CN113949246B

CN113949246B - 轴向磁通的磁齿轮

Info

Publication number: CN113949246B
Application number: CN202111164933.0A
Authority: CN
Inventors: 高凌宇; 罗帅; 鲁仰辉; 范霁红; 于成伟; 魏立军; 吴先峰; 王晋中; 李高盛; 曹菡; 边卓伟; 严帅
Original assignee: State Power Investment Group Science and Technology Research Institute Co Ltd
Current assignee: State Power Investment Group Science and Technology Research Institute Co Ltd
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2023-03-31
Anticipated expiration: 2041-09-30
Also published as: CN113949246A

Abstract

本发明提供了一种轴向磁通的磁齿轮，包括输入转子、输出转子和调磁环，输入转子包括输入转子本体和设在输入转子本体上的M对第一磁性件，第一磁性件沿磁齿轮的周向分布且其拓扑结构满足海尔贝克阵列排布；输出转子包括输出转子本体和设在输出转子本体上的N对第二磁性件，第二磁性件沿磁齿轮的周向分布且其拓扑结构满足海尔贝克阵列排布；调磁环包括调磁环本体和M+N个调磁块，M+N个调磁块沿磁齿轮的周向间隔排布，其中，输入转子、调磁环、输出转子同轴并沿轴向依次间隔设置，磁齿轮的磁场耦合面为垂直于其轴向的圆形截面，耦合面积更大。

Description

轴向磁通的磁齿轮

技术领域

本申请涉及永磁变速机制造技术领域，具体设计一种轴向磁通的磁齿轮

背景技术

磁齿轮由于无接触传动等优势很早就受到国际学者们的广泛关注，但由于传动结构的磁齿轮扭矩密度过低且拓扑结构过于复杂，应用具有一定局限性。由K.Atallah与D.Howe于2001年基于永磁联轴器改进的磁场调制式磁齿轮转矩密度具有大幅度的提升，拓宽了磁齿轮的应用价值。目前应用较广的磁场调制式磁齿轮通常包括：内转子、调磁环和外转子，其中调磁环位于内转子和外转子之间，内转子和外转子上的永磁体均采用径向充磁，并在磁路中形成进项磁场。后续的相关技术也在磁场调制式磁齿轮的基础上进行了多种改进，例如CN202206274U、CN112600388A。但是改进后的磁齿轮仍然存在结构复杂、体积大、质量重等问题，难以应用于具有狭小空间限制的小型无人设备领域。

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轴向磁通的磁齿轮，转矩密度大，能够适应狭小空间尺度下的应用，适用于高密度无人设备舵机等小型设备。

本发明实施例的轴向磁通的磁齿轮包括：输入转子，所述输入转子包括输入转子本体和设在所述输入转子本体上的M对第一磁性件，所述第一磁性件沿所述磁齿轮的周向分布且其拓扑结构满足海尔贝克阵列排布；输出转子，所述输出转子包括输出转子本体和设在所述输出转子本体上的N对第二磁性件，所述第二磁性件沿所述磁齿轮的周向分布且其拓扑结构满足海尔贝克阵列排布；调磁环，所述调磁环包括调磁环本体和M+N个调磁块，M+N个所述调磁块沿所述磁齿轮的周向间隔排布，其中，所述输入转子、所述调磁环、所述输出转子同轴并沿轴向依次间隔设置，所述磁齿轮的磁场耦合面为垂直于其轴向的圆形截面。

本申请实施例提供的磁齿轮的磁场耦合面为垂直于其轴向的圆形截面，与传统的径向磁通磁齿轮相比，产生耦合磁场的面积更大，即磁场耦合面积更大。因此本申请提供的磁齿轮具有更高的转矩密度和功率传递能力，并且还可以具有更小的体积和更轻的重量，适用于高密度无人设备舵机等小型设备领域，解决了小型舵机的减速问题，有效降低运动部件的转矩，以适应高速舵机的精确控制，满足该领域的需求。

此外，本申请实施例提供的磁齿轮结构简单、可靠性高，更易于小型化，还由于无接触传动具有自动过载保护的功能，保护运动部件不易受损，同时降低了维护成本。

在一些实施例中，在所述周向上相邻的两个所述第一磁性件之间在所述周向上的最小间隔与所述第一磁性件在所述周向上的最大尺寸之比为1:4-1:10.67；和/或，在所述周向上相邻的两个所述第二磁性件之间在所述周向上的最小间隔与所述第二磁性件在所述周向上的最大尺寸之比为1:4-1:10.67。

