CN106712452A - 双永磁内置聚磁式磁齿轮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双永磁内置聚磁式磁齿轮，其为轴向结构，沿径向由内向外分别为内转子、定子调磁环和凸极外转子三部分。内转子和定子调磁环均采用永磁内置式结构，其中内转子由转子铁心和均匀阵列切向充磁的永磁体构成，定子调磁环由调磁块和切向充磁的永磁体相互间隔均匀阵列构成，并且相邻永磁切向充磁方向相反。外转子采用凸极结构，由高性能导磁材料叠压而成。本发明采用双内置聚磁式结构，有很好的聚磁效应，能够有效提升主磁通，提高磁齿轮的转矩传递能力；同时外转子采用凸极结构，结构简单，机械强度高，可靠性好，功率密度大，利于高速运行，应用于于非接触式变速驱动场合和对转矩及速度传递有较高要求的运动场合。
Description
技术领域
本发明涉及双永磁内置聚磁式磁齿轮，应用于非接触式变速驱动场合及对转矩及速度传递有较高要求的运动场合。
背景技术
目前，磁齿轮多采用磁场调制结构，利用磁阻变换以达到变速传动，具有无接触、无摩擦损耗的特点，并且提高了永磁体利用率及机构的转矩密度。美国专利(专利号：1171351)公布了一种电磁磁阻齿轮，由两个转子和两转子间特殊结构的定子构成，两个转子通过电流产生的磁力链接。在此基础上，为了能够进一步探索磁齿轮的应用价值，P.Rasmussen在“Development of a high performance magnetic gear”中提出了一种内转子采用内置切向式磁路结构的磁场调制型永磁齿轮，其性能接近并超过一些机械齿轮。相比较内转子磁路结构，采用内置切向式磁路结构外转子的磁场调制型磁齿轮，可以提高转矩密度，并减小了转矩波动。然而，传统的表贴式磁场调制型磁齿轮、采用内置切向式磁路结构内外转子的磁场调制型磁齿轮，在转矩传递能力、功率密度提升等方面仍有可提升的空间，研究高转矩传递能力及高功率密度的新型调制型磁齿轮结构具有重要的工程价值。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种双永磁内置聚磁式磁齿轮，提高磁场调制型磁齿轮的转矩传递能力及功率密度。
技术方案：双永磁内置聚磁式磁齿轮，包括内转子、定子调磁环和凸极外转子，所述定子调磁环设置在凸级外转子和内转子之间，所述内转子和定子调磁环均采用永磁体内置式结构。
进一步的，所述内转子包括内转子铁心和切向充磁的内转子永磁体，所述切向充磁的内转子永磁体以环形阵列间隔分布在内转子铁心内，相邻永磁体切向充磁方向相反。
进一步的，所述定子调磁环包括依次交替设置的调磁块和切向充磁的永磁体，每个调磁块与永磁体对应的圆心角相等，并且相邻两块永磁体的切向充磁方向相反。
进一步的，所述凸极外转子包括由导磁材料叠压而成的外转子铁心，在外转子铁心内侧等距离开宽度相等的槽，形成外转子齿，作为外转子凸极。
进一步的，所述内转子永磁体极对数为5，所述定子调磁环永磁体极对数为16，所述凸极外转子的外转子齿数为21，即凸极数为21。
有益效果：本发明的一种双永磁内置聚磁式磁齿轮，由于内转子和定子调磁环均为永磁内置式结构，外转子采用了凸极结构，这种磁场调制型磁齿轮具有如下优点：定子调磁环间放置切向充磁的永磁体，提高了磁齿轮的空间利用率，并且同时加强了定子调磁环内外两侧的气隙磁密；内转子同样采用内置切向磁路结构，双永磁内置式结构具有很好的聚磁效应，提高转矩传递能力及功率密度；外转子采用凸极结构，结构简单，机械强度高，可靠性好功率密度大，利于高速运行，应用于非接触式变速驱动场合及对转矩及速度传递有较高要求的运动场合。
附图说明
图1为双永磁内置聚磁式磁齿轮结构示意图；
图2为双永磁内置聚磁式磁齿轮外转子部分示意图；
图3为双永磁内置聚磁式磁齿轮定子调磁环部分示意图；
图4为双永磁内置聚磁式磁齿轮内转子结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，双永磁内置聚磁式磁齿轮包括内转子III、定子调磁环II和凸极外转子I，定子调磁环II设置在凸极外转子I和内转子III之间，内转子III和定子调磁环II均采用永磁内置式结构。
如图4所示，内转子包括内转子铁心5和切向充磁的内转子永磁体6，切向充磁的内转子永磁体6以环形阵列间隔分布在内转子铁心5内，相邻永磁体切向充磁方向相反，永磁体6径向内侧周向距离近，漏磁小，聚磁效果明显，提升气隙内磁密。本实施例中，切向充磁永磁体采用内置辐条方式排列。
