[发明专利]一种铁轭开槽的磁齿轮装置

说明书

本发明公开了一种铁轭开槽的齿轮装置，包括：由内到外依次包括：内转子、调磁环以及外转子；在内转子和调磁环之间以及调磁环和外转子之间均有气隙；内转子永磁体的充磁方向为径向充磁；外转子永磁体由多个第一扇环构成，外转子轭铁由多个第二扇环构成，且多个第一扇环和多个第二扇环均匀地交错分布；外转子永磁体为Spoke切向极化结构，其充磁方向为切向充磁；内转子永磁体和外转子永磁体构成径向‑Spoke复合极化磁齿轮结构；调磁环用于调制内转子永磁体和外转子永磁体的磁场极对数；第二扇环的外侧有开槽，且开槽不影响磁力线的分布；内转子永磁体内嵌在内转子轭铁外表面。本发明能够提高高转矩密度，同时减小磁齿轮的质量。

技术领域

本发明属于领域低速大转矩传动技术，更具体地，涉及一种铁轭开槽的磁齿轮装置。

背景技术

机械齿轮利用相邻齿轮间啮合传递动力，不可避免产生摩擦、润滑、噪音以及维护等问题，而磁齿轮通过非接触转轴上的永磁体传递转矩，有效避免了机械齿轮的缺点，因此受到国内外学者的广泛关注。

早期的磁齿轮是在机械齿轮的基础上发展而来，与机械齿轮不同的是，永磁体代替了机械齿轮的轮齿，但在旋转过程中只有少数临近的永磁体参与转矩传递，永磁体的利用率很低；并且，受永磁体材料性能的影响，磁齿轮的转矩密度很低。在21世纪初，K.Atallah和D.Howe两位学者提出了一种新型磁齿轮结构，由于该磁齿轮为同心式结构，任意时刻内外两层永磁体均参与转矩传递，加之稀土永磁材料铷铁硼的出现，磁齿轮的转矩密度有了很大提升。但也存在转矩波动较大、永磁体易脱落、永磁体用量较多、对加工工艺要求较高等问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种铁轭开槽的磁齿轮装置，其目的在于通过永磁体极化方式组合、磁齿轮转子铁轭开槽的结构，实现高转矩密度，同时减小磁齿轮的质量。

为实现上述目的，本发明提供了一种铁轭开槽的磁齿轮装置，由内到外依次包括：内转子、调磁环以及外转子；在内转子和调磁环之间以及调磁环和外转子之间均存在气隙；内转子包括内转子轭铁和内转子永磁体，内转子永磁体的充磁方向为径向充磁；外转子包括外转子永磁体和外转子轭铁，外转子永磁体由多个第一扇环构成，外转子轭铁由多个第二扇环构成，且多个第一扇环和多个第二扇环均匀地交错分布；外转子永磁体为Spoke切向极化结构，其充磁方向为切向充磁；内转子永磁体和外转子永磁体构成径向-Spoke复合极化磁齿轮结构，由此提高磁齿轮装置的转矩密度；调磁环用于调制内转子永磁体和外转子永磁体的磁场极对数。

进一步地，第二扇环的外侧有开槽，且开槽不影响磁力线的分布，以减小铁轭用量，从而减轻磁齿轮装置的质量。

进一步地，内转子永磁体的极弧系数不为1，且内转子永磁体内嵌在内转子轭铁外表面，以固定内转子永磁体。

进一步地，调磁环的磁场极对数N_s、内转子永磁体的磁场极对数P_in以及外转子永磁体的磁场极对数P_out满足如下关系：N_s＝P_in+P_out。

进一步地，调磁环包括调磁铁轭和非导磁材料，且调磁铁轭由硅钢片叠成；调磁铁轭由多个第三扇环构成，非导磁待料由多个第四扇环构成，并且多个第三扇环和多个第四扇环均匀的交错分布。

本发明所提供的铁轭开槽的磁齿轮装置，有三种输入输出模式：输入与输出同方向的减速传动、输入与输出反方向的减速传动以及输入与输出反方向增速传动；实现输入与输出同方向的减速传动时，外转子固定、内转子作为转矩输入轴且调磁环作为转矩输出轴；实现输入与输出反方向的减速传动时，调磁环固定、内转子作为转矩输入轴且外转子作为转矩输出轴；实现输入与输出反方向增速传动时，调磁环固定，外转子作为转矩输入轴且内转子作为转矩输出轴。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：