在一些实施例中，所述第一磁性件和所述第二磁性件均为长方体。

在一些实施例中，所述输入转子本体和所述输出转子本体均由非导磁材料制成。

在一些实施例中，所述第一磁性件为长方形体，所述第一磁性件的厚度方向为所述轴向，所述第一磁性件垂直与所述轴向的横截面为长方形，所述第一磁性件的厚度与所述长方形的任意边长之比小于等于1.62:1；和/或，所述第二磁性件为长方形体，所述第二磁性件的厚度方向为所述轴向，所述第二磁性件垂直与所述轴向的横截面为长方形，所述第二磁性件的厚度与所述长方形的任意边长之比小于等于1.62:1。

在一些实施例中，所述第一磁性件沿所述输入转子的径向分为多列，多列所述第一磁性件均包括M对沿所述周向间隔排布的所述第一磁性件；

和/或，所述第二磁性件沿所述输出转子的径向分为多列，多列所述第二磁性件均包括N对沿所述周向间隔排布的所述第二磁性件。

在一些实施例中，所述第一磁性件沿所述输入转子的径向分为L列，L为大于等于3的正整数，从内向外排列的第一磁性件列分别为第一列、。。第L’列，中L’为小于等于L的正整数。

第一列所述第一磁性件列包括nM块轴向充磁的第一磁性件和nM块周向充磁的第一磁性件，其中n为正整数，

当L’为偶数时，第L’列所述第一磁性件列包括n^(L’-1)M块轴向充磁的第一磁性件和n^(L’-2)M块周向充磁的第一磁性件，当L’为奇数时，第L’列所述第一磁性件列包括n^(L’-1)M块轴向充磁的第一磁性件和n^(L’-1)M块周向充磁的第一磁性件。

在一些实施例中，所述第一磁性件沿所述输入转子的径向分为两列，

位于内侧的第一磁性件列包括nM块轴向充磁的第一磁性件和nM块周向充磁的第一磁性件，其中n为正整数，

位于外侧的第一磁性件列包括nM块轴向充磁的第一磁性件和2nM块周向充磁的第一磁性件，或者，位于外侧的第一磁性件列包括2nM块轴向充磁的第一磁性件和nM块周向充磁的第一磁性件。

在一些实施例中，所述输入转子还包括设在所述输入转子本体上的Z₁个第三磁性件，所述输出转子还包括设在所述输出转子本体上的Z₂个第四磁性件，所述第三磁性件位于所述第一磁性件的内侧且沿所述周向间隔设置，所述第四磁性件位于所述第二磁性件的内侧且沿所述周向间隔设置，所述第三磁性件与所述第四磁性件互斥或相吸，

其中，Z₁为2M和2N的公因数或4的整数倍，Z₂为2M和2N的公因数或4的整数倍。

在一些实施例中，在所述周向上相邻的两个所述第三磁性件之间在所述周向上的最小间隔与所述第三磁性件在所述周向上的最大尺寸之比为1:2-3:1；

在所述周向上相邻的两个所述第四磁性件之间在所述周向上的最小间隔与所述第四磁性件在所述周向上的最大尺寸之比为1:2-3:1；

在一些实施例中，轴向磁通的磁齿轮包括：壳体，所述输入转子、所述调磁环和所述输出转子均设在所述壳体内，所述输入转子和所述输出转子相对所述壳体可转动地设置，所述调磁环与所述壳体相对固定；输入轴和输出轴，所述输入轴与所述输入转子相连，所述输出轴与所述输出转子相连，从而驱动所述输出轴转动。

在一些实施例中，轴向磁通的磁齿轮包括：第一轴承、第二轴承、第三轴承和第四轴承，所述输入轴通过所述第一轴承与所述壳体配合以实现相对转动，所述输出轴通过所述第二轴承与所述壳体配合以实现相对转动，所述调磁环通过所述第三轴承与所述输入转子配合以实现相对转动，所述调磁环通过所述第四轴承与所述输出转子配合以实现相对转动。

