CN102420549A

CN102420549A - 磁性齿轮及磁性传动装置

Info

Publication number: CN102420549A
Application number: CN2010102944387A
Authority: CN
Inventors: 黄越; 张映明
Original assignee: Teco Group Science and Technology Hangzhou Co Ltd
Current assignee: Teco Group Science and Technology Hangzhou Co Ltd
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2012-04-18

Abstract

本发明为了解决现有磁性齿轮转矩密度较低的问题，在不增加磁性齿轮永磁体用量的情况下提供一种转矩密度较高的磁性齿轮以及以该磁性齿轮为基础的磁性传动装置。该磁性齿轮的第一元件和第二元件均采用每对磁极四块永磁体的halbach阵列结构以产生单侧增强磁场。本发明由于磁场在一侧得到增强，可以大大提高磁性齿轮转矩密度，同时可以很容易地得到在空间较理想的正弦分布的磁场，减少气隙磁场中的谐波成分和永磁体内的涡流损耗，因此可提高传动效率，磁性传动装置通过第一组永磁体和第二组永磁体之间的摆线运动，在获得高的转矩密度的同时，可以获得一个很大的传动比。

Description

磁性齿轮及磁性传动装置

技术领域

本发明涉及磁性传动技术领域，更具体地说，涉及一种磁性齿轮及运用该磁性齿轮的磁性传动装置。

背景技术

机械齿轮是一种常见的用于传动的机构，其具有传动效率高、转矩密度大等优点，通过长时间的发展和改进，机械齿轮以及运用机械齿轮进行传动已经非常成熟。但机械齿轮因自身特点，存在振动、噪音较大，需要在润滑的情况下使用，需要定期维护等自身无法克服的问题。随着科技水平的进步，人们对传动系统的要求也越来越高，通过选用高性能材料、对齿形进行精加工处理以及改进润滑等措施，机械齿轮的性能有了很大的改进，但是还是未能从根本上解决这些问题。

为了解决机械齿轮存在的某些问题，磁性齿轮的得到了发展。磁性齿轮是利用磁场进行转矩传递，与机械齿轮相比具有特殊的优势，比如：

1)磁性齿轮由于输入与输出之间是非接触性的，可以减小机械噪声和振动；

2)磁性齿轮不需要润滑，因此可以减少维护，增加系统的可靠性；

3)磁性齿轮具有确定的峰值转矩，其自身具有过载保护能力；

4)输入与输出之间是非接触性的，这一特点使得它在有毒、有害等流体泵类驱动中具有特殊的优势；

5)磁性齿轮具有较高的传动效率；

6)磁性齿轮中永磁体直接安装在相对转动的齿轮部件的表面，不像机械齿轮那样要对齿部进行精加工和热处理，简化了生产工艺。

而现有的磁性齿轮(磁性传动装置)转矩密度偏低，为了获得更大的转矩，现有的方法是增加永磁体的用量，这样势必会增加磁性齿轮(磁性传动装置)的体积，同时也造成了制造成本的增加。在一些特殊使用场合，例如兆瓦级风力发电机所使用的磁性齿轮(磁性传动装置)，其体积是有限制的，需要在确定的体积下提供尽可能大的转矩，提高磁性齿轮的转矩密度是唯一的解决途径。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有磁性齿轮转矩密度较低的问题，在不增加磁性齿轮永磁体用量的情况下提供一种转矩密度较高的磁性齿轮，同时，提供一种具有高传动比、高转矩密度的磁性传动装置，以在诸如兆瓦级风力发电机中进行传动。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

本发明的第一方面，一种磁性齿轮，其特征在于，包括：

可转动的第一元件，所述第一元件设有采用每对磁极四块永磁体的halbach阵列结构的第一组永磁体块，以产生单侧增强磁场；

可转动的第二元件，所述第二元件设有采用每对磁极四块永磁体的halbach阵列结构的第二组永磁体块，以产生与第一组永磁体块单侧增强磁场相对的单侧增强磁场，通过磁性作用在第一元件和第二元件之间传递力。

