本發(fā)明屬于直驅(qū)式電機(jī)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

自進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，能源短缺已經(jīng)成為制約各國(guó)發(fā)展的重要問(wèn)題，發(fā)展新型能源、節(jié)能降耗成為各國(guó)的研究熱點(diǎn)。由于傳統(tǒng)燃油汽車(chē)會(huì)排放尾氣，不僅會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染且能耗巨大，所以各國(guó)開(kāi)始了混合動(dòng)力汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)的研究，而我國(guó)在電動(dòng)汽車(chē)上的研究投入了大量人力物力，相關(guān)技術(shù)已然走到世界前列。驅(qū)動(dòng)電機(jī)是電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力元件，是其不可缺少的一部分，雖然現(xiàn)在已有多種款型的電動(dòng)汽車(chē)面世，但其中大多數(shù)仍使用機(jī)械減速系統(tǒng)與電機(jī)的配合完成低速大轉(zhuǎn)矩輸出，這樣的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不僅體積大且有難維護(hù)、效率低、振動(dòng)噪聲大的問(wèn)題。直驅(qū)式電機(jī)雖能解決這一問(wèn)題，但仍有極數(shù)多、控制器容量大，功率密度低的不足，限制了其在電動(dòng)汽車(chē)上的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有電動(dòng)汽車(chē)上的電機(jī)-齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)難于維護(hù)、輸出效率低和振動(dòng)噪聲大及常規(guī)直驅(qū)式電機(jī)體積龐大的問(wèn)題。本發(fā)明提供了一種直驅(qū)式磁力耦合型諧波電機(jī)。

直驅(qū)式磁力耦合型諧波電機(jī)，它包括電樞繞組、內(nèi)定子、外定子、杯形轉(zhuǎn)子、左端蓋、右端蓋、轉(zhuǎn)子輸出軸、機(jī)殼和磁鋼；

在轉(zhuǎn)子輸出軸的徑向方向上，由內(nèi)至外依次套有內(nèi)定子、杯形轉(zhuǎn)子、外定子和機(jī)殼，杯形轉(zhuǎn)子與內(nèi)定子和外定子間存在氣隙；

左端蓋和右端蓋分別蓋合在機(jī)殼的左、右兩端面上，且二者均通過(guò)軸承與轉(zhuǎn)子輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接；

杯形轉(zhuǎn)子的杯口朝向右端蓋，杯形轉(zhuǎn)子的杯底與轉(zhuǎn)子輸出軸固定連接；

杯形轉(zhuǎn)子的內(nèi)、外側(cè)壁上均沿軸向開(kāi)設(shè)有磁鋼槽，且磁鋼槽內(nèi)嵌入有磁鋼；

磁鋼的充磁方向?yàn)閺较虺浯?，且同一壁面上相鄰的兩個(gè)磁鋼的充磁方向相反；

內(nèi)定子固定在右端蓋延伸出的基座上，且該基座位于內(nèi)定子與轉(zhuǎn)子輸出軸之間，電樞繞組纏繞在內(nèi)定子上，外定子固定在機(jī)殼上；

電樞繞組的磁極對(duì)數(shù)為ps，內(nèi)定子和外定子的齒數(shù)均為ns，杯形轉(zhuǎn)子的一壁面上的磁極對(duì)數(shù)為pr，且ns＝ps+pr。

所述的杯形轉(zhuǎn)子的內(nèi)、外側(cè)壁上的磁鋼分別與內(nèi)定子和外定子相對(duì)設(shè)置，且磁鋼的軸向長(zhǎng)度大于或等于內(nèi)定子和外定子的軸向長(zhǎng)度。

所述的外定子上的齒與內(nèi)定子的齒槽相對(duì)設(shè)置。

原理分析：依據(jù)磁齒輪效應(yīng)pr＝|mps+kns|，其中，m＝1，3，5，…，+∞；k＝0，±1，±2，…，±∞；當(dāng)m＝1,k＝-1時(shí)，經(jīng)定子齒調(diào)制后的氣隙諧波磁場(chǎng)最強(qiáng)，此時(shí)，磁場(chǎng)空間諧波旋轉(zhuǎn)速度為可得定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n2比即傳動(dòng)比gr為：內(nèi)定子電樞繞組通電后產(chǎn)生的高速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)經(jīng)定子齒調(diào)制，在氣隙中產(chǎn)生了與轉(zhuǎn)子磁極數(shù)目相同的多極低速磁場(chǎng)，此諧波磁場(chǎng)與永磁磁極相互配合，完成轉(zhuǎn)矩輸出。

