CN112491242B - 调磁环结构、磁齿轮组件和复合电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种调磁环结构、磁齿轮组件和复合电机，其中，调磁环结构包括多个调磁块，相邻的两个调磁块之间通过连接筋连接以形成调磁环，调磁环设置在第一转子结构和第二转子结构围成的环形间隙内；其中，多个调磁块中的至少两个调磁块在环形间隙的径向上的高度不同。本发明解决了现有技术中的磁齿轮组件的输出转矩较小，只能够通过优化永磁体的结构来实现输出转矩的提升的问题。

Description

调磁环结构、磁齿轮组件和复合电机

技术领域

本发明涉及非接触式传递技术领域，具体而言，涉及一种调磁环结构、磁齿轮组件和复合电机。

背景技术

相比机械齿轮而言，磁齿轮组件的振动噪声小，具有过载保护功能，且磁齿轮组件的运行可靠性高，被广泛应用于复合电机等设备中。磁齿轮组件包括内转子、外转子和调磁环结构，调磁环结构通过调制内转子上的永磁体产生的磁场，使得经调制后的磁场与外转子上的永磁体产生的磁场相匹配，从而实现稳定的非接触式的转矩传递的目的。但是，现有的磁齿轮组件的输出转矩较小，只能够通过优化永磁体的结构来实现输出转矩的提升。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种调磁环结构、磁齿轮组件和复合电机，以解决现有技术中的磁齿轮组件的输出转矩较小，只能够通过优化永磁体的结构来实现输出转矩的提升的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种调磁环结构，包括多个调磁块，相邻的两个调磁块之间通过连接筋连接以形成调磁环，调磁环设置在第一转子结构和第二转子结构围成的环形间隙内；其中，多个调磁块中的至少两个调磁块在环形间隙的径向上的高度不同。

进一步地，多个调磁块中的部分的调磁块形成第一调磁块组；多个调磁块中的其余的调磁块形成第二调磁块组；其中，第二调磁块组中的各调磁块在环形间隙的径向上的高度大于第一调磁块组中的各调磁块在环形间隙的径向上的高度。

进一步地，调磁块的总数为N，第一调磁块组中的调磁块的个数为n1，第二调磁块组中的调磁块的个数为n2，其中，N＝n1+n2；当N为偶数时，n1＝n2＝N/2，第一调磁块组中的调磁块与第二调磁块组中的调磁块相间隔地设置。

进一步地，调磁块的总数为N，第一调磁块组中的调磁块的个数为n1，第二调磁块组中的调磁块的个数为n2，其中，N＝n1+n2；当N为奇数，且n1＝(N-1)/2+1时，第一调磁块组中的(N-1)/2个调磁块与第二调磁块组中的(N-1)/2个调磁块相间隔地设置，N个调磁块中有两个第一调磁块组中的调磁块相邻的设置；或，当N为奇数，且n2＝(N-1)/2+1时，第一调磁块组中的(N-1)/2个调磁块与第二调磁块组中的(N-1)/2个调磁块相间隔地设置，N个调磁块中有两个第二调磁块组中的调磁块相邻的设置。

进一步地，调磁块的第一端与连接筋连接，调磁块的第二端沿环形间隙的径向向外延伸设置。

进一步地，第一调磁块组中的调磁块的第二端的端面的曲率半径为R1，第二调磁块组中的调磁块的第二端的端面的曲率半径为R2，第二转子结构套设在第一转子结构的外周侧，且第二转子结构的内周面上设置有第二磁性元件，第二磁性元件的靠近调磁块一侧的端面的曲率半径为R0，调磁块与第二磁性元件之间的等效气隙的长度为L，满足：L＝((R0-R1)× n1+(R0-R2)×n2)/N，其中，L1＝R0-R1，L2＝R0-R2，0＜L≤1。

