磁路結構改進的磁場調製式永磁齒輪的製作方法

2023-10-04 03:21:54

磁路結構改進的磁場調製式永磁齒輪的製作方法
【專利摘要】磁路結構改進的磁場調製式永磁齒輪，屬於永磁齒輪【技術領域】，本實用新型為解決現有永磁齒輪的永磁體由於磁路結構的制約而沒被充分利用，而造成永磁體的利用率低的問題。本實用新型包括外轉子盤、內轉子、調製環定子、外轉子和外定子；外轉子盤具有輸出軸；內轉子設置在調製環定子內部，內轉子和調製環定子之間存在徑向氣隙δ3；調製環定子設置在外轉子內部，調製環定子與外轉子之間存在徑向氣隙δ2；外轉子設置在外定子內部，外轉子和外定子之間存在徑向氣隙δ1；增設外定子，來改進磁路，從而提高永磁體的利用率，從而增大轉矩及轉矩密度。
【專利說明】磁路結構改進的磁場調製式永磁齒輪

【技術領域】
[0001]本發明涉及磁場調製式永磁齒輪，屬於永磁齒輪【技術領域】。

【背景技術】
[0002]永磁齒輪與機械齒輪類似,都是一種動力傳遞機構。相比於機械齒輪，永磁齒輪的輸入端與輸出端由於沒有物理接觸，而具有特殊的優勢，即:1)降低噪聲和振動；2)無需潤滑，可減少維護，增加可靠性；3)具有過載保護能力；4)由於輸入端和輸出端的無接觸性的特點，在有毒、有害流體泵類驅動中有巨大優勢。永磁齒輪通過調整其內外轉子上永磁體的個數，就可以獲得不同的傳動比。
[0003]現有的永磁齒輪中，永磁體由於磁路的制約使得沒有被充分利用，造成永磁體的利用率低。


【發明內容】

[0004]本實用新型目的是為了解決現有永磁齒輪的永磁體由於磁路結構的制約而沒被充分利用，而造成永磁體的利用率低的問題，提供了一種磁路結構改進的磁場調製式永磁齒輪。
[0005]本實用新型所述磁路結構改進的磁場調製式永磁齒輪，它包括外轉子盤、內轉子、調製環定子、外轉子和外定子；外轉子盤具有輸出軸；內轉子設置在調製環定子內部，內轉子和調製環定子之間存在徑向氣隙δ 3;調製環定子設置在外轉子內部，調製環定子與外轉子之間存在徑向氣隙S 2 ;外轉子設置在外定子內部，外轉子和外定子之間存在徑向氣隙S I ;
[0006]內轉子包括內轉子軸、內轉子軛和2Pl塊內轉子永磁體；內轉子軸上設置有內轉子軛，內轉子軛的外圓表面沿圓周方向均勻設置有2Pl塊內轉子永磁體，相鄰兩塊內轉子永磁體的充磁方向相反，內轉子軸與外轉子盤之間通過軸承連接；
[0007]外轉子由2p2塊外轉子永磁體構成；
[0008]調製環定子由PAP2塊導磁塊和PdP2塊非導磁塊交錯設置而成；
[0009]外定子包括機殼和Pi+P2個外定子齒；機殼的內圓表面均勻設置有PjP2個外定子齒。
[0010]本實用新型的優點:本實用新型對現有永磁齒輪的結構進行了改進，通過改進外轉子永磁固定方式(利用其軸向的兩端面來固定)，並增設外定子，來改進磁路，從而提高永磁體的利用率，從而增大轉矩及轉矩密度，本實用新型磁齒輪，較內外轉子極對數以及軸向長度相同的傳統磁場調製式齒輪，轉矩由183Nm提高到232.6Nm，提高27 %，轉矩密度提高 0.75%。
[0011]本實用新型所述永磁齒輪的轉矩傳遞平穩性比傳統磁場調製式齒輪更好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型所述磁路結構改進的磁場調製式永磁齒輪的結構示意圖；
[0013]圖2是圖1的A-A剖視圖；
[0014]圖3是磁路不意圖。

