CN113949243B - 永磁齿轮变速装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种实现了速比可调的永磁齿轮变速装置，永磁齿轮变速装置中的外磁环包括外磁环外永磁体，外磁环外永磁体在定子产生的旋转磁场的作用下驱使外磁环转动，转动的外磁环可以作为调速环改变内磁环和调磁环之间的速比，通过对定子产生的旋转磁场的调控可以调控外磁环的转速和旋转方向，因此本发明实施例提供的永磁齿轮变速装置实现了速比可调的无级变速功能。

Description

永磁齿轮变速装置

技术领域

本发明涉及永磁齿轮技术领域，更具体地，涉及一种可实现速比可调的永磁齿轮变速装置。

背景技术

永磁齿轮变速装置广泛应用于传动领域，由于其主动轮和从动轮之间没有物理接触，而是利用永磁体磁场件的作用力进行传动，因此永磁齿轮变速装置是传动领域的理想选择，具有性能好、可靠性高的优点。相关技术中的永磁齿轮变速装置一般包括三个主要部件：内磁环、外磁环和调磁环，将其中一个部件固定作为定子，其余两个部件作为动子，以实现速度和动力的变比功能。但是，相关技术中的永磁齿轮变速装置的速比(传动比)固定，或者说档数有限，

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种速比可调的永磁齿轮变速装置。

根据本发明实施例的永磁齿轮变速装置，包括：内磁环、调磁环和外磁环，所述内磁环、所述调磁环和所述外磁环从内向外依次套装且彼此间隔形成气隙，所述内磁环包括内磁环永磁体，所述外磁环包括从内向外依次相连的外磁环内永磁体、外磁环铁芯和外磁环外永磁体；定子，所述定子包括定子铁芯和绕组，所述定子铁芯包括环形的定子轭部和从所述定子轭部向内延伸且沿所述定子轭部的周向间隔分布的多个定子齿部，所述绕组绕设在所述定子齿部上，所述定子套设在所述外磁环上并与所述外磁环间隔形成气隙，所述外磁环能够被所述定子产生的旋转磁场驱动且转速可调；输入轴和输出轴，所述内磁环与所述输入轴传动连接，所述调磁环与所述输出轴传动连接。

根据本发明实施例提供的永磁齿轮变速装置实现了速比可调，其中外磁环包括外磁环外永磁体，外磁环外永磁体在定子产生的旋转磁场的作用下驱使外磁环转动，转动的外磁环可以作为调速环改变内磁环和调磁环之间的速比，通过对定子产生的旋转磁场的调控可以调控外磁环的转速和旋转方向，因此本发明实施例提供的永磁齿轮变速装置实现了速比可调的无级变速功能。

因此，本发明实施例提供的永磁齿轮变速装置具有速比可调的优点。

另外，根据本发明的永磁齿轮变速装置还具有如下附加技术特征：

在一些实施例中，所述内磁环、所述调磁环、所述外磁环、所述定子绕组、所述输入轴和所述输出轴同轴。

在一些实施例中，所述外磁环外永磁体和所述外磁环内永磁体的磁极对数相等。

在一些实施例中，永磁齿轮变速装置包括：调磁环支撑轴承，所述调磁环支撑轴承套设在所述输入轴上；内支撑轴承，所述内支撑轴承在所述内磁环的径向上配合在所述输入轴和所述输出轴之间；第一调磁环法兰和第二调磁环法兰，所述第一调磁环法兰和所述第二调磁环法兰均与所述调磁环相连并在所述内磁环的轴向上分别位于所述内磁环的两侧，所述第一调磁环法兰套设在所述输出轴上并与所述输出轴相连以便所述调磁环与所述输出轴传动连接，所述第二调磁环法兰套设在所述调磁环支撑轴承上以便所述输入轴相对所述第二调磁环法兰可转动。

在一些实施例中，永磁齿轮变速装置还包括：第一外磁环支撑轴承和第二外磁环支撑轴承，所述第一外磁环支撑轴承套设在所述输入轴上，所述第二外磁环支撑轴承套设在所述输出轴上；第一外磁环法兰和第二外磁环法兰，所述第一外磁环法兰和所述第二外磁环法兰均与所述外磁环铁芯相连并在所述内磁环的轴向上分别位于所述调磁环的两侧，所述第一外磁环法兰套设所述第一外磁环支撑轴承上以便所述输入轴相对所述第一外磁环法兰可转动，所述第二外磁环法兰套设在所述第二外磁环支撑轴承上以便所述输出轴相对所述第二外磁环法兰可转动。

在一些实施例中，永磁齿轮变速装置包括第一磁屏蔽环和第二磁屏蔽环，所述内磁环永磁体在所述内磁环的轴向上位于所述第一磁屏蔽环与所述第二磁屏蔽环之间以便屏蔽所述内磁环永磁体的端部磁场；和/或第三磁屏蔽环和第四磁屏蔽环，所述外磁环内永磁体在所述内磁环的轴向上位于所述第三磁屏蔽环与所述第四磁屏蔽环之间以便屏蔽所述外磁环内永磁体的端部磁场；和/或第五磁屏蔽环和第六磁屏蔽环，所述外磁环外永磁体在所述内磁环的轴向上位于所述第五磁屏蔽环与所述第六磁屏蔽环之间以便屏蔽所述外磁环外永磁体的端部磁场。

在一些实施例中，所述第一磁屏蔽环、所述第二磁屏蔽环、所述第三磁屏蔽环、所述第四磁屏蔽环、所述第五磁屏蔽环和所述第六磁屏蔽环均由多个硅钢片叠置而成，相邻所述硅钢片之间通过非导电粘结剂层彼此粘结和隔离。