进一步地，调磁环结构还包括支撑部，支撑部包括支撑筒和支撑端盖，调磁环设置在支撑筒内，支撑端盖盖设在支撑筒上，并位于支撑筒的筒口位置处，以限制调磁环的轴向移动。

进一步地，支撑筒的筒壁面上设置有装配凸起，装配凸起为多个，多个装配凸起沿筒壁面的周向相间隔地设置，部分相邻的装配凸起与支撑筒的筒壁面围成装配凹槽，装配凹槽为多个，多个装配凹槽与第一调磁块组中的多个调磁块一一对应地设置。

进一步地，多个装配凸起中除了形成装配凹槽以外的装配凸起中，位于相邻的装配凸起之间的筒壁面处形成有连通槽口，连通槽口为多个，多个连通槽口与第二调磁块组中的多个调磁块一一对应地设置。

进一步地，装配凸起沿支撑筒的轴向伸出筒口设置，支撑端盖的轴向一侧的端面上设置有限位凸起，限位凸起为多个，多个限位凸起与多个装配凸起交错设置，以使各限位凸起伸入各装配凹槽内，或者使各限位凸起伸入连通槽口位置处。

进一步地，调磁环结构还包括锁紧环，锁紧环套设在各装配凸起和各限位凸起连接的位置处。

根据本发明的另一方面，提供了一种磁齿轮组件，包括第一转子结构、第二转子结构和调磁环结构，其中，第一转子结构套设在转轴结构的外周侧，第一转子结构的外周面上设置有第一磁性元件；第二转子结构套设在第一转子结构的外周侧，第二转子结构的内周面上设置有第二磁性元件；调磁环结构设置在第一磁性元件和第二磁性元件围成的环形间隙内，调磁环结构为上述的调磁环结构。

根据本发明的另一方面，提供了一种复合电机，复合电机包括磁齿轮组件，磁齿轮组件为上述的磁齿轮组件。

应用本发明的技术方案，通过将多个调磁块中的至少两个相邻的调磁块设置成不同高度的结构，这样，使得至少两个相邻的调磁块在环形间隙的径向上的端面与第二转子结构上的第二磁性元件之间的气隙不同，有利于提升磁齿轮组件的输出转矩，且调磁环结构的结构简单，易于加工制造。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的一种可选实施例的复合电机的磁齿轮组件的剖视结构示意图；

图2示出了图1中的磁齿轮组件的调磁环结构的分解结构示意图；

图3示出了图2中的调磁环结构的调磁环的结构示意图；

图4示出了图2中的调磁环结构的支撑部的支撑筒的剖视结构示意图；

图5示出了图1中的磁齿轮组件的输出转矩与现有的磁齿轮组件的输出转矩的对比曲线图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、第一转子结构；2、第二转子结构；3、转轴结构；4、调磁环结构；10、调磁环；11、调磁块；12、连接筋；20、第一调磁块组；30、第二调磁块组；40、支撑部；41、支撑筒； 42、支撑端盖；421、限位凸起；43、装配凸起；431、装配凹槽；44、连通槽口；50、锁紧环；100、第一磁性元件；200、第二磁性元件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术中的磁齿轮组件的输出转矩较小，只能够通过优化永磁体的结构来实现输出转矩的提升的问题，本发明提供了一种调磁环结构、磁齿轮组件和复合电机，其中，复合电机包括磁齿轮组件，磁齿轮组件为上述和下述的磁齿轮组件。

如图1所示，磁齿轮组件包括第一转子结构1、第二转子结构2和调磁环结构4，其中，第一转子结构1套设在转轴结构3的外周侧，第一转子结构1的外周面上设置有第一磁性元件100；第二转子结构2套设在第一转子结构1的外周侧，第二转子结构2的内周面上设置有第二磁性元件200；调磁环结构4设置在第一磁性元件100和第二磁性元件200围成的环形间隙内，调磁环结构4为上述和下述的调磁环结构4。

如图2和图3所示，调磁环结构4包括多个调磁块11，相邻的两个调磁块11之间通过连接筋12连接以形成调磁环10，调磁环10设置在第一转子结构1和第二转子结构2围成的环形间隙内；其中，多个调磁块11中的至少两个调磁块11在环形间隙的径向上的高度不同。

