專利名稱：基于磁場屏蔽原理的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于磁場屏蔽原理的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子，屬于永磁電機(jī)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
基于磁場調(diào)制原理的無刷雙轉(zhuǎn)子電機(jī)具有兩個(gè)轉(zhuǎn)速彼此獨(dú)立的轉(zhuǎn)子以及轉(zhuǎn)軸，可實(shí)現(xiàn)雙軸獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。它解決了以往有刷雙轉(zhuǎn)子電機(jī)中，由于采用電刷滑環(huán)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的運(yùn)行效率下降、可靠性降低而且需要經(jīng)常維護(hù)問題，以及帶有電樞繞組轉(zhuǎn)子的發(fā)熱嚴(yán)重和動(dòng)平衡問題。因此，在電動(dòng)汽車、風(fēng)力發(fā)電、魚雷推進(jìn)等場合具有廣闊的應(yīng)用前景。這種基于磁場調(diào)制原理的無刷雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的工作原理已經(jīng)在專利號(hào)為ZL201010274167.9、 ZL201010274160.7、 ZL 201010274156.O、 ZL201010274135.9、 ZL201010274669. UZL201010274337. 3、ZL201010274329. 9、ZL201010274325. O 中進(jìn)行了詳細(xì)闡述。通過對這種電機(jī)工作原理的分析可知，能夠?qū)崿F(xiàn)這種電機(jī)工作的核心部件就是調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子。在理論分析上調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子是由導(dǎo)磁塊和非導(dǎo)磁塊構(gòu)成，它的作用是一方面將永磁轉(zhuǎn)子的永磁磁場調(diào)制成與定子電樞磁場極對數(shù)相同的磁場，從而與定子電樞磁場作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩；另一方面將定子電樞磁場調(diào)制成與永磁轉(zhuǎn)子的永磁磁場極對數(shù)相同的磁場，從而與永磁轉(zhuǎn)子的永磁磁場作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。因此，可以看出調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子是實(shí)現(xiàn)這種基于磁場調(diào)制原理的無刷雙轉(zhuǎn)子電機(jī)工作的關(guān)鍵所在。在實(shí)際的電機(jī)結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)磁塊是由導(dǎo)磁材料構(gòu)成，非導(dǎo)磁塊是由非導(dǎo)磁材料構(gòu)成。導(dǎo)磁材料可以選擇硅鋼片、實(shí)心鐵、軟磁復(fù)合材料、軟磁鐵氧體等導(dǎo)磁性能好的材料；非導(dǎo)磁材料可以選擇空氣或者環(huán)氧樹脂、不導(dǎo)磁鋼等非導(dǎo)磁材料。而調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子中用目前的導(dǎo)磁材料所構(gòu)成的導(dǎo)磁塊在電機(jī)磁場作用下都會(huì)產(chǎn)生損耗，不同導(dǎo)磁材料產(chǎn)生的損耗是不同的，相同體積下由娃鋼片材料構(gòu)成導(dǎo)磁塊的損耗最小，而由實(shí)心鐵材料構(gòu)成導(dǎo)磁塊的損耗最大。而在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子要傳遞一定的扭矩，還要承受高速旋轉(zhuǎn)的離心力以及磁場產(chǎn)生的磁場拉力，因此調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子要有很高的機(jī)械強(qiáng)度才能保證電機(jī)可靠運(yùn)行。因而在實(shí)際的電機(jī)運(yùn)行中，就會(huì)存在這樣一個(gè)矛盾問題要么所用的導(dǎo)磁材料能夠使調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子的損耗很低，但卻不具備很高的機(jī)械強(qiáng)度使調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子能夠承受一定的扭矩、高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力和磁場產(chǎn)生的磁場拉力，也就很難使這種電機(jī)進(jìn)行實(shí)際工程應(yīng)用；要么所用的導(dǎo)磁材料能夠使調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子具有很高的機(jī)械強(qiáng)度，但是使調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子的損耗很大從而極大的降低了電機(jī)的效率，也就限制了電機(jī)的應(yīng)用前景?