本发明中，第一元件为圆柱形内转子，第二元件为圆柱形外转子，永磁体分别设置在内转子的外表面和外转子的内表面，内转子和外转子的永磁体均为每对磁极四块永磁体的圆柱形halbach阵列结构，内转子永磁体产生圆柱外侧增强的磁场，外转子产生圆柱内侧增强的磁场。由此，内、外转子每极的两块永磁体，一块沿圆周径向充磁，一块沿圆周切向充磁，使得永磁块充磁比较简便，可提高了永磁体块的充磁效率。

由于内外转子产生的磁场在相对的一侧增强，内转子和外转子对永磁体进行支撑的支撑部采用轻质的不导磁材料制成，以减轻磁性齿轮单位体积的重量。

本发明中，内转子和外转子的永磁体采用截面为矩形的永磁体，通过在内转子外表面和外转子内表面设置与各自永磁体相同截面形状的轴向槽，采用插入的方式装入内转子和外转子。

本发明中，内转子和外转子同轴设置，内转子和外转子之间设有调整内转子和外转子之间磁场，促进内、外转子磁场耦合的一组调磁铁芯片；内转子和外转子偏心设置，内转子和外转子之间可进行相对的摆线运动。

本发明的第二方面，一种磁性传动装置，其特征在于，包括：

第一元件，所述第一元件设有采用每对磁极四块永磁体的halbach阵列结构的第一组永磁体，以产生单侧增强磁场；

第二元件，所述第二元件设有采用每对磁极四块永磁体的halbach阵列结构的第二组永磁体，以产生与第一组永磁体单侧增强磁场相对的单侧增强磁场，通过磁性作用在第一元件和第二元件之间传递力；

第三元件，与第一元件和第二元件作用，使得磁性传动装置在运行时，第一组永磁体和和第二组永磁体之间产生相对的摆线运动。

本发明中，第一元件为圆柱形内转子，第二元件为圆柱形外转子，永磁体分别设置在内转子的外表面和外转子的内表面，内转子和外转子的永磁体均为每对磁极四块永磁体的圆柱形halbach阵列结构，内转子永磁体产生圆柱外侧增强的磁场，外转子产生圆柱内侧增强的磁场。

本发明中，固定第二元件，在第一元件和第三元件之间进行传动；或者固定第三元件，在第一元件和第二元件之间进行传动。

本发明采用halbach阵列结构永磁体，磁场在一侧得到增强，可以大大提高磁性齿轮转矩密度，同时可以很容易地得到在空间较理想的正弦分布的磁场，减少气隙磁场中的谐波成分和永磁体内的涡流损耗，因此可提高传动效率，并且具有很好的磁屏蔽作用，磁性齿轮可以不使用铁芯进行导磁，采用硬铝或者陶瓷等非导磁结构代替，降低了磁性齿轮单位体积的重量，得到较好的结构特性；磁性传动装置通过第一组永磁体和第二组永磁体之间的摆线运动，在获得高的转矩密度的同时，可以获得一个很大的传动比。

附图说明

图1为现有磁性齿轮的结构示意图

图2为图1现有磁性齿轮的轴向结构示意图

图3a为径向永磁体阵列的示意图

图3b为切向永磁体阵列的示意图

图3c为每对磁极四块永磁体的直线型halbach永磁体阵列的示意图

图3d为每对磁极六块永磁体的直线型halbach永磁体阵列的示意图

图4a为圆柱内侧磁场增强的圆柱形halbach永磁体阵列，相邻两块永磁体充磁方向示意图

图4b为圆柱外侧磁场增强的圆柱形halbach永磁体阵列，相邻两块永磁体充磁方向示意图

图5为本发明内外转子同轴设置的磁性齿轮的结构示意图

图6为本发明内外转子偏心设置的磁性齿轮的结构示意图

图7为本发明磁性传动装置第一实施例固定第三元件的结构示意图

图8为本发明磁性传动装置第一实施例固定第二元件的结构示意图

图9为本发明磁性传动装置第二实施例固定第三元件的结构示意图

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明的主旨在于基于halbach阵列结构的永磁体产生一侧增强磁场的原理，在不增加永磁体用量的情况下，提高磁性齿轮的转矩密度，以获得一种高转矩密度的磁性齿轮，同时，基于该磁性齿轮提供一种同时具备高传动比和高转矩密度的磁性传动装置，以在诸如兆瓦级风力发电机中进行传动。