通过将多个调磁块11中的至少两个相邻的调磁块11设置成不同高度的结构，这样，使得至少两个相邻的调磁块11在环形间隙的径向上的端面与第二转子结构2上的第二磁性元件 200之间的气隙不同，有利于提升磁齿轮组件的输出转矩，且调磁环结构4的结构简单，易于加工制造。

如图3所示，多个调磁块11中的部分的调磁块11形成第一调磁块组20；多个调磁块11 中的其余的调磁块11形成第二调磁块组30；其中，第二调磁块组30中的各调磁块11在环形间隙的径向上的高度大于第一调磁块组20中的各调磁块11在环形间隙的径向上的高度。

需要说明的是，在本申请中，调磁块11的总数为N，第一调磁块组20中的调磁块11的个数为n1，第二调磁块组30中的调磁块11的个数为n2，其中，N＝n1+n2。

可选地，当N为偶数时，n1＝n2＝N/2，第一调磁块组20中的调磁块11与第二调磁块组 30中的调磁块11相间隔地设置。

可选地，当N为奇数，且n1＝(N-1)/2+1时，第一调磁块组20中的(N-1)/2个调磁块11与第二调磁块组30中的(N-1)/2个调磁块11相间隔地设置，N个调磁块11中有两个第一调磁块组20中的调磁块11相邻的设置。

可选地，当N为奇数，且n2＝(N-1)/2+1时，第一调磁块组20中的(N-1)/2个调磁块11与第二调磁块组30中的(N-1)/2个调磁块11相间隔地设置，N个调磁块11中有两个第二调磁块组30中的调磁块11相邻的设置。

如图3所示，调磁块11的第一端与连接筋12连接，调磁块11的第二端沿环形间隙的径向向外延伸设置。这样，确保调磁块11的安装可靠性的同时，还能够确保调磁块11的工作可靠性。

需要说明的是，在本申请中，由于第一调磁块组20中的调磁块11在环形间隙的径向上的高度与第二调磁块组30中的调磁块11在环形间隙的径向上的高度不同，使得各调磁块11的第二端的端面至第二转子结构2的内周面上的第二磁性元件200之间的气隙为不均匀气隙，定义该不均匀气隙为等效气隙。

可选地，第一调磁块组20中的调磁块11的第二端的端面的曲率半径为R1，第二调磁块组30中的调磁块11的第二端的端面的曲率半径为R2，第二转子结构2套设在第一转子结构 1的外周侧，且第二转子结构2的内周面上设置有第二磁性元件200，第二磁性元件200的靠近调磁块11一侧的端面的曲率半径为R0，调磁块11与第二磁性元件200之间的等效气隙的长度为L，满足：L＝((R0-R1)×n1+(R0-R2)×n2)/N，其中，0＜L≤1，L1＝R0-R1，L2＝R0-R2。

需要说明的是，在本申请中，考虑到第一调磁块组20中的调磁块11的个数与第二调磁块组30中的调磁块11的个数存在不同的情况，因此，将调磁块11的个数作为权重，则有L＝((R0-R1)×n1+(R0-R2)×n2)/N，其中，0＜L≤1，L的取值上限是为了确保平均气隙的长度足以产生现有技术中的磁齿轮组件能够产生的转矩。

如图5所示，本申请提供的磁齿轮组件的输出转矩的曲线位于现有的磁齿轮组件的输出转矩，显然，本申请提供的磁齿轮组件的调磁环结构4，通过优化调磁环结构4中的调磁块11 的高度实现了磁齿轮组件的输出转矩的提升。

如图2和图4所示，调磁环结构4还包括支撑部40，支撑部40包括支撑筒41和支撑端盖42，调磁环10设置在支撑筒41内，支撑端盖42盖设在支撑筒41上，并位于支撑筒41的筒口位置处，以限制调磁环10的轴向移动。这样，支撑部40起到保护调磁环10的作用，且支撑部40的设置，有利于提升调磁环结构4的机械强度。

