本實用新型涉及了一種調(diào)磁電機，尤其是涉及了一種具有軸向和徑向兩個磁通方向的新型調(diào)磁電機，優(yōu)化了傳統(tǒng)調(diào)磁電機的磁路和機械結(jié)構(gòu)，可廣泛用于風(fēng)力發(fā)電、新能源汽車、電動艦船以及多電飛機等低速大扭矩的應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前90％的低速大扭矩應(yīng)用場合采用減速齒輪箱對傳統(tǒng)電機進行速度和轉(zhuǎn)矩的變換，齒輪箱的存在不僅增加了系統(tǒng)的體積，由于齒輪間的機械摩擦，還不可避免地引入了振動和噪聲，并且增加了潤滑和維護的成本，更重要的是，機械齒輪在過載條件下發(fā)生不可逆的破壞，大大降低了系統(tǒng)的整體可靠性。

永磁電機與電勵磁電機相比，采用永磁體進行勵磁，沒有電勵磁帶來的能量損耗，具有更高的效率；同時永磁體能夠提供較大的氣隙磁通密度，因此還具有更高的轉(zhuǎn)矩密度和功率密度。

2001年英國科學(xué)家提出了一種基于磁場調(diào)制理論的同軸式磁性齒輪，解決了機械摩擦帶來的一系列問題。2008年我國學(xué)者提出了結(jié)合了磁性齒輪與傳統(tǒng)電機結(jié)構(gòu)的新型永磁電機結(jié)構(gòu)，稱為調(diào)磁電機。調(diào)磁電機將磁性齒輪與永磁電機巧妙地結(jié)合為一體，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，轉(zhuǎn)矩密度大大提高，同時還具有自動過載保護的功能，適用于各種直驅(qū)場合

傳統(tǒng)的調(diào)磁電機多為徑向磁通結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)矩密度有限；與普通永磁電機相比，調(diào)磁電機具有三個同軸部件和兩個氣隙，因此調(diào)磁轉(zhuǎn)子多采用杯形結(jié)構(gòu)，增加了制造難度，也降低了機械強度；由于露在定子外部的繞組端部帶來了額外的軸向空間無法被充分利用，空間利用率較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有調(diào)磁電機技術(shù)中存在的問題，本實用新型的目的在于提供了一種新型軸徑向磁通的調(diào)磁電機。

本實用新型所采用的技術(shù)方案是：

本實用新型包括同軸安裝在機殼內(nèi)的繞組定子、兩個永磁定子和調(diào)磁轉(zhuǎn)子；繞組定子和調(diào)磁轉(zhuǎn)子置于機殼內(nèi)，分別位于外圈和內(nèi)圈，兩個永磁定子分別位于調(diào)磁轉(zhuǎn)子兩端并對稱安裝，繞組定子和永磁定子均固定在機殼上，調(diào)磁轉(zhuǎn)子固定在轉(zhuǎn)軸上，繞組定子與調(diào)磁轉(zhuǎn)子之間存在徑向氣隙，兩個永磁定子與調(diào)磁轉(zhuǎn)子之間分別存在軸向氣隙，磁場通過徑向氣隙和軸向氣隙形成閉合磁路，利用繞組與永磁體的磁場相互作用實現(xiàn)能量傳遞。

所述的繞組定子包括繞組鐵芯和繞制在繞組鐵芯上的勵磁繞組；所述的永磁定子包括永磁體鐵芯和多塊永磁體，多塊永磁體沿圓周均布地固定在永磁體鐵芯靠近調(diào)磁轉(zhuǎn)子一側(cè)的端面上；所述的調(diào)磁轉(zhuǎn)子包括固定內(nèi)圈和多塊調(diào)磁塊，多塊調(diào)磁塊沿圓周間隔均布地固定在固定內(nèi)圈周圍；轉(zhuǎn)軸兩端貫穿永磁體鐵芯和機殼的中心孔后伸出到機殼外，調(diào)磁塊和繞組鐵芯之間存在徑向氣隙，永磁體和調(diào)磁塊之間存在軸向氣隙。

所述調(diào)磁轉(zhuǎn)子兩端的兩個永磁定子結(jié)構(gòu)相同，以調(diào)磁轉(zhuǎn)子中部端面相對稱布置。

每個所述永磁體軸向充磁，每個永磁定子上相鄰兩塊永磁體的充磁方向相反，所述兩個永磁定子上的永磁體安裝位置相對稱，且相對稱的兩塊永磁體的充磁方向相反。

所述的繞組定子上裝有三相勵磁繞組，勵磁繞組采用分布式繞組或集中式繞組，勵磁繞組引出端由外部電路供電。

所述永磁定子上以充磁方向相反的相鄰兩塊永磁體為一對，所述永磁定子上共有P_m對永磁體，所述的繞組定子上嵌有極對數(shù)為P_w的三相勵磁繞組，所述調(diào)磁轉(zhuǎn)子周圍固定有N塊調(diào)磁塊，勵磁繞組極對數(shù)P_w、永磁體極對數(shù)P_m和調(diào)磁塊塊數(shù)N滿足以下公式：