如图1、图2所示，现有的磁性齿轮包括第一转子亦或称之为内转子1，以及第二转子亦或称之为外转子2，内转子1的外表面设有第一组永磁体11，其由磁性材料制成的支撑部12进行支撑，外转子2的内表面设有第二组永磁体21，其由磁性材料制成的支撑部22进行支撑，第一组永磁体11和第二组永磁体21均沿着径向进行充磁，第一组永磁体11和第二组永磁体21各自相邻两块永磁体之间的充磁方向相反，相邻两块永磁体构成1对磁极。

内转子1和外转子2同轴设置，内转子1和外转子2之间设有一组调磁铁芯片3(英语称之为pole pieces，因其通常由多个片状的铁芯薄片叠压而成，较早接触磁性齿轮的国内学者将其翻译为调磁铁芯片，现已广泛使用)，调磁铁芯片3间隔设置，其通常由圆柱形的非磁性支撑部31进行支撑，调磁铁芯片3的作用是调整第一组永磁体块11和第二组永磁体块21之间气隙的磁场，促进两组永磁体之间磁场耦合，为了使得调磁铁芯片3对磁场调整达到最佳效果，调磁铁芯片3的数量为内转子1和外转子2磁极对数之和，相关文献对其原理已有说明，此处不再累述。

例如，上述实施方式中，内转子1为4对极，外转子2为17对极，调磁铁芯片3为21个，在内转子1或外转子2任意一侧驱动与内转子1或外转子2相连的转轴进行转动时，内转子1和外转子2彼此反向转动，即可在需要传动的两机构之间进行磁性传动。内转子1的转速为W₁，外转子的转速为W₂，内转子的磁极对数为P₁，外转子的磁极对数为P₂，则有：W₁/W₂＝P₂/P₁，磁性齿轮的传动比由内外转子的磁极对数比值决定。

需要指出的是，由于第一组永磁体11和第二组永磁体21径向充磁的方式，第一组永磁11和第二组永磁体21在各自两侧均产生磁场，而内转子1和外转子2进行传动时，主要作用是通过两组永磁体相对一侧的磁场作用传递转矩，因此为了充分利用第一组永磁体11和第二组永磁体21，内转子1支撑第一组永磁体11的支撑部12，以及外转子2支撑第二组永磁体21的支撑部22需要采用导磁材料制成进行导磁。最常用的导磁材料是铁芯，因此大大增加了磁性齿轮的总重量，而且即便如此，也无法完全利用两组永磁体产生的磁场，永磁体的利用率比较低，造成磁性齿轮的转矩密度低很低。

本发明亦在解决上述的问题，在说明本发明原理之前，首先介绍一下直线型halbach永磁体阵列。直线型halbach永磁体阵列来源于两种基本永磁体阵列结构，即如图3a所示的径向永磁体阵列和如图3b所示的切向永磁体阵列，两种永磁体阵列均在永磁体两侧产生磁场。

如图3c所示，直线型halbach永磁体阵列可视为径向永磁体阵列和切向永磁体阵列的结合体，理想的直线型halbach永磁体阵列的磁化矢量是按正弦曲线连续变化，其磁场在永磁体一侧增强，并按正弦形式分布，而另一侧的磁场强度为零。但在实际应用中，由于无法实现永磁体的充磁方向的连续变化，常常采用将离散多块永磁体拼接在一起来近似正弦充磁，这样在永磁体一侧形成了增强的磁场，而另一侧的磁场强度很弱。

一个halbach永磁体阵列单元的四块永磁体构成了一对磁极，因此严格意义上讲，图3c所示的直线型halbach永磁体阵列实际是每磁极两块永磁体的直线型halbach永磁体阵列。由于直线型halbach永磁体阵列，离散的多块永磁体充磁方向变化越近似正弦充磁，形成的一侧强磁场的强度就越大。

为了得到强度更大的一侧增强磁场，要么降低每块永磁体的宽度，即使得永磁体一个波长内永磁体块数增加；要么增加一个halbach永磁体阵列单元的永磁体块数(在一个halbach永磁体阵列单元永磁体总宽度相同的情况下)，即增加一对磁极的永磁体块数。

