专利名称：一种轴向磁通转矩传动设备和方法
技术领域：
本发明涉及驱动和传动装置，尤其是涉及一种轴向磁通转矩传动设备和方法。
背景技术：
目前，诸如磁性联轴器和磁齿轮之类的磁性转矩传动装置在工业驱动系统中已经得到广泛应用。这些装置通过在两个磁体组件之间建立的磁场间相互作用进行工作，并且通过由于磁场相互作用而引起相互吸引和排斥来传送转矩。大部分传统磁性联轴器和磁齿轮系统被设计为同轴型，因此可以实现巨大的转矩吞吐量。通过两个磁体组件中的磁体的相互作用可以提供通过同轴磁性联轴器或齿轮系统传送的转矩。与非同轴磁系统相比，可以通过这些同轴系统传送较大的转矩，从而使得此现有技术成为高转矩应用的优选方案。传统同轴磁性联轴器和磁齿轮系统以“径向磁通”模式进行工作，即在径向上选择 两个磁体组件之间的磁通。忽略与磁体边界相关的边缘效应，转子的转轴仅仅承受沿切向的磁力。沿旋转轴的运动并不需要特别关注。然而，这种设计的转矩传动效率低，换句话说转矩密度较低，这是因为径向磁通装置的力臂较短。这些联轴器和齿轮系统的更多现代设计在所谓“轴向磁通”模式下工作，在这种情况下，在轴向上选择磁通。可以通过增加转子盘的有效半径和工作区域来提升转矩密度。然而，改变磁通排列造成沿转子轴不可避免存在非常大的轴向牵引力，这需要通过额外的推力兀件来平衡。Eastham 等人(Disc motor with reduced unsprung mass for direct EV wheel drive，，，Proceedings of the IEEE International Symposium on IndustrialElectronics 2,569-573(1995))提出了在轴向磁通系统中轴向牵引力可以是切向牵引力的5至7倍，所以，当传递给定的转矩时，推力元件承受了更大的轴向应力。通常，使用推力轴承或其它平衡元件抵消轴向牵引力。然而，随着额定传动转矩的增加，大部分推力轴承不能承受这么大的力，除非大幅度提高推力轴承的体积和材料开销。由此可见，轴向牵引力问题是轴向磁通磁性联轴器和磁齿轮系统达到较高传动转矩和功率吞吐量的瓶颈。唐任远等在《在现代永磁电机——理论与设计》(中国工业出版社，1997) 一书中提出若干同步电机的设计，其中包括中间定子结构(即两个转子夹中间定子的结构)和中间转子结构(即两个定子夹中间转子的结构)。在这两个情况下，定子作用在转子上的牵引力方向相反且大小相等，转子上的净牵引力为零，因此，这些设计可以解决同步电机的轴向牵引力问题。然而，由于转子和定子的摆位的复杂性，这些设计不适用于前述基于磁相互作用的联轴器。驱动侧和负载侧的转子被定子隔离，这意味着这些转子之间没有物理(机械)链接。另外，由于缺少物理链接，这些设计也不适用于前面提及的磁齿轮。磁齿轮的驱动侧转子和负载侧转子含不同极对数的磁体，这些磁体伸进定子的不同磁场中，使得作用在这些转子上的牵引力不同，因而在转子和定子上施加的净牵引力不会抵消。而这些非零的牵引力，需要额外的组件抵消，才能实现机械平衡。美国专利US3816782提出了电动机的推力负载平衡装置，其中轴向牵引力被推力轴承和弹簧抵消。该构思无需更改就可以应用于磁性联轴器和齿轮。然而，如之前所述，推力轴承的最大负载决定了牵引力的上限。另外，推力轴承在高传动转矩条件下工作可能会由于轴承的磨损而严重缩短使用寿命，从而降低了系统的可靠性。美国专利US5477094公开了磁性联轴器的替代结构。取代使用两个具有磁体的转子，这种类型的磁性联轴器使用一个由磁体组成的转子和另一由导体腔组成的转子。输入轴的旋转使输出轴以涡流造成两个转子之间的磁摩擦的方式进行旋转。因此，该输入轴和输出轴总是以导致异步转矩传动的滑移方式进行旋转。这种情况不利于精确的运动控制。此外，感应型转矩设备不能达到与纯磁转矩设备一样高的转矩密度和效率。轴向牵引力还能够利用磁轴承平衡牵引力。例如，美国专利US6227820提出了一种血泵，其中通过磁轴承使转子浮起。然而，轴承零件的大部分磁体被用于平衡轴向牵引力，而对转矩传动没有贡献。那么，系统的转矩密度和功率吞吐量密度严重受限于大部分的无效磁体。很重的负载磁轴承消耗了大量的永磁材料(例如NdFeB)。而且，由于轴向牵引力是切向力的大约5至7倍的事实而引起总成本随着额定传动转矩增大而骤增。
