新型雙鼠籠結構的氣隙磁場電磁調制式永磁電機，是一種高轉速氣隙旋轉磁場通過磁場電磁調制而直接實現低轉速大力矩輸出的新型直接驅動電機，可應用于風力發電、電動汽車、船艦驅動等需要直接驅動的傳動領域。其特征是：電機由極數為2ps的定子、電磁調制式空心雙鼠籠轉子、極數為2pr的永磁轉子組成，三者之間呈徑向同心式結構且存在兩個氣隙，分別對應兩種同步轉速不同的氣隙旋轉磁場；運行時，定子鐵芯4中的定子繞組3流過三相對稱交變電流，產生極數為2ps的少極數高速氣隙旋轉磁場，經空心雙鼠籠轉子的導磁鼠籠13、導電鼠籠聯合電磁調制后，成為極數為2pr的多極數低速高次諧波旋轉磁場，從而以低轉速大力矩驅動永磁轉子。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術是一種新型雙鼠籠結構的氣隙磁場電磁調制式永磁電機，是一種高轉速氣隙旋轉磁場通過磁場電磁調制而直接實現低轉速大力矩輸出的新型直接驅動永磁電機，可廣泛應用于風力發電、電動汽車、船艦驅動及其它需要直接驅動的工業傳動領域。
技術介紹
根據旋轉電機理論，要使電機獲得持續穩定的負載運行能力，產生電磁感應的定子磁場和轉子磁場必須保持相對靜止，這就要求構成電機的定子和轉子必須保持相同極數,為了節約原材料，電機往往設計成少極數的高速電機，但許多傳動領域往往又需要低轉速大力矩的輸出，這使得常規電機在需要寬廣的恒功率調速范圍的應用受到很大限制，必須得借助機械齒輪變速傳動技術來實現低轉速、大力矩的輸出和恒功率調速范圍的要求， 從而使得系統傳動效率低、噪聲大、可靠性差，整個傳動系統體積大。長期以來機械齒輪傳動技術的基本形式沒有變化，即始終是依靠機械式齒輪副的兩輪齒的嚙合進行傳動。這就給齒輪傳動帶來了一些不可消除的問題，如機械疲勞、摩擦損耗、震動噪音等，盡管可以采用油脂潤滑技術，但以上問題依舊無法根除，導致使用維護極其繁瑣，而且機械式齒輪傳動的理論效率最多也只能達到85%，固定傳動速比的機械式齒輪副傳動使得需要在更寬轉速范圍的多級、分檔調速機構結構復雜，無法適應越來越多的無級變速的傳動技術要求。近年來，隨著風力發電、電動汽車等新能源應用領域的發展需求，國內外開始在新型磁性傳動技術上實現對機械傳動的技術突破,2004年英國工程師從理論和樣機的具體實踐上完成了一種新型徑向磁場磁性齒輪的設計工作，克服了以往永磁齒輪傳動扭矩較小的缺點，這給永磁材料在機械傳動領域的應用開辟了一個重要的研究方向和未來的應用領域；但是，英國人提出的徑向磁場磁性齒輪結構僅僅單純地利用磁性材料的異極性相吸引原理來構建導磁鼠籠，這樣的磁性齒輪傳遞的功率大小僅僅決定于磁性材料的磁能積大小，所以傳遞的力矩和能量雖有提高但還是受到磁能積的限制。2010年國內的上海大學在承接的國家“863”高科技項目(2007AA05Z233)中也提出了把磁性齒輪傳動技術與永磁電機融為一體的設計方案并試制出首臺復合電機的原形樣機，但該設計方案也僅僅是把磁性齒輪和永磁電機在結構上進行了簡單的一體化組合,從電磁場理論來看還是把永磁電機磁路與磁性齒輪磁路物理上分開設計的，使得復合電機具有3個氣隙磁場，從而增加了昂貴的稀土材料的單位消耗量，從電機驅動來講以上技術構思和設計還是僅僅單純地把磁性材料作磁極的同步驅動概念，使得磁性傳動所傳遞的功率大小僅僅決定于磁性材料的磁能積大小，還沒考慮到在結構設計中借助于異步電機那種轉子鼠籠自感應電流引入異步轉矩來增加磁性齒輪所傳遞的功率。