如图3d所示，一个halbach永磁体阵列单元(即一对磁极)采用6块永磁体，每磁极3块永磁体，相应地相邻永磁体的充磁方向需要进行旋转。这样，在单位宽度的情况下，一方面增加了halbach永磁体阵列的永磁体块数，使得永磁体的制造、放置变得更加复杂；另一方面相邻永磁体的充磁方向是旋转的，部分永磁体的充磁变得很麻烦(与径向充磁和切向充磁比较)。随着每对磁极永磁体数量的增加，相邻永磁体充磁方向的变化角度会越来越小，很难保证永磁体充磁方向的精度。

最初直线型halbach永磁体阵列只是作为一种静磁场产生装置应用于大型粒子加速器，随着永磁装置不断小型化、便携化的发展需求，halbach永磁体阵列的出色特性得到的了学术界和工业界的广泛关注，通过采用不同的组合形式其应用范围也扩大到了诸如核磁共振、电动磁悬浮、永磁电机、特种加工等领域。

将直线型halbach永磁体阵列弯曲首尾相接组合成圆环形状，即圆柱形halbach永磁体阵列。根据磁化方向旋转理论(Easy Axis Rotation Theorem)，即在没有导磁材料存在的二维空间中，所有永磁体的磁化方向旋转+β角度，那么在空间中的全部磁场方向旋转-β角度，幅值没有变化。由于不均匀的磁场会导致谐波分量的增长，为了保证圆柱形halbach永磁体阵列内部或外部磁场均匀度，抑制谐波分量，基波的幅度应尽量取最大值，此时圆柱形halbach永磁体阵列的磁极对数与永磁体磁化方向(即充磁方向)的关系应符合：

其中，β为永磁体的磁化方向，P为圆柱形halbach永磁体阵列的磁极对数，为极坐标角度。当P取正整数时，圆柱内侧的磁场增强，当P取负整数(P＜＝-2)，圆柱外侧的磁场增强。

相邻两块永磁体之间的充磁方向的夹角θ＝(P+1)*360/(P*M)度，其中M为每对磁极的永磁体块数，或者说一个halbach阵列单元的永磁体块数。当每对磁极永磁体的块数为4块时，相邻两块永磁体之间的充磁方向的夹角θ＝90+90/P度。

参见图4a，图中未绘制永磁体，O点表示圆柱形halbach永磁体阵列圆柱截面的圆心，直线OA、OB表示相邻两块永磁体的中心线，OA处的永磁体沿着直线OA向圆柱体外侧方向进行充磁，即沿着圆柱圆周的径向，向圆柱外侧方向充磁。要获得圆柱内侧增强的磁场，OB处的永磁体的充磁方向要相对OA处永磁体的充磁方向在图4a中逆时针旋转90+90/P度，如直线BC所示，将直线BC反向延长与直线OA交于A点。

相邻两块永磁体之间的充磁方向的夹角θ＝90+90/P度，由于每对磁极4块永磁体，那么相邻两块永磁体之间的夹角∠AOB＝360/(P*4)＝90/P度，根据三角形内外角的关系，∠ABO＝θ-∠AOB＝90+90/P-90/P＝90度，即OB处永磁体的充磁方向相对OA处永磁体的充磁方向，逆时针旋转90+90/P度后，正好是沿着圆柱圆周的逆时针的切线方向。

同理，与OB处永磁体逆时针方向相邻的下一块永磁的充磁方向相对OB处永磁体逆时针旋转90+90/P，这样正好使得该永磁体的充磁方向正好沿着朝向圆柱内侧的径向方向；与上述永磁体逆时针方向相邻的下一块永磁体则相对上述永磁体的充磁方向逆时针旋转90+90/P度，正好沿着圆柱圆周的切向方向，与OB处永磁体沿着逆时针的切向方向不同的是，该永磁体沿着顺时针的切向方向，后续的永磁体的充磁方向则根据上述规则可类推获得。