现有技术的解决方案在抵消所述轴向牵引力的能力上因所采用的不同推力元件而不同。一般而言，它们的性能只能在成本、可靠性之一上有所侧重。因此，需要一种成本低而且可靠的轴向磁通转矩传动设备。
发明内容
本发明实施例提供了一种成本低且可靠的轴向磁通转矩传动设备和方法。根据本发明的一方面，提供了一种轴向磁通转矩传动设备，包括第一驱动侧转子，包括至少一个第一驱动侧磁体；第一负载侧转子，包括至少一个第一负载侧磁体，其中所述第一驱动侧转子和所述第一负载侧转子通过所述至少一个第一驱动侧磁体和所述至少一个第一负载侧磁体进行转矩传动；至少一个导磁体，用于调整所述至少一个第一驱动侧磁体与所述至少一个第一负载侧磁体之间的磁通排列，使得在进行转矩传动时在所述第一驱动侧转子上产生的轴向牵引力的方向相反和/或在所述第一负载侧转子上产生的轴向牵引力的方向相反。根据本发明的一方面，所述轴向磁通转矩传动设备，进一步包括至少一个定子，所述至少一个定子各包括所述至少一个导磁体中的至少一个。根据本发明的一方面，所述至少一个定子中的每个定子的导磁体的数目可以等于所述第一驱动侧磁体的数目与所述负载侧磁体的数目之和的一半或者之差的一半；所述第一驱动侧转子可以具有在轴向上相反的第一侧面和第二侧面，所述第一负载侧转子可以具有在轴向上相反的第一侧面和第二侧面，所述第一驱动侧转子的第一侧面可以与所述第一负载侧转子的第一侧面相对。根据本发明的一方面，所述至少一个定子可以包括内部定子，位于所述第一驱动侧转子和所述第一负载侧转子之间，所述内部定子中的至少一个导磁体从所述第一驱动侧转子的第一侧面延伸到所述第一负载侧转子的第一侧面并且与所述第一驱动侧转子的第一侧面和所述第一负载侧转子的第一侧面之间有预定的间隙；以及外部定子，所述外部定子中的至少一个导磁体从所述第一驱动侧转子的第二侧面延伸至所述第一负载侧转子的第二侧面并且与所述第一驱动侧转子的第二侧面和所述第一负载侧转子的第二侧面之间具有预定的间隙。
根据本发明的一方面，所述轴向磁通转矩传动设备，进一步包括第二驱动侧转子，包括至少一个第二驱动侧磁体；以及第二负载侧转子，包括至少一个第二负载侧磁体，其中所述第二驱动侧转子具有在轴向上相反的第一侧面和第二侧面，所述第二负载侧转子具有在轴向上相反的第一侧面和第二侧面，所述第二驱动侧转子的第一侧面与所述第一驱动侧转子的第二侧面相对，并且所述第二负载侧转子的第一侧面与所述第一负载侧转子的第二侧面相对；并且所述至少一个导磁体用于进一 步调整所述至少一个第二驱动侧磁体与所述至少一个第二负载侧磁体之间的磁通排列，使得在进行转矩传动时在所述第二驱动侧转子上产生的轴向牵引力的方向相反和/或在所述第二负载侧转子上产生的轴向牵引力的方向相反。根据本发明的一方面，所述至少一个定子可以包括外部定子，其中所述外部定子中的至少一个导磁体从所述第一驱动侧转子的第二侧面与所述第二驱动侧转子的第一侧面之间的空间延伸到所述第一负载侧转子的第二侧面与所述第二负载侧转子的第一侧面之间的空间，所述至少一个第二驱动侧磁体和所述至少一个第一驱动侧磁体中在轴向上相对应的磁体的极化方向相反，并且所述至少一个第二负载侧磁体和所述至少一个第一负载侧磁体中在轴向上相对应的磁体的极化方向相反。