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一种永磁谐波电机.pdf

摘要
申请专利号:

CN201110452154.0

申请日:

2011.12.29

公开号:

CN102570753B

公开日:

2015.01.28

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H02K 21/22申请日:20111229|||公开
IPC分类号: H02K21/22; H02K1/12; H02K3/46; H02K1/27 主分类号: H02K21/22
申请人: 中国科学院深圳先进技术研究院
发明人: 徐国卿; 蹇林旎; 武渊源
地址: 518055 广东省深圳市深圳市南山区西丽大学城学苑大道1068号
优先权:
专利代理机构: 北京三聚阳光知识产权代理有限公司 11250 代理人: 张建纲
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法律状态
申请(专利)号:

CN201110452154.0

授权太阳城集团号:

102570753B||||||

法律状态太阳城集团日:

2015.01.28|||2012.09.12|||2012.07.11

法律状态类型:

太阳城集团授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明公开了一种永磁谐波电机,包括:转子机构,所述转子机构上设有若干永磁体;定子机构,与所述转子机构配合;支撑机构,所述支撑机构上设有轴承组件,所述转子机构通过所述轴承组件与所述支撑机构连接;所述定子机构的靠近所述转子机构的部分周向上成型有调磁齿,所述的调磁齿上设置有分布式绕组。这种设计去除了调磁环结构,使得谐波电机内部部件数量较少,且结构更加简单,从而使得装配过程简单,另外,省掉了独立的调磁环结构,更加减轻了整个电机的重量,缩小了电机的尺寸,有利于减少电动汽车的非簧载质量,从而提高了汽车的稳定性和平顺性。

权利要求书

1.一种永磁谐波电机,包括:
转子机构,所述转子机构上设有若干永磁体;
定子机构,与所述转子机构配合;
支撑机构,所述支撑机构上设有轴承组件,所述转子机构通过所述轴承组
件与所述支撑机构连接;
其特征在于:所述定子机构在靠近所述转子机构的部分周向上成型有调磁
齿,所述调磁齿上设置有分布式绕组。
2.根据权利要求1所述的永磁谐波电机,其特征在于:
所述定子机构上设有集中式绕组,且所述集中式绕组与所述分布式绕组的
极对数相等,都等于所述定子绕组的极对数。
3.根据权利要求1所述的永磁谐波电机,其特征在于:
所述调磁齿为成型在所述定子机构的靠近所述转子机构的部分周向上,且
径向延伸的凸起。
4.根据权利要求1-3任一所述的永磁谐波电机,其特征在于:
所述调磁齿的个数等于转子机构内嵌所述永磁体的对数与所述定子机构
绕组极对数之和。
5.根据权利要求4所述的永磁谐波电机,其特征在于:
所述永磁体内嵌于所述转子机构上。
6.根据权利要求5所述的永磁谐波电机,其特征在于:
所述转子机构为外转子机构,且所述定子机构为内定子机构;
或,所述转子机构为内转子机构,且所述定子机构为外定子机构。
7.根据权利要求6所述的永磁谐波电机,其特征在于:
所述外转子机构包括外转子和设于所述外转子外部的端盖,所述端盖通过
轴承与支撑机构连接;
所述内定子机构包括内定子和与所述内定子连接的轴。
8.根据权利要求7所述的永磁谐波电机,其特征在于:
所述永磁体呈V型分布,且为矩形永磁体,每两个相邻所述V型永磁体磁
极相反。
9.一种具有轮毂驱动电机的电动汽车,其特征在于:所述电机为权利要
求1-8任一所述的永磁谐波电机。
10.一种具有风力驱动电机的风力发电机,其特征在于:所述风力驱动电
机为权利要求1-8任一所述的永磁谐波电机。

说明书

一种永磁谐波电机

技术领域

本发明涉及一种永磁谐波电机。

背景技术

为了解决世界能源紧张和环境污染问题,电动汽车以其高效率低排放的显
著优点成为汽车制造厂商和研究机构的研究热点,尤其是高效、高功率密度的
轮毂电机驱动系统的电动汽车被认为是最先进的驱动方式。

电机作为轮毂驱动汽车的核心部件,高性能的电机决定着电动汽车的快速
发展。目前轮毂驱动电动车主要有两种电动机驱动:外转子电机和内转子电机。
为了满足车轮实际转速的要求,内转子电机需要匹配一套复杂的行星齿轮减速
机构,整个传动系统的体积和重量大大增加,投资成本相应增加。除此之外,
噪声大、效率低、传输精度低、响应慢也是其不足之处,齿轮箱的磨损会减少
系统的寿命和可靠性。而采用低转速范围高转矩特性的外转子型电机,由于转
速范围复合车轮实际转速要求,通常无须匹配减速机构,由电机外转子直接驱
动车轮。专利文献号为CN101789667A公开了一种电动汽车外转子复合永磁无
刷轮毂电机,其包括外转子、与外转子相连的支撑轴、设置在外转子内壁的外
转子轭部、沿圆周方向均匀嵌放在外转子轭部上的永磁体、与永磁体相连且固
定在支撑轴上的调磁环、设置在调磁环和支撑轴之间且固定在支撑轴上的定
子、缠绕在定子上的绕组、设置在支撑轴上的轴承和转轴。该电机取消了磁性
齿轮的内转子和电机的外转子部分,直接用调磁环将磁性齿轮的外转子的永磁
体的磁场调制之后与定子磁场进行能量转化而工作。虽然,该电机采用的调磁
环与定子是相对静止的,但就部件数量较多,导致谐波电机结构较为复杂,同
时也使得生产工艺和装配过程较为复杂。