，F(xiàn)有的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子無法兼顧低損耗和高機(jī)械強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子無法兼顧低損耗和高機(jī)械強(qiáng)度的問題，提供了一種基于磁場屏蔽原理的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子。本發(fā)明所述基于磁場屏蔽原理的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子，它包括兩個(gè)端環(huán)、η個(gè)導(dǎo)磁塊和η個(gè)連接桿，端環(huán)的端面上沿圓周方向均勻設(shè)置有多個(gè)通孔，端環(huán)的一個(gè)端面上均勻設(shè)置有多個(gè)螺釘孔，兩個(gè)端環(huán)平行設(shè)置，且端環(huán)的螺釘孔側(cè)相背設(shè)置，兩個(gè)端環(huán)中的通孔位置一一相對，兩個(gè)端環(huán)之間設(shè)置η個(gè)導(dǎo)磁塊，每個(gè)導(dǎo)磁塊用個(gè)連接桿與兩個(gè)端環(huán)固定在一起，連接桿的桿身兩端分別設(shè)置一個(gè)圓柱形的螺桿，連接桿的桿身嵌入在導(dǎo)磁塊內(nèi)部，位于桿身兩端的螺桿分別穿出通孔，每個(gè)螺桿上均固定有螺母，所述螺母用于夾固端環(huán)和導(dǎo)磁塊；其中，η為正整數(shù)。
導(dǎo)磁塊由硅鋼片疊壓而成，疊壓方向與調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子的軸向平行。連接桿的桿身采用非導(dǎo)磁材料或?qū)Т挪牧?。還可以進(jìn)一步包括綁帶，綁帶纏繞固定在調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子的外圓表面上。還可以進(jìn)一步包括環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂填滿端環(huán)和導(dǎo)磁塊之間的空隙。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明中硅鋼片具有導(dǎo)磁性能良好而且在磁場作用下的損耗小的優(yōu)點(diǎn)，而當(dāng)連桿由非導(dǎo)磁材料構(gòu)成時(shí)，由此進(jìn)入導(dǎo)磁塊中的磁場基本不進(jìn)入連桿，那么連桿中的損耗就會(huì)很小。由此可以看出，導(dǎo)磁性能非常好的硅鋼片屏蔽了進(jìn)入非導(dǎo)磁材料連桿中的磁場，因此即使連桿是金屬材料，它的損耗也會(huì)很小，連桿采用導(dǎo)磁性能好的金屬材料和非導(dǎo)磁金屬材料的損耗對比如圖12至圖15所示。圖12至圖15中，在相同的電機(jī)條件下，僅是連桿的材料進(jìn)行調(diào)整，可以看出電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，連桿采用非導(dǎo)磁材料時(shí)的連桿損耗約為導(dǎo)磁材料時(shí)的連桿損耗的1/10 ;電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，連桿采用非導(dǎo)磁材料時(shí)的連桿損耗約為導(dǎo)磁材料時(shí)的連桿損耗的1/2。從最終形成的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)上看，硅鋼片采用平行調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子軸線的疊壓方式疊成導(dǎo)磁塊，并通過金屬材料連桿使導(dǎo)磁塊形成了具有很高機(jī)械強(qiáng)度的導(dǎo)磁塊單元，是本發(fā)明的關(guān)鍵所在。同時(shí)當(dāng)連桿是非導(dǎo)磁金屬材料構(gòu)成時(shí)，由磁場屏蔽原理可知這樣導(dǎo)磁塊單元具有損耗非常小的優(yōu)勢。本發(fā)明通過硅鋼片采用平行調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子軸線的疊壓方式疊成導(dǎo)磁塊，并通過金屬材料連桿使導(dǎo)磁塊形成了具有很高機(jī)械強(qiáng)度的導(dǎo)磁塊單元，進(jìn)而將導(dǎo)磁塊單元與端環(huán)連接成一體從而形成有很高機(jī)械強(qiáng)度的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子。一方面，使調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子具有很高的機(jī)械強(qiáng)度，另一方面利用硅鋼片在磁場作用下產(chǎn)生的損耗小這一自身材料優(yōu)勢，同時(shí)當(dāng)連桿是非導(dǎo)磁金屬材料構(gòu)成時(shí)，利用磁場屏蔽原理使連桿中的損耗也非常小。這使得本發(fā)明的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子同時(shí)具有損耗小和機(jī)械強(qiáng)度高的優(yōu)勢，使這種基于磁場調(diào)制原理的無刷雙轉(zhuǎn)子電機(jī)由理論電機(jī)模型到實(shí)際工程應(yīng)用邁出了重要一步。