根据本发明的一方面，所述至少一个第二驱动侧磁体和所述至少一个第一驱动侧磁体可以在轴向上一一对应且数目相等，并且所述至少一个第二负载侧磁体和所述至少一个第一负载侧磁体可以在轴向上一一对应且数目相等。根据本发明的一方面，所述轴向磁通转矩传动设备，进一步包括第一驱动侧背铁和第二驱动侧背铁，分别布置在所述第一驱动侧转子的第一侧面和所述第二驱动侧转子的第二侧面上；以及第一负载侧背铁和第二负载侧背铁，分别布置在所述第一负载侧转子的第一侧面和所述第二负载侧转子的第二侧面上。根据本发明的一方面，所述至少一个定子可以包括内部定子，位于所述第一驱动侧转子和所述第一负载侧转子之间，所述内部定子中的至少一个导磁体从所述第一驱动侧转子的第一侧面延伸到所述第一负载侧转子的第一侧面并且与所述第一驱动侧转子的第一侧面和所述第一负载侧转子的第一侧面之间具有预定的间隙；以及外定子，所述外定子中的至少一个导磁体从所述第二驱动侧转子的第二侧面延伸到所述第二负载侧转子的第二侧面并且与所述第二驱动侧转子的第二侧面和所述第二负载侧转子的第二侧面之间具有预定的间隙。根据本发明的一方面，所述轴向磁通转矩传动设备，进一步包括第一驱动侧背铁和第二驱动侧背铁，分别布置在所述第一驱动侧转子的第二侧面和所述第二驱动侧转子的第一侧面上；以及第一负载侧背铁和第二负载侧背铁，分别布置在所述第一负载侧转子的第二侧面和所述第二负载侧转子的第一侧面上。 根据本发明的一方面，所述导磁体可以由软铁块制成。根据本发明的一方面，所述轴向磁通转矩传动设备可以为磁齿轮，并且所述至少一个第一驱动侧磁体的数目可以与所述至少一个第一负载侧磁体的数目不相等。根据本发明的一方面，所述轴向磁通转矩传动设备可以为磁联轴器，并且所述至少一个第一驱动侧磁体的数目可以与所述至少一个第一负载侧磁体的数目相等。根据本发明的一方面，所述至少一个定子可以固定在所述轴向磁通转矩传动设备的壳体上，所述第一驱动侧转子和所述第二驱动侧转子可以固定在驱动侧转轴上，并且所述第一负载侧转子和所述第二负载侧转子可以固定在负载侧转轴上。根据本发明的一方面，所述至少一个第一驱动侧磁体可以沿所述第一驱动侧转子的圆周均匀分布且所述至少一个第一驱动侧磁体中的相邻磁体的极化方向相反，所述至少一个第一负载侧磁体可以沿所述第一负载侧转子的圆周均匀分布且所述至少一个第一负载侧磁体中的相邻磁体的极化方向相反，所述至少一个第一驱动侧磁体的极化方向可以与所述第一驱动侧转子的轴向平行，并且所述至少一个第一负载侧磁体的极化方向可以与所述第一负载侧转子的轴向平行。根据本发明的一方面，所述外部定子中的至少一个导磁体可以呈U形，均匀布置在所述第一驱动侧转子、所述内部定子、所述第一负载侧转子的外围，并且所述U形的两端可以分别与所述第一驱动侧转子的第二侧面和所述第一负载侧转子的第二侧面之间具有所述预定的间隙。 根据本发明的一方面，所述外部定子中的至少一个导磁体要，可以呈U形，均匀布置在所述第一驱动侧转子和所述第一负载侧转子的外围，并且所述U形的两端可以分别位于所述第一驱动侧转子的第二侧面与所述第二驱动侧转子的第一侧面之间的空间以及所述第一负载侧转子的第二侧面与所述第二负载侧转子的第一侧面之间的空间。根据本发明的一方面，所述外部定子中的至少一个导磁体可以呈U形，均匀布置在所述第二驱动侧转子、所述第一驱动侧转子，所述内部定子、所述第一负载侧转子以及所述第二负载侧转子的外围，并且所述U形的两端可以分别与所述第二驱动侧转子的第二侧面和所述第二负载侧转子的第二侧面之间具有所述预定的间隙。根据本发明的另一方面，提供了一种轴向磁通转矩传动的方法，包括提供沿轴向平行布置的包括驱动侧磁体的驱动侧转子和包括负载侧磁体的负载侧转子；提供导磁体；通过所述驱动侧磁体和所述负载侧磁体进行转矩传动；利用所述导磁体调整所述驱动侧磁体与所述负载侧磁体之间的磁通排列，使得在进行转矩传动时在所述驱动侧转子上产生的轴向牵引力的方向相反和/或在所述负载侧转子上产生的轴向牵引力的方向相反。本发明的转子结构或定子结构的对称设计使得能够抵消轴向牵引力，从而不仅能够静态地而且能够动态地提供动态转矩传动系统的更大稳定性，同时，由于避免或减少了使用推力元件，因而降低了成本。