在一些实施例中，所述调磁环包括：骨架，所述骨架包括在所述浇筑式调磁环的轴向上相对的第一端环和第二端环，所述骨架还包括若干加强柱，若干所述加强柱沿所述浇筑式调磁环的周向间隔排布，每个所述加强柱的第一端与所述第一端环相连，每个所述加强柱的第二端与所述第二端环相连；和多个导磁块，多个所述导磁块沿所述浇筑式调磁环的周向间隔排布且在所述浇筑式调磁环的轴向上位于所述第一端环和所述第二端环之间，相邻所述导磁块之间具有浇筑间隙，所述浇筑间隙内填充有非导磁的浇筑体以便浇筑体浇筑在所述骨架和所述导磁块上。

在一些实施例中，至少一部分所述加强柱组成沿所述浇筑式调磁环的周向依次间隔排布的多个加强柱组，每个加强柱组包括第一加强柱和第二加强柱，多个所述导磁块和多个所述加强柱组一一对应且每个导磁块夹设在与其对应的所述加强柱组的所述第一加强柱和所述第二加强柱之间。

在一些实施例中，每对所述加强柱组中的所述第一加强柱和所述第二加强柱内外设置，每个所述导磁块在所述浇筑式调磁环的径向上位于相应的所述加强柱组的所述第一加强柱和所述第二加强柱之间，所述导磁块的外侧面设有第一定位槽，所述第一加强柱的至少一部分配合在所述第一定位槽内，所述导磁块的内侧面设有第二定位槽，所述第二加强柱的至少一部分配合在所述第二定位槽内，或者，每对所述加强柱组中的所述第一加强柱和所述第二加强柱沿所述浇筑式调磁环的周向间隔设置，每个所述导磁块在所述浇筑式调磁环的周向上位于相应的所述加强柱组的所述第一加强柱和所述第二加强柱之间，所述导磁块在所述浇筑式调磁环的周向上具有相对的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面设有第一定位槽，所述第一加强柱的至少一部分配合在所述第一定位槽内，所述第二侧面设有第二定位槽，所述第二加强柱的至少一部分配合在所述第二定位槽内。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明实施例的永磁齿轮变速装置的结构示意图。

图2是根据本发明实施例的永磁齿轮变速装置的截面图。

图3是根据本发明实施例的调磁环的结构示意图。

图4是图3中调磁环的局部截面图。

图5是根据本发明实施例的加强柱的结构示意图。

图6是根据本发明实施例的第一端环的结构示意图。

图7是根据本发明实施例的第二端环的结构示意图。

图8是根据本发明实施例的导磁块与定位柱的结构示意图。

图9是根据本发明实施例的导磁块的结构示意图。

图10是根据本发明实施例的加强隔环的结构示意图。

图11是根据本发明实施例的磁屏蔽环的结构示意图。

附图标记：

永磁齿轮变速装置001；调磁环002；骨架003；

内磁环004；内磁环永磁体0041；内磁环铁芯0042；内磁环筒体0043；

外磁环005；外磁环内永磁体0051；外磁环铁芯0052；外磁环外永磁体0053；

输入轴0061；输出轴0062；

调磁环支撑轴承0071；内支撑轴承0072；第一外磁环支撑轴承0073；第二外磁环支撑轴承0074；

内磁环法兰008；

第一调磁环法兰0091；第二调磁环法兰0092；第一外磁环法兰0093；第二外磁环法兰0094；

定子100,；定子铁芯110；绕组120；外壳130；

导磁块200；第一侧面201；第一定位槽2011；第二侧面202；第二定位槽2021；第一端环130b；第一螺纹孔131；低速轴安装孔132；第二端环140b；第二螺纹孔141；加强柱510；第一加强柱511；第二加强柱512；浇筑体520；加强隔环530；定位孔532；浇筑孔540；

第一磁屏蔽环610；第二磁屏蔽环620；第三磁屏蔽环630；第四磁屏蔽环640；第五磁屏蔽环650；第六磁屏蔽环660；

硅钢片631；非导电粘结剂层632。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面根据图1-11描述本发明实施例的永磁齿轮变速装置001。永磁齿轮变速装置001包括内磁环004、调磁环002和外磁环005、定子100、输入轴0061和输出轴0062。

内磁环004包括内磁环永磁体0041、内磁环铁芯0042和内磁环筒体0043。内磁环永磁体0041设在内磁环铁芯0042的外周面上，内磁环铁芯0042套设在内磁环筒体0043上，内磁环筒体0043起到了支撑作用。也就是说，内磁环永磁体0041、内磁环铁芯0042和内磁环筒体0043从外向内依次相连，其中内磁环永磁体0041与内磁环铁芯0042的外周面相连，内磁环筒体0043与内磁环铁芯0042的内周面相连。

外磁环005包括外磁环内永磁体0051、外磁环铁芯0052和外磁环外永磁体0053。外磁环内永磁体0051设在外磁环铁芯0052的内周面上，外磁环外永磁体0053设在外磁环铁芯0052的外周面上，也可以说，外磁环内永磁体0051、外磁环铁芯0052和外磁环外永磁体0053从内向外依次相连。

调磁环002包括骨架003和嵌设在骨架003中的导磁块200。内磁环004、调磁环002和外磁环005从内向外依次套装且彼此间隔形成气隙。即调磁环002套设在内磁环004上并与内磁环004之间形成气隙，外磁环005套设在调磁环002上并与调磁环002之间形成气隙。并且，导磁块200在内磁环004的径向上与内磁环永磁体0041和外磁环内永磁体0051相对。

内磁环004与输入轴0061传动连接，调磁环002与输出轴0062传动连接，即内磁环004作为高速端，调磁环002作为低速端输出扭矩，外磁环005固定或空转。例如，如图1所示，输入轴0061的转动带动内磁环004的转动，内磁环004和外磁环005之间形成磁场，设在外磁环005和内磁环004之间的调磁环002在磁场的作用下转动并带动输出轴0062的转动，调磁环002可切割外磁环005和内磁环004之间的磁力线从而起到调磁的作用，实现速度和动力的变比功能。