如图2和图4所示，支撑筒41的筒壁面上设置有装配凸起43，装配凸起43为多个，多个装配凸起43沿筒壁面的周向相间隔地设置，部分相邻的装配凸起43与支撑筒41的筒壁面围成装配凹槽431，装配凹槽431为多个，多个装配凹槽431与第一调磁块组20中的多个调磁块11一一对应地设置。这样，第一调磁块组20中的多个调磁块11与多个装配凹槽431的配合作用，抵消了调磁环结构4在转动过程中产生的离心力。

如图2和图4所示，多个装配凸起43中除了形成装配凹槽431以外的装配凸起43中，位于相邻的装配凸起43之间的筒壁面处形成有连通槽口44，连通槽口44为多个，多个连通槽口44与第二调磁块组30中的多个调磁块11一一对应地设置。这样，第二调磁块组30中的多个调磁块11与多个连通槽口44的配合作用，确保装配凸起43能够在切向上提供作用力以抵消调磁环结构4旋转过程中的切向形变，从而达到减小调磁环结构4的变形的目的。

如图2所示，装配凸起43沿支撑筒41的轴向伸出筒口设置，支撑端盖42的轴向一侧的端面上设置有限位凸起421，限位凸起421为多个，多个限位凸起421与多个装配凸起43交错设置，以使各限位凸起421伸入各装配凹槽431内，或者使各限位凸起421伸入连通槽口44位置处。这样，确保支撑部40的支撑筒41和支撑端盖42的连接可靠性的同时，还能够起到限制调磁环结构4的轴向运动的作用，确保支撑部40的支撑筒41和支撑端盖42能够形成一个整体部件，有利于进一步提升调磁环结构4的机械强度。

如图2所示，调磁环结构4还包括锁紧环50，锁紧环50套设在各装配凸起43和各限位凸起421连接的位置处。这样，锁紧环50起到确保支撑筒41和支撑端盖42的连接稳固性的作用。

需要说明的是，在本申请中，锁紧环50由碳纤维等高强度的材料制成，通过缠绕及浸漆的方式锁紧各装配凸起43和各限位凸起421连接的位置处，确保调磁环结构4运行过程中的机械稳定性。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种调磁环结构，其特征在于，包括：

多个调磁块(11)，相邻的两个所述调磁块(11)之间通过连接筋(12)连接以形成调磁环(10)，所述调磁环(10)设置在第一转子结构(1)和第二转子结构(2)围成的环形间隙内；

其中，多个所述调磁块(11)中的至少两个所述调磁块(11)在所述环形间隙的径向上的高度不同；

所述调磁环结构还包括：

支撑部(40)，所述支撑部(40)包括支撑筒(41)和支撑端盖(42)，所述调磁环(10)设置在所述支撑筒(41)内，所述支撑端盖(42)盖设在所述支撑筒(41)上，并位于所述支撑筒(41)的筒口位置处，以限制所述调磁环(10)的轴向移动；

多个所述调磁块(11)中的部分的所述调磁块(11)形成第一调磁块组(20)；

多个所述调磁块(11)中的其余的所述调磁块(11)形成第二调磁块组(30)；

其中，所述第二调磁块组(30)中的各所述调磁块(11)在所述环形间隙的径向上的高度大于所述第一调磁块组(20)中的各所述调磁块(11)在所述环形间隙的径向上的高度。

2.根据权利要求1所述的调磁环结构，其特征在于，所述调磁块(11)的总数为N，所述第一调磁块组(20)中的所述调磁块(11)的个数为n1，所述第二调磁块组(30)中的所述调磁块(11)的个数为n2，其中，N＝n1+n2；

当N为偶数时，n1＝n2＝N/2，所述第一调磁块组(20)中的所述调磁块(11)与所述第二调磁块组(30)中的所述调磁块(11)相间隔地设置。

3.根据权利要求1所述的调磁环结构，其特征在于，所述调磁块(11)的总数为N，所述第一调磁块组(20)中的所述调磁块(11)的个数为n1，所述第二调磁块组(30)中的所述调磁块(11)的个数为n2，其中，N＝n1+n2；