图IA至图IC分别示出根据本发明的第一实施例的轴向磁通转矩传动设备10的侧视图、正视图和透视图。图ID是根据本发明的第一实施例的轴向磁通转矩传动设备10的示意性磁路图。图IE是根据本发明的第一实施例的轴向磁通转矩传动设备10的示意性剖面图。图2A至图2C分别示出根据本发明的第二实施例的轴向磁通转矩传动设备20的侧视图、正视图和透视图。图2D是根据本发明的第二实施例的轴向磁通转矩传动设备20的示意性磁路图。图2E是根据本发明的第二实施例的轴向磁通转矩传动设备20的示意性剖面图。图3A至图3C分别示出根据本发明的第三实施例的轴向磁通转矩传动设备30的侧视图、正视图和透视图。图3D是根据本发明的第三实施例的轴向磁通转矩传动设备30的示意性磁路图。图3E是根据本发明的第三实施例的轴向磁通转矩传动设备30的示意性剖面图。图4是根据本发明的实施例的驱动侧转子的磁体布置的横截面示意图。图5是根据本发明的实施例的负载侧转子的磁体布置的横截面示意图。图6是根据本发明的第实施例的内部定子的导磁体布置的横截面示意图。图7是根据本发明的实施例的转矩传动的方法的示意性流程图。
具体实施方式
本发明下述实施例采用包括双定子(内部定子和外部定子)或双转子结构(即在驱动侧和负载侧均采用双转子)的对称设计。在这两种情况下，移动部分(转子)绕它们的轴旋转并且被静止部分(定子)拉动(有时推动)，即除在转子上产生转矩，还产生轴向牵引力。本发明下述实施例使得作用在给定转子(或给定双转子)上的牵引力的大小相等且方向相反。因此，作用在所述转子上的净(总)轴向牵引力为零。虽然机械振动会造成暂时偏离牵引力平衡点，但至少可以将净轴向牵引力维持在一定水平以下，以便可以应用小块平衡元件即可保持机械平衡，从而在低成本的同时保证了设备的可靠性。本发明实施例提供的轴向磁通转矩传动设备的驱动侧转子和负载侧转子通过驱动侧磁体和负载侧磁体进行转矩传动，并且通过设置在定子上的导磁体调整驱动侧磁体与负载侧磁体之间的磁通排列，使得在进行转矩传动时在驱动侧转子上产生的轴向牵引力的方向相反和/或在负载侧转子上产生的轴向牵引力的方向相反。根据本发明实施例提供的方案，利用对称几何设计抵消了轴向磁通转矩传动设备上的轴向牵引力，其具有对称双磁路设计的特点。本发明实施例提供的技术方案，避免了具有直接的转子-转子连接的结构并且可以不使用额外的推力元件。本发明实施例提供的技术方案使得所有磁体块都用于对传动转矩吞吐量做出贡献来减少材料成本，而现有技术中很可能使用部分磁体用于取消轴向牵引力。为了维持高的传动转矩水平，轴向磁通和同轴结构还将被保留。下面结合附图通过具体实施例详细描述本发明实施例提供的技术方案。需要说明的是，本发明实施例的轴向磁通转矩传动设备可以是轴向磁通磁齿轮(magnetic gear)或磁联轴器(magnetic coupler)。为了详细说明本发明提供的技术方案,下述实施例以轴向磁通磁齿轮为例进行说明。为了清楚起见，图IA至图1C、图2A至图2C以及图3A至图3C中仅仅示意性地示出了转子上的磁体和定子上的导磁体的布置。图IA至图IC分别示出根据本发明第一实施例的轴向磁通转矩传动设备10的侧视图、正视图和透视图。图ID是根据本发明第一实施例的轴向磁通转矩传动设备10的示意性磁路图。图IE是根据本发明第一实施例的轴向磁通转矩传动设备10的示意性剖面图。