定子100包括定子铁芯110和绕组120，定子铁芯110包括环形的定子轭部和从定子轭部向内延伸且沿定子轭部的周向间隔分布的多个定子齿部，绕组120绕设在定子齿部上，定子100套设在外磁环005上并与外磁环005间隔形成气隙。外磁环005能够被定子100产生的旋转磁场驱动且转速可调。

具体地，外磁环外永磁体0053与定子100内周面之间形成气隙，定子100通电产生旋转磁场，外磁环外永磁体0053在旋转磁场的作用下趋向于围绕外磁环005的中心轴线旋转，从而表现为整个外磁环005在旋转磁场的带动下围绕外磁环005的中心轴线旋转。通过调节定子100的通电强度，可以调节旋转磁场的磁场强度，从而实现在旋转磁场的作用下转动的外磁环005的转速可调。

根据本发明实施例提供的永磁齿轮变速装置实现了速比可调，其中外磁环包括外磁环外永磁体，外磁环外永磁体在定子产生的旋转磁场的作用下驱使外磁环转动，转动的外磁环可以作为调速环改变内磁环和调磁环之间的速比，通过对定子产生的旋转磁场的调控可以调控外磁环的转速和旋转方向，因此本发明实施例提供的永磁齿轮变速装置实现了速比可调的无级变速功能。

因此，本发明实施例提供的永磁齿轮变速装置具有速比可调的优点。

根据本发明实施例的永磁齿轮变速装置001使用时，通过电机带动输入轴0061转动并带动内磁环004转动，进而内磁环004的转动使得调磁环002切割外磁环005和内磁环004之间的磁力线，进而产生旋转的磁场带动调磁环002转动且该转动通过输出轴0062输出，使得电机输出的动能通过输入轴0061传递给输出轴0062，从而构成无接触的磁齿轮传动。

设内磁环004磁极对数为P1，外磁环005磁极对数为P2，调磁环002导磁块数量为P3，内磁环004、外磁环005和调磁环002满足磁齿轮磁极对数关系，即P3＝P1+P2。

在图1和图2所示的实施例中，内磁环004为高速端，调磁环002为低速端，外磁环005为静止或作为调速环(空转)。

当外磁环005静止，内磁环004为高速端，调磁环002为低速端时，内磁环004和调磁环002的速比为

例如，在一具体实施例中，内磁环004磁极对数为2，外磁环005磁极对数为5，调磁环002导磁块数量为7，假设内磁环004的转速保持恒定35r/min，则具有以下几种情况：

1、当外磁环005静止时，调磁环002正转(转动方向与内磁环004相同)，调磁环002的转速为10r/min，此时速比为3.5；

2、当外磁环005旋转且转动方向与内磁环004相反(反转)，其转速由0增至14r/min时，调磁环002正转且转速由10r/min递减，在这个过程中速比由3.5递减；

3、当外磁环005速度达到14r/min时，调磁环002静止，此时速比为0；

4、当外磁环004的转速超过14r/min时，调磁环002开始反转，随着外磁环005的转速的增大，调磁环002与内磁环004的速比从0开始增加；

5、当外磁环004旋转且转动方向与内磁环004相同(正转)，调磁环002与内磁环004同向转动，速比大于3.5。

综上所述，当外磁环005固定，本发明实施例提供的永磁齿轮变速装置001的速比固定，等同于传统的永磁齿轮变速装置001。当外磁环005空转，外磁环005作为调速环，其转速和旋转方向影响速比。

下面以图1-图11详细描述本发明实施例提供的永磁齿轮变速装置001。

如图1和图2所示，永磁齿轮变速装置001包括从内向外同轴套设的内磁环004、调磁环002、外磁环005和定子100，并且，输入轴0061和输出轴0062均与内磁环004同轴。也就是说，输入轴0061、输出轴0062、内磁环004、外磁环005、调磁环002的中心轴线均相互重合。

永磁齿轮变速装置001还包括内磁环法兰008，内磁环法兰008套设在输入轴0061上且与内磁环筒体0043相连以便内磁环004与输入轴0061传动连接。在本实施例中，内磁环法兰008包括两个，两个内磁环法兰008分别与内磁环筒体0043的左右两端相连，以便将内磁环004稳固地与输入轴0061相连。可以理解的是，本发明不限于此，内磁环004还可经过其他方式与输入轴0061实现传动连接，这里不作列举。

永磁齿轮变速装置001包括调磁环支撑轴承0071和内支撑轴承0072，其中调磁环支撑轴承0071套设在输入轴0061上，用于支撑调磁环002。内支撑轴承0072在内磁环004的径向上配合在输入轴0061和输出轴0062之间，用以保持输入轴0061与输出轴0062之间同轴，以及使输入轴0061和输入轴0061之间能相互转动。

具体地，如图1所示，本实施例中，输出轴0062的第一端(左端)设有凹槽，输入轴0061的第一端(右端)沿内磁环004的轴向伸入凹槽中，内支撑轴承0072位于凹槽中并套设在输入轴0061的第一端上。可以理解的是，本发明不限于此。例如，在其他实施例中，输入轴0061的第一端(右端)设有凹槽，输出轴0062的第一端(左端)沿内磁环004的轴向伸入凹槽中，内支撑轴承0072位于凹槽中并套设在输出轴0062的第一端上。

如图1所示，永磁齿轮变速装置001包括第一调磁环法兰0091和第二调磁环法兰0092，第一调磁环法兰0091和第二调磁环法兰0092均与调磁环002相连并在内磁环004的轴向上分别位于内磁环004的两侧。其中，第一调磁环法兰0091套设在输出轴0062上并与输出轴0062相连以便调磁环002与输出轴0062传动连接，第二调磁环法兰0092套设在调磁环支撑轴承0071上以便输入轴0061相对第二调磁环法兰0092可转动。