发明内容

为此,本发明所要解决的技术问题是解决现有技术的谐波电机部件数量过
多,结构复杂的技术问题,从而提出一种部件数量较少,结构简单的新型永磁
谐波电机。

为解决上述技术问题,本发明的一种新型永磁谐波电机,包括:转子机构,
所述转子机构上设有若干永磁体;定子机构,与所述转子机构配合;支撑机构,
所述支撑机构上设有轴承组件,所述转子机构通过所述轴承组件与所述支撑机
构连接;所述定子机构的靠近所述转子机构的部分周向上成型有调磁齿,所述
调磁齿上设置有分布式绕组。

上述的永磁谐波电机,所述定子机构上设有集中式绕组,且所述集中式绕
组与所述分布式绕组的极对数相等,都等于所述定子绕组的极对数。

上述的永磁谐波电机,所述定子机构上均匀开设有定子槽,将定子分隔成
若干定子齿,每个定子齿上均匀分布若干个调磁齿,每个定子齿上设有所述集
中式绕组。

上述的永磁谐波电机,所述调磁齿为成型在所述定子机构的靠近所述转子
机构的部分周向上,且径向延伸的凸起。

上述的永磁谐波电机,所述调磁齿的个数等于转子机构内嵌所述永磁体的
对数与所述定子机构绕组极对数之和。

上述的永磁谐波电机,所述永磁体内嵌于所述转子机构上。

上述的永磁谐波电机,所述转子机构为外转子机构,且所述定子机构为内
定子机构;或,所述转子机构为内转子机构,且所述定子机构为外定子机构。

上述的永磁谐波电机,所述外转子机构包括外转子和设于所述外转子外部
的端盖,所述端盖通过轴承与支撑机构连接;所述内定子机构包括内定子和与
所述内定子连接的轴。

上述的永磁谐波电机,所述永磁体呈V型分布,且为矩形永磁体,每两个
相邻所述V型永磁体磁极相反。

上述的永磁谐波电机,所述定子机构与所述转子机构为同心拓扑结构,定
子机构与所述转子机构间具有气隙。

上述的永磁谐波电机,所述定子槽中设有绝缘不导磁填充部件,用于隔开
所述分布式绕组和所述集中式绕组。

上述的永磁谐波电机,所述永磁体为钕铁硼永磁体。

上述的永磁谐波电机,所述定子和所述转子均采用硅钢片叠成。

上述的永磁谐波电机,所述外转子支撑体和外转子端盖固定于轴承机构的
外圈上。所述定子固定在轴上。

上述的永磁谐波电机,所述支撑机构为筒体。

一种具有轮毂驱动电机的电动汽车,所述电机为任一上述的永磁谐波电机。

一种具有风力驱动电机的风力发电机,所述风力驱动电机为任一上述的永
磁谐波电机。

上述的风力发电机,所述集中式绕组和所述分布式绕组为正向串联或反向
串联。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:

1.本发明的永磁谐波电机,其中,所述定子机构的靠近所述转子机构的
部分周向上成型有调磁齿,所述的调磁齿上设置有分布式绕组,这种设计
去除了调磁环结构,使得谐波电机内部部件数量较少,且结构更加简单,
从而使得装配过程简单,另外,省掉了独立的调磁环结构,更加减轻了整
个电机的重量,缩小了电机的尺寸,有利于减少电动汽车的非簧载质量,
从而提高了汽车的稳定性和平顺性。

2.所述定子机构上设有集中式绕组,且所述集中式绕组与所述分布式绕
组层叠布置,这种设计可以使电机在弱磁升速控制时仍保持较高的转矩输
出能力,满足电动汽车在高速路上时的高转速要求;且在低速下提供比单
套绕组更大的转矩输出,满足电动汽车在低速或者爬坡时对大转矩的要
求。

3.所述调磁齿的个数等于转子机构内嵌所述永磁体的对数与所述定子机
构绕组极对数之和,这种设计让产生的某一次谐波磁场与电机定子极对
数相同而传递能量,使得电机定子磁极数减少,槽数减少,减小了定子槽
的加工难度。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解,下面根据本发明的具体实施例
并结合附图,对本发明作进一步详细的说明,其中

