一種磁場調(diào)制型同軸磁齒輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磁力傳動技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種磁場調(diào)制型同軸磁齒輪。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著高性能永磁材料的發(fā)展，在諸多工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，采用磁力傳動代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械傳動成為可能，相比于后者，磁力傳動具有非接觸傳動、無摩擦、低振動噪音、過載保護(hù)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。在眾多磁力傳動部件中，英國謝菲爾德大學(xué)于2001年發(fā)表題為《A NovelHigh-Performance Magnetic Gear》的論文，提出一種基于磁場調(diào)制原理的磁齒輪拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，極大地提升了磁齒輪轉(zhuǎn)矩密度，替代體積龐大的機(jī)械齒輪變速箱應(yīng)用到許多需要變速驅(qū)動的場合。
[0003]近年來，隨著高性能稀土永磁材料需求的激增以及價格的上揚(yáng)，提升單位永磁體轉(zhuǎn)矩密度，盡可能地縮減永磁體用量或者尋求低成本永磁體替代成為拓展磁齒輪應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵因素。為了提升磁齒輪的轉(zhuǎn)矩傳遞能力，新型的磁齒輪拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被不斷提出，磁齒輪的磁路拓?fù)湟呀?jīng)從傳統(tǒng)的徑向磁場同軸型拓展到軸向磁場同軸型、直線型、橫向磁通型等多種結(jié)構(gòu)。考慮到磁齒輪在優(yōu)化設(shè)計過程中的靈活時效性以及在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中的制造加工便捷性，傳統(tǒng)的同軸磁齒輪拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究仍然具有重要的理論以及應(yīng)用價值，其研究成果也往往可以便捷地延伸到其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中。
[0004]申請?zhí)枮?01110252784.3的中國專利文獻(xiàn)公開了一種同軸磁齒輪，包括由外至內(nèi)排列、同軸心的外轉(zhuǎn)子、靜止磁環(huán)和內(nèi)轉(zhuǎn)子。外轉(zhuǎn)子為環(huán)形導(dǎo)磁體，在其內(nèi)環(huán)上設(shè)置有等距排列的外轉(zhuǎn)子凸極；靜止磁環(huán)固定安裝在內(nèi)、外轉(zhuǎn)子之間，由永磁體和非永磁體相互間隔排列組成；內(nèi)轉(zhuǎn)子外環(huán)等距排列內(nèi)轉(zhuǎn)子凸極，其上設(shè)置內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體；為保證內(nèi)、外轉(zhuǎn)子正常旋轉(zhuǎn)，三部件之間設(shè)有氣隙；該發(fā)明利用外轉(zhuǎn)子凸極結(jié)構(gòu)，將靜止磁環(huán)磁場在內(nèi)氣隙側(cè)調(diào)制出一系列諧波旋轉(zhuǎn)磁場，選用內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體極對數(shù)與某一需要的諧波磁場極對數(shù)相同，二者耦合作用實現(xiàn)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩傳遞，具有轉(zhuǎn)矩密度高、外轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度大、加工制造方便的特點(diǎn)。