圖I是本發(fā)明所述基于磁場屏蔽原理的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I的A-A截面圖；圖3是端環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3的B-B剖視圖；圖5是導(dǎo)磁塊的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中的箭頭為硅鋼片的疊壓方向；
圖6是連接桿的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是圖6的左視圖；圖8是實(shí)施方式二所述基于磁場屏蔽原理的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是圖8的C-C截面圖；圖10是實(shí)施方式三所述基于磁場屏蔽原理的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是圖10的D-D截面圖；圖12是電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，連接桿采用導(dǎo)磁材料的損耗曲線圖；圖13是電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，連接桿采用非導(dǎo)磁材料的損耗曲線圖； 圖14是電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，連接桿采用導(dǎo)磁材料的損耗曲線圖；圖15是電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，連接桿采用非導(dǎo)磁材料的損耗曲線圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖I至圖7說明本實(shí)施方式,本實(shí)施方式所述基于磁場屏蔽原理的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子，它包括兩個(gè)端環(huán)I、η個(gè)導(dǎo)磁塊2和η個(gè)連接桿3，端環(huán)I的端面上沿圓周方向均勻設(shè)置有多個(gè)通孔1-1，端環(huán)I的一個(gè)端面上均勻設(shè)置有多個(gè)螺釘孔1-2，兩個(gè)端環(huán)I平行設(shè)置，且端環(huán)I的螺釘孔側(cè)相背設(shè)置，兩個(gè)端環(huán)I中的通孔1-1位置一一相對，兩個(gè)端環(huán)I之間設(shè)置η個(gè)導(dǎo)磁塊2，每個(gè)導(dǎo)磁塊2用I個(gè)連接桿3與兩個(gè)端環(huán)I固定在一起，連接桿3的桿身兩端分別設(shè)置一個(gè)圓柱形的螺桿3-1，連接桿3的桿身嵌入在導(dǎo)磁塊2內(nèi)部，位于桿身兩端的螺桿3-1分別穿出通孔1-1，每個(gè)螺桿3-1上均固定有螺母，所述螺母用于夾固端環(huán)I和導(dǎo)磁塊2 ；其中，η為正整數(shù)。導(dǎo)磁塊2由硅鋼片疊壓而成，疊壓方向與調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子的軸向平行。硅鋼片的疊壓過程要保證所有硅鋼片的外輪廓和兩端的開孔對齊。用連接桿3穿過導(dǎo)磁塊2的孔，這樣形成了一個(gè)導(dǎo)磁塊單元。導(dǎo)磁塊2的橫截面為扇形、梯形、矩形或圓形。連接桿3的桿身采用非導(dǎo)磁材料或?qū)Т挪牧?。選擇的非導(dǎo)磁材料如不導(dǎo)磁鋼、鈦合金、招合金或銅。選擇的導(dǎo)磁材料如鋼、鑄鐵或鉻合金。連接桿3的桿身的橫截面為圓形、長方形、正方形或橢圓形。端環(huán)I的一個(gè)端面上均勻設(shè)置有多個(gè)螺釘孔1-2，以便與電機(jī)其他部件進(jìn)行連接。連接桿3穿透導(dǎo)磁塊2，連接桿3兩端的端桿3-1穿過兩個(gè)端環(huán)I的通孔1_1，并用螺母將導(dǎo)磁塊2、連接桿3和兩個(gè)端環(huán)I進(jìn)行連接固定。這樣就使兩個(gè)端環(huán)I、η個(gè)導(dǎo)磁塊2和η個(gè)連接桿3形成了一個(gè)具有很高機(jī)械強(qiáng)度的整體結(jié)構(gòu)，也就形成了調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子。