图1为外转子内定子的谐波电机结构图;

图2为外转子内定子的谐波电机的侧示图;

图3为分布式绕组分布图;

图4为集中式绕组分布图;

图5为外定子内转子的谐波电机结构图;

图6为外定子内转子谐波电机的剖示图;

图中附图标记表示为:1-转子机构、2-永磁体、3-定子机构、4-调磁齿、5-集
中式绕组、6-分布式绕组、7-绝缘不导磁填充部件、8-支撑机构、
9-端盖、10-轴承组件、11-轴;

具体实施方式

实施例1

如图1所示的永磁谐波电机,包括:转子机构1,所述转子机构1上设有
若干永磁体2;所述永磁体2的形状可以为许多种,其中,优选为矩形;永磁
体2与所述转子机构的连接关系有许多种,其中,优选为内嵌于所述转子机构
上,当转子在高速转动过程中,永磁体不易掉落;另外,所述永磁体2的分布
方式可以有许多种,其中,优选为呈V型分布,且每两个相邻所述V型永磁体
2磁极相反;所述谐波电机还包括定子机构3,与所述转子机构1配合,其中
定子机构3与所述转子机构1间具有气隙;又包括支撑机构8,所述支撑机构
8上设有轴承组件10,所述转子机构1通过所述轴承组件10与所述支撑机构8
连接;所述定子机构3的靠近所述转子机构1的部分周向上成型有调磁齿4,
所述的调磁齿4上设置有分布式绕组6。在本实施例中,所述转子机构1为外
转子机构,且所述定子机构3为内定子机构。如图2所示,所述外转子机构包
括外转子和设于所述外转子外部的端盖9,所述端盖9通过轴承组件10与支撑
机构8连接;所述支撑机构可以为筒体,所述内定子机构包括内定子和与所述
内定子连接的轴11。

为了使电机在弱磁升速控制时仍保持较高的转矩输出能力,满足电动汽车
在高速路上时的高转速要求;且在低速下提供比单套绕组更大的转矩输出,满
足电动汽车在低速或者爬坡时对大转矩的要求。可以在所述定子机构3上设置
集中式绕组5,且所述集中式绕组与所述分布式绕组的极对数相等,都等于所述
定子绕组的极对数。分布式绕组和集中式绕组优选的连接方式见图3和图4所
表示的方式连接。所述分布式绕组6与所述集中式绕组5间设有绝缘不导磁填
充部件7,用于隔开所述分布式绕组6和所述集中式绕组5,如图1所示。

为了使调磁齿的结构更加简单,且获得较好的调磁效果,所述调齿型为成
型在所述定子机构的靠近所述转子机构的部分周向上,且径向延伸的凸起。

为了使产生的某一次谐波磁场与电机定子极对数相同而传递能量,从而允
许减少电机定子磁极数、槽数,进而减小定子槽的加工难度,所述调磁齿的个
数优选为等于转子机构内嵌所述永磁体的对数与所述定子机构绕组极对数之
和。

pr为外转子永磁铁的磁极对数,ns为调磁块的个数,ps为绕组极对数,Gr为
转子与定子磁场的转速比。

谐波电机稳定工作时应满足以下基本条件:

极对数条件:pr=ns-ps                   (1)

转子定子磁场转速比: G r = = p s - n s p s - - - ( 2 ) ]]>

本实施例中所述电机的极对数参数:16对永磁体2,18个调磁齿4。由以
上式子(1)可以得出定子绕组磁极对数ps=2,因此本实施例中集中式绕组5
和分布式绕组6的极对数都是2对,如图3,图4绕组分布图所示。从式子(2)
可以得出转子与定子的磁场转速比Gr=-8,因此外转子的旋转速度只有相同转
子极对数传统电机转子旋转速度的1/8,定子磁场旋转的方向与转子旋转方向
相反。如果电动汽车供电频率为50Hz,可知定子的旋转磁场的转速为1500rpm,
则外转子的转速为187.5rpm,基本满足电动汽车运行的速度需求。

本实施例的电机可以用于电动汽车中,作为轮毂驱动电机。

也可以用于风力发电机中,作为风力发电机。当用于风力发电机时,可以
根据风速的大小,所述集中式绕组和所述分布式绕组可以为正向串联或反向串
联,可以通过连接选择装置对两种绕组的连接方式进行选择,其中,当风速较
小时,选择正向串联以提高能量输出;当风速过大时,可以选择反向串联以提
供制动转矩,保证叶片转速保持在机组设计的正常使用范围内。

实施例2

如图5和图6所示的永磁谐波电机,本实施例的电机与实施例1的区别在
于,所述转子机构为内转子机构,所述定子机构为外定子机构。

参见图6,本实施例中,所述外定子、支撑机构8和端盖9分别固定于轴
承组件10的外圈上。所述转子固定在轴11上,所述支撑机构可以为筒体。

显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的
限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其
它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由
此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

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