N＝P_w+P_m

從而使得繞組勵磁的工作頻率f和調(diào)磁轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速Ω_t滿足以下公式：

所述的繞組鐵芯采用整硅鋼片疊壓而成。

所述的永磁定子上的永磁體通過表面膠粘或者內(nèi)嵌等方式固定，永磁體鐵芯采用整塊導(dǎo)磁材料或硅鋼片疊壓制成。

所述的調(diào)磁塊采用整塊導(dǎo)磁材料或硅鋼片疊壓而成。

所述的固定內(nèi)圈、轉(zhuǎn)軸和機殼均采用非導(dǎo)磁材料制成。

本實用新型的工作原理：一方面，調(diào)磁塊對永磁體產(chǎn)生的磁場進行調(diào)制，獲得與繞組極對數(shù)相同的磁場諧波分量，以此磁場諧波而非磁場基波進行轉(zhuǎn)矩傳輸，來實現(xiàn)與機械齒輪一樣的減速效果。

另一方面，將永磁體置于調(diào)磁塊兩端而非內(nèi)側(cè)，能夠有效利用端部繞組帶來的額外空間，提高了空間利用率。并且軸徑向兩個磁通方向能夠利用聚磁效應(yīng)提高氣隙磁密，進一步提升轉(zhuǎn)矩密度。

本實用新型的調(diào)磁電機利用調(diào)磁塊對永磁體磁場的調(diào)制作用，實現(xiàn)低速大扭矩的能量傳輸。與傳統(tǒng)調(diào)磁電機的區(qū)別在于，本實用新型具有徑向和軸向兩個磁通方向，將永磁體放置在調(diào)磁塊兩端而不是內(nèi)側(cè)，能夠獲得更大的空間利用率和轉(zhuǎn)矩密度，并提高機械可靠性。

與普通永磁電機相比，本實用新型涉及的軸徑向磁通的調(diào)磁電機具有以下明顯優(yōu)勢：

本實用新型簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，去除了減速齒輪箱，結(jié)構(gòu)更加緊湊，沒有機械摩擦帶來的損耗、噪聲和振動等問題，同時不需要機械齒輪中存在的潤滑和維護成本。

本實用新型轉(zhuǎn)矩密度高，是相同體積的傳統(tǒng)調(diào)磁電機的2.8倍左右?；诖艌稣{(diào)制原理，利用比基波磁場旋轉(zhuǎn)速度慢得多的諧波磁場進行能量傳遞，具有與機械齒輪一樣的減速效果，在功率一定的情況下，能夠大大提高輸出轉(zhuǎn)矩，軸徑向磁通的設(shè)計不僅提高了空間利用率，還可以利用聚磁原理進一步提高氣隙磁密和輸出轉(zhuǎn)矩。

本實用新型具有自動過載保護作用，當(dāng)轉(zhuǎn)矩超過電機的最大可輸出轉(zhuǎn)矩時，轉(zhuǎn)子將失去同步發(fā)生滑動，而不會出現(xiàn)機械齒輪的卡死和報廢等現(xiàn)象。

本實用新型空間利用率高，永磁體位于調(diào)磁轉(zhuǎn)子兩端而非內(nèi)部，能夠有效利用端部繞組空間。

本實用新型機械可靠性高，無需傳統(tǒng)調(diào)磁電機的杯形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實用新型的爆炸視圖。

圖3是本實用新型的正視剖視圖。

圖4是本實用新型的側(cè)視剖視圖。

圖5是本實用新型的繞組定子示意圖。

圖6是本實用新型的永磁定子示意圖。

圖7是本實用新型的調(diào)磁轉(zhuǎn)子示意圖。

圖中：1.繞組定子；2.勵磁繞組；3.永磁定子；4.永磁體；5.調(diào)磁轉(zhuǎn)子；6.調(diào)磁塊；7.轉(zhuǎn)軸；8.機殼，9、永磁體鐵芯；10、固定內(nèi)圈；11、繞組鐵芯。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明：

