CN202203361U

CN202203361U - 外转子聚磁式磁齿轮

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Publication number: CN202203361U
Application number: CN2011203014243U
Authority: CN
Inventors: 程明; 李祥林; 邹国棠; 花为; 杜怿
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2011-08-18
Filing date: 2011-08-18
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2021-08-18

Abstract

本实用新型公开了一种外转子聚磁式磁齿轮，该磁齿轮为轴向结构，其截面由外至内依次包括磁齿轮外转子、调磁环和磁齿轮内转子，所述磁齿轮外转子、调磁环和磁齿轮内转子同轴心且相互独立，磁齿轮外转子和调磁环之间设有外气隙（3），调磁环和磁齿轮内转子之间设有内气隙（6），磁齿轮外转子和磁齿轮内转子自由旋转，分别连接驱动或被驱动部件进行转矩传递，中间的调磁环处于静止状态，在轴向两端将其固定。该外转子聚磁式磁齿轮能够提高磁齿轮的转矩传递能力。

Description

外转子聚磁式磁齿轮

技术领域

本实用新型涉及一种外转子聚磁式磁性齿轮，适用于非接触式变速驱动场合，本实用新型涉及电机、机械领域。

背景技术

工业应用中，很多需要变速驱动的场合，通常利用体积庞大的齿轮箱等机械装置来实现。大量机械装置的使用将不可避免地带来噪声、震动、摩擦损耗以及定期维护等问题，并将明显增加系统的复杂性、体积和重量。此外，机械齿轮不具备过载自保护能力，当传递转矩超过其齿轮承受能力时，容易发生安全事故。

相比而言，磁齿轮是一种非接触式传动装置，不存在噪声、震动、摩擦损耗以及润滑等问题，而且能够实现输入与输出之间的物理隔离，具备过载自保护能力，安全可靠性较高。转矩传递能力一直是磁齿轮的重要性能指标，长期以来，永磁材料性能及磁路拓扑结构的限制导致磁齿轮的转矩传递能力一直较低。2001年，随着一种表面贴装式同轴磁齿轮结构的提出，磁齿轮的转矩传递能力得到了极大的提高，因此，磁齿轮再次成为国内外学者的研究热点。然而，传统的表面贴装式同轴磁齿轮在转矩传递能力、转子机械应力及加工制造难易度等方面仍有可改善的空间。因此，研究高转矩传递能力的新型磁齿轮拓扑结构具有重要的理论意义和实用工程价值。

发明内容

技术问题：本实用新型针对传统表面贴装式同轴磁齿轮的缺点，提出了一种外转子聚磁式磁齿轮，目的在于提高磁齿轮的转矩传递能力，且方便加工制造。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型提出一种外转子聚磁式磁齿轮，该磁齿轮为轴向结构，其截面由外至内依次包括磁齿轮外转子、调磁环和磁齿轮内转子，所述磁齿轮外转子、调磁环和磁齿轮内转子同轴心且相互独立，磁齿轮外转子和调磁环之间设有外气隙，调磁环和磁齿轮内转子之间设有内气隙，磁齿轮外转子和磁齿轮内转子自由旋转，分别连接驱动或被驱动部件进行转矩传递，中间的调磁环处于静止状态，在轴向两端将其固定；

所述磁齿轮外转子包括外转子铁心、嵌入外转子铁心的外转子永磁体，外转子铁心和外转子永磁体组成一个整体；

所述调磁环包括调磁环非导磁块和调磁环导磁块，调磁环非导磁块和调磁环导磁块交错设置且相互连接在一起组成调磁环；

所述磁齿轮内转子包括内转子铁心、贴于内转子铁心表面的内转子永磁体。

优选的，该磁齿轮外转子采用铁心内嵌外转子永磁体结构，外转子永磁体沿圆周切向充磁，且相邻外转子永磁体充磁方向相反，构成聚磁式N-S结构，相邻外转子永磁体之间的铁心用于提供磁通通路。

优选的，所述的外转子铁心、调磁环导磁块、内转子铁心由导磁材料构成。

优选的，导磁材料是硅钢叠片。

优选的，所述的调磁环非导磁块由非导磁材料构成。

优选的，非导磁材料为环氧树脂。

优选的，所述的外转子永磁体和内转子永磁体由永磁材料制成。

优选的，永磁材料为稀土钕铁硼。

有益效果：

1) 与传统表面贴装式同轴磁齿轮相比，本实用新型将外转子永磁体嵌入外转子铁心中，提出了一种聚磁式结构，该结构有助于提高外气隙的气隙磁密，从而有效改善磁齿轮的转矩传递能力；