本發(fā)明帶來(lái)的有益效果是：

本發(fā)明所提出的磁力耦合型諧波電機(jī)，使用雙定子、中間轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，僅在內(nèi)定子處繞有電樞繞組，節(jié)省銅線(xiàn)；電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子外側(cè)磁極在外定子中產(chǎn)生ps對(duì)極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，此ps對(duì)極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)又因磁齒輪效應(yīng)，在外側(cè)氣隙中產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子磁極相同極數(shù)的磁場(chǎng)，在內(nèi)外側(cè)氣隙內(nèi)，達(dá)到了磁場(chǎng)的雙重調(diào)制作用，增強(qiáng)了電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出能力。

本發(fā)明所提出的一種直驅(qū)式磁力耦合型諧波電機(jī)為低速大轉(zhuǎn)矩諧波電機(jī)，集合了磁性齒輪和永磁同步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，可以在電機(jī)的內(nèi)部完成“自減速”功能，擁有低速大轉(zhuǎn)矩的輸出特性，其不僅具有體積小、功率密度高的特點(diǎn)，且相比傳統(tǒng)直驅(qū)式電機(jī)，對(duì)控制器件的要求也大幅降低，提高了控制器-電機(jī)系統(tǒng)的整體可靠性。

轉(zhuǎn)子為空心杯形結(jié)構(gòu)，其一側(cè)為空心形式，另一側(cè)為實(shí)心圓盤(pán)，杯形轉(zhuǎn)子的杯底開(kāi)與轉(zhuǎn)子輸出軸固定連接的軸孔及螺孔，提高了杯形轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子輸出軸傳動(dòng)構(gòu)件的機(jī)械穩(wěn)定性；杯形轉(zhuǎn)子的內(nèi)、外側(cè)壁上開(kāi)有磁鋼槽，磁鋼槽的深度可調(diào)，磁鋼槽深度為h。開(kāi)設(shè)此槽既可以在裝配時(shí)起到磁鋼定位的功能，又能起到電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)固定磁鋼的作用。

本發(fā)明所提出的直驅(qū)式磁力耦合型諧波電機(jī)，不僅具有較高的功率密度，且具有低速大轉(zhuǎn)矩的輸出特性，根據(jù)磁齒輪的運(yùn)行原理，解決了機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)維護(hù)難、噪聲大的缺陷，噪聲降低了70％以上，在電動(dòng)汽車(chē)等直接驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域有著極高的應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述的直驅(qū)式磁力耦合型諧波電機(jī)的主剖視圖；

圖2為定子與杯形轉(zhuǎn)子的相對(duì)關(guān)系圖；

圖3為圖2的左視圖；

圖4和圖5均為定子與杯形轉(zhuǎn)子的三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為內(nèi)定子的三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為外定子的三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為帶有磁鋼的杯形轉(zhuǎn)子的主視圖；

圖9和圖10均為帶有磁鋼的杯形轉(zhuǎn)子的三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11和圖12均為未放磁鋼的杯形轉(zhuǎn)子的三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13為圖12的左視圖；

圖14為圖12的右視圖；

圖15和圖16均為右端蓋的三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖17為右端蓋的主視圖；

圖18為轉(zhuǎn)子輸出軸的三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖19為轉(zhuǎn)子輸出軸的主視圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：參見(jiàn)圖1至圖19說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的直驅(qū)式磁力耦合型諧波電機(jī)，它包括電樞繞組1、內(nèi)定子2、外定子3、杯形轉(zhuǎn)子4、左端蓋5、右端蓋6、轉(zhuǎn)子輸出軸7、機(jī)殼8和磁鋼9；