也就是说，调磁环002通过第一调磁环法兰0091与输出轴0062实现传动连接，此外，第一调磁环法兰0091对调磁环002还起到支撑作用，如图1所示，第一调磁环法兰0091与调磁环002的右端相连，能对调磁环002的右端进行支撑。第二调磁环法兰0092支承在了调磁环支撑轴承0071上，由于调磁环支撑轴承0071套设在输入轴0061上，因此第二调磁环法兰0092与输入轴0061之间可相对转动。并且，如图1所示，第二调磁环法兰0092与调磁环002的左端相连，能对调磁环002的左端进行支撑，即第二调磁环法兰0092可以在不影响输入轴0061和调磁环002各自转动的情况下，实现对调磁环002的支撑。

可以理解的是，由于第一调磁环法兰0091和第二调磁环法兰0092在内磁环004的轴向上分别位于内磁环004的两侧，即第一调磁环法兰0091和第二调磁环法兰0092在内磁环004的轴向上具有一定的间隔，因此，调磁环002在内磁环004的轴向上具有了间隔开的两个支撑位点，从而可以保证调磁环002的稳定性，避免调磁环002在运行过程中发生跳动。也可以说，第一调磁环法兰0091和第二调磁环法兰0092共同实现了对调磁环002的稳定支撑。

如图1所示，两个内磁环法兰008在内磁环004的轴向上均位于第一调磁环法兰0091和第二调磁环法兰0092之间。

进一步地，永磁齿轮变速装置001包括第一外磁环支撑轴承0073和第二外磁环支撑轴承0074，以及第一外磁环法兰0093和第二外磁环法兰0094。第一外磁环支撑轴承0073套设在输入轴0061上，第二外磁环支撑轴承0074套设在输出轴0062上。第一外磁环法兰0093和第二外磁环法兰0094均与外磁环铁芯0052相连并在内磁环004的轴向上分别位于调磁环002的两侧，第一外磁环法兰0093套设第一外磁环支撑轴承0073上以便输入轴0061相对第一外磁环法兰0093可转动，第二外磁环法兰0094套设在第二外磁环支撑轴承0074上以便输出轴0062相对第二外磁环法兰0094可转动。

也就是说，第一外磁环支撑轴承0073和第二外磁环支撑轴承0074以及第一外磁环法兰0093和第二外磁环法兰0094的设置，使得在不影响输入轴0061、输出轴0062和外磁环005各自转动的情况下，实现对外磁环005的稳定支撑。

如图1所示，第一调磁环法兰0091和第二调磁环法兰0092在内磁环004的轴向上均位于第一外磁环法兰0093和第二外磁环法兰0094之间。

需要说明的是，本实施例提供的永磁齿轮变速装置001对调磁环支撑轴承0071、第一外磁环支撑轴承0073和第二外磁环支撑轴承0074的尺寸要求都不高，因此上述设计尤其适用于大直径的永磁齿轮变速装置001，可以满足百千瓦级永磁齿轮变速装置001大扭矩、大尺寸的要求。这是由于，若将调磁环002套设在调磁环002上对调磁环002进行支撑，或者将第一外磁环支撑轴承0073或第二外磁环支撑轴承0074套设在外磁环005上对外磁环005进行支撑，则对调磁环支撑轴承0071、第一外磁环支撑轴承0073或第二外磁环支撑轴承0074的尺寸提出了更高的要求，增加了设备的成本和制作难度。

在上述实施例中，内支撑轴承0072、调磁环支撑轴承0071、第一外磁环支撑轴承0073、第二外磁环支撑轴承0074、内磁环法兰008、第一调磁环法兰0091、第二调磁环法兰0092、第一外磁环法兰0093和第二外磁环法兰0094的设置保证了永磁齿轮变速装置001的同轴度，同时保证了内磁环004与调磁环002之间以及调磁环002与外磁环005之间的气隙的稳定性，避免内磁环004和调磁环002在转动的时候发生剐蹭，保障了永磁齿轮变速装置001的运行性能和运行稳定性。

可选地，输入轴0061和输出轴0062上设有台阶结构以便安装轴承。

如图1和图2所示，永磁齿轮变速装置001还包括外壳130，外壳130套设在定子100上。

进一步地，如图2所示，所述外磁环外永磁体0053和所述外磁环内永磁体0051的磁极对数相等，以使永磁齿轮变速装置001输出最大的扭矩。

进一步地，永磁齿轮变速装置001中的调磁环002采用调磁环。调磁环002包括骨架003和导磁块200，骨架003包括第一端环130b、第二端环140b以及与第一端环130b和第二端环140b中的每一者相连的若干加强柱510。导磁块200位于第一端环130b和第二端环140b之间，相邻导磁块200之间具有通过浇筑形成的浇筑体520。

下面根据图3-图10描述调磁环002。如图3所示，本发明实施例的调磁环002包括骨架003和多个导磁块200。

骨架003包括在调磁环002的轴向上相对的第一端环130b和第二端环140b。骨架003还包括若干加强柱510，若干加强柱510沿调磁环002的周向间隔排布，每个加强柱510的第一端与第一端环130b相连，每个加强柱510的第二端与第二端环140b相连。

多个导磁块200沿调磁环002的周向间隔排布且在调磁环002的轴向上位于第一端环130b和第二端环140b之间，相邻导磁块200之间具有浇筑间隙，浇筑间隙内填充有非导磁的浇筑体520以便浇筑体520浇筑在骨架003和导磁块200上。