附图说明

图1是本发明一个实施例的轴向磁通的磁齿轮的爆炸示意图。

图2是本发明另一实施例的轴向磁通的磁齿轮的爆炸示意图。

图3是本发明一个实施例的输入转子(输出转子)的结构示意图。

图4是本发明另一实施例的输入转子(输出转子)的结构示意图。

图5是本发明一个实施例的磁齿轮的剖视图。

图6是本发明一个实施例中输入转子(输出转子)的拓扑结构示意图。

附图标记：

磁齿轮100；

输入转子110；输入转子本体111；第一磁性件112；第三磁性件113；

输出转子120；输出转子本体121；第二磁性件122；

调磁环130；调磁块131；

输入轴141；输出轴142；转轴143；

第一轴承151；第二轴承152；第三轴承153；第四轴承154；

壳体160；动平衡校正孔170；

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述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。

下面以图1-图5描述本发明实施例中的轴向磁通的磁齿轮100。如图1所示，磁齿轮100包括输入转子110、输出转子120和调磁环130。

其中输入转子110包括输入转子本体111和M对第一磁性件112，第一磁性件112设在输入转子本体111上，具体形式可为嵌设或粘贴。输出转子120包括输出转子本体121和N对第二磁性件122，第二磁性件122设在输出转子本体121上，具体形式可为嵌设或粘贴。需要说明的是，此处所述输入转子110包括M对第一磁性件112中的M，以及输出转子120包括N对第二磁性件122中的N，均指磁极对数，与第一磁性件112和第二磁性件122的具体块数无关。M和N的取值与磁齿轮的传动比相关，第一磁性件112的具体块数为M的整数倍，第二磁性件122的具体块数为N的整数倍。

第一磁性件112沿磁齿轮100的周向分布，第二磁性件122沿磁齿轮100的周向分布。并且，第一磁性件112的拓扑结构和第二磁性件122的拓扑结构均满足海尔贝克阵列排布。海尔贝克阵列(Halbach Array)是一种工程上的近似理想的磁体结构，可用最少量的磁体产生最强的磁场。使第一磁性件112的拓扑结构和第二磁性件122的拓扑结构均满足海尔贝克阵列排布，可以提高磁齿轮100的转矩密度，增强磁齿轮100的功率传递能力，减小磁齿轮100的体积。

调磁环130包括调磁环本体和M+N个调磁块131，M+N个调磁块131沿磁齿轮100的周向间隔排布。可以理解的是，M和N均为正整数。调磁环130设有M+N个调磁块131，以使磁场调制波形与输入转子110和输出转子120的磁极对的磁场耦合，实现磁齿轮100的正常传动。

输入转子110、调磁环130、输出转子120同轴并沿轴向依次间隔设置，磁齿轮的磁场耦合面为垂直于其轴向的圆形截面。也就是说，本申请中的磁齿轮100为轴向磁通的磁齿轮，与传统的磁场耦合面为径向切面的径向磁通磁齿轮相比，轴向切面的磁场耦合面更大，从而本申请的磁齿轮100具有了更高的转矩密度，因此能够适应狭小空间尺度中的应用。

当本申请实施例的磁齿轮100工作时，调磁环130固定不用，驱动输入转子110转动形成时变空间磁场，调磁环130用以对输入转子110和输出转子120中的永磁体产生的磁场进行调制，以实现输入转子110和输出转子120的变速、变转矩运行。磁场经过调磁环130调制后与输出转子120发生耦合，调动输出转子120转动，即实现转矩的平稳传递。

下面以图1-图5详细描述本申请提供的若干具体实施例中的磁齿轮100。

如图1所示，磁齿轮100包括输入转子110、输出转子120、调磁环130、壳体160、输入轴141、输出轴142以及若干轴承。

输入转子110、调磁环130和输出转子120均设在壳体内，输入转子110和输出转子120相对壳体160可转动地设置，调磁环130与壳体相对固定。输入轴141与输入转子110相连，输出轴142与输出转子120相连。输入轴141和输出轴142均从壳体160中伸出。输入轴141驱动输入转子110旋转，调磁环130和壳体160静止不动，输出转子120在磁场的作用下旋转，输出转子120驱动输出轴142转动，完成扭矩传递。

在本实施例中，第一磁性件112嵌设在输入转子本体111中，第二磁性件122嵌设在输出转子本体121中，调磁块131嵌设在调磁环本体中。为了提高结构合理性，第一磁性件112、第二磁性件122和调磁块131均均匀设置。例如，调磁块131沿磁齿轮100的周向等间隔排布。