【具體實施方式】
[0015]【具體實施方式】一:下面結合圖1至圖3說明本實施方式，本實施方式所述磁路結構改進的磁場調製式永磁齒輪，它包括外轉子盤1、內轉子、調製環定子4、外轉子和外定子；外轉子盤I具有輸出軸；內轉子設置在調製環定子4內部，內轉子和調製環定子4之間存在徑向氣隙S 3;調製環定子4設置在外轉子內部，調製環定子4與外轉子之間存在徑向氣隙δ 2 ;外轉子設置在外定子內部，外轉子和外定子之間存在徑向氣隙δ I ；
[0016]內轉子包括內轉子軸8、內轉子軛2和2Pl塊內轉子永磁體3 ；內轉子軸8上設置有內轉子軛2，內轉子軛2的外圓表面沿圓周方向均勻設置有2Pl塊內轉子永磁體3，相鄰兩塊內轉子永磁體3的充磁方向相反，內轉子軸8與外轉子盤I之間通過軸承連接；
[0017]外轉子由2p2塊外轉子永磁體5構成；
[0018]調製環定子4由PjP2塊導磁塊和PAP2塊非導磁塊交錯設置而成；
[0019]外定子包括機殼6和PjP2個外定子齒7 ;機殼6的內圓表面均勻設置有PAP2個外定子齒7。
[0020]內轉子永磁體3和外轉子永磁體5的充磁方向均為徑向充磁。
[0021]調製環定子4的一側軸向端部固定在機殼6的端部。
[0022]外轉子軸向兩側端部與外轉子盤I粘接在一起。
[0023]定子齒7由矽鋼片疊壓而成。
[0024]調製環定子4的導磁塊由矽鋼片疊壓而成。
[0025]本實施方式中，在徑向上形成三層氣隙δ 1、δ 2和δ 3，內轉子永磁體3和外轉子永磁體5通過調製環定子4以及外定子的調製後在氣隙δ 1、δ 2和δ 3內相互作用，即實現轉矩的平穩傳遞。所述永磁齒輪的傳動比&:Pl，永磁體均為徑向充磁的環狀永磁體。
[0026]下面結合圖3來說明該永磁齒輪磁通路徑:
[0027]主磁通路徑:內轉子永磁體3的N極出發，經過調磁環定子4中的導磁塊、外轉子永磁體5的S極、外定子齒7、機殼6,而後磁力線沿著機殼6,經外定子齒7、外轉子永磁體5的N極，調磁環定子4中的導磁塊，內轉子永磁體3的S極，通過內轉子軛2，最終到達內轉子永磁體3的N極，完成磁路的閉合。
[0028]漏磁路的路徑:相鄰永磁體之間完成磁路的閉合。
[0029]本發明的工作原理是:具有P1對永磁磁極的內轉子以速度轉時，內轉子永磁體3所產生的磁場經過靜止的調磁環定子4調製後，假定調磁環定子4調磁鐵心數為ns，在氣隙δ2和δ 3中形成一空間分布磁場，該磁場在半徑為r，空間角度為Θ處的磁感應強度徑向分量4(1.，Θ)可表示為:
[0030]
= ( X b,Jr)cos{mp,(Θ-Ω,Ι) + ηιρ,θ,,)χ(Λ,,(r) + [ cos(Jη.θ)) (I)
?1=1,3,5,...^=1,2,3....
[0031]其中:bM為沒有調磁環定子4時氣隙磁場磁感應強度徑向分量傅立葉係數；t為時間變量；Θ ^為初始空間相位角；λ 為調磁環定子4的磁導平均值；λ 為引入調磁環定子4後，調磁環定子4對磁場徑向分量調製函數的傅立葉分解係數。
[0032]通過變換，式⑴可以寫成如下形式:
B,.(/., Θ) = Aiv Y, KJr) Cosimpl (Θ - Ω/) + ηψ札)