2) 这种外转子结构上的改变，在提高转矩传递能力的同时，并没有增加转矩纹波幅值，能够保证转矩传递的稳定性；

3) 外转子聚磁式结构与传统表面贴装式结构相比，在加工制造方面，更易于实现，有利于降低加工制造成本。

附图说明

图1—外转子聚磁式磁齿轮截面结构；

图2—传统表面贴装式磁齿轮截面结构；

图3—聚磁式磁极局部磁路分布示意图；

图4—表贴式磁极局部磁路分布示意图；

图中：外转子铁心1，外转子永磁体2，外气隙3，调磁环非导磁块4，调磁环导磁块5，内气隙6，内转子铁心7，内转子永磁体8。

具体实施方式

下面将参照附图对本实用新型进行说明。

本实用新型提供的外转子聚磁式磁齿轮是一种非接触式传动装置，可用于变速驱动场合，具有转矩密度高的特点，其结构包括磁齿轮外转子，调磁环和磁齿轮内转子，磁齿轮外转子包括外转子铁心、嵌入外转子铁心的长方体形永磁体；调磁环包括调磁环非导磁块、调磁环导磁块；磁齿轮内转子包括内转子铁心、贴于内转子铁心表面的永磁体；在磁齿轮外转子和调磁环之间设有外气隙；在调磁环和磁齿轮内转子之间设有内气隙。

所述的外转子铁心、调磁环导磁块、内转子铁心由硅钢叠片或其它导磁材料构成。

所述的调磁环非导磁块由环氧树脂或其它非导磁材料构成。

所述的嵌入外转子铁心的长方体形永磁体和贴于内转子铁心表面的永磁体由稀土钕铁硼材料或其它永磁材料制成。

所述的嵌入外转子铁心的长方体形永磁体沿圆周切向充磁，且相邻永磁体充磁方向相反，构成聚磁式N-S结构。

所述的贴于内转子铁心表面的永磁体径向充磁，且相邻永磁体充磁方向相反，构成N-S结构。

本实用新型的外转子聚磁式磁齿轮为轴向结构，参见图1，其截面由外到内依次包括磁齿轮外转子、调磁环和磁齿轮内转子，该磁齿轮外转子包括外转子铁心1和外转子永磁体2，外转子永磁体2嵌入外转子铁心1内，二者相互粘结组成一个整体；调磁环包括调磁环非导磁块4和调磁环导磁块5；磁齿轮内转子包括内转子铁心7和内转子永磁体8，内转子永磁体8贴于内转子铁心7表面；在磁齿轮外转子和调磁环之间设有外气隙3，以保证磁齿轮外转子的正常旋转；在调磁环和磁齿轮内转子之间设有内气隙6，以保证磁齿轮内转子的正常旋转。

所述的磁齿轮外转子、调磁环和磁齿轮内转子，三者同轴心且相互独立，磁齿轮外转子和磁齿轮内转子可自由旋转，分别连接驱动或被驱动部件进行转矩传递，中间的调磁环处于静止状态，在轴向两端将其固定。

所述的外转子铁心1、调磁环导磁块5、内转子铁心7由硅钢叠片或其它导磁材料构成，与普通永磁同步电机的转子铁心制造工艺相同。

所述的调磁环非导磁块4由环氧树脂或其它非导磁材料构成，与调磁环导磁块5沿圆周依次交错设置，相互粘结在一起构成调磁环，固定安装在磁齿轮外转子和磁齿轮内转子之间，为了获得较高的转矩传递能力，非导磁块4和导磁块5在圆周上的宽度比例控制在1:1左右为宜。

所述的嵌入外转子铁心1的长方体形永磁体2和贴于内转子铁心7表面的永磁体8由稀土钕铁硼材料或其它永磁材料制成。

所述的嵌入外转子铁心1的长方体形永磁体2沿圆周切向充磁，且相邻永磁体充磁方向相反，构成聚磁式N-S结构，外转子铁心1起到提供磁通通路的作用，为了获得较高的转矩密度且节省永磁体用量，永磁体2和铁心1在圆周上的宽度比例控制在3:5左右为宜。

所述的贴于内转子铁心7表面的永磁体8径向充磁，且相邻永磁体充磁方向相反，构成N-S结构。

参见图3，在聚磁式结构中，每个等效磁极是由两个沿圆周切向充磁的长方体形永磁体共同作用形成的，能够实现一定的聚磁效应。相比图4中的表面贴装式结构，在永磁体用量相等的情况下，聚磁式结构能够提高外气隙3中的磁通密度，从而能有效改善转矩传递能力。

