CN111884479A - 使用罐的磁性齿轮 - Google Patents

Abstract

一种使用罐的磁性齿轮，该磁性齿轮包括：内部转子，其形成有内部空间，磁体分别设置在该内部空间中；引导罐，其围绕内部转子的周缘；以及外部转子，其围绕引导罐的周缘。特别地，引导罐与内部转子接触，从而确保内部转子的刚度。

Description

使用罐的磁性齿轮

技术领域

本公开涉及一种具有引导罐(can)的磁性齿轮。

背景技术

本部分的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

磁性齿轮是一种非接触型齿轮单元，其使用磁力以非接触方式传递动力。与通过物理接触传递动力的齿轮相比，磁性齿轮具有低噪音和低振动，不需要注入润滑剂或维护，并且由于没有机械摩擦而具有高稳定性和高耐久性。因此，已经积极地进行对磁性齿轮的研究。另外，由于磁性齿轮以小的能量损失工作，所以其能够以高效率工作，并且可靠且精确地传递峰值扭矩。因此，近年来，已经以将磁性齿轮应用于诸如风力涡轮机、电动汽车、变速器等的各种产业领域为目的进行了研究。

磁性齿轮具有比机械齿轮低的扭矩密度，因此希望确保磁性齿轮的扭矩密度。磁性齿轮的实例包括同轴型、轴向间隙型、正齿轮型等。特别地，同轴型磁性齿轮在提供相对高的扭矩密度方面是有利的。将同轴型磁性齿轮分类为表面安装型、磁通集中型等，其分别具有不同的扭矩密度。理论上，磁通集中型在确保扭矩密度方面是最有利的。然而，我们已经发现，为了便于制造，磁性齿轮形成有下桥，因此导致磁通量的泄漏。

在此背景部分中公开的上述信息仅用于增强对本公开的背景的理解，因此其可包含不形成本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开提供一种能够使用引导罐确保内部转子的刚度的磁性齿轮。

本公开提供一种使用罐的磁性齿轮，其中，永磁体布置为集中磁通量。

在一个方面中，本公开提供了一种使用罐的磁性齿轮。磁性齿轮包括：内部转子，其形成有分别设置磁体的内部空间；引导罐，其围绕内部转子的周缘；以及外部转子，其围绕引导罐的周缘。引导罐与内部转子接触以确保内部转子的刚度。

在一种形式中，内部转子可限定分别连接到内部空间的开口，并且每个开口从相应的内部空间沿着与内部转子的轴向方向垂直的方向延伸。引导罐可包括朝向内部转子伸出的伸出部分，并且内部转子的开口分别接收引导罐的伸出部分。

