CN102299610B - 具有外转子型磁阻式永磁齿轮 - Google Patents

Abstract

一种具有外转子型磁阻式永磁齿轮，属于齿轮技术领域。包括内转子、外转子和定子，径向同心、相嵌式套装，内转子与定子、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；所述定子位于中层，具有成对均布的、梳齿结构的、由铁磁材料构成的定子磁极；外转子位于外层，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。本发明磨损小、噪音小、不需要润滑，对于大转速比的场合，尤为适用。根据磁阻电机的原理采用梳齿结构，可以在磁性齿轮转动过程中有效的改变磁路中的磁阻，从而带动内转子以一定的传动比进行旋转。

Description

具有外转子型磁阻式永磁齿轮

技术领域

本发明属于齿轮技术领域，特别涉及一种具有外转子型磁阻式永磁齿轮。

背景技术

所谓齿轮变速器是指当一个齿轮以一个速度旋转时，另一个齿轮会以一定的传动比旋转。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

针对上述存在的技术问题，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，提供了一种磁体利用率高、传动比大、效率高，噪声小，易维护，使用寿命长的非接触式的磁阻式永磁齿轮。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种具有外转子型磁阻式永磁齿轮，包括内转子、外转子和定子，径向同心、相嵌式套装，内转子与定子、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；：所述定子位于中层，具有成对均布的、梳齿结构的、由铁磁材料构成的定子磁极；外转子位于外层，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。

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，且内转子磁极的极性为N极和S极相间设置，所述内转子轴与定子枢接。

所述外转子包括外转子基座、外转子轴和外转子磁极，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，所述外转子磁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，定子的磁极宽度大于内转子的磁极宽度。所述外转子内轭径D₂，计算公式为：D₂＝D₁+2h；其中h为外转子齿高，D₁为外转子内径。所述外转子梳齿齿距α_out由如下计算公式得出：

其中：p_sp为定子磁极对数，n为正整数。

所述定子磁极极距α_sp由如下计算公式得出：

其中：p_sp为定子磁极对数。

所述定子梳齿齿距α_s由如下计算公式得出：

其中：N_t为外转子梳齿数，α_out为外转子梳齿齿距。

所述定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是人为设定的正整数，p_sp为定子磁极对数，±决定外转子的旋转方向。

所述定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为外转子梳齿齿宽角度，θ₂为外转子梳齿槽宽角度，N_st为每个定子磁极上的梳齿数。

所述定子外径D₃，计算公式为：D₃＝D₁-2δ₁；所述外转子与定子的齿高相同时，定子轭径D₄的计算公式为：D₄＝D₃-2h，其中：δ₁为外转子齿与定子齿之间的间隙，D₁为外转子内径，h为外转子齿高。

本发明具有如下优点：

本发明采用内转子位于内层，定子位于中层，外转子位于外层的非接触式结构，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。根据磁阻电机的原理采用梳齿结构，可以在磁性齿轮转动过程中有效的改变磁路中的磁阻，从而带动内转子以一定的传动比进行旋转。另外，梳齿结构的细化程度与齿轮的传动比成正比，因而根据目前的机械加工水平齿轮的梳齿可以加工的很细小，这样齿轮的传动比就可设计的很大。因此本发明的磁阻式永磁齿轮很适合大变比场合。本发明的结构设计新颖，计算方法独特。设计时让定子的一个磁极极距不等于梳齿宽度的整数倍而是等于一个整数加上外转子磁极对数的倒数个梳齿，即定子磁极极距等于

个梳齿，这样当内转子转动时对应不同的定子磁极时，磁路的磁阻就会发生改变，进而产生周向磁拉力，带动内转子以一定传动比旋转。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的A-A剖视示意图。图中：1.内转子，2.定子，3.外转子，4.内转子磁极，5.定子磁极，6.内转子基座，7.内转子轴，8.外转子基座，9.外转子轴，10.定子轴，11.定子基座。

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。

实施例：本发明是以磁场的理论实现不同转速的变化。如图1和图2所示，本发明包括内转子1、外转子3和定子2，通过基座径向同心、相嵌式套装，内转子1与定子2、外转子3与定子2之间留有间隙的非接触式结构；所述内转子1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4；所述定子2位于中层，具有成对均匀分布的、梳齿结构的、由铁磁材料构成的定子磁极5；外转子3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1包括内转子基座6、内转子轴7和内转子磁极4，内转子磁极4成对安装在与内转子轴7为一体的内转子基座6上，所述内转子轴7通过轴承与定子2枢接；内转子磁极4为N极和S极相间设置结构。

