CN101499710B - 磁性齿轮变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机电工程领域，具体公开一种磁性齿轮变速器。它包括内转子、外转子和定子，径向同心、相嵌式套装，内转子与外转子、外转子与定子之间留有间隙的非接触式结构；所述内转子位于内层，其上具有至少一副成对设置的、永磁体材料的内转子磁极；所述外转子位于中层，具有成对均匀分布的、梳齿结构的、由铁磁材料构成的外转子磁极；定子位于外层，具有连续的梳齿，采用铁磁材料；内、外转子磁极与定子梳齿位于同一平面上。采用本发明具有效率高，噪声小，易维护，使用寿命长等特点。

Description

磁性齿轮变速器

技术领域

本发明属于机电工程领域，特别涉及一种磁性齿轮的变速器结构。

背景技术

现有齿轮变速器基本都是机械齿轮咬合直接接触式，缺点是效率低，噪音大，需要润滑，易损坏等。特别是对于大变比要求的场合，机械式齿轮需要多级变速，这使机械齿轮变速的缺点更加突出。

发明内容

针对现有技术中机械齿轮咬合直接接触式效率低，噪音大，需要润滑，易损坏等缺点，本发明应用磁场性质原理，参考磁阻电机的转矩产生特点，利用永久磁铁和铁磁性材料的合理组合，提供了一种效率高，噪声小，易维护，使用寿命长的非接触式的磁性变速器。

为了实现上述目的本发明技术方案包括：内转子、外转子和定子，通过基座径向同心、相嵌式套装，内转子与外转子、外转子与定子之间留有间隙的非接触式结构；所述内转子位于内层，其上具有至少一副成对设置的、永磁体材料的内转子磁极；所述外转子位于中层，具有成对均布的、梳齿结构的、由铁磁材料构成的外转子磁极；定子位于外层，具有连续的梳齿，采用铁磁材料；内、外转子磁极与定子梳齿位于同一平面上。

本发明所述内转子由内转子基座、内转子轴、内转子磁极组成，内转子磁极成对安装在与轴为一体的内转子基座上，所述内转子轴通过轴承与定子枢接；内转子磁极与外转子磁极相应的极为N极和S极相间设置结构。

所述外转子由外转子基座、外转子轴、外转子磁极组成，外转子轴通过外转子基座与定子枢接，与外转子轴为一体的外转子基座上设有梳齿结构的外转子磁极；所述外转子极上所带有的梳齿与定子梳齿具有相同电角度的梳齿结构，外转子的磁极宽度大于内转子的磁极宽度。

所述外转子轴与内转子轴在定子中相对设置。

本发明所述外转子磁极极距α_sp由如下计算公式得出：

其中：p_sp为外转子磁极对数；

所述定子梳齿距α_out由如下计算公式得出：

所述外转子梳齿齿距α_s由如下计算公式得出：

其中：N_t为定子梳齿数；

所述外转子的一个磁极极距所对应的定子的梳齿数目N_sp由如下计算公式得出：

其中n是可人为设定的正整数，±决定外转子的旋转方向；

所述外转子磁极的角度宽度为w，计算公式如下：

w＝N_stθ₁+(N_st-1)×θ₂；

其中：θ₁为定子梳齿齿宽角度，θ₂为定子梳齿槽宽角度，N_st为每个外转子磁极上的梳齿数。

所述定子内轭径D2，计算公式为：D₂＝D₁+2h；其中h为定子齿高；

所述外转子外径D3，计算公式为：D₃＝D₁-2δ₁；其中：δ₁为定子与外转子之间的间隙；

所述定子与外转子的齿高相同时，所述外转子轭径D4，计算公式为：D₄＝D₃-2h。

本发明具有如下优点：采用非接触式结构，因此磨损小、噪音小、不需要润滑，对于大转速比的场合，尤为适用，从而克服了机械式变速器效率低，噪音大、需要润滑、易损坏的缺点。

附图说明

图1是本发明一个的实施例结构示意图。

图1是图2的A-A剖视图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明。

所谓齿轮变速器是指当一个齿轮以一个速度旋转时，另一个齿轮会以不同的速度旋转。本发明是以磁场的理论实现不同转速的变化。参见图1和图2，本发明所述内转子包括由永久磁铁材料构成的磁极；定子上有N_t个梳齿；外转子上有N_sp个磁极。

参见图1和2，本实施例包括内转子、外转子和定子，通过基座径向同心、相嵌式套装，内转子与外转子、外转子与定子之间留有间隙的非接触式结构；所述内转子位于内层，其上具有至少一副成对设置的、永磁体材料的内转子磁极；所述外转子位于中层，具有成对均匀分布的、梳齿结构的、由铁磁材料构成的外转子磁极；定子位于外层，具有连续的梳齿，采用铁磁材料；内、外转子磁极与定子梳齿位于同一平面上。

本发明所述内转子由内转子基座、内转子轴、内转子磁极组成，内转子磁极成对安装在与内转子轴为一体的内转子基座上，所述内转子轴通过轴承与定子枢接；内转子磁极为N极和S极相间设置结构。

所述外转子由外转子基座、外转子轴、外转子磁极组成，外转子轴(通过外转子基座)与定子枢接，与外转子轴为一体的外转子基座上设有梳齿结构的转子磁极；所述外转子极上所带有的梳齿与定子梳齿具有相同电角度的梳齿结构。