技術實現思路
針對現有旋轉電機技術、機械式齒輪傳動技術在應用上存在的問題，以及最新的磁性傳動技術的不足之處，本技術專利技術打破旋轉電機定轉子磁極極數必須保持相等以使產生電磁感應的定轉子磁場保持相對靜止的理論束縛，提供了一種高轉速氣隙旋轉磁場通過磁場電磁調制而直接實現低轉速大力矩輸出的新型直接驅動永磁電機新結構。本專利技術的基本構思是電機由極數為2ps的定子、電磁調制式空心雙鼠籠轉子、極數為2 的永磁轉子組成，三者之間呈徑向同心式結構且存在兩個氣隙，分別對應兩種同步轉速不同的氣隙旋轉磁場；運行時，定子鐵芯中的定子繞組流過三相對稱交變電流，產生極數為2ps的少極數高速氣隙旋轉磁場，經空心雙鼠籠轉子的導磁鼠籠、導電鼠籠聯合電磁調制后，成為極數為2pr的多極數低速高次諧波旋轉磁場，從而以低轉速大力矩驅動永磁轉子。以下結合圖I和圖2來說明這種新型雙鼠籠結構的氣隙磁場電磁調制式永磁電機的技術特征，圖中項I為后端蓋，項2為定子機殼，項3為定子繞組，項4為定子鐵芯，項5為導電銅條，項6為短路端環,項7為前端蓋,項8為輸出轉軸，項9為轉子永磁體,項10為轉子鐵芯，項11為滾動軸承I，項12為前內端蓋,項13為導磁鼠籠,項14為后內端蓋,項15為滾動軸承II ;另外，圖中字母符號標識N表不極性N的永磁體，S表不極性S的永磁體，Zs表不定子鐵芯槽數，Zg表不空心雙鼠籠轉子的導磁柵齒數，nr表不永磁轉子轉速，ng表不空心雙鼠籠轉子轉速，ns表不定子氣隙旋轉磁場同步轉速,2pr表不永磁轉子永磁體分布極數，2ps表示定子氣隙旋轉磁場極數，m表示定子繞組相數，A、X分別表示A相定子繞組首端、末端，B、Y分別表示B相定子繞組首端、末端，C、Z分別表示C相定子繞組首端、末端。(一 )、新型雙鼠籠結構的氣隙磁場電磁調制式永磁電機由極數為2ps的少極數的定子、電磁調制式空心雙鼠籠轉子、極數為2 的多極數的永磁轉子組成，三者之間呈徑向同心式結構,且在軸向兩端由前端蓋7、后端蓋I、定子機殼2支撐固定，電磁調制式空心雙鼠籠轉子兩邊存在兩個氣隙，兩氣隙分別對應兩種同步轉速不同的氣隙旋轉磁場；(ニ)、新型雙鼠籠結構的氣隙磁場電磁調制式永磁電機的定子與電磁調制式空心雙鼠籠轉子間的氣隙旋轉磁場是極數為2ps、同步轉速為ns的高速旋轉磁場，由嵌裝于定子鐵芯4上Zs個槽中的、相數m為3相、極數為2ps的定子繞組3中流過的交變頻率為fs的三相對稱交流電流產生，并滿足以下關系約束權利要求1.新型雙鼠籠結構的氣隙磁場電磁調制式永磁電機，其特征是 一、新型雙鼠籠結構的氣隙磁場電磁調制式永磁電機由極數為2ps的少極數的定子、電磁調制式空心雙鼠籠轉子、極數為2 的多極數的永磁轉子組成，三者之間呈徑向同心式結構，且在軸向兩端由前端蓋(7)、后端蓋(I)、定子機殼(2)支撐固定，電磁調制式空心雙鼠籠轉子兩邊存在兩個氣隙，兩氣隙分別對應兩種同步轉速不同的氣隙旋轉磁場； 二、新型雙鼠籠結構的氣隙磁場電磁調制式永磁電機的定子與電磁調制式空心雙鼠籠轉子間的氣隙旋轉磁場是極數為2ps、同步轉速為ns的高速旋轉磁場，由嵌裝于定子鐵芯(4)Zs個槽中的、相數m為3相、極數為2ps的定子繞組(3)中流過的交變頻率為fs的三相對稱交流電流產生，并滿足以下關系約束2.