所述定子2包括定子基座11、定子轴10和定子磁极5，定子轴10通过定子基座与外转子3枢接，与定子轴10为一体的定子基座11上设有梳齿结构的定子磁极5；所述定子磁极5上所带有的梳齿与外转子3梳齿具有相同电角度的梳齿结构。

本例所述外转子上有N_t个梳齿；定子上有P_sp对磁极。设内转子1永磁体的极对数p_in＝1，定子极对数p_sp＝3，也就是说，当内转子1转过p_sp＝3个定子磁极5，外转子3转动一个梳齿，所以，齿轮的传动比为

定子2的一个磁极极距所对应的外转子3梳齿数N_sp由如下计算公式得出：

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

其中选n＝8，(其中n是为由传动比决定的人为设定的正整数)，±决定外转子的旋转方向，本例符号取“+”，则：

传动比为25∶1。

外转子3的梳齿数必须满足下式：

本例符号取“+”；

定子磁极极距α_sp由如下计算公式得出：

其中：p_sp为定子磁极对数。

所述定子梳齿距α_out由如下计算公式得出：

本例符号取“+”；

所述定子2的梳齿齿距α_s由如下计算公式得出：

其中：N_t为外转子梳齿数。

本例设外转子3的梳齿齿宽角度θ₁为3.4°，则外转子3的梳齿槽宽角度θ₂为7.2°-3.4°＝3.8°；如果选每个定子磁极5上的梳齿数N_st为5个，则定子磁极的角度宽度为w：

w＝N_stθ₁+(N_st-1)×θ₂＝5×3.4+4×3.8＝32.2°

本例设外转子3的齿高h为8mm，外转子3的内轭径D₂为276mm，取外转子3的外径为300mm。

设定子2与外转子3之间的间隙和定子2与内转子1之间的间隙都为δ₁＝1mm。

由D₂＝D₁+2h；其中h为外转子齿高，得出D₁＝D₂-2h＝276-2×8＝260mm。

所述定子2的外径D₃，计算公式为：D₃＝D₁-2δ₁＝260-2×1＝258mm。

本例设所述定子2与外转子3的齿高相同，所述定子轭径D₄，计算公式为：D₄＝D₃-2h＝258-2×8＝242mm。

本例设定子2内径为226mm，则内转子1的外径D₅是224mm。

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，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 (8)

1.一种具有外转子型磁阻式永磁齿轮，包括内转子、外转子和定子，径向同心、相嵌式套装，内转子与定子、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；其特征是：所述定子位于中层，具有成对均布的、梳齿结构的、由铁磁材料构成的定子磁极；外转子位于外层，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；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，且内转子磁极的极性为N极和S极相间设置，所述内转子轴与定子枢接；所述外转子包括外转子基座、外转子轴和外转子磁极，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，所述外转子磁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，定子的磁极宽度大于内转子的磁极宽度。

2.根据权利要求1所述具有外转子型磁阻式永磁齿轮，其特征是：所述外转子内轭径D₂，计算公式为:D₂＝D₁+2h；其中h为外转子齿高，D₁为外转子内径。

3.根据权利要求1所述具有外转子型磁阻式永磁齿轮，其特征是：所述外转子梳齿齿距α_out由如下计算公式得出：

其中：p_sp为定子磁极对数，n为正整数。

4.根据权利要求1所述具有外转子型磁阻式永磁齿轮，其特征是：所述定子磁极极距α_sp由如下计算公式得出：

其中：p_sp为定子磁极对数。

5.根据权利要求1所述具有外转子型磁阻式永磁齿轮，其特征是：所述定子梳齿齿距α_s由如下计算公式得出：

其中：N_t为外转子梳齿数，α_out为外转子梳齿齿距。

6.根据权利要求1所述具有外转子型磁阻式永磁齿轮，其特征是：所述定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是人为设定的正整数，p_sp为定子磁极对数，±决定外转子的旋转方向。

7.根据权利要求1所述具有外转子型磁阻式永磁齿轮，其特征是：所述定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为外转子梳齿齿宽角度，θ₂为外转子梳齿槽宽角度，N_st为每个定子磁极上的梳齿数。

8.根据权利要求1所述具有外转子型磁阻式永磁齿轮，其特征是：所述定子外径D₃，计算公式为:D₃=D₁-2δ₁；所述外转子与定子的齿高相同时，定子轭径D₄的计算公式为:D₄=D₃-2h，其中：δ₁为外转子齿与定子齿之间的间隙，D₁为外转子内径，h为外转子齿高。

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