参见图4b，要获得圆柱外侧增强的磁场，OB处的永磁体的充磁方向要相对OA处永磁体的充磁方向在图4b中顺时针旋转90+90/P度，同样如直线BC’所示，将直线BC’反延长与直线OA交于A点。由于此时P为负整数，因此∠AOB＝-90/P度，那么∠ABO＝180-θ-∠AOB＝180-(90+90/P)-(-90/P)＝90度，即OB处永磁体的充磁方向相对OA处永磁体的充磁方向，顺时针旋转90+90/P度后，正好是沿着圆柱圆周的顺时针的切线方向。

同理，与OB处永磁体逆时针方向相邻的下一块永磁的充磁方向相对OB处永磁体顺时针旋转90+90/P，这样正好使得该永磁体的充磁方向正好沿着朝向圆柱内侧的径向方向；与上述永磁体逆时针方向相邻的下一块永磁体则相对上述永磁体的充磁方向顺时针旋转90+90/P度，正好沿着圆柱圆周的切向方向，与OB处永磁体沿着顺时针的切向方向不同的是，该永磁体沿着逆时针的切向方向，后续的永磁体的充磁方向则根据上述规则可类推获得。

这说明，当每对磁极为4块永磁时，圆柱形halbach永磁体阵列无论产生圆柱内侧增强的磁场还是产生圆柱外侧增强的磁场，在磁场强度增强的同时，永磁体只有径向充磁和切向充磁两种充磁方式，这大大简化了永磁体的充磁程序，可提高生产效率。

参见图5，本发明的磁性齿轮在内转子1a和外转子2a同轴设置时，与现有的内、外转子同轴设置的磁性齿轮的结构相似(因此省略了图5的轴向结构示意图)，区别在于本发明的磁性齿轮第一元件内转子1a采用了每对磁极4块永磁体，圆柱外侧磁场增强的圆柱形halbach永磁体阵列；第二元件外转子2a采用了每对磁极4块永磁体，圆柱内侧磁场增强的圆柱形halbach永磁体阵列。这样，将磁场强度在内、外转子相对的一侧进行了增强，磁场相对现有的磁性齿轮也更加接近正弦分布，气隙磁场中的谐波成分和永磁体内的涡流损耗都会相应地减小，在永磁体用量相同的情况下，本发明的磁性齿轮可以提供更大的转矩，即提高了磁性齿轮的转矩密度。

同时，由于内、外转子的磁场主要集中在二者相对的一侧，内转子1a的内侧和外转子2a的外侧磁场较弱，因此无需进行导磁。这样，内转子1a支撑第一组永磁体的支撑部12a，以及外转子2a支撑第二组永磁体的支撑部22a可采用轻质的不导磁材料，例如硬铝、陶瓷，其他复合材料等，磁性齿轮单位体积的重量也得到了降低。

但内、外转子同轴设置时，以内转子1a为输入端，以外转子2a为输出端，齿轮的传动比大致只能在1.5-11.5范围内进行选取，这是因为随着传动比的增大，内、外转子之间的齿槽转矩(cogging torque)也会随之增大，过大的齿槽转矩会影响磁性齿轮的传动效率。因此，尽管内、外转子同轴设置的磁性齿轮可以获得较高的转矩密度，但受自身特性的限制，其传动比不可以做的很大，在需要较大传动比的领域，例如兆瓦级风力发电机的传动中(通常传动比大约100左右)必须通过多级传动，这显然使得传动装置的结构变得比较复杂，制造、维护的难度都相应地增大。

参见图6，为了解决上述问题，本发明的磁性齿轮内、外转子除了同轴设置外，还可以偏心设置，磁性齿轮内转子1b采用每对磁极4块永磁体，圆柱外侧磁场增强的圆柱形halbach永磁体阵列，外转子2b采用了每对磁极4块永磁体，圆柱内侧磁场增强的圆柱形halbach永磁体阵列(由于永磁体数目较多，未对永磁体的充磁方向进行标注)，内、外转子之间无需设置调磁铁芯片，偏心设置后内转子1b的轴心绕外转子2b轴心旋转的同时，还围绕自身的轴心旋转，内转子1b和外转子2b之间即进行相对的摆线运动，这样使得第一组永磁体11b和第二组永磁体21b之间产生相对的摆线运动。