如图3所示，定子调磁环包括依次交替设置的调磁块3和切向充磁的永磁体4，每个调磁块3与永磁体4对应的圆心角相等，并且相邻两块永磁体的切向充磁方向相反。本实施例中，定子调磁环由依次交替设置的32块调磁块3和32块切向充磁的永磁体4均匀环形阵列构成，加工装配工艺简单，结构强度较好。相邻的永磁体切向充磁方向相反，永磁体材质均为高性能永磁体，永磁材料稳定性好，矫顽力大，剩磁高，如钕铁硼永磁材料等。
如图2所示，凸极外转子包括由高性能导磁材料叠压而成的外转子铁心2，如十号钢或硅钢片；在外转子铁心2内侧等距离开宽度相等的槽，形成外转子齿，即构成外转子凸极1结构。本实施例中，外转子齿数沿周向为21。转子凸极1均匀分布在转子铁心2内表面，即由圆周展开成平面后，转子凸极1在转子内表面上等距分布。
上述的双永磁内置聚磁式磁齿轮，定子调磁环II作为定子结构，内转子III与凸极外转子I旋转方向相反。在定子调磁环间放置切向充磁永磁体，提高了磁齿轮的空间利用率，并且同时加强了定子调磁环内外两侧的气隙磁密。与传统聚磁磁齿轮结构比较，该结构能够进一步加强气隙磁密，提高主磁通，提高了永磁体利用率，提高传递转矩和能量的能力，同时提高了其功率因数。
上述的双永磁内置聚磁式磁齿轮，当内转子III作为输入端，内转子III内置的永磁体6随着旋转，在与定子调磁环II间的气隙内产生5对极的旋转磁场，经过定子调制环II的调制作用，在定子调制环II与外转子I间的气隙内产生16对极的旋转磁场，与外转子凸极1进行耦合作用，带动外转子I旋转，通过磁场变化实现能量的传递，达到高速变低速，小转矩变大转矩的传递效果。相反，若外转子I作为输入端，外转子旋转，外转子凸极1位置变化，使得定子调制环II上永磁体4在调制环II与外转子I间气隙产生的磁场旋转。经过定子调制环II的调制作用，在定子调制环II与内转子III间的气隙内产生5对极的旋转磁场，与内转子III上永磁体6产生磁场进行耦合作用，带动内转子III旋转，通过磁场变化实现能量的传递，达到低速变高速，大转矩变小转矩的传递效果。
上述的双永磁内置聚磁式磁齿轮，内转子和定子永磁体极对数有多种组合，此时外转子凸极数要相应的发生变化，并且满足公式(1)，
Z＝pin+pout (1)
Z为外转子凸极数，pin为内转子永磁体极对数，pout为定子调磁环内永磁体极对数。本实施例优选内转子永磁体5对极，定子永磁体16对极的组合。
上述的双永磁内置聚磁式磁齿轮，内转子III和外转子I可以分别作为输入端，相应的另一端为输出端，传动比Gr满足公式(2)，
Gr＝－pin/pout＝－ωout/ωin (2)
ωin和ωout分别为内转子和外转子转速，负号表示两个转子转动方向相反。
本发明的双永磁内置聚磁式磁齿轮，有很强的聚磁能力，功率密度高，可用于电动汽车、风力发电系统等直驱驱动场合，并且应用于非接触式变速驱动场合及对转矩及速度传递有较高要求的运动场合。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.双永磁内置聚磁式磁齿轮，其特征在于：包括内转子、定子调磁环和凸极外转子三部分，所述定子调磁环位于在凸极外转子和内转子之间，所述内转子和定子调磁环均采用永磁体内置式结构。
2.根据权利要求1所述的双永磁内置聚磁式磁齿轮，其特征在于：所述内转子包括内转子铁心(5)和切向充磁的内转子永磁体(6)，所述切向充磁的内转子永磁体(6)以环形阵列间隔分布在内转子铁心(5)内，相邻永磁体切向充磁方向相反。
3.根据权利要求1所述的双永磁内置聚磁式磁齿轮，其特征在于：所述定子调磁环包括依次交替设置的调磁块(3)和切向充磁的永磁体(4)，每个调磁块(3)与永磁体(4)对应的圆心角相等，并且相邻两块永磁体的切向充磁方向相反。
4.根据权利要求1所述的双永磁内置聚磁式磁齿轮，其特征在于：所述凸极外转子包括由导磁材料叠压而成的外转子铁心(2)，在外转子铁心(2)内侧等距离开宽度相等的槽，形成外转子齿，作为外转子凸极。
5.根据权利要求1-4任一所述的双永磁内置聚磁式磁齿轮，其特征在于：所述内转子永磁体极对数为5，所述定子调磁环永磁体极对数为16，所述凸极外转子的外转子齿数为21，即凸极数为21。
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