也就是说，多个导磁块200在调磁环002的轴向上被夹持在第一端环130b和第二端环140b之间，导磁块200、加强柱510、第一端环130b和第二端环140b形成了组成调磁环002的笼体，导磁块200和加强柱510作为该笼体的轴向力承载体。在调磁环002的周向上，相邻两个导磁块200之间具有用于浇筑非导磁的浇筑体520的间隙，即浇筑间隙。即在调磁环002的周向上，导磁块200和浇筑体520交替排布。其中浇筑间隙由导磁块200和骨架003共同限定出，浇筑体520是由浇筑材料浇筑在浇筑间隙中形成的。加强柱510的设置提高了调磁环002的结构强度和刚度。

经试验，调磁环002在永磁齿轮变速装置001中作为转子使用时，可以承受高达500MPa的扭矩强度，并满足15000NM的扭矩输出，且调磁环002的整体变形量小于0.5mm。因此，使用本发明实施例的调磁环002解决了百千瓦级永磁齿轮变速装置大扭矩输出的诸多问题，打通了大功率大扭矩永磁齿轮变速装置研发的技术路线，拓展了永磁齿轮变速装置001的适用范围。

并且，可以理解的是，相关技术中的调磁环的骨架通常一体成型，这种一体式骨架上形成了用于安装导磁块的安装槽，其无法再进行内部的加强加工，只能在外侧或内侧设置加强环来增强结构强度和刚度，但该加工方式繁琐，零部件较多且成本较高。而本实施例中的调磁环首先将骨架和导磁块组装成笼体式结构，该笼体式结构包括能够起到加强作用的加强柱，再通过浇筑将导磁块之间的间隙填充形成整体式的调磁环，加工方式合理、简单。

由此，本发明实施例提供的调磁环具有强度和刚度高、承受力高、加工方式简单合理的优点。

需要说明的是，第一端环130b可以为法兰，第二端环140b也可以为法兰，以便调磁环002与传动轴传动连接。如图6所示，第一端环130b为法兰结构，具有低速轴安装孔132，低速轴通过低速轴安装孔132与第一端环130b连接以便调磁环002与低速轴传动连接。或者，第一端环130b和第二端环140b均可与法兰相连以便调磁环002与传动轴传动连接。

如图6和图7所示，第一端环130b上设有多个第一螺纹孔131，第二端环140b上设有多个第二螺纹孔141，加强柱510的第一端和第二端均设有外螺纹，加强柱510的第一端一一对应地配合在第一螺纹孔131中，加强柱510的第二端一一对应地配合在第二螺纹孔141中。通过螺纹配合，加强柱510与第一端环130b和第二端环140b实现定位和相互连接。

进一步地，至少一部分加强柱510组成多个加强柱组，多个加强柱组与多个导磁块200一一对应且沿调磁环002的周向依次间隔排布。每个加强柱组包括第一加强柱511和第二加强柱512，每个导磁块200夹设在与其对应的加强柱组的第一加强柱511和第二加强柱512之间。可以理解的是，第一加强柱511可以包括一个或多个，第二加强柱512也可以包括第一或多个。可选地，导磁块200的第一端与第一端环130b相抵，导磁块200的第二端与第二端环140b相抵，在调磁环002的轴向上，导磁块200被第一端环130b和第二端环140b限位。

在其他实施例中，导磁块200的第一端可以与第一端环130b相连，导磁块200的第二端可以与第二端环140b相连。作为示例，第一端环130b的靠近第二端环140b的端面上形成多个沿调磁环002的周向间隔排布的第一限位槽，第二端环140b的靠近第一端环130b的端面上形成多个沿调磁环002的周向间隔排布的第二限位槽，多个第一限位槽和多个第二限位槽在调磁环002的轴向上一一对应，每个导磁块200的第一端伸入第一限位槽内、第二端伸入与第一限位槽对应的第二限位槽内。由此，导磁块200与第一端环130b和第二端环140b之间形成在调磁环002的轴向、周向和径向上限位。

如图4所示，在本实施例中，全部加强柱510组成多个加强柱组，一个第一加强柱511和一个第二加强柱512组成一个加强柱组。在其他实施例中，可以只有一部分加强柱510组成多个加强柱组，另一部分加强柱510为第三加强柱510，第三加强柱510均匀地沿调磁环002的周向排布以起到进一步加强调磁环002的强度和刚度的作用。

进一步地，如图4所示，每对加强柱组中的第一加强柱511和第二加强柱512沿调磁环002的周向间隔设置。换言之，在调磁环002的周向上，第一加强柱511和第二加强柱512交替设置。每个导磁块200在调磁环002的周向上位于相应的加强柱组的第一加强柱511和第二加强柱512之间。

如图4、图8和图9所示，为了将导磁块200更好地限位，导磁块200在调磁环002的周向上具有相对的第一侧面201和第二侧面202。第一侧面201设有第一定位槽2011，第一加强柱511的至少一部分配合在第一定位槽2011内，第二侧面202设有第二定位槽2021，第二加强柱512的至少一部分配合在第二定位槽2021内。由此，在第一加强柱511和第二加强柱512的作用下，导磁块200在调磁环002的周向上和径向上被限位。导磁块200和骨架003从而形成了一个稳定的笼体式结构，提高了调磁环002的整体结构稳定性。

可以理解的是，本发明不限于此，例如在其他实施例中，每对加强柱组中的第一加强柱511和第二加强柱512内外设置，每个导磁块200在调磁环002的径向上位于相应的加强柱组的第一加强柱511和第二加强柱512之间。导磁块200的外侧面设有第一定位槽2011，第一加强柱511的至少一部分配合在第一定位槽2011内，导磁块200的内侧面设有第二定位槽2021，第二加强柱512的至少一部分配合在第二定位槽2021内。