在轉(zhuǎn)子輸出軸7的徑向方向上，由內(nèi)至外依次套有內(nèi)定子2、杯形轉(zhuǎn)子4、外定子3和機(jī)殼8，杯形轉(zhuǎn)子4與內(nèi)定子2和外定子3間存在氣隙；

左端蓋5和右端蓋6分別蓋合在機(jī)殼8的左、右兩端面上，且二者均通過(guò)軸承10與轉(zhuǎn)子輸出軸7轉(zhuǎn)動(dòng)連接；

杯形轉(zhuǎn)子4的杯口朝向右端蓋6，杯形轉(zhuǎn)子4的杯底與轉(zhuǎn)子輸出軸7固定連接；

杯形轉(zhuǎn)子4的內(nèi)、外側(cè)壁上均沿軸向開(kāi)設(shè)有磁鋼槽4-1，且磁鋼槽4-1內(nèi)嵌入有磁鋼9；

磁鋼9的充磁方向?yàn)閺较虺浯?，且同一壁面上相鄰的兩個(gè)磁鋼9的充磁方向相反；

內(nèi)定子2固定在右端蓋6延伸出的基座6-1上，且該基座6-1位于內(nèi)定子2與轉(zhuǎn)子輸出軸7之間，電樞繞組1纏繞在內(nèi)定子2上，外定子3固定在機(jī)殼8上；

電樞繞組1的磁極對(duì)數(shù)為ps，內(nèi)定子2和外定子3的齒數(shù)均為ns，杯形轉(zhuǎn)子4的一壁面上的磁極對(duì)數(shù)為pr，且ns＝ps+pr。

本實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)子為空心杯形結(jié)構(gòu)，其一側(cè)為空心形式，另一側(cè)為實(shí)心圓盤(pán)，杯形轉(zhuǎn)子4的杯底開(kāi)與轉(zhuǎn)子輸出軸7固定連接的軸孔及螺孔，提高了杯形轉(zhuǎn)子4與轉(zhuǎn)子輸出軸7傳動(dòng)構(gòu)件的機(jī)械穩(wěn)定性；杯形轉(zhuǎn)子4的內(nèi)、外側(cè)壁上開(kāi)有磁鋼槽，磁鋼槽4-1的深度可調(diào)，磁鋼槽深度為h。開(kāi)設(shè)此槽既可以在裝配時(shí)起到磁鋼定位的功能，又能起到電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)固定磁鋼的作用；磁鋼槽不僅對(duì)電機(jī)的機(jī)械性能產(chǎn)生影響還會(huì)改變電機(jī)磁路、引起電機(jī)電磁性能的變化，本發(fā)明所提出的電機(jī)經(jīng)優(yōu)選后選取h＝2mm，使電機(jī)轉(zhuǎn)矩得到了進(jìn)一步的提高。

永磁齒輪具有無(wú)接觸、免維護(hù)、振動(dòng)噪聲小、轉(zhuǎn)矩密度高的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明根據(jù)磁齒輪的運(yùn)行原理，提出了一款能在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速變化的、可以實(shí)現(xiàn)輸出端低速大轉(zhuǎn)矩特性的直驅(qū)式磁力耦合型諧波電機(jī)。

杯形轉(zhuǎn)子4的一壁面上的磁極對(duì)數(shù)pr為該壁面上的磁鋼個(gè)數(shù)的一半。

具體實(shí)施方式二：參見(jiàn)圖1至圖19說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一所述的直驅(qū)式磁力耦合型諧波電機(jī)的區(qū)別在于，所述的杯形轉(zhuǎn)子4的內(nèi)、外側(cè)壁上的磁鋼9分別與內(nèi)定子2和外定子3相對(duì)設(shè)置，且磁鋼9的軸向長(zhǎng)度大于或等于內(nèi)定子2和外定子3的軸向長(zhǎng)度。

具體實(shí)施方式三：參見(jiàn)圖1至圖19說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一所述的直驅(qū)式磁力耦合型諧波電機(jī)的區(qū)別在于，所述的外定子3上的齒與內(nèi)定子2的齒槽相對(duì)設(shè)置。

本發(fā)明中，任何基于磁齒輪效應(yīng)符合ns＝ps+pr的組合均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。