下面结合图IA至IE描述根据本发明的第一实施例的轴向磁通转矩传动设备10的技术方案。参见图1E，轴向磁通转矩传动设备10包括驱动侧转子13、负载侧转子14、位于驱动侧转子13与负载侧转子14之间的内部定子12以及在驱动侧转子13、负载侧转子14和内部定子12外围基本上绕轴心布置的外部定子11。较佳地，驱动侧转子13、内部定子12以及负载侧转子14依次沿轴向平行布置。换句话说，驱动侧转子13具有在轴向上相反的第一侧面和第二侧面，负载侧转子14具有在轴向上相反的第一侧面和第二侧面,驱动侧转子13的第一侧面与负载侧转子14的第一侧面相对。外部定子11的一个端部覆盖驱动侧转子13的与内部定子12相反的侧面(驱动侧转子13的第二侧面)上的圆周区域，并且另一端部覆盖负载侧转子14的与内部定子相反的侧面(负载侧转子14的第二侧面)上的圆周区域，并且分别与这两个侧面的圆周区域具有很短的预定气隙。较佳地，上述预定间隙可以是Imm(间隙的大小，与损耗、最大转矩等因素均有关联，仅选择一常用数值作为实施例说明的依据，以下亦然)。本实施例与传统轴向磁通磁齿轮的定子结构不同之处在于，传统轴向磁通磁齿轮并没有设置本实施例的外部定子11。另外，轴向磁通转矩传动设备10还可以包括驱动侧转轴17和负载侧转轴18以及壳体(未示出)。外部定子11和内部定子12可以固定在该壳体上。作为替代，内部定子12可以通过外部定子11固定在该壳体上。例如，夕卜部定子和内部定子通过由非导磁材料制成的框架进行连接，以避免外部定子中的导磁体与内部定子中的导磁体相连接。驱动侧转子13和负载侧转子14分别固定在驱动侧转轴17和负载侧转轴18上。固定方式可以采用例如螺栓连接、焊接、卡接等常规手段。本发明的实施例并不限于此。 参见图IA至1C，在图IE中示出的驱动侧转子13包括F1对驱动侧磁体130。从转子的侧面来看，相邻磁体的极化方向相反，即依次交替排列为N-S-N-S-……。类似地，负载侧转子14包括r2对负载侧磁体140。相邻磁体的极化方向也交替反向排列。磁体130和140可以分别沿驱动侧转子13和负载侧转子14的圆周均匀分布。而且极化方向与驱动侧转子和负载侧转子的轴向平行。本发明中的磁体可以是由诸如NdFeB和Sm2CO17之类材料制成的永磁体。再次参见图IA至1C，在图IE中示出的内部定子12包括s个由软铁块制成的导磁体120，其具有导磁作用，可以在驱动侧转子13的第一侧面和负载侧转子14的第一侧面之间延伸，并且与驱动侧转子13的第一侧面以及负载侧转子14的第一侧面之间具有预定的间隙，以作为驱动侧和负载侧之间的磁场调制器。具体而言，导磁体120可以沿内部定子12的圆周均匀分布，相邻导磁体之间具有预定的间隙，这些间隙可以用非导磁的绝缘材料填充。较佳地，这些导磁体的横截面可以为梯形，并且可由层压硅钢片、钴铁合金板或者软磁复合材料(SMC)制成。较佳地，可以使用由绝缘材料制成的机械框架(未示出)将这些导磁体固定在内部定子12上。较佳地，该绝缘材料可以是具有良好导热性能的非导磁材料，例如，环氧树脂材料等等。根据本发明的实施例并不限于此，可以使用任何满足上述性能的绝缘材料。再次参见图IA至1C，在图IE中示出的外部定子11包括由s个软铁块制成的导磁体110。导磁体110同样具有导磁作用，可以从驱动侧转子13的第二侧面延伸至负载侧转子14的第二侧面，并且与驱动侧转子13的第二侧面以及负载侧转子14的第二侧面之间具有预定的间隙，以作为驱动侧和负载侧之间的磁场调制器，用于调制驱动侧磁体130和负载侧磁体140外部的磁场，并沿轴向排列磁路。磁路的这种重新排列(至少部分地)抵消了施加到驱动侧转子13和负载侧转子14上的牵引力，从而抵消了施加到用于支撑这些转子的转轴的推力轴承上的压力。