[实用新型]双机械端口磁导谐波式电磁齿轮复合永磁电机

说明书

技术领域

本发明是一种双机械端口磁导谐波式电磁齿轮复合永磁电机，是将少极差的磁导谐波式电磁齿轮传动与永磁电机复合于一体的、具有两个机械功率端口和一个电功率端口的多端口永磁式变速、变矩电机，是实现高转速小力矩机械能、低转速大力矩机械能、及电相互转换的变速传动能量变换装置，可广泛应用于工业机器人伺服驱动、风力发电、水力发电、混合动力汽车、船舰驱动及其它需要直接驱动的工业传动领域。

背景技术

在工业应用的许多传动领域往往需要实现低转速大力矩的机械能与高转速低力矩机械能的相互转换，比如：风力发电和水力发电领域需要将极低转速且可变的风能、水的势能转换成高转速的发电用机械动能，电动汽车和潜艇驱动领域又需要将原动机的高速机械功率变换成转速很低而力矩很大的机械功率，工业机器人、雷达跟踪系统及机床加工中心大量使用的高精度伺服减速驱动机构。按现有常规的设计技术，极低转速和大力矩会使得电机体积庞大，增加电机单位千瓦数的材料消耗并使得工程量巨大；为此，现有公知的普遍方法是借助机械齿轮变速传动技术来实现低转速、大力矩的输出和恒功率调速范围的要求，长期以来少齿差齿轮传动技术和谐波齿轮传动技术是大减速比传动的首选，少齿差传动因偏心引发许多了自转输出机构的加工精度、噪声、效率、震动等一系列问题，而谐波传动又因为柔轮的交替变形的强度、刚度、疲劳而引出传动系统的可靠性和寿命挑战问题，传动力矩、功率和输入转速、传动效率一直难以提高。

中国是世界上稀土永磁材料最丰富的国家，大力发展稀土材料的应用有现实的意义。随着控制技术的进步，稀土永磁材料在电驱动领域已经得到广泛应用，稀土永磁材料做成的各类电机产品，其单位体积材料传送的力矩密度大，能源利用效率高而能耗小，显示出其稀土材料巨大的优越性。近年来，随着风力发电、电动汽车等新能源应用领域的发展需求，国内外开始在新型磁性传动技术上实现对机械传动的技术突破，2004年英国和丹麦学者提出了磁场调制技术理论及其传动结构，并从实践上完成了一种新型径向磁场调制式磁性齿轮的设计及样机验证工作，克服了以往永磁齿轮传动扭矩较小的缺点，这给永磁材料在机械传动领域的应用开辟了一个重要的研究方向和未来的应用领域。

近期，本案发明人也提出了一种“径向磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副”(201210097726.2和201220139705.8)新结构，这种磁性齿轮副是利用两个传动轮副上的少极差磁场错极原理并结合机械谐波齿轮错齿传动技术原理来改进少极差磁性齿轮副的偏心结构，两种不同极数的永久磁场在特定波数的区域形成异极性相互吸引耦合来达到传递力矩和变速传动的目的，但这是一种双永磁在特定区域耦合变速的概念，这种结构的磁性齿轮虽然解决了少极差磁齿轮偏心的结构缺陷，但由于永久磁场无法调节，所以也无法实现随负载变化的力矩动态调节。截止目前为止国内外均还没有人提出过能通过调节电流来改变磁场从而动态跟踪负载力矩的磁导谐波式电磁齿轮；再者，目前国内外也没有人提出过将磁性齿轮与永磁电机从磁路结构上进行彻底融合统一、具有磁性齿轮变速和永磁电机驱动功能复合为一体的新结构，而这样的技术研究和结构发明对于工程应用尤其是对并联结构的混合动力车驱动系统、以及风力发电、潜艇可控驱动等具有重要的意义。

发明内容