一種速比連續(xù)可調(diào)的磁齒輪電機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出了速比連續(xù)可調(diào)的磁齒輪電機，本發(fā)明涉及電工、電機領(lǐng)域，可用于風力發(fā)電、潮汐能發(fā)電、波浪發(fā)電系統(tǒng)等新能源開發(fā)利用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]可再生能源開發(fā)利用過程中，永磁電機日益受到關(guān)注。風能、潮汐能以及波浪發(fā)電，能量來源均為不穩(wěn)定、可調(diào)性差、低速運動的自然能源，若通過永磁電機將其化為電能，低速電機設(shè)計不可避免地存在多極、體積大、成本高、系統(tǒng)效率低等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問題:本發(fā)明提供一種將低速電機運行與高速電機設(shè)計結(jié)合，能直接捕獲低速且不穩(wěn)定的風能、潮汐能、波浪能，使得整個發(fā)電系統(tǒng)的體積質(zhì)量減小，成本降低、效率提高的速比連續(xù)可調(diào)的磁齒輪電機。
[0004]技術(shù)方案:本發(fā)明的速比連續(xù)可調(diào)的磁齒輪電機，包括由內(nèi)之外依次設(shè)置的勵磁轉(zhuǎn)子、永磁轉(zhuǎn)子、定子，所述勵磁轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸、位于所述轉(zhuǎn)軸外側(cè)的內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯以及在內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯外表面開槽中放置的勵磁繞組；所述永磁轉(zhuǎn)子包括永磁轉(zhuǎn)子鐵芯、內(nèi)嵌于所述永磁轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)部或者表貼于永磁轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)外表面的永磁體；所述定子包括定子鐵芯和設(shè)置在所述定子鐵芯的內(nèi)表面開槽的電樞繞組；所述勵磁轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子之間形成第一層氣隙；永磁轉(zhuǎn)子和定子之間形成第二層氣隙。勵磁轉(zhuǎn)子、永磁轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成以下任一種結(jié)構(gòu)形式:圓形旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、直線型平板式結(jié)構(gòu)、直線型圓筒式結(jié)構(gòu)。
[0005]進一步的，本發(fā)明電機中，所述勵磁繞組用于產(chǎn)生和勵磁電流對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場，所述電樞繞組是能量轉(zhuǎn)換部件，向負載提供電能；
[0006]進一步的，本發(fā)明電機中，所述勵磁繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與永磁轉(zhuǎn)子形成的磁場相互作用，第一層氣隙中蘊含的磁場能量推動永磁轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)；所述第二層氣隙中，永磁轉(zhuǎn)子形成的高速運行的磁場切割電樞繞組。
[0007]進一步的，本發(fā)明電機中，可調(diào)頻率的三相交流電通過滑環(huán)通入勵磁繞組，產(chǎn)生速度為Nf的旋轉(zhuǎn)磁場，勵磁轉(zhuǎn)子自身以速度N:旋轉(zhuǎn)，永磁轉(zhuǎn)子運行速度滿足N 2= N ANf，隊為永磁轉(zhuǎn)子運行速度。
[0008]本發(fā)明電機中，所述勵磁轉(zhuǎn)子通過滑環(huán)和外部的三相交流電源連接，接通電源后形成的圓形旋轉(zhuǎn)磁場以同步速Nf運動，同時，勵磁轉(zhuǎn)子通過轉(zhuǎn)軸與外部驅(qū)動裝置連接，驅(qū)動速度為N1;通過控制流入勵磁繞組中的三相交流的電流頻率f，即可改變勵磁繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速Nf= 60f/p，永磁轉(zhuǎn)子運行速度按照變速Gr= l+eOf/pN:增長，其中p為永磁磁極對數(shù)。
[0009]所述勵磁繞組和電樞繞組均采用分數(shù)槽分數(shù)極距繞組，其優(yōu)點有:①削弱磁極磁場非正弦分布所產(chǎn)生的高次諧波電勢；②有效地削弱齒諧波電勢的幅值，改善電動勢的波形；
[0010]所述永磁轉(zhuǎn)子的構(gòu)造方式有兩種:其一為永磁體內(nèi)嵌于鐵芯內(nèi)部，其二為永磁體分別表貼于轉(zhuǎn)子鐵芯的內(nèi)、夕卜表面；永磁體N極與S極交替沿圓周方向均勾分布；
