可变传动比的磁场调制型磁齿轮的制作方法

本发明涉及一种可变传动比的磁场调制型磁齿轮，用于需要实现同一装置不同传动的运动要求的场合。

背景技术：

目前，磁齿轮主要采用双转子结构和磁场调制结构，基于转子永磁体极对数的不同，实现转矩、速度的变化以及能量的传递。双转子结构类似于机械齿轮，以永磁体代替机械轮齿实现机械传动，而磁场调制型磁齿轮是利用磁阻变换以达到变速传动。磁场调制型磁齿轮起源于上世纪初，美国专利(专利号：1171351)公布了一种电磁磁阻齿轮，由两个转子和两转子间特殊结构的定子构成，两个转子通过电流产生的磁力链接。K.Atallah和D.Howe在文献“A Novel High-performance Magnetic Gear”提出了一种新型的径向同心式磁场调制型永磁齿轮拓扑结构，内转子外表面和外转子内表面粘贴了高性能永磁体，在内转子和外转子气隙间加入磁调制环，使气隙磁场空间谐波旋转速度发生变化而实现变速传动。然而，这些结构存在固有缺陷，即传动比固定，等于两转子永磁体极对数之比，仅适用于单一传动要求的运动场合。上述结构均采用内转子外表面表贴永磁体及定子调磁环结构，在高速运动场合，机械强度及可靠性较差。

技术实现要素：

发明目的：针对上述现有技术，提出一种传动比可变的磁场调制型磁齿轮，实现传动比可调。

技术方案：可变传动比的磁场调制型磁齿轮，包括沿径向由内向外设置的定子部分、内转子调磁环部分、外转子部分；所述定子部分和外转子部分均由铁心以及沿铁心表贴永磁体周向阵列构成，所述定子部分的永磁体位于铁心外侧，所述外转子部分的永磁体位于铁心内侧；所述定子部分和外转子部分的永磁体均由铝镍钴永磁体和钕铁硼永磁体构成，永磁体周向阵列具体为：每两块相邻充磁方向相反的钕铁硼永磁体视为一个单元，每隔一个单元设置一块铝镍钴永磁体，相邻的铝镍钴永磁体径向充磁方向相反；通过改变所述定子部分和外转子部分的铝镍钴永磁体的极性来调整磁齿轮传动比。

进一步的，所述内转子调磁环部分由沿周向均匀阵列设置的调磁块组成，调磁块宽度与相邻两调磁块间距离相等。

进一步的，所述定子部分和外转子部分均包括24块表贴永磁体，其中钕铁硼永磁体16块，铝镍钴永磁体8块；当所述外转子部分的24块永磁体极性交替排列，所述定子部分以铝镍钴永磁体为中心，与其两侧的两块钕铁硼永磁体的3块永磁体形成一个永磁体组，该永磁体组呈同样极性，相邻的永磁体组的极性相反，此时磁齿轮传动比为3:4；当所述外转子以铝镍钴永磁体为中心，与其两侧的两块钕铁硼永磁体的3块永磁体形成一个永磁体组，该永磁体组呈同样极性，相邻的永磁体组的极性相反，所述定子部分的24块永磁体极性交替排列，此时磁齿轮传动比为1:4。

有益效果：由于采用调磁环作为内转子，外转子及定子采用钕铁硼和铝镍钴两种永磁材料，这种调磁型磁齿轮具有如下有点：采用调磁块作为内转子，并且外转子内表面面贴永磁体，能够有效提高磁齿轮的结构强度，保证其运行的可靠性。通过变换铝镍钴永磁体极性，磁齿轮的传动比可以在3:4和1:4间变换，可应用于同一装置不同传动的运动要求的场合。

附图说明

图1为可变传动比的磁场调制型磁齿轮结构示意图；

图2为可变传动比的磁场调制型磁齿轮外转子部分示意图；

图3为可变传动比的磁场调制型磁齿轮内转子调磁环部分和定子部分示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示，可变传动比的磁场调制型磁齿轮，包括沿径向由内向外设置的定子部分III、内转子调磁环部分II以及外转子部分I。如图2所示，外转子部分I由外转子铁心1、外转子铝镍钴永磁体2和外转子钕铁硼永磁体3组成。

如图3所示，内转子调磁环部分由沿周向均匀阵列设置的调磁块4组成，调磁块4宽度与相邻两调磁块4间距离相等，即调磁块4与其间间隔所对应的圆心角相等。调磁环对定子提供的磁场进行调制，与外转子产生的旋转磁场共同作用，进行转矩、速度以及能量的传递。定子部分III由内转子铝镍钴永磁体5、内转子钕铁硼永磁体6和定子铁心7构成。

本实施中，定子部分III和外转子部分I均由铁心和24块表贴永磁体周向阵列构成，定子部分的永磁体位于铁心外侧，外转子部分的永磁体位于铁心内侧。24块永磁体中，16块采用钕铁硼材料，8块选用铝镍钴材料。永磁体周向阵列具体为：每两块相邻充磁方向相反的钕铁硼永磁体视为一个单元，每隔一个单元放置一块铝镍钴永磁体，相邻的铝镍钴永磁体径向充磁方向相反。

内转子II的16块调磁块4不变；当外转子部分的24块永磁体极性交替排列，其极对数为12；此时定子部分以铝镍钴永磁体为中心，与其两侧的两块钕铁硼永磁体的3块永磁体形成一个永磁体组，该永磁体组呈同样极性(N极或S极)，相邻的永磁体组的极性相反(S极或N极)，则定子极对数为4；此时磁齿轮传动比为3:4。通过对围绕在铝镍钴永磁体轴向两端的励磁线圈施加励磁电流，改变外转子及定子上铝镍钴永磁体2,5的极性，当外转子以铝镍钴永磁体为中心，与其两侧的两块钕铁硼永磁体的3块永磁体形成一个永磁体组，该永磁体组呈同样极性，相邻的永磁体组的极性相反，定子部分的24块永磁体极性交替排列，此时外转子极对数变为4，相应内转子极对数变为12，外转子与内转子的传动比为为1:4。

上述可变传动比的磁场调制型磁齿轮，采用调制环作为内转子，外转子内表面表贴永磁体的结构，提高高速运行场合下的可靠性，加工装配工艺简单,结构强度较好，可靠性高。

上述的可变传动比的磁场调制型磁齿轮外转子部分I和定子部分III采用径向充磁表贴永磁体，即径向磁路结构，调磁环II作为内转结构，内转子II与外转子I旋转方向相同。上述可变传动比的磁场调制型磁齿轮，若外转子部分I和定子部分III上的永磁体全部采用铝镍钴永磁材料，则在永磁体数量确定的情况下，通过对铝镍钴永磁体极性的改变，可以实现更多的传动比变换。

上述可变传动比的磁场调制型磁齿轮，外转子部分I和定子部分III上的永磁体数量应为偶数，并且二者数量相等。

上述可变传动比的磁场调制型磁齿轮，内转子和定子永磁体极对数有多种组合，并且内转子永磁体极对数p_in与定子永磁体极对数p_out应满足如下关系

Z＝p_in+p_out

Z为调磁块个数。本实施例中优选外转子4对极，定子12对极，变化后内转子12对极，定子4对极的组合，相应的传动比为1:4和3:4。

本发明的可变传动比的磁场调制型磁齿轮，基于起传动比可变的特性，可应用于需要实现同一装置不同传动的运动要求的场合，并且在电动车等直接驱动应用场合中有极高的实际应用价值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。