一种轴径向耦合磁齿轮复合电机

本发明涉及一种电机结构，具体涉及一种磁齿轮复合电机。

背景技术：

1、传统的低速大转矩传动系统是电动机搭配机械齿轮减速机构配套使用，从而实现转矩密度的提升，但是机械齿轮减速机构本身存在着结构复杂、传动效率低和维护成本高和噪音等一系列问题。磁齿轮复合电机是通过磁齿轮进行转速、转矩的传递，在传动机构中可代替机械齿轮以降低机械摩擦和振动，还具有结构紧凑、转矩密度大、运行平稳等优点。

2、传统的径向电机结构简单、制造工艺成熟，但转轴处磁密较小，导致内部空间利用率低。轴向电机转矩密度大、轴向长度短，但效率较低，而且其输出转矩与其内外半径大小和轴向长度有关。在设计磁齿轮复合电机时，如果磁路设计不够紧凑可能还会产生较多的漏磁现象，并导致电机整体尺寸较大，功率密度不高。

技术实现思路

1、发明目的：针对上述现有技术，提出一种轴径向耦合磁齿轮复合电机，实现轴向和径向磁路高效耦合，提升磁齿轮复合电机转矩密度和紧凑性。

2、技术方案：一种轴径向耦合磁齿轮复合电机，包括径向定子、高速转子、低速调磁转子和轴向定子；所述径向定子、高速转子、低速调磁转子和轴向定子同轴设置；所述轴径向耦合磁齿轮复合电机存在三层气隙，分别是径向定子与高速转子之间的径向气隙、高速转子与低速调磁转子以及低速调磁转子与轴向定子之间的轴向气隙；

3、所述低速调磁转子由若干低速调磁齿和非导磁支撑部件组成，各低速调磁齿分别呈斜向分布，每个低速调磁齿由若干平行结构的导磁块在轴向方向上依次错位堆叠形成；所述低速调磁转子的调制磁场的径向投影与高速转子的径向磁场耦合，所述低速调磁转子的调制磁场的轴向投影与轴向定子的轴向磁场耦合。

4、进一步的，所述低速调磁转子的调制磁场的轴向投影产生的磁场极对数与所述轴向定子的永磁磁场的极对数相同，所述低速调磁转子的调制磁场的径向投影产生的磁场极对数与所述高速转子的永磁磁场的极对数相同。

5、进一步的，所述低速调磁转子按照周向二维展开后，由每个低速调磁转子中一个导磁块沿斜向分布共同组成一个调制组，调制组数等于所述高速转子的永磁磁场极对数与轴向定子的永磁磁场极对数之和；通过设计所述导磁块的周向宽度 w m、周向极弧长度 α c、轴向长度 h m、轴向极弧长度 α z，以及调制组与周向的夹角 β，实现所述低速调磁转子的调制磁场在径向和轴向上的投影磁场与不同极对数的高速转子的径向永磁磁场和轴向定子的轴向永磁磁场进行耦合。

6、进一步的，所述高速转子设置在所述径向定子内部；所述径向定子包括径向定子齿、径向定子轭和径向定子电枢绕组，径向定子齿均匀分布在径向定子轭上，径向定子电枢绕组采用分布式绕组，跨槽绕制于所述径向定子齿上；所述高速转子包括高速转子铁心和高速转子永磁体，高速转子永磁体沿圆周均匀分布在高速转子铁心内，并采用交替极切向充磁或halbach型永磁体充磁方式。

7、进一步的，所述轴向定子包括轴向定子永磁体和轴向定子铁心，其中轴向定子永磁体在垂直轴向的切面为平行或者扇形结构，轴向定子永磁体与轴向定子铁心沿圆周方向依次交替设置，轴向定子永磁体采用交替极切向充磁或者halbach型充磁方式。