调磁环的磁场调制功能，能够将磁齿轮外转子（内转子）永磁体产生的磁场调制成一系列的空间谐波磁场，只要磁齿轮内转子（外转子）永磁体极对数等于其中任意一个谐波磁场的极对数，磁齿轮就能够实现稳定的转矩传递。为了能够实现变速的效果，一般要求所选用的谐波磁场的极对数不能等于被调制的磁齿轮外转子（内转子）永磁体的极对数。当调磁环导磁块的数量等于选用的谐波磁场的极对数与被调制的磁齿轮外转子（内转子）永磁体的极对数之和时，能够实现最大的转矩传递能力。即磁齿轮外转子永磁体极对数、调磁环导磁块数量、磁齿轮内转子永磁体极对数应满足以下关系：

（1）

n _s、p _pmo、p _pmi分别为调磁环导磁块数量、磁齿轮外转子永磁体极对数、磁齿轮内转子永磁体极对数。此时，磁齿轮内转子和磁齿轮外转子旋转速度比满足：

（2）

、

分别为磁齿轮内转子旋转速度、磁齿轮外转子旋转速度，负号表示磁齿轮内、外转子旋转方向相反。

此外，在满足（1）式的条件下，为了减小内转子转矩脉动，所选用的n _s、p _pmi值之间的最小公倍数应尽可能大，同时，在满足转速比的需要下，n _s、p _pmo、p _pmi值不能选用过大，以免增加加工制造的难度。

与图2所示的传统表面贴装式磁齿轮结构相比，在磁齿轮外尺寸和内、外转子永磁体用量相等的情况下，本实用新型采用的外转子聚磁式结构，在不增加输出转矩纹波幅值的情况下，不但能够减少外转子永磁体极间漏磁，而且聚磁效应能够有效增加外气隙3的磁通密度，从而使磁齿轮的转矩传递能力提高大约25%。此外，外转子聚磁式磁齿轮在加工制作成本和外转子机械应力方面也要略优于传统表面贴装式磁齿轮。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本实用新型所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims

1.一种外转子聚磁式磁齿轮，其特征在于：该磁齿轮为轴向结构，其截面由外至内依次包括磁齿轮外转子、调磁环和磁齿轮内转子，所述磁齿轮外转子、调磁环和磁齿轮内转子同轴心且相互独立，磁齿轮外转子和调磁环之间设有外气隙（3），调磁环和磁齿轮内转子之间设有内气隙（6），磁齿轮外转子和磁齿轮内转子自由旋转，分别连接驱动或被驱动部件进行转矩传递，中间的调磁环处于静止状态，在轴向两端将其固定；

所述磁齿轮外转子包括外转子铁心（1）、嵌入外转子铁心（1）的外转子永磁体（2），外转子铁心（1）和外转子永磁体（2）组成一个整体；

所述调磁环包括调磁环非导磁块（4）和调磁环导磁块（5），调磁环非导磁块（4）和调磁环导磁块（5）交错设置且相互连接在一起组成调磁环；

所述磁齿轮内转子包括内转子铁心（7）、贴于内转子铁心（7）表面的内转子永磁体（8）。

2. 根据权利要求1所述的外转子聚磁式磁齿轮，其特征在于：该磁齿轮外转子采用铁心内嵌外转子永磁体结构，外转子永磁体沿圆周切向充磁，且相邻外转子永磁体充磁方向相反，构成聚磁式N-S结构，相邻外转子永磁体之间的铁心用于提供磁通通路。

3.根据权利要求1所述的外转子聚磁式磁齿轮，其特征在于：所述的外转子铁心（1）、调磁环导磁块（5）、内转子铁心（7）由导磁材料构成。

4.根据权利要求3所述的外转子聚磁式磁齿轮，其特征在于：导磁材料是硅钢叠片。

5.根据权利要求1所述的外转子聚磁式磁齿轮，其特征在于：所述的调磁环非导磁块（4）由非导磁材料构成。

6.根据权利要求5所述的外转子聚磁式磁齿轮，其特征在于：非导磁材料为环氧树脂。

7.根据权利要求1所述的外转子聚磁式磁齿轮，其特征在于：所述的外转子永磁体（2）和内转子永磁体（8）由永磁材料制成。

8. 根据权利要求7所述的外转子聚磁式磁齿轮，其特征在于：永磁材料为稀土钕铁硼。