根據權利要求I所述的新型雙鼠籠結構的氣隙磁場電磁調制式永磁電機，其特征是在定子和永磁轉子之間安裝有電磁調制式空心雙鼠籠轉子，電磁調制式空心雙鼠籠轉子由兩個空心鼠籠、前內端蓋(12)、后內端蓋(14)以及滾動軸承I(Il)所組成；起內外氣隙磁場調制作用的兩個空心鼠籠，其一是具有ZgA導磁柵齒的導磁鼠籠(13)，其二是具有Zg個導電銅條(5)和兩端的短路端環(6)所組成的導電鼠籠；導磁鼠籠(13)上沿圓周弧面上均勻分布有Zg個長條形孔，長條形孔之間就是起導磁作用的Zg個均勻分布的導磁柵齒，導磁鼠籠(13)由導磁的薄鋼板經沖壓成形，再經多片卷繞、疊壓、鉚焊成一整體；導磁鼠籠(13)的導磁柵齒之間長條形孔中裝配有導電銅條(5)，并在導磁鼠籠(13)兩端面與短路端環(6)焊接為一整體，從而構成徑向對稱的導電鼠籠繞組，導電鼠籠與導磁鼠籠交錯排列形成空心雙鼠籠轉子結構；前內端蓋(12)、后內端蓋(14)與導磁鼠籠(13)之間采用緊配合連接。3.根據權利要求I所述的新型雙鼠籠結構的氣隙磁場電磁調制式永磁電機，其特征是永磁轉子由2 個轉子永磁體(9)、轉子鐵芯(10)、輸出轉軸(8)組成圓柱形狀結構，轉子永磁體(9)按N極S極間隔排列分布的方式分布于轉子鐵芯本文檔來自技高網...
【技術保護點】
新型雙鼠籠結構的氣隙磁場電磁調制式永磁電機，其特征是：一、新型雙鼠籠結構的氣隙磁場電磁調制式永磁電機由極數為2ps的少極數的定子、電磁調制式空心雙鼠籠轉子、極數為2pr的多極數的永磁轉子組成，三者之間呈徑向同心式結構，且在軸向兩端由前端蓋(7)、后端蓋(1)、定子機殼(2)支撐固定，電磁調制式空心雙鼠籠轉子兩邊存在兩個氣隙，兩氣隙分別對應兩種同步轉速不同的氣隙旋轉磁場；二、新型雙鼠籠結構的氣隙磁場電磁調制式永磁電機的定子與電磁調制式空心雙鼠籠轉子間的氣隙旋轉磁場是極數為2ps、同步轉速為ns的高速旋轉磁場，由嵌裝于定子鐵芯(4)ZS個槽中的、相數m為3相、極數為2ps的定子繞組(3)中流過的交變頻率為fs的三相對稱交流電流產生，并滿足以下關系約束：ns=60×fsps;三、新型雙鼠籠結構的氣隙磁場電磁調制式永磁電機的永磁轉子與電磁調制式空心雙鼠籠轉子間的氣隙旋轉磁場是極數為2pr、同步轉速為nr的低速高次諧波旋轉磁場，由安裝于轉子鐵芯(10)表面的、極數為2pr的轉子永磁體(9)產生，其中極數2pr相對于極數2ps為多極，且極對數pr為正奇數；四、新型雙鼠籠結構的氣隙磁場電磁調制式永磁電機的電磁調制式空心雙鼠籠轉子中穿過的磁場是由定子繞組(3)產生的少極數高速旋轉磁場與轉子永磁體(9)產生的多極數低速旋轉磁場而合成，該合成磁場通過空心雙鼠籠轉子的具有Zg個導磁柵齒的導磁鼠籠(13)、具有Zg個導電銅條(5)和兩端的短路端環(6)構成的導電鼠籠聯合調制；定子旋轉磁場同步速度ns、空心雙鼠籠轉子轉速ng和永磁轉子轉速nr之間滿足以下關系約束：Zg＝pr+ps；s=ns-ngns×100%;nrns=|pr-s×Zg|pr;當空心雙鼠籠轉子固定不動時為最大傳動比，即ng＝0，s＝1時，有：nrns=|pr-Zg|pr=|pspr|....
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：余虹錦，
申請(專利權)人：余虹錦，
類型：發明
國別省市：
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