從本實(shí)施方式中調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)上看，硅鋼片采用平行調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子軸線的疊壓方式疊成導(dǎo)磁塊2，并通過金屬材料連桿使導(dǎo)磁塊形成了具有很高機(jī)械強(qiáng)度的導(dǎo)磁塊單元，進(jìn)而將導(dǎo)磁塊單元與兩個(gè)端環(huán)I連接成一體從而形成有很高機(jī)械強(qiáng)度的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子。一方面，使調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子具有很高的機(jī)械強(qiáng)度，另一方面利用硅鋼片在磁場作用下產(chǎn)生的損耗小這一自身材料優(yōu)勢，同時(shí)當(dāng)連接桿3是非導(dǎo)磁金屬材料構(gòu)成時(shí)，利用磁場屏蔽原理使連桿中的損耗也非常小。這使得本發(fā)明的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子同時(shí)具有損耗小和機(jī)械強(qiáng)度高的優(yōu)勢，使基于磁場調(diào)制原理的無刷雙轉(zhuǎn)子電機(jī)具有很好的工程實(shí)用性。
具體實(shí)施方式
二 下面結(jié)合圖8和圖9說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，它還包括綁帶4，綁帶4纏繞固定在調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子的外圓表面上。綁帶4采用玻璃絲布管來實(shí)現(xiàn)。該實(shí)施方式的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子具有更好的機(jī)械可靠性。
具體實(shí)施方式
三下面結(jié)合圖10和圖11說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，它還包括環(huán)氧樹脂5，環(huán)氧樹脂5填滿端環(huán)I和導(dǎo)磁塊2之間的空隙。在圖10中調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子中空氣部分用環(huán)氧樹脂進(jìn)行澆灌，形成了圖11中的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子。該實(shí)施方式的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子機(jī)械可靠性更高。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式所述基于磁場屏蔽原理的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子，它包括兩個(gè)端環(huán)I、η個(gè)導(dǎo)磁塊2和nk個(gè)連接桿3,端環(huán)I的端面上沿圓周方向設(shè)置有nk個(gè)通孔1-1，每一組通孔由k個(gè)通孔1_1構(gòu)成，對應(yīng)的導(dǎo)磁塊中嵌入k個(gè)連接桿3，所述k個(gè)通孔1-1的位置與導(dǎo)磁塊2中嵌入的k個(gè)連接桿3位置相對應(yīng)，端環(huán)I的一個(gè)端面上設(shè)置有多個(gè)螺釘孔1-2，兩個(gè)端環(huán)I平行設(shè)置，且端環(huán)I的螺釘孔側(cè)相背設(shè)置，兩個(gè)端環(huán)I中的通孔1-1位置一一相對，兩個(gè)端環(huán)I之間設(shè)置η個(gè)導(dǎo)磁塊2，每個(gè)導(dǎo)磁塊2用k個(gè)連接桿3與兩個(gè)端環(huán)I固定在一起，每個(gè)連接桿3的桿身兩端分別設(shè)置一個(gè)圓柱形的螺桿3-1，連接桿3的桿身嵌入在導(dǎo)磁塊2內(nèi)部，位于桿身兩端的螺桿3-1分別穿出通孔1-1，每個(gè)螺桿3-1上均固定有螺母，所述螺母用于夾固端環(huán)I和導(dǎo)磁塊2 ；其中，η為正整數(shù)，k為大于或等于2的正整數(shù)。本實(shí)施方式適用于導(dǎo)磁塊2的數(shù)量較少時(shí)，那么每個(gè)導(dǎo)磁塊2在圓周方向占的空間就會(huì)很大，在這種情況下，每個(gè)導(dǎo)磁塊2用多個(gè)連接桿3與端環(huán)I連接會(huì)使導(dǎo)磁塊2與端環(huán)I連接的更牢固，導(dǎo)磁塊2所具有的機(jī)械強(qiáng)度更高，當(dāng)調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子在一定的扭矩、高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力和磁場產(chǎn)生的磁場拉力作用時(shí)，導(dǎo)磁塊2形變更小。
權(quán)利要求