当N为奇数，且n1＝(N-1)/2+1时，所述第一调磁块组(20)中的(N-1)/2个所述调磁块(11)与所述第二调磁块组(30)中的(N-1)/2个所述调磁块(11)相间隔地设置，N个所述调磁块(11)中有两个所述第一调磁块组(20)中的所述调磁块(11)相邻的设置；或，

当N为奇数，且n2＝(N-1)/2+1时，所述第一调磁块组(20)中的(N-1)/2个所述调磁块(11)与所述第二调磁块组(30)中的(N-1)/2个所述调磁块(11)相间隔地设置，N个所述调磁块(11)中有两个所述第二调磁块组(30)中的所述调磁块(11)相邻的设置。

4.根据权利要求1所述的调磁环结构，其特征在于，所述调磁块(11)的第一端与所述连接筋(12)连接，所述调磁块(11)的第二端沿所述环形间隙的径向向外延伸设置。

5.根据权利要求2或3所述的调磁环结构，其特征在于，

所述第一调磁块组(20)中的所述调磁块(11)的第二端的端面的曲率半径为R1，所述第二调磁块组(30)中的所述调磁块(11)的第二端的端面的曲率半径为R2，所述第二转子结构(2)套设在所述第一转子结构(1)的外周侧，且所述第二转子结构(2)的内周面上设置有第二磁性元件(200)，所述第二磁性元件(200)的靠近所述调磁块(11)一侧的端面的曲率半径为R0，所述调磁块(11)与所述第二磁性元件(200)之间的等效气隙的长度为L，满足：L＝((R0-R1)×n1+(R0-R2)×n2)/N，其中，L1＝R0-R1，L2＝R0-R2，0＜L≤1。

6.根据权利要求1所述的调磁环结构，其特征在于，所述支撑筒(41)的筒壁面上设置有装配凸起(43)，所述装配凸起(43)为多个，多个所述装配凸起(43)沿所述筒壁面的周向相间隔地设置，部分相邻的所述装配凸起(43)与所述支撑筒(41)的筒壁面围成装配凹槽(431)，所述装配凹槽(431)为多个，多个所述装配凹槽(431)与所述第一调磁块组(20)中的多个所述调磁块(11)一一对应地设置。

7.根据权利要求6所述的调磁环结构，其特征在于，多个所述装配凸起(43)中除了形成所述装配凹槽(431)以外的所述装配凸起(43)中，位于相邻的所述装配凸起(43)之间的筒壁面处形成有连通槽口(44)，所述连通槽口(44)为多个，多个所述连通槽口(44)与所述第二调磁块组(30)中的多个所述调磁块(11)一一对应地设置。

8.根据权利要求7所述的调磁环结构，其特征在于，所述装配凸起(43)沿所述支撑筒(41)的轴向伸出筒口设置，所述支撑端盖(42)的轴向一侧的端面上设置有限位凸起(421)，所述限位凸起(421)为多个，多个所述限位凸起(421)与多个所述装配凸起(43)交错设置，以使各所述限位凸起(421)伸入各装配凹槽(431)内，或者使各限位凸起(421)伸入所述连通槽口(44)位置处。

9.根据权利要求8所述的调磁环结构，其特征在于，所述调磁环结构还包括：

锁紧环(50)，所述锁紧环(50)套设在各所述装配凸起(43)和各所述限位凸起(421)连接的位置处。

10.一种磁齿轮组件，其特征在于，包括：

第一转子结构(1)，所述第一转子结构(1)套设在转轴结构(3)的外周侧，所述第一转子结构(1)的外周面上设置有第一磁性元件(100)；

第二转子结构(2)，所述第二转子结构(2)套设在所述第一转子结构(1)的外周侧，所述第二转子结构(2)的内周面上设置有第二磁性元件(200)；

调磁环结构(4)，所述调磁环结构(4)设置在所述第一磁性元件(100)和所述第二磁性元件(200)围成的环形间隙内，所述调磁环结构(4)为权利要求1至9中任一项所述的调磁环结构。

11.一种复合电机，所述复合电机包括磁齿轮组件，其特征在于，所述磁齿轮组件为权利要求10所述的磁齿轮组件。

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