与内、外转子同轴设置的磁性齿轮相比，任意时刻内、外转子的都有较大数量永磁体近距离作用(尽管有部分永磁体远距离作用，但与内外转子同轴设置时的整体作用效果好)，永磁体用量相同的情况下，可提供更大的转矩。内转子1b支撑第一组永磁体11b的支撑部12b，以及外转子2b支撑第二组永磁体21b的支撑部22b也可以与同轴设置的磁性齿轮一样，采用轻质的不导磁材料制成。

但是，与同轴设置的磁性齿轮只需在内、外转子上设置转轴即可构成磁性传动装置，进行磁性传动不同的是，当内、外转子偏心设置时，还需要其他辅助元件才能构成磁性传动装置进行磁性传动。

参见图7，要使得磁性传动装置的第一元件内转子1b和第二元件外转子2b进行相对的摆线运行，进而使得第一组永磁体11b和第二组永磁21b之间产生相对的摆线运动(图7中以黑白相间表示两组永磁体，并未对永磁体的充磁方向进行示意，图7中两组永磁体的实际数量也不是对本发明两组永磁体可选数量的限定)。首先在内转子1b上设置特殊的转轴13b，转轴13b的轴心与外转子2b的轴心重合；然后在内转子1b上设置多个轴向通孔，例如本实施例中设置了3个轴向通孔。

第三元件包含一轴41，轴41上设有与内转子1b上通孔数量相等的轴向销42，销42伸入内转子1b上的对应的通孔中，每个销42的外表面与内转子1b上对应通孔的内表面相贴。将第三元件的轴41固定，以转轴13b为输入端进行转动，转轴13b转动会带动内转子1b一边自转，内转子1b的轴心一边围绕外转子2b的轴心转动，内转子1b上的每个通孔将围绕对应销41的外表面进行转动，内转子1b相对外转子2b进行摆线运动，在第一组永磁体11b和第二组永磁体21b的磁性作用下传递转矩，外转子2b在内转子1b的带动下作为输出端围绕自身轴心与转轴13b同向转动，实现了磁性传动。

在这种情况下，磁性传动装置的传动比R＝P₂/(P₂-P₁)，其中P₁为内转子1b的磁极对数，P₂为外转子的磁极对数。当外转子只比内转子多一对磁极时，在转矩密度得到提高的同时，可以获得一个很大的传动比，例如外转子2b采用100对磁极，内转子1b采用99对磁极，传动比将达到100。

参见图8，本实施例中，除了将第三元件进行固定外，还可以选择将外转子2b进行固定，同样以转轴13b作为输入端进行传动，转轴13b转动同样会带动内转子1b一边自转，内转子1b的轴心一边围绕外转子2b的轴心转动，第一组永磁体11b和第二组永磁体21b的磁性作用传动转矩，销42在内转子1的通孔的作用力下，将带动轴41以与转轴13b转动方向相反的方向转动，轴41作为输出端，实现了磁性传动。

在这种情况下，磁性传动装置的传动比R＝P₁/(P₁-P₂)，其中P₁为内转子1b的磁极对数，P₂为外转子的磁极对数。当外转子只比内转子多一对磁极时，在转矩密度得到提高的同时，也可以获得一个很大的传动比，例如外转子2b采用100对磁极，内转子1b采用99对磁极，传动比将达到-99，负号表示输出端与输入端的转动方向相反。

上述的磁性转动装置便可直接运用于兆瓦级风力发电机与风叶之间的传动，当第三元件固定时，转轴13b连接风力发电机转轴，外转子2b连接风叶转轴(或者还需要进行一定转换与风叶转轴连接)；当外转子2b固定时，转轴13b连接风力发电机转轴，轴41连接风叶转轴。当然，此时外转子2b或轴41是作为输入端的，通过磁性传动装置的传动，转轴13b的输出达到了明显的升速，实现了高速大扭矩的目的。

在获得大传动比的同时，内、外转子的磁极对数也相应地增大，内、外转子上设置的永磁体的数量将是磁极对数的4倍，例如上述外转子100对磁极，内转子99对磁极，永磁体的数量将达到近800块，这使得永磁体的充磁和装配变得比较麻烦。