可选地，第一磁性件112和第二磁性件122为可提供永磁场的硬磁材料，包括但不限于各向同性及各向异性粘结稀土永磁体；钕铁硼，衫钴等烧结稀土永磁体；钇钡铜氧等超导材料等。优选地，材料为烧结钕铁硼永磁体，牌号优选范围为N40-N54。调磁块131的材料选择应为具有高导磁性能的软磁材料，如碳钢、坡莫合金、硅钢等事宜用作铁芯的非奥氏体铁磁材料。

第一磁性件112和第二磁性件112均为长方形体，其垂直于磁齿轮100的轴向的横截面为长方形，且其中一个棱边沿磁齿轮100的轴向延伸。调磁块131为圆柱体，其中心轴线与磁齿轮100的中心轴线相互平行。作为替代方案，第一磁性件112和第二磁性件112可以为轴向与磁齿轮100轴向相同的圆柱体，调磁块131可以为长方形体。

为进一步提高海尔贝克阵列的磁场增强效果，使本申请实施例提供的磁齿轮100的体积更小。在输入转子110和输出转子120中，磁性件之间的最小间隙优选为满足结构强度条件下的最小值。

可选地，在磁齿轮100的周向上相邻的两个第一磁性件112之间在磁齿轮100的周向上的最小间隔与第一磁性件112在周向上的最大尺寸之比为1:4-1:10.67。在磁齿轮100的周向上相邻的两个第二磁性件之间在磁齿轮100的周向上的最小间隔与第二磁性件122在周向上的最大尺寸之比为1:4-1:10.67。如此设置使得输入转子110和输出转子120既能满足结构强度要求，又能在最大限度内紧凑结构、增强磁场、缩小体积，满足狭小空间约束下的海尔贝克阵列排布。

进一步地，由于海尔贝克阵列自身的磁屏蔽特点，本申请实施例中的输入转子本体111和输出转子本体121均不具备铁芯结构，即均可由非导磁材料制成。海尔贝克阵列的自屏蔽作用与磁性件的厚度有关，为了进一步提高海尔贝克阵列的自屏蔽效果，提升整机的转矩密度。

将磁齿轮100的轴向作为第一磁性件112和第二磁性件122的厚度方向，即第一磁性件112的厚度为其在磁齿轮100的轴向上的尺寸，第二磁性件122的厚度为其在磁齿轮100的轴向上的尺寸。第一磁性件112在垂直于磁齿轮100的轴向上的横截面(长方形)的长为a₁，宽为b₁，第一磁性件112的厚度为c₁。第二磁性件122在垂直于磁齿轮100的轴向上的横截面(长方形)的长为a₂，宽为b₂，第二磁性件122的厚度为c₂。

可选地，第一磁性件112的厚度与长方形的任意边长之比小于等于1.62:1，也就是说，a₁：c₁≤1.62:1，且b₁：c₁≤1.62:1。第二磁性件122的厚度与长方形的任意边长之比小于等于1.62:1，也就是说，a₂：c₂≤1.62:1，且b₂：c₂≤1.62:1。

需要说明的是，输入转子110和输出转子120的尺寸即需要满足速比要求下的磁性件块数要求，也需要与可加工性能匹配。

进一步地，第一磁性件112沿输入转子110的径向分为多列，每列第一磁性件112均包括多个第一磁性件112，同一列第一磁性件112中的多个第一磁性件112沿磁齿轮100的周向间隔排布，优选等间隔排布。多列第一磁性件依次套设，在输入转子110的径向上间隔排布。从内向外排列的第一磁性件的列均包括M对沿周向间隔排布的第一磁性件112，这是由于一旦M的值根据传动速比确定，为了满足磁齿轮的扭矩传递，每一列的第一磁性件的磁极对数均应为M，不受列数的影响。与第一磁性件112类似地，第二磁性件122沿输出转子120的径向分为多列。

可以理解的是，输入转子110的径向与输出转子120的径向相同。每列第二磁性件122均包括多个第二磁性件122，同一列第二磁性件122中的多个第二磁性件122沿磁齿轮100的周向间隔排布，优选等间隔排布。多列第二磁性件122依次套设，在输出转子120的径向上间隔排布。从内向外排列的第二磁性件的列均包括N对沿周向间隔排布的第二磁性件122,同上，这是由于一旦N的值根据传动速比确定，为了满足磁齿轮的扭矩传递，每一列的第二磁性件的磁极对数均应为N，不受列数的影响。