iw=l,3.5....Γη_ +去 Σ Σ 4(廠(沒-^—f2' O+mPAJ (2)
[0033]2 ? Jjj5' 屍mPi+Jfh
+去 Σ Σ (ryin,{r)COSdmpl - Jns ){θ — ~―私 /) +InplOll)
2 --=1,3,5, ；=u.3,.mPi+,η
[0034]從諧波分析的角度看，式(2)中餘弦函數內空間角度Θ的係數表徵的是諧波次數。綜合式(2)中空間角度Θ的係數，該氣隙磁場所包含的各次諧波磁場次數可統一表示為:
[0035]Pnik= ImpJkns
[0036]m = I, 3, 5, , 00, (3)
[0037]k = 0，± 1，± 2，± 3，...土 00
[0038]同理從諧波分析的角度看，式(2)中餘弦函數內時間變量t的係數表徵的是諧波磁場對應的旋轉速度。綜合式(2)中時間變量t的係數，該氣隙磁場所包含的各次諧波磁場對應旋轉速度可統一表不為:
rnrml Ω t=~^~Ω,
[0039]m,k m+hK *
[0040]m = 1，3，5，...，00, (4)
[0041 ] k = 0，± 1，± 2，± 3，...，± 00
[0042]綜合式(3)和式(4)，根據旋轉速度的不同，可以將氣隙諧波磁場分為兩大類:一類是沒有調磁環定子4時，即k = O時所對應的諧波磁場，其特點是諧波磁場轉速與內轉子轉速Ω i相同；另一類是由於調磁環定子4的引入，也就是k Φ O時所對應的諧波磁場，其特點是諧波磁場的轉速與內轉子轉速Q1不同。
[0043]在氣隙δ 2內所有調製諧波磁場中m = 1，k = -1的組合所對應的P^1次調製諧波磁場幅值最大。即P^1次諧波磁場的次數及對應轉速為:
[0044]P1^1 = |p「ns
[0045]Ω^ι =—^~Q1 ，
， Λ-"、
[0046]根據機電能量轉換定律，兩個磁場要進行穩定的能量傳遞，這兩個磁場的磁極對數必須相同。因此在磁場調製式磁性齒輪中，將外轉子磁極對數取為Ins-P1I對。也就是說，如果內轉子有P1對極，即2?1塊永磁體，外轉子有ρ2對極，即2&塊永磁體，則調磁環定子4的導磁塊數量應為Pl+P2塊，調磁環定子4上的非導磁塊數量也為Pl+P2塊，這樣磁場調製作用在氣隙S 2內產生Pi1次調製諧波磁場與外轉子主磁場相互作用就會產生同步轉矩。
由於P1 !次調製諧波磁場的旋轉速度為^ΓΩι，因此在此同步轉矩作用下，外轉子也以
，Il "Λ同步轉速^旋轉。這樣就實現了一個轉子以速度Q1旋轉，而另外一個轉子以速度
Pi nS
ρΡ-η Ω礎轉的轉速變比功能，因此磁性齒輪的傳動比可表示為:
[0047]P1 Q P1
/'-〃、1
[0048]這樣選擇永磁體和調磁環的數量配比，可以滿足轉矩平穩的需求，否則將無法平穩地傳遞轉矩。
【權利要求】
1.磁路結構改進的磁場調製式永磁齒輪，其特徵在於，它包括外轉子盤(I)、內轉子、調製環定子(4)、外轉子和外定子；外轉子盤(I)具有輸出軸；內轉子設置在調製環定子(4)內部，內轉子和調製環定子(4)之間存在徑向氣隙δ 3 ;調製環定子(4)設置在外轉子內部，調製環定子(4)與外轉子之間存在徑向氣隙δ 2;外轉子設置在外定子內部，外轉子和外定子之間存在徑向氣隙δI ； 內轉子包括內轉子軸(8)、內轉子軛(2)和2?1塊內轉子永磁體(3);內轉子軸⑶上設置有內轉子軛(2)，內轉子軛(2)的外圓表面沿圓周方向均勻設置有2?1塊內轉子永磁體(3)，相鄰兩塊內轉子永磁體(3)的充磁方向相反，內轉子軸(8)與外轉子盤(I)之間通過軸承連接； 外轉子由2ρ2塊外轉子永磁體(5)構成； 調製環定子⑷由Pl+P2塊導磁塊和Pl+P2塊非導磁塊交錯設置而成； 外定子包括機殼(6)和PjP2個外定子齒(7);機殼(6)的內圓表面均勻設置有PjP2個外定子齒(X)。
2.根據權利要求1所述磁路結構改進的磁場調製式永磁齒輪，其特徵在於，內轉子永磁體(3)和外轉子永磁體(5)的充磁方向均為徑向充磁。
3.根據權利要求1所述磁路結構改進的磁場調製式永磁齒輪，其特徵在於，外定子齒(7)由矽鋼片疊壓而成。
4.根據權利要求1所述磁路結構改進的磁場調製式永磁齒輪，其特徵在於，調製環定子的導磁塊由矽鋼片疊壓而成。
【文檔編號】F16H55/17GK203979331SQ201420469577
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月19日 優先權日:2014年8月19日
【發明者】謝穎, 連國一, 呂森, 張巖 申請人:哈爾濱理工大學