具体而言，外部定子11中的每个导磁体110呈U形，U形的两端跨接在驱动侧磁体130的与内部定子12相反的一侧(驱动侧磁体130的第二侧面)和负载侧磁体140的与内部定子12相反的一侧(负载侧磁体140的第二侧面)，并且每个导磁体110的两个端部分别与驱动侧磁体130的与内部定子12相反的侧面(驱动侧磁体130的第二侧面)以及负载侧磁体140的与内部定子12相反的侧面(负载侧磁体140的第二侧面)之间有预定的间隙，这样，导磁体110可以作为驱动侧磁体130与负载侧磁体140之间的外围磁路。较佳地，上述预定间隙可以是1_。较佳地，U形导磁体110的两个端部可以分别具有向驱动侧磁体130的与内部定子12相反的侧面伸出的突起以及向负载侧磁体140的与内部定子12相反的侧面伸出的突起，并且这些突起分别与驱动侧磁体130和负载侧磁体140相对应，以便具有更好的导磁性能。较佳地，这些导磁体110的横截面可以为梯形且由层压硅钢片或钴铁合金板制成。可以使用由绝缘材料制成的机械框架(未示出)将这些导磁体110固定在外部定子11上。该绝缘材料可以是具有良好导热性能的非导磁材料，例如，环氧树脂材料等等。较佳地，导磁体110的数目可以与内部定子12的导磁体120的数目相同，并且可以在径向上一一对应。当然，本发明的实施例并不限于此。在本实施例中，驱动侧转子13和负载侧转子14上的磁体的对数和r2)与导磁体的数目(S)满足数值关系s = ri±r2。对于磁齿轮来说，如果驱动侧转子和负载侧转子 在相反的方向上旋转，则需要满足S = T1-T2 ;如果驱动侧转子和负载侧转子在相同的方向上旋转，则需要满足s = ri+r2。在实际应用中，根据磁齿轮的特定需要，驱动侧转子13和负载侧转子14可以分别为高速转子和低速转子之一，齿轮比满足ri/(ri_r2)。需要说明的是，为了清楚起见，附图中的转子上的磁体和定子上的导磁体的数目上仅仅是示意性的而非限制性的，现有技术人员可以理解的是，导磁体和磁体可以为任意数目，只要其能够满足s =ri±r2的条件即可。参见图1D，例如，在磁齿轮进行转矩驱动时，磁通从驱动侧转子(或负载侧转子)的磁体130(或140)的N极出发，沿轴向进入导磁体110，经过导磁体110之后沿轴向进入负载侧转子(或驱动侧转子)的磁体140 (或130)的S极，并从负载侧转子(或驱动侧转子)的磁体130 (或140)的N极出来，沿轴向进入内部定子的导磁体120，经过导磁体120之后，沿轴向回到驱动侧转子(或负载侧转子)的磁体130(或140)的S极，从而形成了闭合磁路。而驱动侧转子130的磁体将受到两侧磁场产生的磁力的吸引，类似地，负载侧转子140上的磁体也将受到两侧磁场产生的磁力的吸引。较佳地，由于驱动侧转子两侧的轴向力大小相等，方向相反，并且负载侧转子两侧的轴向力也大小相等，方向相反，从而可以抵消作用轴向力。另外，在传统的磁齿轮中，在驱动侧转子和负载侧转子的与定子相反的一侧上分别附接有背铁(back iron)，也就是说，在驱动侧转子与负载侧转子相反的侧面上分别附接有背铁，用以增强转子上的切向力。本实施例与传统轴向磁通磁齿轮的转子结构不同之处在于，本实施例并未在转子的磁体背面设置具有零间隙的背铁。从这一角度上来说，本实施例的创新设计使得最大转矩传动能力有所降低。而下面将要描述的实施例保留了背铁，从而进一步提闻了最大转矩传动能力。图2A至图2C分别示出根据本发明的第二实施例的轴向磁通转矩传动设备20的侧视图、正视图和透视图。图2D是根据本发明的第二实施例的轴向磁通转矩传动设备20的示意性磁路图。图2E是根据本发明的第二实施例的轴向磁通转矩传动设备20的示意性剖面图。下面结合图2A至2E描述根据本发明的第二实施例的轴向磁通转矩传动设备20的技术方案。