当第一磁性件112包括多列时，其排布具有一定的规律。具体如下：

在一些实施例中，若第一磁性件沿输入转子的径向分为两列，

位于内侧的第一磁性件列包括nM块轴向充磁的第一磁性件和nM块周向充磁的第一磁性件，其中n为正整数，也就是说，位于最内侧的第一磁性件列包括M的正数倍的轴向充磁的第一磁性件112和M的正数倍的周向充磁的第一磁性件112。

在另一些实施例中，若第一磁性件112沿输入转子的径向分为L列，L为大于等于3的正整数，从内向外排列的第一磁性件列分别为第1列、。。第L’列，中L’为小于等于L的正整数。也就是说，位于最内侧的第一磁性件列为第一列，位于次内侧的第一磁性件列为第二列，。。。位于最外侧的第一磁性件列为第L列，以L’表述第一磁性件的列数。

第一列第一磁性件列包括nM块轴向充磁的第一磁性件和nM块周向充磁的第一磁性件，其中n为正整数。也就是说，位于最内侧的第一磁性件列包括M的正数倍的轴向充磁的第一磁性件112和M的正数倍的周向充磁的第一磁性件112。

其中，当L’为偶数时，第L’列第一磁性件列包括n^(L’-1)M块轴向充磁的第一磁性件112和n^(L’-2)M块周向充磁的第一磁性件112；

当L’为奇数时，第L’列第一磁性件列包括n^(L’-1)M块轴向充磁的第一磁性件112和n^(L’-1)M块周向充磁的第一磁性件112。

下面以图6为例描述本申请的一个具体实施例，如图6所示，多个第一磁性件112分为三排。输入转子110的磁极对数为2，即M为2。

第一列包括2*2即4块轴向充磁的第一磁性件112和2*2块周向充磁的第一磁性件112；

第二列包括2*2块轴向充磁的第一磁性件112和2*2*2块周向充磁的第一磁性件112；

第三列包括2*2*2块轴向充磁的第一磁性件112和2*2*2块周向充磁的第一磁性件112。

可替代地，第二列还可以包括2*2*2块轴向充磁的第一磁性件112和2*2块周向充磁的第一磁性件112。

也就是说，第三列相对第二列增加的第一磁性件112的充磁方向与第二列相对第一列增加的第一磁性件112的充磁方向相反。

以此类推，第一磁性件112沿输入转子110的径向分为四列，在上述三列的实施例的基础上，第四列包括2*2*2块轴向充磁的第一磁性件112和2*2*2*2块周向充磁的第一磁性件112，或者，包括2*2*2*2块轴向充磁的第一磁性件112和2*2*2块周向充磁的第一磁性件112。第四列相对第三列增加了8个第一磁性件112，且增加的第一磁性件112的充磁方向与第三列相对第二列增加的第一磁性件112的充磁方向相反。大于四列的时候可根据以上规律类推。第二磁性件122的排布规律可参考第一磁性件112，这里不作赘述。

为提高磁齿轮100的结构稳定性。输入转子110还包括第三磁性件113，输出转子120还包括第四磁性件，第三磁性件113为Z₁个，第四磁性件为Z₂个。第四磁性件与第四磁性件互斥或相吸。第三磁性件113设在输入转子本体111上且位于第一磁性件112内侧，第四磁性件设在输出转子本体121上且位于第二磁性件122内侧。第三磁性件113和第四磁性件均沿磁齿轮100的周向设置。其中，Z₁为2M和2N的公因数或4的整数倍，Z₂为2M和2N的公因数或4的整数倍。如图3所示，在第一磁性件112内侧，设置有8个第三磁性件113。

可选地，在周向上相邻的两个第三磁性件113之间在周向上的最小间隔与第三磁性件113在周向上的最大尺寸之比为1:2-3:1。可选地，在周向上相邻的两个第四磁性件之间在周向上的最小间隔与第四磁性件在周向上的最大尺寸之比为1:2-3:1。

可选地，输入转子本体111和输出转子本体121为尼龙、树脂、工程塑料等非导磁等结构材料。磁性件通过预先设置好的磁钢槽插入转子本体中，磁钢槽底部结构上预留有点胶孔，磁钢槽内设有导流槽。已经入槽的的磁性件通过固定的针头进行精确点胶，使胶从底部胶孔进入，充满布设于磁性件四周的导流槽，进一步固化以完成磁性件的装配。同时，点胶孔还可在磁性件装配过程中起到纠错功能，如磁性件极性装配错误，则点胶孔方便探针进入以将已经入槽的磁性件顶出。优选地，在本申请的一个具体实施方案中，注胶孔尺寸选择为φ0.8mm，磁性件尺寸为2*2*2mm。而在本申请的另一具体实施方案中，注胶孔尺寸选择为φ3mm，磁性件尺寸为10*10*10mm。