在另一种形式中，开口可沿着内部转子的轴向方向从内部转子的前表面延伸到内部转子的后表面，并且前表面和后表面彼此面对。

在又一种形式中，伸出部分可在内部转子的轴向方向上延伸，以分别插入到开口中。

在又一种形式中，伸出部分可设置在引导罐上，并且可以与磁体相同的数量设置。

在再一种形式中，引导罐可附着到内部转子，并且伸出部分可分别插入到开口中，并且接触该磁体中的对应磁体。

在另一种形式中，引导罐可以是非磁性的。

在另一种形式中，每个磁体可具有与从内部转子朝向外部转子定向的方向不同的磁化方向。

在另一种形式中，每个磁体可具有垂直于内部转子的直径方向的磁化方向。

在又一种形式中，该磁体可包括一对磁体，并且这对磁体可彼此相邻布置，使得其磁化方向定向为使得其磁通量彼此集中。

在再一种形式中，磁性齿轮还可包括设置在引导罐和外部转子之间的多个磁极片，并且该多个磁极片可设置为与引导罐和外部转子间隔开。

在再一种形式中，磁性齿轮还可包括间隙，该间隙限定在该多个磁极片中的每个和内部转子之间以及限定在每个磁极片和外部转子之间，以集中磁通量。

在下文中讨论本公开的其他方面和形式。

从本文提供的描述中，进一步的应用领域将变得显而易见。应理解，说明书和具体实例仅用于说明的目的，而不是要限制本公开的范围。

附图说明

为了可以很好地理解本公开，现在将参考附图描述通过实例给出的其各种形式，其中：

图1是示出了根据本公开的一种形式的使用罐的磁性齿轮的剖视图；

图2是示出了本公开的一种形式中的内部转子和引导罐之间的耦接关系的视图；

图3是示出了本公开的一种形式中的开口和伸出部分之间的耦接关系的视图；并且

图4是示出了本公开的一种形式中的使用罐的磁性齿轮的屈服强度的曲线图。

本文描述的附图仅用于说明目的，而不是要以任何方式限制本公开的范围。

具体实施方式

以下描述本质上仅仅是实例性的，并不是要限制本公开、应用或使用。应理解，在所有附图中，对应的参考数字表示相同或对应的部件和特征。

应理解，附图不用必须是按比例绘制的，其呈现了说明本公开的基本原理的各种特征的稍微简化的表示。如本文所公开的本公开的具体设计特征，包括例如具体尺寸、定向、位置和形状，将部分地由特定预期应用和使用环境确定。

从下面参考附图详细描述的形式中，将使本公开的优点和特征以及用于实现其的方法清楚。然而，本公开可以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于本文阐述的形式。相反，提供这些形式使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本公开的范围完全传达给本领域技术人员。

说明书中描述的术语“部件”、“单元”和“模块”表示用于处理至少一个功能或操作的单元，其可由硬件部件、软件部件或其组合来实施。

此外，将理解，诸如“第一”和“第二”的术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开，并且对应元件的本质、顺序或序列不受这些术语限制。

以下描述是本公开的说明。此外，本公开意在说明和解释本公开的实例性形式，并且本公开可在各种其他组合、修改和环境中使用。换句话说，本公开可在本文公开的公开内容的概念的范围内、在公开内容的等同范围内和/或在本领域的技术和知识内改变或修改。所描述的形式示出了实施本公开的技术思想的最佳技术，并且可根据本公开的特定应用和用途的需要对其进行各种改变。因此，以下描述不是要将本公开限制于这些形式。

图1是示出了根据本公开的一种形式的使用罐的磁性齿轮的剖视图。

参考图1，磁性齿轮1可包括：内部转子100、引导罐200、磁极片300和外部转子400。磁性齿轮1可以是使用磁力以非接触方式传递动力的非接触型齿轮单元。与通过物理接触传递动力的齿轮相比，磁性齿轮1具有低噪音和低振动，不需要注入润滑剂或维护，并且由于没有机械摩擦而具有高稳定性和高耐久性。

内部转子100可表示其中堆叠多个具有相同形状的磁钢片的结构。也就是说，内部转子100可由铁磁材料形成。内部转子100可具有柱形形状。内部转子100可限定中空轴(未示出)插入其中的中空区域110，以及永磁体150插入其中的内部空间130。可使压配合(press-fit)到中空区域110中的中空轴(未示出)旋转，并且内部转子100可通过中空轴(未示出)的旋转而旋转。永磁体150插入其中的内部空间130可设置为与永磁体150的数量对应的数量。内部空间130可表示通过穿透内部转子100而形成的空间。内部空间130可相对于中空区域110在周向方向上布置。

永磁体150可相对于中空区域110在周向方向上布置。永磁体150可产生磁场。每个永磁体150的磁化方向可垂直于内部转子100的直径方向。永磁体150可以是成对分组的永磁体150a和150b的阵列，并且每对永磁体150a和150b可具有彼此不同的磁极。即，可设置多对永磁体150a和150b。每对永磁体150a和150b可布置为使得其磁化方向彼此集中。这里，磁化方向彼此集中的构造可以指每对永磁体150a和150b布置为使得其磁化方向不平行于从内部转子100朝向外部转子400定向的方向，而是垂直于从内部转子100朝向外部转子400定向的方向的构造。两个相邻的永磁体150可布置为使得其磁化方向不彼此集中，其中，一个永磁体包括在一对永磁体150a和150b中，另一个永磁体包括在另一对永磁体150a和150b中。每个永磁体150的磁化方向可相对于从内部转子100朝向外部转子400定向的方向是左或右。永磁体150可布置为使得相邻永磁体的磁化方向彼此相反。

引导罐200可设置为围绕内部转子100的周缘。引导罐200可设置在内部转子100和磁极片300之间。引导罐200可具有环形形状。引导罐200可由非磁性材料形成，并且可由具有高刚度的材料形成。例如，引导罐200可由诸如INCONEL 718的材料形成。引导罐200可附着到内部转子100以增加内部转子100的刚度。由于作为非磁性体的引导罐200在接触永磁体150的同时围绕内部转子100，所以可防止在永磁体150中产生的磁通量泄漏。