优选地，如图4所示，导磁块200在调磁环002的周向上等间隔分布，使得调磁环002的结构更加合理。

优选地，导磁块200的长度方向和加强柱510的长度方向均沿调磁环002的轴向延伸，使得调磁环002的结构更加合理。

加强柱510与导磁块200的接触处、加强柱510与第一端环130b、加强柱510与第二端环140b之间做绝缘处理以使得加强柱510与导磁块200、第一端环130b和第二端环140b中的每一者相互绝缘。可选地，加强柱510由非导磁金属材料制成。

进一步地，如图7所示，第二端环140b上设有浇筑孔540，浇筑孔540与每个浇筑间隙连通，以便将浇筑材料注入浇筑间隙中，以形成浇筑体520。在其他实施例中，浇筑孔540也可设在第一端环130b上，或者浇筑孔540设在第一端环130b和第二端环140b中的每一者上。

如图3所示，本实施例中的调磁环002的骨架003包括一个加强隔环530。加强隔环530在浇注式调磁环002的轴向上位于第一端环130b和第二端环140b之间。为了不影响加强柱510的安装，如图10所示，加强隔环530上设置有若干与加强柱510一一对应的定位孔532。定位孔532为通孔，每个加强柱510穿过相应的定位孔532。可以理解的是，在其他实施例中，调磁环002的骨架003可以包括多个沿调磁环002的轴向间隔排布的加强隔环530。

如图3所示，每个导磁块200包括两个沿调磁环002的轴向排布的子导磁块，每个导磁块200的两个子导磁块和加强隔环530在调磁环002的轴向上交替设置，即加强隔环530在调磁环002的轴向上位于相邻两个子导磁块之间，每个子导磁块与加强隔环530相抵。具体地，每个导磁块200包括第一子导磁块和第二子导磁块，在调磁环002的轴向上，第一子导磁块、加强隔环530和第二子导磁块依次排布，并且第一子导磁块和第二子导磁块均与加强隔环530相抵。

可以理解的是，当加强隔环530包括多个时，每个导磁块200包括两个以上沿调磁环002的轴向排布的子导磁块，每个导磁块200的多个子导磁块和至少一个加强隔环530在轴向交替设置，每个加强隔环530在轴向上位于相邻两个子导磁块之间，每个子导磁块与相邻的加强隔环530相抵。

进一步地，加强隔环530在调磁环002径向上的尺寸小于导磁环在调磁环002径向上的尺寸，以便形成与每个浇筑间隙连通的环形浇筑流道。也就是说，由于加强隔环530在调磁环002径向上的尺寸小于导磁环在调磁环002径向上的尺寸，加强隔环530的内侧和/或外侧可以形成环形浇筑流道，该环形浇筑流道可以与每个浇筑间隙连通，以便浇筑材料可以通过浇筑间隙进入环形浇筑流道中，环形浇筑流道中的浇筑材料也可以进入浇筑间隙中，以实现浇筑材料能够更好地填充在每一个浇筑间隙中。

具体地，在本实施例中，在将导磁块200和骨架003安装完毕后，将未浇筑的笼体结构置于浇筑模具中，浇筑内模具与导磁块200的内端面相抵，浇筑外模具与导磁块200的外端面相抵。浇筑模具和浇筑间隙限定出直线型浇筑流道，浇筑模具和加强隔环530形成环形浇筑流道，直线型浇筑流道与环形浇筑流道相互连通形成浇筑流道，通过第二端环140b上的浇筑孔540向浇筑流道中注入浇筑材料。

浇筑材料通过浇注孔进入浇筑间隙中，并沿着浇筑间隙流动进入环形浇筑流道，浇筑材料流经环形浇注流道后，再次进入浇筑间隙并向靠近第一端环130b的方向流动直到浇筑材料将浇筑间隙和环形浇筑流道完全填充。

此外，由于环形浇筑流道的存在，如图7所示，第二端环140b上的浇筑孔540数量可以少于浇筑间隙的数量，如此设置减少了浇筑孔540的加工量，提高了第二端环140b的结构强度。

进一步地，为了使得浇筑材料能够更好地进行流通，加强隔环530上也可以开设浇筑孔540，可选地，如图10所示，浇筑孔540位于定位孔532的内侧。

需要说明的是，本发明的其他实施例中的调磁环002也可不包括加强隔环530，同样可以实现提高调磁环结构强度和刚度的效果，作为示例，在这些实施例中，第二端环140b上设有多个浇筑孔540，浇筑孔540的数量与浇筑间隙的数量相同且一一对应，浇筑孔540与其对应的浇筑间隙相连通，以便通过浇筑孔540向浇筑间隙中注入浇筑材料，浇筑材料固化后形成浇筑体520。

在永磁齿轮变速装置001进行性能测试的过程中，本领域的研究人员发现，永磁齿轮变速装置001的传动效率较低，并且随着转速的升高，永磁齿轮变速装置001的损耗功率也会在增大。当永磁齿轮变速装置001的高速端(内磁环004和输入轴0061)的转速超过500r/min时，永磁齿轮变速装置001的效率低于50％。本领域的研究人员研究发现，这是由于内磁环004和外磁环005相对运动，在永磁齿轮变速装置001内，形成了交变磁场，因此调磁环001、内磁环004和外磁环005中的导磁导电构件(如内磁环永磁体0041、外磁环永磁体0051内磁环铁芯0042、外磁环铁芯0052)易在交变磁场中形成涡流损耗。