[0005]上述技術(shù)雖然能夠提升外轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度，但是增加了定子的加工制造難度，并且不能提升高速內(nèi)轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種磁場調(diào)制型同軸磁齒輪，在保證轉(zhuǎn)矩傳遞能力的同時制造成本低，轉(zhuǎn)子和定子的機(jī)械強(qiáng)度高，加工制造方便。
[0007]一種磁場調(diào)制型同軸磁齒輪，包括依次排列、同軸布置的第一轉(zhuǎn)子、定子磁調(diào)制環(huán)以及第二轉(zhuǎn)子，所述第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子中，任一個為凸極轉(zhuǎn)子，另一個為永磁轉(zhuǎn)子；
[0008]所述凸極轉(zhuǎn)子包括:導(dǎo)磁本體，以及沿周向間隔排布在所述導(dǎo)磁本體朝向所述定子磁調(diào)制環(huán)表面上的鐵磁性凸極；
[0009]所述永磁轉(zhuǎn)子朝向所述定子磁調(diào)制環(huán)的表面具有連續(xù)排布的N-S磁場回路；
[0010]所述定子磁調(diào)制環(huán)包括間隔排布的導(dǎo)磁件，相鄰導(dǎo)磁件之間為非導(dǎo)磁件區(qū)域。
[0011]本發(fā)明中，所述永磁轉(zhuǎn)子朝向所述定子磁調(diào)制環(huán)的表面上連續(xù)排布的N-S磁場回路所產(chǎn)生的磁場通過所述定子磁調(diào)制環(huán)上導(dǎo)磁件的調(diào)制，在凸極轉(zhuǎn)子氣隙側(cè)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)諧波磁場，基于變磁阻原理，該諧波磁場利用凸極轉(zhuǎn)子，形成磁阻最小的回路閉合，當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，該諧波磁場也隨之旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動凸極轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，永磁、凸極轉(zhuǎn)子之間實現(xiàn)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩傳遞，實際應(yīng)用中，為了獲得較高的轉(zhuǎn)矩傳遞能力，凸極轉(zhuǎn)子的極弧系數(shù)、徑向高度以及定子磁調(diào)制環(huán)導(dǎo)的導(dǎo)磁件的周向?qū)挾?、徑向高度均需要?yōu)化設(shè)計。與現(xiàn)有技術(shù)相比，在保證一定轉(zhuǎn)矩傳遞能力的情況下，只有永磁轉(zhuǎn)子上設(shè)置了永磁體，而凸極轉(zhuǎn)子和定子磁調(diào)制環(huán)都沒有設(shè)置永磁體，節(jié)省了永磁材料的用量，降低了制造成本，并且由于其中一個轉(zhuǎn)子沒有安裝永磁體，還提高了的該轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度。
[0012]同軸磁齒輪可以是徑向磁場型、軸向磁場型或者錐形磁場型，本發(fā)明結(jié)構(gòu)可以適用于上述三種類型，通過設(shè)置不同的定子磁調(diào)制環(huán)以及配合的永磁轉(zhuǎn)子和凸極轉(zhuǎn)子來實現(xiàn)，對應(yīng)設(shè)置的定子磁調(diào)制環(huán)分別為筒狀、環(huán)狀、錐形桶。
[0013]為了提升永磁轉(zhuǎn)子在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的穩(wěn)定性，使永磁體不易脫落，同時進(jìn)一步減少永磁材料的用量，優(yōu)選的，所述永磁轉(zhuǎn)子包括:導(dǎo)磁基體，以及沿周向排布在所述導(dǎo)磁基體朝向所述定子磁調(diào)制環(huán)表面上的永磁體安裝槽，安裝在永磁體安裝槽內(nèi)的永磁體，各永磁體與導(dǎo)磁基體構(gòu)成N-S磁場回路，所有永磁體沿相同磁極方向朝向定子磁調(diào)制環(huán)。
[0014]通過設(shè)置永磁體安裝槽來固定永磁體，與貼裝永磁體相比，不易脫落；相鄰永磁體安裝槽之間為導(dǎo)磁基體，各永磁體與導(dǎo)磁基體構(gòu)成N-S磁場回路，與現(xiàn)有技術(shù)中通過連續(xù)排布磁極相反的永磁體相比，永磁材料的用量更少，進(jìn)一步降低制造成本。