再参见图6，可以采用截面形状为矩形的永磁体，这样只需准备两种充磁方向的永磁体，一种是沿截面长度方向充磁的永磁体，一种是沿着截面宽度方向充磁的永磁体，这大大简化了永磁体的充磁程序，可提高永磁体的充磁效率。此时，在内转子外表面和外转子内表面设置与各自永磁体相同截面形状的轴向槽(图中未示意，另外，内、外转子永磁体的截面形状可能是不同的)，根据永磁体充磁方向的规则，依次将不同充磁方向的永磁体插入轴向槽，即可完成内、外转子永磁体的装配。当然，永磁体也完全可以采用常规的扇形或者梯形截面，上述实施方式并非对本发明的限制，对于内、外转子同轴设置的磁性齿轮(磁性传动装置)也可以采用上述的实施方式。

需要指出的是，本实施例只是对磁性传动装置的原理进行说明，各元件的结构都采用了比较简化的处理方式，例如转轴13b要与外转子2b同轴心转动可能还需要设置轴承等结构对转轴13b进行支撑，第三元件固定时，外转子2b作为输出端(或者输入端)可能还需要连接转轴。本实施例并未对上述问题进行详细的说明，本领域的技术人员根据本发明的原理应当知晓如何进行处理，本发明已经进行了充分的公开。

根据本发明的原理，第三元件显然还可以有其他形式。参见图9，该实施例中，第三元件包含一壳体5，内转子1c和外转子2c均设置在壳体5内，第一组永磁体11c设置在内转子1c的外表面，第二组永磁体21c设置在外转子2c的内表面，壳体5两端设有轴承51和轴承52，轴承51支撑与第一实施例中转轴13b作用相当的转轴13c，轴承52支撑与外转子2c连接的转轴23c，多个销42a设置在转轴13c的一侧并固定在壳体5内部。

在本实施例中，壳体5和多个销42a构成了第三元件，并且是将第三元件进行固定的实施方式，需要传动的两机构分别连接转轴13c和转轴23c即可实现传动。由于第一实施例中，已经对本发明的原理进行了充分说明，本实施例中不再进行累述。

可以理解的是，只要第三元件与第一元件和第二元件作用，使得磁性传动装置在运行时，第一组永磁体和和第二组永磁体之间产生相对的摆线运动，即可达到本发明的目的。以上仅仅是对第三元件进行示意性说明，并未对本发明的限制，所有符合本发明的第三元件的结构，都将落入本发明要求保护的范围。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.磁性齿轮，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的磁性齿轮，其特征在于：所述第一元件为圆柱形内转子，第二元件为圆柱形外转子，永磁体分别设置在内转子的外表面和外转子的内表面，内转子和外转子的永磁体均为每对磁极四块永磁体的圆柱形halbach阵列结构，内转子永磁体产生圆柱外侧增强的磁场，外转子产生圆柱内侧增强的磁场。

3.如权利要求2所述的磁性齿轮，其特征在于：内转子和外转子对永磁体进行支撑的支撑部采用轻质的不导磁材料制成。

4.如权利要求1或2所述的磁性齿轮，其特征在于：内转子和外转子的永磁体采用截面为矩形的永磁体，通过在内转子外表面和外转子内表面设置与各自永磁体相同截面形状的轴向槽，采用插入的方式装入内转子和外转子。

5.如权利要求1或2所述的磁性齿轮，其特征在于：内转子和外转子同轴设置，内转子和外转子之间设有调整内转子和外转子之间磁场，促进内、外转子磁场耦合的一组调磁铁芯片。

6.如权利要求1或2所述的磁性齿轮，其特征在于：内转子和外转子偏心设置，内转子和外转子之间可进行相对的摆线运动。

7.磁性传动装置，其特征在于，包括：

8.如权利要求7所述的磁性传动装置，其特征在于：所述第一元件为圆柱形内转子，第二元件为圆柱形外转子，永磁体分别设置在内转子的外表面和外转子的内表面，内转子和外转子的永磁体均为每对磁极四块永磁体的圆柱形halbach阵列结构，内转子永磁体产生圆柱外侧增强的磁场，外转子产生圆柱内侧增强的磁场。

9.如权利要求7或8所述的磁性传动装置，其特征在于：固定第二元件，在第一元件和第三元件之间进行传动。

10.如权利要求7或8所述的磁性传动装置，其特征在于：固定第三元件，在第一元件和第二元件之间进行传动。