磁极片300可设置在引导罐200和外部转子400之间。这里，可提供多个磁极片300。磁极片300可在周向方向上以规则的间隔围绕内部转子100布置。磁极片300的数量可根据内部转子100和外部转子400的磁极的数量来确定。磁极片300可通过与内部转子100的永磁体150和外部转子400的磁体组450的相互作用产生磁场调制，从而用作将内部转子100的旋转力传递到外部转子400或将外部转子400的旋转力传递到内部转子100的齿轮。磁极片300可设置为与引导罐200和外部转子400间隔开。可在磁极片300和内部转子100之间以及磁极片300和外部转子400之间限定间隙500，以集中磁通量。间隙500可以是由磁极片300和引导罐200之间的间隔以及磁极片300和外部转子400之间的间隔限定的空间。

外部转子400可相对于内部转子100比磁极片300更向外设置。外部转子400可包括磁体组450。磁体组450可在周向方向上围绕内部转子100布置，并且可附连到外部转子400的内表面。磁体组450可包括其磁化方向径向向内定向的第一组和其磁化方向径向向外定向的第二组。也就是说，第一组的磁化方向可以是朝向内部转子100定向的方向，并且第二组的磁化方向可以是朝向外部转子400定向的方向。磁体组450可具有其中第一组和第二组交替布置的结构。

根据本公开的一种形式，永磁体150可设置为使得其磁化方向彼此集中，从而实现扭矩密度的提高和扭矩密度的增加。

此外，在本公开的另一种形式中，与其中将下桥应用于转子的结构相比，包括设置在内部转子100和磁极片300之间的间隙500中的引导罐200的磁性齿轮1可通过减少磁通量的泄漏来实现增加的输出。此外，引导罐200用于减少或防止磁体的分散，从而改进内部转子100的高速旋转和刚度。

图2是示出了本公开的一种形式的内部转子和引导罐之间的耦接关系的视图。图3是示出了本公开的另一种形式的开口和伸出部分之间的耦接关系的视图。

参考图2和图3，引导罐200可用于通过与内部转子100接触来确保内部转子100的刚度，并且引导内部转子100的附接位置。引导罐200可包括伸出部分250，其朝向具有环形形状的引导罐200的中心伸出。伸出部分250可朝向内部转子100伸出。内部转子100可包括形成于其中的开口180，以在垂直于轴向方向的第一方向x上打开内部空间130。开口180可限定在具有柱形形状的内部转子100的侧表面中。具体地，开口180可限定为在内部转子100的轴向方向上从内部转子100的一个表面延伸到内部转子100的相对表面。内部转子100的一个表面可以是在其轴向方向上位于其上侧的表面，并且内部转子100的相对表面可以是在其轴向方向上位于其下侧的表面。也就是说，柱形内部转子100的一个表面和相对表面可以是在彼此相反的方向上定向的表面。开口180的数量可与永磁体150的数量相同，并且伸出部分250的数量可与开口180的数量相同。也就是说，伸出部分250可在内部转子100的轴向方向上延伸以与开口180对应。伸出部分250可插入到开口180中以接触永磁体150。

根据本公开的一种形式，由于伸出部分250插入到开口180中，所以内部转子100和引导罐200之间的耦接力可增加。因此，内部转子100的刚度可通过引导罐200而增加，并且磁性齿轮的高速旋转期间的屈服应力可增加。此外，伸出部分250可增加将引导罐200耦接到内部转子100的过程的便利性。

图4是示出了根据本公开的一种形式的使用罐的磁性齿轮的屈服强度的曲线图。

参考图3和图4，通常，在内部转子100和磁极片300之间没有设置单独的部件，而是仅在其之间限定间隙。具有此构造的磁性齿轮可定义为下桥型。下桥型磁性齿轮可构造为使得在永磁体150和中空区域之间设置桥形结构。通常，将下桥型结构应用于电机。在根据本公开的一种形式的磁性齿轮中，引导罐200可设置在内部转子100和磁极片300之间，并且间隙(500)可限定在引导罐200和磁极片300之间。磁性齿轮可以是罐型的。