[0011]優(yōu)選的，速比連續(xù)可調(diào)的磁齒輪電機同軸并聯(lián)耦合。
[0012]優(yōu)選的，速比連續(xù)可調(diào)的磁齒輪電機鐵心由普通硅鋼片材料制成。
[0013]優(yōu)選的，速比連續(xù)可調(diào)的磁齒輪電機中永磁體采用釹鐵硼。
[0014]優(yōu)選的，速比連續(xù)可調(diào)的磁齒輪電機的勵磁繞組和電樞繞組采用雙層繞組。
[0015]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:
[0016](1)永磁齒輪具有非接觸性的特點，具有無機械磨損、低噪音、活動部件之間物理絕緣和固有的過負載保護等優(yōu)勢。永磁齒輪的主動轉(zhuǎn)子和隨動轉(zhuǎn)子之間通過磁場傳遞轉(zhuǎn)矩及速度，無需機械齒輪等中間傳動機構(gòu)，消除了由此帶來的損耗。其過負載保護功能體現(xiàn)在:當負荷超過永磁齒輪的最大輸出轉(zhuǎn)矩時，主動轉(zhuǎn)子隨驅(qū)動裝置繼續(xù)運行，隨動轉(zhuǎn)子經(jīng)過一個動態(tài)過程速度漸變?yōu)榱?，避免過負荷時對設(shè)備造成損害。
[0017](2)采用低速電機運行與高速電機設(shè)計，通過磁齒輪的變速效應(yīng)，使得永磁轉(zhuǎn)子具有高速運行模式，克服了由于電機運行速度低所造成的裝置體積龐大、功率密度較低的缺點，減小了系統(tǒng)整體的體積。傳統(tǒng)電機一般與低速運動的驅(qū)動裝置連接，不可避免地采用多極的發(fā)電機結(jié)構(gòu)，造成電機體積過于龐大。若將永磁同步電機和磁齒輪的設(shè)計相結(jié)合，允許電機采用高速電機設(shè)計，達到減小電機乃至整個發(fā)電系統(tǒng)體積的目的。
[0018](3)和傳統(tǒng)低速設(shè)計的永磁同步電機相比，速比連續(xù)可調(diào)的磁齒輪電機具有低成本、高效率、高功率密度的優(yōu)勢。以波浪發(fā)電例，以往均采用低速的永磁同步電機設(shè)計，如果將此類電機用于波浪發(fā)電，由發(fā)電機(能量轉(zhuǎn)化裝置)與浮筒(能量俘獲裝置)構(gòu)成的發(fā)電系統(tǒng)存在功率密度低、效率低、成本高等問題，不利于波浪發(fā)電的商業(yè)化推廣。若通過磁齒輪的變速效應(yīng)，實現(xiàn)由勵磁轉(zhuǎn)子的低速運動到永磁轉(zhuǎn)子高速運行的增速模式，就能克服劣勢，形成功率密度更大、發(fā)電效率更高的系統(tǒng)。
[0019](4)通過控制勵磁繞組電流頻率即可控制電機兩轉(zhuǎn)子的速比，根據(jù)工況靈活連續(xù)地調(diào)節(jié)速比，實現(xiàn)不同工況均能提供高質(zhì)量電能。已有的磁齒輪復合電機，高、低速轉(zhuǎn)子放置不同極對數(shù)的永磁體(高速轉(zhuǎn)子永磁體極對數(shù)為K、低速轉(zhuǎn)子永磁體極對數(shù)為N2，且&〈隊)，兩轉(zhuǎn)子的速比由Gr = rVK決定，速比不能調(diào)節(jié)。本發(fā)明中的速比連續(xù)可調(diào)的磁齒輪電機通過控制勵磁繞組中三相電流的頻率，即可連續(xù)調(diào)節(jié)勵磁繞組形成的旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，從而達到調(diào)節(jié)電機勵磁轉(zhuǎn)子(低速轉(zhuǎn)子)與永磁轉(zhuǎn)子(高速轉(zhuǎn)子)速比的目標。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的圓形旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)速比連續(xù)可調(diào)的磁齒輪電機示意圖；
[0021]圖中標號，1-勵磁轉(zhuǎn)子；2_永磁轉(zhuǎn)子；3-定子；11_轉(zhuǎn)軸；12_內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯；13_勵磁繞組；21_永磁轉(zhuǎn)子鐵芯；22_永磁體；31_定子鐵芯；32_電樞繞組。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合實施例和說明書附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
[0023]本發(fā)明提供的速比連續(xù)可調(diào)的磁齒輪電機結(jié)構(gòu)由內(nèi)之外依次為勵磁轉(zhuǎn)子1、永磁轉(zhuǎn)子2、定子3。所述勵磁轉(zhuǎn)子1包括轉(zhuǎn)軸11、位于所述轉(zhuǎn)軸11外側(cè)的內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯12以及在內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯12外表面開槽中放置的勵磁繞組