括支撐機構8,所述支撐機構
8上設有軸承組件10,所述轉子機構1通過所述軸承組件10與所述支撐機構8
連接;所述定子機構3的靠近所述轉子機構1的部分周向上成型有調磁齒4,
所述的調磁齒4上設置有分布式繞組6。在本實施例中,所述轉子機構1為外
轉子機構,且所述定子機構3為內定子機構。如圖2所示,所述外轉子機構包
括外轉子和設于所述外轉子外部的端蓋9,所述端蓋9通過軸承組件10與支撐
機構8連接;所述支撐機構可以為筒體,所述內定子機構包括內定子和與所述
內定子連接的軸11。

為了使電機在弱磁升速控制時仍保持較高的轉矩輸出能力,滿足電動汽車
在高速路上時的高轉速要求;且在低速下提供比單套繞組更大的轉矩輸出,滿
足電動汽車在低速或者爬坡時對大轉矩的要求。可以在所述定子機構3上設置
集中式繞組5,且所述集中式繞組與所述分布式繞組的極對數相等,都等于所述
定子繞組的極對數。分布式繞組和集中式繞組優選的連接方式見圖3和圖4所
表示的方式連接。所述分布式繞組6與所述集中式繞組5間設有絕緣不導磁填
充部件7,用于隔開所述分布式繞組6和所述集中式繞組5,如圖1所示。

為了使調磁齒的結構更加簡單,且獲得較好的調磁效果,所述調齒型為成
型在所述定子機構的靠近所述轉子機構的部分周向上,且徑向延伸的凸起。

為了使產生的某一次諧波磁場與電機定子極對數相同而傳遞能量,從而允
許減少電機定子磁極數、槽數,進而減小定子槽的加工難度,所述調磁齒的個
數優選為等于轉子機構內嵌所述永磁體的對數與所述定子機構繞組極對數之
和。

pr為外轉子永磁鐵的磁極對數,ns為調磁塊的個數,ps為繞組極對數,Gr為
轉子與定子磁場的轉速比。

諧波電機穩定工作時應滿足以下基本條件:

極對數條件:pr=ns-ps???????????????????(1)

轉子定子磁場轉速比: G r = = p s - n s p s - - - ( 2 ) ]]>

本實施例中所述電機的極對數參數:16對永磁體2,18個調磁齒4。由以
上式子(1)可以得出定子繞組磁極對數ps=2,因此本實施例中集中式繞組5
和分布式繞組6的極對數都是2對,如圖3,圖4繞組分布圖所示。從式子(2)
可以得出轉子與定子的磁場轉速比Gr=-8,因此外轉子的旋轉速度只有相同轉
子極對數傳統電機轉子旋轉速度的1/8,定子磁場旋轉的方向與轉子旋轉方向
相反。如果電動汽車供電頻率為50Hz,可知定子的旋轉磁場的轉速為1500rpm,
則外轉子的轉速為187.5rpm,基本滿足電動汽車運行的速度需求。

本實施例的電機可以用于電動汽車中,作為輪轂驅動電機。

也可以用于風力發電機中,作為風力發電機。當用于風力發電機時,可以
根據風速的大小,所述集中式繞組和所述分布式繞組可以為正向串聯或反向串
聯,可以通過連接選擇裝置對兩種繞組的連接方式進行選擇,其中,當風速較
小時,選擇正向串聯以提高能量輸出;當風速過大時,可以選擇反向串聯以提
供制動轉矩,保證葉片轉速保持在機組設計的正常使用范圍內。

實施例2

如圖5和圖6所示的永磁諧波電機,本實施例的電機與實施例1的區別在
于,所述轉子機構為內轉子機構,所述定子機構為外定子機構。

參見圖6,本實施例中,所述外定子、支撐機構8和端蓋9分別固定于軸
承組件10的外圈上。所述轉子固定在軸11上,所述支撐機構可以為筒體。

顯然,上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例,而并非對實施方式的
限定。對于所屬領域的普通技術人員來說,在上述說明的基礎上還可以做出其
它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由
此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明創造的保護范圍之中。

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