进一步地，输入转子本体111和输出转子本体121上还布设有动平衡校正孔170，输入转子110和输出转子120在装配完成后需完成动平衡校正。其中动平衡配重为双组份的快速固化动平衡胶泥，胶泥中含有高密度粉末状金属或合金组分，如铅、钨等。动平衡校正中，将胶泥的AB组分混合后填入动平衡校正孔170，待固化后继续进行测试。

优选地，在本申请的一个具体实施方案中，动平衡校正孔170为φ0.5mm*24，磁性件尺寸为2*2*2mm；而在本申请的另一个具体实施方案中，动平衡校正孔170为φ2mm*64，磁性件尺寸为10*10*10mm。

图1和图2显示了两种磁齿轮100的结构示意图。下面以图5为例描述一个具体实施例的磁齿轮100的内部结构。

磁齿轮100包括第一轴承151、第二轴承152、第三轴承153和第四轴承154，输入轴141通过第一轴承151与壳体160配合以实现相对转动，输出轴142通过第二轴承152与壳体160配合以实现相对转动，调磁环130通过第三轴承153与输入转子110配合以实现相对转动，调磁环130通过第四轴承154与输出转子120配合以实现相对转动。

如图5所示，作为示例，转轴143穿过调磁环130，且两端均从调磁环130中伸出，转轴143的第一端伸入输入转子110的凹槽中，第三轴承153套设转轴143的第一端，且其外周面与输入转子110的凹槽壁配合，以实现调磁环130与输入转子110的相对转动。转轴143的第二端伸入输出转子120的凹槽中，输出转子120套设转轴143的第二端，且其外周面与输出转子120的凹槽壁配合，以实现调磁环130与输出转子120的相对转动。

输入转子110和输出转子120除了磁极对数外彼此对称，因此本实施例的磁齿轮100仅需4个轴承便可实现稳定的转动结构。本实施例的磁齿轮100具有结构简单、易于组装、结构可靠性高的特点。将本实施例的磁齿轮100应用于高精度舵机，扭矩由输入轴141输入，进而输入转子110转动形成时变空间磁场，并通过调磁环130与输出转子120发生耦合，以带动输出轴142转动，进而传递给运动部件。

此外，本申请提供的磁齿轮还需满足以下公式：

1)传速比公式：

输入转子转速为ω_in，输出转子转速为ω_out，调制磁极的转速为ω_m，则三者的转速满足如下公式：

其中m为1、3、5等奇数正整数，k为正整数。本方案利用输入磁场中含量最大的基波分量进行调制，磁场通过调制铁芯与输出磁场谐波耦合，进而实现无接触传动。因此，在本发明中，为使磁场调制谐波幅值最大，则m取1，k取-1。输入轴转速ω_in与舵机直接相连，其实时转速由舵机进行直接控制，本申请中不涉及，可等效为常数进行计算。

2)转矩脉动优化公式：

由于本应用领域需满足舵机对运动部件的精确控制，因此首先需要从原理上最大幅度减少齿槽转矩所引起的转矩脉动，所以本专利设计还应满足如下公式：

其中C_t为转矩波动的衡量因子，优选地，在本方案中应保证C_t的范围为1-2。另外应做说明的是LCM(x,x)函数为取两数的最小公公倍数。本发明优选地传动速比配合为2:7，3:11等互质自然数组合。

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

1.一种轴向磁通的磁齿轮，其特征在于，包括：

输入转子，所述输入转子包括输入转子本体和设在所述输入转子本体上的M对第一磁性件，所述第一磁性件沿所述磁齿轮的周向分布且其拓扑结构满足海尔贝克阵列排布；

输出转子，所述输出转子包括输出转子本体和设在所述输出转子本体上的N对第二磁性件，所述第二磁性件沿所述磁齿轮的周向分布且其拓扑结构满足海尔贝克阵列排布；

调磁环，所述调磁环包括调磁环本体和M+N个调磁块，M+N个所述调磁块沿所述磁齿轮的周向间隔排布，

所述第一磁性件沿所述输入转子的径向分为多列，多列所述第一磁性件均包括M对沿所述周向间隔排布的所述第一磁性件；

和/或，所述第二磁性件沿所述输出转子的径向分为多列，多列所述第二磁性件均包括N对沿所述周向间隔排布的所述第二磁性件；

当所述第一磁性件沿所述输入转子的径向分为两列时：

位于外侧的第一磁性件列包括nM块轴向充磁的第一磁性件和2nM块周向充磁的第一磁性件，或者，位于外侧的第一磁性件列包括2nM块轴向充磁的第一磁性件和nM块周向充磁的第一磁性件；