在本实施例中，与第一实施例中相同的部分不再赘述。参见图2E，轴向磁通转矩传动设备20包括第一驱动侧转子23、第一负载侧转子24、以及在第一驱动侧转子23、第一负载侧转子24的外围基本上绕轴心布置的外部定子21。轴向磁通转矩传动设备20还包括分别位于第一驱动侧转子23和第一负载侧转子24相反一侧的第二驱动侧转子25和第二负载侧转子26。较佳地，第二驱动侧转子25、第一驱动侧转子23、第一负载侧转子24和第二负载侧转子26依次沿轴向平行布置。换句话说，第一驱动侧转子23具有在轴向上相反的第一侧面和第二侧面，第一负载侧转子24具有在轴向上相反的第一侧面和第二侧面，第一驱动侧转子23的第一侧面与第一负载侧转子24的第一侧面相对。第二驱动侧转子25具有在轴向上相反的第一侧面和第二侧面，第二负载侧转子26具有在轴向上相反的第一侧面和第二侧面，第二驱动侧转子25的第一侧面与第一驱动侧转子23的第二侧面相对，并且第二负载侧转子26的第一侧面与第一负载侧转子24的第二侧面相对。外部定子21的两个端部分别位于第一驱动侧转子23和第二驱动侧转子25之间以及第一负载侧转子24和第二负载侧转子26之间，换句话说，一个端部对应于第一驱动侧 转子23和第二驱动侧转子25的两个相对侧面(第一驱动侧转子23的第二侧面和第二驱动侧转子25的第一侧面)上的圆周区域，而另一端部对应于第一负载侧转子24和第二负载侧转子26的两个相对侧面(第一负载侧转子24的第二侧面和第二负载侧转子26的第二侧面)上的圆周区域，并且分别与这些圆周区域具有很短的预定气隙。较佳地，上述预定间隙可以是1mm。与第一实施例不同的是，第一驱动侧转子23和第二驱动侧转子24之间不存在内部定子。另外，轴向磁通转矩传动设备20还可以包括驱动侧转轴27和负载侧转轴28以及壳体(未示出)。外部定子21固定在该壳体上。第一驱动侧转子23和第二驱动侧转子25固定在在驱动侧转轴27上，而第一负载侧转子24和第二负载侧转子26固定在负载侧转轴28上。固定方式可以采用例如螺栓连接、焊接、卡接等常规手段。本实施例并不限于此。参见图2A至2C，在图2E中示出的第一驱动侧转子23和第二驱动侧转子25分别包括A对第一驱动侧磁体230和T1对第二驱动侧磁体250。从第一驱动侧转子23和第二驱动侧转子25的侧面来看，每个转子上相邻磁体的极化方向为N-S-N-S-……，而且第一驱动侧磁体230与在轴向上与其相对应的第二驱动侧磁体250的极化方向相反。类似地，第一负载侧转子24和第二负载侧转子26分别包括r2对第一负载侧磁体240和r2对第二负载侧磁体260，每个转子上相邻磁体的极化方向也反向排列，而且第二负载侧磁体240与在轴向上与其相对应的第二负载侧磁体260的极化方向相反。较佳地，第二驱动侧磁体250和第一驱动侧磁体230的位置在轴向上一一对应，并且数目相等，而第二负载侧磁体260和第一负载侧磁体240的位置在轴向上一一对应，并且数目相等。第一驱动侧磁体230、第一负载侧磁体240、第二驱动侧磁体250以及第二负载侧磁体260可以分别沿第一驱动侧转子23、第一负载侧转子24、第二驱动侧转子25以及第二负载侧转子26的圆周均匀分布。再次参见图2A至2C，在图2E中示出的外部定子21包括s个由软铁块制成的导磁体210。关于导磁体210的作用和构造基本上与第一实施例的导磁体110类似，所不同的是，每个导磁体呈U形，从第一驱动侧转子23的第二侧面与第二驱动侧转子25的第一侧面之间的空间延伸到第一负载侧转子24的第二侧面与第二负载侧转子26的第一侧面之间的空间，具体而言，U的两端跨接在第一驱动侧磁体230的第二侧面和第一负载侧磁体240的第二侧面，换句话说，每个导磁体210的一个端部位于第一驱动侧磁体230与第二驱动侧磁体250之间，而另一端部位于第一负载磁体240和第二负载磁体260之间，并与这些磁体具有预定的间隙，这样，导磁体210可以作为驱动侧磁体与负载侧磁体之间的外围磁路。