8、有益效果：1、本发明电机采用磁齿轮代替传统机械齿轮减速装置，使传动装置体积、重量减小，降低了噪音，结构更加紧凑。

9、2、本发明电机利用径向电机和轴向电机的特点，通过斜向的低速调磁转子将径向磁通和轴向磁通耦合，实现了轴径向结构的复合，从而形成轴径向耦合磁齿轮复合电机，不仅充分利用径向电机内部空间，缩短了轴向磁路，提高复合电机的紧凑性，而且充分发挥轴向电机轴向尺寸短、转矩密度大的优势，提高了电机的传动效率和运行范围。

技术特征：

1.一种轴径向耦合磁齿轮复合电机，其特征在于，包括径向定子（1）、高速转子（2）、低速调磁转子（3）和轴向定子（4）；所述径向定子（1）、高速转子（2）、低速调磁转子（3）和轴向定子（4）同轴设置；所述轴径向耦合磁齿轮复合电机存在三层气隙，分别是径向定子（1）与高速转子（2）之间的径向气隙、高速转子（2）与低速调磁转子（3）以及低速调磁转子（3）与轴向定子（4）之间的轴向气隙；

2.根据权利要求1所述的轴径向耦合磁齿轮复合电机，其特征在于，所述低速调磁转子（3）的调制磁场的轴向投影产生的磁场极对数与所述轴向定子（4）的永磁磁场的极对数相同，所述低速调磁转子（3）的调制磁场的径向投影产生的磁场极对数与所述高速转子（2）的永磁磁场的极对数相同。

3.根据权利要求2所述的轴径向耦合磁齿轮复合电机，其特征在于，所述低速调磁转子（3）按照周向二维展开后，由每个低速调磁转子（3-1）中一个导磁块沿斜向分布共同组成一个调制组，调制组数等于所述高速转子（2）的永磁磁场极对数与轴向定子（4）的永磁磁场极对数之和；通过设计所述导磁块的周向宽度wm、周向极弧长度αc、轴向长度hm、轴向极弧长度αz，以及调制组与周向的夹角β，实现所述低速调磁转子（3）的调制磁场在径向和轴向上的投影磁场与不同极对数的高速转子（2）的径向永磁磁场和轴向定子（4）的轴向永磁磁场进行耦合。

4.根据权利要求1-3任一所述的轴径向耦合磁齿轮复合电机，其特征在于，所述高速转子（2）设置在所述径向定子（1）内部；所述径向定子（1）包括径向定子齿（1-1）、径向定子轭（1-2）和径向定子电枢绕组（1-3），径向定子齿（1-1）均匀分布在径向定子轭（1-2）上，径向定子电枢绕组（1-3）采用分布式绕组，跨槽绕制于所述径向定子齿（1-1）上；所述高速转子（2）包括高速转子铁心（2-1）和高速转子永磁体（2-2），高速转子永磁体（2-2）沿圆周均匀分布在高速转子铁心（2-1）内，并采用交替极切向充磁或halbach型永磁体充磁方式。

5.根据权利要求4所述的轴径向耦合磁齿轮复合电机，其特征在于，所述轴向定子（4）包括轴向定子永磁体（4-1）和轴向定子铁心（4-2），其中轴向定子永磁体（4-1）在垂直轴向的切面为平行或者扇形结构，轴向定子永磁体（4-1）与轴向定子铁心（4-2）沿圆周方向依次交替设置，轴向定子永磁体（4-1）采用交替极切向充磁或者halbach型充磁方式。

技术总结本发明公开一种轴径向耦合磁齿轮复合电机，涉及磁场调制电机领域，包括同轴安装的径向定子、高速转子、低速调磁转子和轴向定子，该磁齿轮复合电机存在三层气隙，分别是径向定子与高速转子之间的径向气隙、高速转子与低速调磁转子以及低速调磁转子与轴向定子之间的轴向气隙；通过设计斜向分布的导磁块实现径向磁通和轴向磁通耦合。本发明不仅充分利用了传统径向电机的内部空间，缩短了轴向磁路，提高复合电机的紧凑性，而且充分发挥轴向电机轴向尺寸短、转矩密度大的优势，提高了电机的传动效率和运行范围。技术研发人员：张蔚,尹鑫,姚凯龙,张继爽,邰梓异,周书源受保护的技术使用者：南通大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23