在下桥型磁性齿轮中，桥结构可以是磁通量沿着其泄漏的路径。另一方面，罐型磁性齿轮不采用桥结构，而是采用引导罐200，以在磁性齿轮高速旋转时增加屈服应力。在下桥型磁性齿轮中，当磁性齿轮高速旋转时，应力集中在内部转子100的端部上。另一方面，在罐型磁性齿轮中，当磁性齿轮高速旋转时，应力可分散到内部转子100的端部和分散到引导罐200。因此，与下桥型磁性齿轮相比，罐型磁性齿轮可具有较少的磁通量泄漏和较大的屈服强度。

参考图4中的曲线图，内部转子100可由50PN470材料形成，并且引导罐200可由INCONEL718材料形成。罐型磁性齿轮可以比下桥型磁性齿轮高的速度旋转，并且在其高速旋转期间可表现出比下桥型磁性齿轮高大约四倍的屈服强度。例如，由于引导罐200由具有高屈服强度的材料形成，所以在分析内部转子100的刚度时，罐型磁性齿轮可以高达大约27000rpm旋转。然而，下桥型磁性齿轮的转速极限可以是12000rpm。因此，磁性齿轮能够以更高的速度旋转，因为其屈服强度高于一般磁性齿轮的屈服强度，并且保证内部转子100的刚度。

如从以上描述中显而易见的，根据本公开的形式，永磁体布置为使得其磁化方向定向为使得其磁通量彼此集中，从而实现扭矩密度的提高和扭矩密度的增加。

另外，由于引导罐设置在内部转子和磁极片之间的间隙中，所以与将下桥应用于转子的结构相比，根据本公开的形式的磁性齿轮能够通过减少磁通量的泄漏来实现增加的输出。此外，引导罐用于防止磁体的分散，从而使得能够高速旋转并确保内部转子的刚度。

另外，与一般磁性齿轮相比，根据本公开的形式的磁性齿轮能够抑制或防止磁通量的泄漏，并且在其高速旋转期间增加屈服强度。

本领域技术人员将理解，在不背离本公开的原理和精神的情况下，可对以上实例性形式进行改变。

Claims (12)

1.一种磁性齿轮，包括：

内部转子，形成有内部空间，所述内部空间中分别设置磁体；

引导罐，围绕所述内部转子的周缘；以及

外部转子，其围绕所述引导罐的周缘，

其中，所述引导罐与所述内部转子接触，以确保所述内部转子的刚度。

2.根据权利要求1所述的磁性齿轮，其中，所述内部转子限定分别连接到所述内部空间的开口，并且每个所述开口从相应的内部空间沿着垂直于所述内部转子的轴向方向的方向延伸，并且

其中，所述引导罐包括朝向所述内部转子伸出的伸出部分，并且所述内部转子的所述开口分别接收所述引导罐的所述伸出部分。

3.根据权利要求2所述的磁性齿轮，其中，所述开口沿着所述内部转子的轴向方向从所述内部转子的前表面延伸到所述内部转子的后表面，并且所述前表面和所述后表面彼此面对。

4.根据权利要求3所述的磁性齿轮，其中，所述伸出部分在所述内部转子的轴向方向上延伸，以分别插入到所述开口中。

5.根据权利要求2所述的磁性齿轮，其中，所述伸出部分设置在所述引导罐上，所述伸出部分以与所述磁体相同的数量设置。

6.根据权利要求5所述的磁性齿轮，其中，所述引导罐附着到所述内部转子，并且

其中，所述伸出部分分别插入所述开口中并且接触所述磁体中的对应磁体。

7.根据权利要求1所述的磁性齿轮，其中，所述引导罐是非磁性的。

8.根据权利要求1所述的磁性齿轮，其中，每个磁体具有磁化方向，所述磁化方向与从所述内部转子朝向所述外部转子定向的方向不同。

9.根据权利要求1所述的磁性齿轮，其中，每个磁体具有垂直于所述内部转子的直径方向的磁化方向。

10.根据权利要求1所述的磁性齿轮，其中，所述磁体包括一对磁体，该对磁体彼此相邻布置，使得该对磁体的磁化方向彼此集中。

11.根据权利要求1所述的磁性齿轮，还包括设置在所述引导罐和所述外部转子之间的多个磁极片，

其中，所述多个磁极片设置为与所述引导罐和所述外部转子间隔开。

12.根据权利要求11所述的磁性齿轮，还包括间隙，所述间隙限定在所述多个磁极片中的每个磁极片和所述内部转子之间以及限定在每个磁极片和所述外部转子之间，以使磁通量集中。

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