由此，本领域的研究人员认为永磁体和铁芯的涡流损耗是引起永磁齿轮变速装置001的损耗的主要因素，为降低永磁齿轮变速装置001损耗值，提高其传动效率，本领域的研究人员改进了调磁环001和内磁环永磁体0041、外磁环永磁体0051的材料及结构，包括：调磁环骨架材料的改进、调磁环骨架和导块结构的改进、磁环永磁体导电性能的改进等。经过改进，永磁齿轮变速装置001的损耗值下降，低速效率接近95％。但是随着转速升高，损耗增大，当高速端转速达到1000r/min，变速机效率仅为76％。这说明永磁齿轮变速装置001内部仍然存在较大涡流损耗，证明除调磁环001、内磁环004和外磁环005外，还存在一个影响永磁齿轮变速装置001涡流损耗和传动效率的潜在的重要因素。

本申请的技术人员继续对永磁齿轮变速装置001进行探究试验，发现实施例三中的外支撑轴承0071处温升最大。经过研究发现，永磁齿轮变速装置001内存在比较明显的永磁体端部漏磁，而且越靠近调磁环001，磁场越强，漏磁越明显。

本申请的技术人员认识到，漏磁的存在使得永磁齿轮变速装置001在工作时，永磁体周围的金属构件处于交变磁场中，尤其是外磁环005和调磁环001周围的磁场波动较高，从而使得周围金属构件产生较大的涡流损耗，不仅降低永磁变速装置的传动效率，还降低了金属构件的运行可靠性。

永磁体漏磁无法避免，只能采用一定的方法进行屏蔽。因此，本发明的实施例五提供一种利用磁屏蔽环对永磁体的端部磁场进行屏蔽的永磁齿轮变速装置001，该永磁齿轮变速装置001的涡流损耗降低、传动效率提高。

本实施例提供的永磁齿轮变速装置001进一步包括第一磁屏蔽环610和第二磁屏蔽环620、第三磁屏蔽环630和第四磁屏蔽环640、第五磁屏蔽环650和第六磁屏蔽环660。

内磁环永磁体0041在内磁环004的轴向上位于第一磁屏蔽环610与第二磁屏蔽环620之间以便屏蔽内磁环永磁体0041的端部磁场。也就是说，第一磁屏蔽环610和第二磁屏蔽环620在内磁环004的轴向上分别位于内磁环永磁体0041的两侧，内磁环永磁体0041的端部磁场被第一磁屏蔽环610和第二磁屏蔽环620屏蔽，即内磁环永磁体0041的端部泄露的磁场被第一磁屏蔽环610和第二磁屏蔽环620拦截，避免了内磁环永磁体0041的端部漏磁影响周围金属构件(例如内磁环法兰0081)，产生涡流损耗，从而降低了周围金属构件的涡流损耗，进一步提高永磁齿轮变速装置001的传动效率。

外磁环内永磁体0051在内磁环004的轴向上位于第三磁屏蔽环630与第四磁屏蔽环640之间以便屏蔽外磁环内永磁体0051的端部磁场。也就是说，第三磁屏蔽环630和第四磁屏蔽环640在内磁环004的轴向上分别位于外磁环内永磁体0051的两侧，外磁环内永磁体0051的端部磁场被第三磁屏蔽环630和第四磁屏蔽环640屏蔽，即外磁环内永磁体0051的端部泄露的磁场被第三磁屏蔽环630和第四磁屏蔽环640拦截，避免了外磁环内永磁体0051的端部漏磁影响周围金属构件(例如第一外磁环法兰0093；第二外磁环法兰0094)，从而降低了周围金属构件的涡流损耗，提高了整机传动效率。

外磁环外永磁体0053在内磁环004的轴向上位于第五磁屏蔽环650与第六磁屏蔽环660之间以便屏蔽外磁环外永磁体0053的端部磁场。也就是说，第五磁屏蔽环650和第六磁屏蔽环660在内磁环004的轴向上分别位于外磁环外永磁体0053的两侧，外磁环外永磁体0053的端部磁场被第五磁屏蔽环650和第六磁屏蔽环660屏蔽，即外磁环外永磁体0053的端部泄露的磁场被第五磁屏蔽环650和第六磁屏蔽环660拦截，避免了外磁环外永磁体0053的端部漏磁影响周围金属构件，从而降低了周围金属构件的涡流损耗，提高了整机传动效率。

根据本发明实施例提供的永磁齿轮变速装置论证了端部漏磁产生的涡流损耗是影响永磁齿轮变速装置传动效率的重要因素，通过在外磁环永磁体的端部采用磁屏蔽措施，即采用磁屏蔽环对外磁环永磁体的端部漏磁进行屏蔽，从而降低永磁齿轮变速装置内的涡流损耗，提高了传动效率。本发明实施例提供的永磁齿轮变速装置的整体传动效率提升至90％以上。

如图11所示，本实施例中的磁屏蔽环(第一磁屏蔽环610、第二磁屏蔽环620、第三磁屏蔽环630、第四磁屏蔽环640、第五磁屏蔽环650或第六磁屏蔽环660)由多个硅钢片631叠置而成，相邻硅钢片631之间通过非导电粘结剂层632彼此粘结和隔离。由此使得永磁齿轮变速装置001在运行时，永磁体端部的漏磁主要集中在磁屏蔽环的硅钢片631中，由于硅钢片631的涡流损耗与大块导体小的多，从而永磁齿轮变速装置001的涡流损耗得到降低、传动效率提高。本发明不限于此，在其他实施例中，磁屏蔽环由多个软磁材料层叠置而成，相邻软磁材料层之间通过非导电粘结剂层彼此粘结和隔离，也可以起到磁屏蔽作用。

需要说明的是，正是由于本申请的技术人员意识到端部漏磁产生的涡流损耗是影响永磁齿轮变速装置传动效率的重要因素，并采取了相应措施，降低了永磁齿轮变速装置内的涡流损耗，提高了传动效率。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种永磁齿轮变速装置，其特征在于，包括：

内磁环、调磁环和外磁环，所述内磁环、所述调磁环和所述外磁环从内向外依次套装且彼此间隔形成气隙，所述内磁环包括内磁环永磁体，所述外磁环包括从内向外依次相连的外磁环内永磁体、外磁环铁芯和外磁环外永磁体；