1.基于磁場屏蔽原理的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子，其特征在于，它包括兩個(gè)端環(huán)(l)、n個(gè)導(dǎo)磁塊(2)和n個(gè)連接桿(3)， 端環(huán)(I)的端面上沿圓周方向均勻設(shè)置有多個(gè)通孔(1-1)，端環(huán)(I)的一個(gè)端面上均勻設(shè)置有多個(gè)螺釘孔(1-2)， 兩個(gè)端環(huán)(I)平行設(shè)置，且端環(huán)(I)的螺釘孔側(cè)相背設(shè)置，兩個(gè)端環(huán)(I)中的通孔(1-1)位置一一相對，兩個(gè)端環(huán)(I)之間設(shè)置n個(gè)導(dǎo)磁塊(2)，每個(gè)導(dǎo)磁塊(2)用I個(gè)連接桿(3)與兩個(gè)端環(huán)(I)固定在一起， 連接桿(3)的桿身兩端分別設(shè)置一個(gè)圓柱形的螺桿(3-1)，連接桿(3)的桿身嵌入在導(dǎo)磁塊⑵內(nèi)部，位于桿身兩端的螺桿(3-1)分別穿出通孔(1-1)，每個(gè)螺桿(3-1)上均固定有螺母，所述螺母用于夾固端環(huán)(I)和導(dǎo)磁塊(2); 其中，n為正整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于磁場屏蔽原理的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子，其特征在于，導(dǎo)磁塊(2)由硅鋼片疊壓而成，疊壓方向與調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子的軸向平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于磁場屏蔽原理的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子，其特征在于，導(dǎo)磁塊(2)的橫截面為扇形、梯形、矩形或圓形。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于磁場屏蔽原理的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子，其特征在于，連接桿(3)的桿身采用非導(dǎo)磁材料或?qū)Т挪牧稀?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于磁場屏蔽原理的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子，其特征在于，連接桿(3)的桿身的橫截面為圓形、長方形、正方形或橢圓形。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于磁場屏蔽原理的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子，其特征在于，它還包括綁帶(4)，綁帶(4)纏繞固定在調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子的外圓表面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于磁場屏蔽原理的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子，其特征在于，綁帶(4)采用玻璃絲布管來實(shí)現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或6所述基于磁場屏蔽原理的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子，其特征在于，它還包括環(huán)氧樹脂(5)，環(huán)氧樹脂(5)填滿端環(huán)(I)和導(dǎo)磁塊(2)之間的空隙。
全文摘要
基于磁場屏蔽原理的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子，屬于永磁電機(jī)領(lǐng)域，本發(fā)明為解決現(xiàn)有的調(diào)制環(huán)轉(zhuǎn)子無法兼顧低損耗和高機(jī)械強(qiáng)度的問題。本發(fā)明包括兩個(gè)端環(huán)、n個(gè)導(dǎo)磁塊和n個(gè)連接桿，端環(huán)的端面上沿圓周方向均勻設(shè)置有多個(gè)通孔，端環(huán)的一個(gè)端面上均勻設(shè)置有多個(gè)螺釘孔，兩個(gè)端環(huán)平行設(shè)置，且端環(huán)的螺釘孔側(cè)相背設(shè)置，兩個(gè)端環(huán)中的通孔位置一一相對，兩個(gè)端環(huán)之間設(shè)置n個(gè)導(dǎo)磁塊，每個(gè)導(dǎo)磁塊用個(gè)連接桿與兩個(gè)端環(huán)固定在一起，連接桿的桿身兩端分別設(shè)置一個(gè)圓柱形的螺桿，連接桿的桿身嵌入在導(dǎo)磁塊內(nèi)部，位于桿身兩端的螺桿分別穿出通孔，每個(gè)螺桿上均固定有螺母，所述螺母用于夾固端環(huán)和導(dǎo)磁塊。
文檔編號(hào)H02K1/22GK102969812SQ201210543589
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者鄭萍, 白金剛, 劉勇, 于斌, 吳帆 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)