如圖1～圖4所示，本實用新型包括同軸安裝在機殼8內(nèi)的繞組定子1、兩個永磁定子3和調(diào)磁轉(zhuǎn)子5；繞組定子1和調(diào)磁轉(zhuǎn)子5置于機殼8內(nèi)，分別位于外圈和內(nèi)圈，兩個永磁定子3分別位于調(diào)磁轉(zhuǎn)子5兩端并對稱安裝，繞組定子1和永磁定子3均固定在機殼8上，調(diào)磁轉(zhuǎn)子5固定在轉(zhuǎn)軸7上，繞組定子1與調(diào)磁轉(zhuǎn)子5之間存在徑向氣隙，兩個永磁定子3與調(diào)磁轉(zhuǎn)子5之間分別存在軸向氣隙。

如圖5所示，繞組定子1包括繞組鐵芯11和繞制在繞組鐵芯11上的勵磁繞組2，繞組定子1上裝有三相勵磁繞組，勵磁繞組2采用分布式繞組或集中式繞組，勵磁繞組2引出端由外部電路供電。

如圖7所示，調(diào)磁轉(zhuǎn)子5包括固定內(nèi)圈10和多塊調(diào)磁塊6，多塊調(diào)磁塊6沿圓周間隔均布地固定在固定內(nèi)圈10周圍，形成一圈調(diào)磁塊6。

如圖6所示，永磁定子3包括永磁體鐵芯9和多塊永磁體4，多塊永磁體4沿圓周均布地固定在永磁體鐵芯9靠近調(diào)磁轉(zhuǎn)子5一側(cè)的端面上，形成一圈永磁體4。永磁定子3上的永磁體4通過表面膠粘或者內(nèi)嵌等方式固定。每個永磁體4軸向充磁，每個永磁定子3上相鄰兩塊永磁體4的充磁方向相反；兩個永磁定子3上的永磁體4安裝位置關(guān)于調(diào)磁轉(zhuǎn)子5的中部端面對稱，且相對稱的兩塊永磁體4的充磁方向相反。

轉(zhuǎn)軸7兩端貫穿永磁體鐵芯9和機殼8的中心孔后伸出到機殼8外，調(diào)磁塊6和繞組鐵芯11之間有徑向氣隙，永磁體4和調(diào)磁塊6之間有軸向氣隙。

本實用新型的具體實施例及其實施過程如下：

本優(yōu)選實施例的勵磁繞組2的極對數(shù)P_w為4；永磁體4的極對數(shù)P_m為7；調(diào)磁塊6的數(shù)量N為11。

繞組鐵芯11采用硅鋼片沿軸向疊壓而成，有12個槽，勵磁繞組2結(jié)構(gòu)為三相集中繞組，采用直徑0.79mm的漆包銅線繞成，每個線圈的匝數(shù)為200匝，繞組定子1通過銷子固定在機殼8上。

永磁定子3采用復(fù)合軟磁材料SMC制成，永磁體4采用釹鐵硼材料，沿軸向充磁，并通過膠粘的方式貼在永磁定子3上，永磁定子3通過螺絲固定在機殼8上。

固定內(nèi)圈10采用非導(dǎo)磁不銹鋼制成，調(diào)磁塊6采用復(fù)合軟磁材料SMC制成并通過膠粘的方式固定在固定內(nèi)圈10上，固定內(nèi)圈10通過鍵與轉(zhuǎn)軸7連接，并通過螺絲進行固定。

機殼8采用非導(dǎo)磁不銹鋼制成，通過螺絲固定其兩個端蓋，

轉(zhuǎn)軸7采用非導(dǎo)磁不銹鋼材料加工而成，通過兩端的軸承與機殼8連接。

實施例的主要尺寸參數(shù)如下：機殼8外徑為180mm，軸向長度70mm；繞組定子1外徑150mm，內(nèi)徑90mm，軸向長度10mm；每個永磁體鐵芯9厚度7.5mm，每塊永磁體4厚度5mm，永磁體4展開角度23度；每個調(diào)磁塊6外徑89mm，內(nèi)徑50mm，軸向長度10mm，展開角度20度；固定內(nèi)圈10外徑54mm，內(nèi)徑30mm；所有氣隙長度均為0.5mm；轉(zhuǎn)軸總長度120mm，直徑10mm。

分析表明，單個永磁定子3的總厚度為12.5mm，而單側(cè)勵磁繞組2端部長度約為15mm，正好能夠容納永磁定子3，顯著提高了空間利用率；實驗結(jié)果顯示本優(yōu)選實例的轉(zhuǎn)矩密度約為相同體積傳統(tǒng)調(diào)磁電機的2.8倍，可見具有明顯突出的技術(shù)效果。

以上所述的僅是本技術(shù)實用新型的優(yōu)選實施方式，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干結(jié)構(gòu)變形和改進，這些也應(yīng)該視為本技術(shù)實用新型的保護范圍，這些都不會影響本技術(shù)實用新型實施的效果和實用性。