定子，所述定子包括定子铁芯和绕组，所述定子铁芯包括环形的定子轭部和从所述定子轭部向内延伸且沿所述定子轭部的周向间隔分布的多个定子齿部，所述绕组绕设在所述定子齿部上，所述定子套设在所述外磁环上并与所述外磁环间隔形成气隙，所述外磁环能够被所述定子产生的旋转磁场驱动且转速可调；

输入轴和输出轴，所述内磁环与所述输入轴传动连接，所述调磁环与所述输出轴传动连接；

调磁环支撑轴承，所述调磁环支撑轴承套设在所述输入轴上；

内支撑轴承，所述内支撑轴承在所述内磁环的径向上配合在所述输入轴和所述输出轴之间；

第一调磁环法兰和第二调磁环法兰，所述第一调磁环法兰和所述第二调磁环法兰均与所述调磁环相连并在所述内磁环的轴向上分别位于所述内磁环的两侧，所述第一调磁环法兰套设在所述输出轴上并与所述输出轴相连以便所述调磁环与所述输出轴传动连接，所述第二调磁环法兰套设在所述调磁环支撑轴承上以便所述输入轴相对所述第二调磁环法兰可转动；

第一外磁环支撑轴承和第二外磁环支撑轴承，所述第一外磁环支撑轴承套设在所述输入轴上，所述第二外磁环支撑轴承套设在所述输出轴上；和第一外磁环法兰和第二外磁环法兰，所述第一外磁环法兰和所述第二外磁环法兰均与所述外磁环铁芯相连并在所述内磁环的轴向上分别位于所述调磁环的两侧，所述第一外磁环法兰套设所述第一外磁环支撑轴承上以便所述输入轴相对所述第一外磁环法兰可转动，所述第二外磁环法兰套设在所述第二外磁环支撑轴承上以便所述输出轴相对所述第二外磁环法兰可转动。

2.根据权利要求1所述的永磁齿轮变速装置，其特征在于，所述内磁环、所述调磁环、所述外磁环、所述定子绕组、所述输入轴和所述输出轴同轴。

3.根据权利要求1所述的永磁齿轮变速装置，其特征在于，所述外磁环外永磁体和所述外磁环内永磁体的磁极对数相等。

4.根据权利要求1所述的永磁齿轮变速装置，其特征在于，包括：

第一磁屏蔽环和第二磁屏蔽环，所述内磁环永磁体在所述内磁环的轴向上位于所述第一磁屏蔽环与所述第二磁屏蔽环之间以便屏蔽所述内磁环永磁体的端部磁场；和/或

第三磁屏蔽环和第四磁屏蔽环，所述外磁环内永磁体在所述内磁环的轴向上位于所述第三磁屏蔽环与所述第四磁屏蔽环之间以便屏蔽所述外磁环内永磁体的端部磁场；和/或

第五磁屏蔽环和第六磁屏蔽环，所述外磁环外永磁体在所述内磁环的轴向上位于所述第五磁屏蔽环与所述第六磁屏蔽环之间以便屏蔽所述外磁环外永磁体的端部磁场。

5.根据权利要求4所述的永磁齿轮变速装置，其特征在于，所述第一磁屏蔽环、所述第二磁屏蔽环、所述第三磁屏蔽环、所述第四磁屏蔽环、所述第五磁屏蔽环和所述第六磁屏蔽环均由多个硅钢片叠置而成，相邻所述硅钢片之间通过非导电粘结剂层彼此粘结和隔离。

6.根据权利要求1所述的永磁齿轮变速装置，其特征在于，所述调磁环包括：

骨架，所述骨架包括在所述调磁环的轴向上相对的第一端环和第二端环，所述骨架还包括若干加强柱，若干所述加强柱沿所述调磁环的周向间隔排布，每个所述加强柱的第一端与所述第一端环相连，每个所述加强柱的第二端与所述第二端环相连；和

多个导磁块，多个所述导磁块沿所述调磁环的周向间隔排布且在所述调磁环的轴向上位于所述第一端环和所述第二端环之间，相邻所述导磁块之间具有浇筑间隙，所述浇筑间隙内填充有非导磁的浇筑体以便浇筑体浇筑在所述骨架和所述导磁块上。

7.根据权利要求6所述的永磁齿轮变速装置，其特征在于，至少一部分所述加强柱组成沿所述调磁环的周向依次间隔排布的多个加强柱组，每个加强柱组包括第一加强柱和第二加强柱，多个所述导磁块和多个所述加强柱组一一对应且每个导磁块夹设在与其对应的所述加强柱组的所述第一加强柱和所述第二加强柱之间。

8.根据权利要求7所述的永磁齿轮变速装置，其特征在于，每对所述加强柱组中的所述第一加强柱和所述第二加强柱内外设置，每个所述导磁块在所述调磁环的径向上位于相应的所述加强柱组的所述第一加强柱和所述第二加强柱之间，所述导磁块的外侧面设有第一定位槽，所述第一加强柱的至少一部分配合在所述第一定位槽内，所述导磁块的内侧面设有第二定位槽，所述第二加强柱的至少一部分配合在所述第二定位槽内，或者，每对所述加强柱组中的所述第一加强柱和所述第二加强柱沿所述调磁环的周向间隔设置，每个所述导磁块在所述调磁环的周向上位于相应的所述加强柱组的所述第一加强柱和所述第二加强柱之间，所述导磁块在所述调磁环的周向上具有相对的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面设有第一定位槽，所述第一加强柱的至少一部分配合在所述第一定位槽内，所述第二侧面设有第二定位槽，所述第二加强柱的至少一部分配合在所述第二定位槽内。

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