所述外转子轴与内转子轴在定子中相对设置。

外转子磁极极距α_sp由如下计算公式得出：

其中：p_sp为外转子磁极对数。

所述定子梳齿距α_out由如下计算公式得出：

所述外转子梳齿齿距α_s由如下计算公式得出：

其中：N_t为定子梳齿数。

所述外转子的一个磁极极距所对应的定子的梳齿数目N_sp由如下计算公式得出：

其中n是可人为设定的正整数，±决定外转子的旋转方向。

所述外转子磁极的角度宽度为w，计算公式如下：

w＝N_stθ₁+(N_st-1)×θ₂；

其中：θ₁为定子梳齿齿宽角度，θ₂为定子梳齿槽宽度角度，N_st为每个外转子磁极上的梳齿数。

所述定子梳齿的宽度τt，计算公式如下：

D₁为定子内径。

所述定子内轭径D2，，计算公式为：D₂＝D₁+2h；其中h为定子齿高。

所述外转子外径D3，计算公式为：D₃＝D₁-2δ₁；其中：δ₁为定子与外转子之间的间隙。

假设所述定子与外转子的齿高相同时，所述外转子轭径D4，计算公式为：D₄＝D₃-2h。

具体举例如下：

设内转子永磁体的极对数p_in＝1，外转子极对数p_sp＝3，也就是说，当内转子转过p_sp＝3个定子磁极，外转子转动一个梳齿，所以，一个外转子的极距所对应的定子梳齿数N_sp应该满足：

$N_{\mathrm{sp}}=n\±\frac{1}{p_{\mathrm{sp}}}=8+\frac{1}{3}$

其中选n＝8，符号取“+”。

定子的梳齿数必须满足下式：

$N_t=6\×(n\±\frac{1}{3})$

如果选n＝8和上式中的正号，则则所述外转子梳齿齿距α_s和定子梳齿齿距α_out由如下计算公式得出：

设梳齿齿宽角度θ₁为3.4°，则槽宽角度θ₂为7.2°-3.4°＝3.8°；如果选每个外转子磁极上有五个梳齿，则外转子磁极的角度宽度为w：

w＝5×3.4+4×3.8＝32.2°。

设定子齿高h为8mm，则定子内轭径D2为276mm.取定子外径为300mm。

设定子与外转子之间的间隙和外转子与内转子之间的间隙都为δ₁＝1mm。

外转子外径D3为258mm，设外转子齿高与定子齿高相同，则外转子轭径D4为242mm。外转子内径设为226mm，则内转子的外径D5是224mm。

内转子磁极的宽度计算：

取为51mm。

内转子磁极的高度选为40mm，两面合成的高度为80mm。

如果中心轴直径为30mm，其他的长度空间的材料由导磁材料构成。

本发明的工作原理是永磁电机和反应式磁阻电机的综合，利用了磁通力图走磁阻最小路径的特点。工作时，同时工作的磁极总是成对起作用，外层产生的转矩主要是磁阻式电机的原理，即转矩电角度的位置与内转子永久磁极方向无关，内转子旋转内转子磁极的一个极距时，外转子旋转一个梳齿。

Claims (10)

1.一种磁性齿轮变速器，其特征是：包括内转子、外转子和定子，径向同心、相嵌式套装，内转子与外转子、外转子与定子之间留有间隙的非接触式结构；所述内转子位于内层，其上具有至少一副成对设置的、永磁体材料的内转子磁极；所述外转子位于中层，具有成对均布的、梳齿结构的、由铁磁材料构成的外转子磁极；定子位于外层，具有连续的梳齿，采用铁磁材料；内、外转子磁极与定子梳齿位于同一平面上。

2.根据权利要求1所述磁性齿轮变速器，其特征是：所述内转子由内转子基座、内转子轴、内转子磁极组成，内转子磁极成对安装在与内转子轴为一体的内转子基座上，所述内转子轴与定子枢接。

3.根据权利要求1或2所述磁性齿轮变速器，其特征是：所述内转子磁极的极性为N极和S极相间设置结构。

4.根据权利要求1所述磁性齿轮变速器，其特征是：所述外转子由外转子基座、外转子轴、外转子磁极组成，外转子轴与定子枢接，与外转子轴为一体的外转子基座上设有梳齿结构的外转子磁极。

5.根据权利要求1所述磁性齿轮变速器，其特征是：所述外转子磁极极距α_sp由如下计算公式得出：

其中：p_sp为外转子磁极对数。

6.根据权利要求1所述磁性齿轮变速器，其特征是：所述定子梳齿齿距α_out由如下计算公式得出：

其中n是可人为设定的正整数，p_sp为外转子磁极对数。

7.根据权利要求1所述磁性齿轮变速器，其特征是：所述外转子梳齿齿距α_s由如下计算公式得出：

其中：N_t为定子梳齿数，α_out为定子梳齿距。

8.根据权利要求1所述磁性齿轮变速器，其特征是：所述外转子的一个磁极极距所对应的定子的梳齿数目N_sp由如下计算公式得出：

其中n是可人为设定的正整数，±决定外转子的旋转方向，p_sp为外转子磁极对数。

9.根据权利要求1所述磁性齿轮变速器，其特征是：所述外转子磁极的角度宽度为w，计算公式如下：

w＝N_stθ₁+(N_st-1)×θ₂；

其中：θ₁为定子梳齿齿宽角度，θ₂为定子梳齿槽宽角度，N_st为每个外转子磁极上的梳齿数。

10.根据权利要求1所述磁性齿轮变速器，其特征是：所述定子内轭径D2，计算公式为：D₂＝D₁+2h；其中h为定子齿高；所述外转子外径D3，计算公式为：D₃＝D₁-2δ₁；其中：δ₁为定子齿与外转子齿之间的间隙；所述定子与外转子的齿高相同时，所述外转子轭径D4，计算公式为：D₄＝D₃-2h，D₁为定子内径。

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