当所述第一磁性件沿所述输入转子的径向分为L列，L为大于等于3的正整数时：

从内向外排列的第一磁性件列分别为第1列……第L’列，其中L’为小于等于L的正整数，

当L’为偶数时，第L’列所述第一磁性件列包括n^（L’-1）M块轴向充磁的第一磁性件和n^（L ^’-2）M块周向充磁的第一磁性件，当L’为奇数时，第L’列所述第一磁性件列包括n^（L’-1）M块轴向充磁的第一磁性件和n^（L’-1）M块周向充磁的第一磁性件；

当所述第二磁性件沿所述输出转子的径向分为多列时，所述第二磁性件的排布规律参考所述第一磁性件。

2.根据权利要求1所述的轴向磁通的磁齿轮，其特征在于，在所述周向上相邻的两个所述第一磁性件之间在所述周向上的最小间隔与所述第一磁性件在所述周向上的最大尺寸之比为1:4-1:10.67；

和/或，在所述周向上相邻的两个所述第二磁性件之间在所述周向上的最小间隔与所述第二磁性件在所述周向上的最大尺寸之比为1:4-1:10.67。

3.根据权利要求1或2所述的轴向磁通的磁齿轮，其特征在于，所述第一磁性件和所述第二磁性件均为长方体。

4.根据权利要求1所述的轴向磁通的磁齿轮，其特征在于，所述输入转子本体和所述输出转子本体均由非导磁材料制成。

5.根据权利要求4所述的轴向磁通的磁齿轮，其特征在于，所述第一磁性件为长方形体，所述第一磁性件的厚度方向为所述轴向，所述第一磁性件垂直与所述轴向的横截面为长方形，所述第一磁性件的厚度与所述长方形的任意边长之比小于等于1.62:1；

和/或，所述第二磁性件为长方形体，所述第二磁性件的厚度方向为所述轴向，所述第二磁性件垂直与所述轴向的横截面为长方形，所述第二磁性件的厚度与所述长方形的任意边长之比小于等于1.62:1。

6.根据权利要求1所述的轴向磁通的磁齿轮，其特征在于，所述输入转子还包括设在所述输入转子本体上的Z₁个第三磁性件，所述输出转子还包括设在所述输出转子本体上的Z₂个第四磁性件，所述第三磁性件位于所述第一磁性件的内侧且沿所述周向间隔设置，所述第四磁性件位于所述第二磁性件的内侧且沿所述周向间隔设置，所述第三磁性件与所述第四磁性件互斥或相吸，

7.根据权利要求6所述的轴向磁通的磁齿轮，其特征在于，在所述周向上相邻的两个所述第三磁性件之间在所述周向上的最小间隔与所述第三磁性件在所述周向上的最大尺寸之比为1:2-3:1；

在所述周向上相邻的两个所述第四磁性件之间在所述周向上的最小间隔与所述第四磁性件在所述周向上的最大尺寸之比为1:2-3:1。

8.根据权利要求1所述的轴向磁通的磁齿轮，其特征在于，包括：

壳体，所述输入转子、所述调磁环和所述输出转子均设在所述壳体内，所述输入转子和所述输出转子相对所述壳体可转动地设置，所述调磁环与所述壳体相对固定；

输入轴和输出轴，所述输入轴与所述输入转子相连，所述输出轴与所述输出转子相连，从而驱动所述输出轴转动。

9.根据权利要求8所述的轴向磁通的磁齿轮，其特征在于，包括：第一轴承、第二轴承、第三轴承和第四轴承，所述输入轴通过所述第一轴承与所述壳体配合以实现相对转动，所述输出轴通过所述第二轴承与所述壳体配合以实现相对转动，所述调磁环通过所述第三轴承与所述输入转子配合以实现相对转动，所述调磁环通过所述第四轴承与所述输出转子配合以实现相对转动。