[0015]永磁體安裝槽分布在永磁轉(zhuǎn)子面向定子磁調(diào)制環(huán)的表面，槽的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)制造工藝以及磁場結(jié)構(gòu)的需要進(jìn)行設(shè)置，安裝的永磁體的相對充磁方向相同，即全部N極面向定子磁調(diào)制環(huán)，或者全部S極面向定子磁調(diào)制環(huán)，永磁體與導(dǎo)磁基體相間排列提供磁場回路，永磁材料可以是釹鐵硼，釤鈷或鐵氧體等，采用平行充磁或徑向充磁。
[0016]為了方便制造和安裝，優(yōu)選的，所述永磁體安裝槽為開放的外置槽，所述永磁體為一體式結(jié)構(gòu)的永磁塊、嵌裝在外置槽內(nèi)。
[0017]為了提高永磁轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度，優(yōu)選的，所述永磁體安裝槽為封閉的內(nèi)置槽。
[0018]為了在等量永磁材料的用量下，提升永磁體在內(nèi)置槽中形成的磁場強(qiáng)度，優(yōu)選的，所述內(nèi)置槽為U型槽。U型槽的結(jié)構(gòu)的中心為導(dǎo)磁基體的一部分，與U型槽內(nèi)的永磁組件配合可以形成大面積的永磁結(jié)構(gòu)。
[0019]優(yōu)選的，所述永磁體包括三塊分別安裝在U型槽的底部和兩側(cè)的永磁塊，各永磁塊相同的磁極朝向U型槽的中心。各永磁體的相對充磁方向相同，與相鄰內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯形成一對N-S磁場回路，且一對極下的永磁體提供的磁通并聯(lián)相加，內(nèi)置槽的結(jié)構(gòu)還可以采用其它徑向式、切向式、混合式等磁路結(jié)構(gòu)，
[0020]為了節(jié)省永磁材料，優(yōu)選的，所述U型槽僅底部安裝有永磁體。
[0021]優(yōu)選的，所述永磁轉(zhuǎn)子的永磁體個數(shù)nl、凸極轉(zhuǎn)子的鐵磁性凸極個數(shù)n2、定子磁調(diào)制環(huán)的導(dǎo)磁件個數(shù)Z滿足關(guān)系:nl+n2 = Z0此時能夠獲得最大的轉(zhuǎn)矩傳遞能力，內(nèi)外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速比為n2/nl，且旋轉(zhuǎn)方向相反。此外，為了盡可能地提升轉(zhuǎn)矩傳遞能力，nl不宜選取太大。
[0022]為了節(jié)省制造材料，優(yōu)選的，所述非導(dǎo)磁件區(qū)域為空氣隙。通過連接導(dǎo)磁件的端部實現(xiàn)固定。
[0023]為了提高定子磁調(diào)制環(huán)的機(jī)械強(qiáng)度，優(yōu)選的，所述非導(dǎo)磁件區(qū)域填充非導(dǎo)磁材料。通過非導(dǎo)磁材料來固定連接各導(dǎo)磁件，可以大大提高定子磁調(diào)制環(huán)的連接強(qiáng)度。
[0024]本發(fā)明的有益效果:
[0025](I)本發(fā)明中只有永磁轉(zhuǎn)子采用了永磁材料制造，在保證轉(zhuǎn)矩傳遞能力的情況下，節(jié)省了永磁材料的用量，降低了制造成本。
[0026](2)本發(fā)明的凸極轉(zhuǎn)子為簡單的凸極結(jié)構(gòu)，能夠提高轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度并且便于加工制造。
【附圖說明】
[0027]圖1為實施例1的磁場調(diào)制型同軸磁齒輪的橫截面剖視示意圖。
[0028]圖2為實施例2的磁場調(diào)制型同軸磁齒輪的橫截面剖視示意圖。
[0029]圖3為實施例3的磁場調(diào)制型同軸磁齒輪的橫截面剖視示意圖。
[0030]圖4為實施例4的磁場調(diào)制型同軸磁齒輪的橫截面剖視示意圖。
【具體實施方式】
[0031]實施例1
[0032]如圖1所示，本實施例的磁場調(diào)制型同軸磁齒輪包括:由內(nèi)向外布置、同軸心的內(nèi)轉(zhuǎn)子1、定子磁調(diào)制環(huán)2和外轉(zhuǎn)子3，本實施例以及下述的三個實施例都采用的是徑向磁場型磁齒輪，定子磁調(diào)制環(huán)2處在內(nèi)轉(zhuǎn)子I和外轉(zhuǎn)子3之間的氣隙中，而且內(nèi)、外轉(zhuǎn)子與定子磁調(diào)制環(huán)2之間分別存在氣隙。
[0033]本實施例中，內(nèi)轉(zhuǎn)子I為永磁轉(zhuǎn)子，內(nèi)轉(zhuǎn)子I由內(nèi)轉(zhuǎn)子