较佳地，导磁体210的一 个端部可以分别具有向第一驱动侧磁体230的第二侧面和第二驱动侧磁体250的第一侧面伸出的突起，而另一端部可以分别具有向第一负载侧磁体240的第二侧面和第二负载侧磁体260的第一侧面伸出的突起，并且这些突起分别与第一驱动侧转子230、第二驱动侧转子250、第一负载侧转子240以及第二驱动侧转子260中的磁体所在的圆周区域相对应，以便具有更好的导磁性能。在本实施例中，第一驱动侧磁体230和第一负载侧磁体240的对数(&和r2)与导磁体210的数目(s)满足数值关系=S = Air2。对于磁齿轮来说，如果驱动侧转子和负载侧转子在相反的方向上旋转，则需要满足s = T1-T2 ;如果驱动侧转子和负载侧转子在相同的方向上旋转，则需要满足S = ri+r2。在实际应用中，根据磁齿轮的特定需要，驱动侧转子和负载侧转子可以分别为高速转子和低速转子之一，齿轮比满足。需要说明的是，为了清楚起见，附图中的转子上的磁体和定子上的导磁体的数目上仅仅是示意性的而非限制性的，现有技术人员可以理解的是，导磁体和磁体可以为任意数目，只要其能够满足s =ri±r2的条件即可。再次参见图2A至图2C，第一驱动侧转子23和第二驱动侧转子25还分别包括背铁231和背铁251，背铁231和背铁251分别布置在第一驱动侧转子23的第一侧面和第二驱动侧转子25的第二侧面上，并且附接于第一驱侧磁体230和第二驱动侧磁体250。类似地，第一负载侧转子24和第二负载侧转子26还分别包括背铁241和背铁261，背铁241和背铁261分别布置在第一负载侧转子24的第一侧面和第二负载侧转子26的和第二侧面上并且附接于第一负载侧磁体240和第二负载侧磁体260。参见图2D，由于第一驱动侧磁体230与第二驱动侧磁体250 —一对应且极化方向相反，而第一负载侧磁体240与第二负载侧磁体260 —一对应且极化方向相反，因此两组转子的磁通在导磁体210中会聚。具体以第一驱动侧磁体与第一负载侧磁体之间的磁路为例进行说明。磁通从第一驱动侧磁体230的N极出发，沿轴向进入导磁体210，经过导磁体210之后，沿轴向进入第一负载侧磁体240的S极，并从第一负载侧磁体240的N极出来，经过背铁241进入另一第一负载侧磁体240的S极，并从该另一第一负载侧磁体240的N极出来，沿轴向进入与其对应的另一导磁体210，经过导磁体210之后，沿轴向进入另一第一驱动侧磁体230的S极，并且经过背铁231进入先前的第一驱动侧磁体230的S极，从而形成闭合回路。类似地，磁通从第二驱动侧磁体250的N出来，依次经过导磁体210、第二负载侧磁体260、背铁261、另一第二负载侧磁体260、另一导磁体210、另一第二驱动侧磁体250、背铁251，最后回到原来的第一驱动侧磁体230的S极，从而形成闭合磁路。忽略磁路的磁阻的轻微差别，向第一驱动侧转子23与第二驱动侧转子25上分别施加了相反的轴向牵引力，从而抵消了驱动侧转子上的轴向牵引力。类似地，向第一负载侧转子24第二负载侧转子26上分别施加了相反的轴向牵引力，从而抵消了负载侧转子上的轴向牵引力。需要说明的是，第一驱动侧磁体与第二驱动侧磁体也可以部分对应且极化方向相反，只要在进行转动驱动时实现如图2D所示的磁路，即可至少部分抵消或减小轴向牵引力。本实施例的这种对称设计大大地抵消了施加在驱动侧转子对和负载侧转子对上的净轴向牵引力。而且，由于背铁的存在，本实施例的转矩传动能力高于第一实施例。图3A至图3C分别示出根据本发明的第三实施例的轴向磁通转矩传动设备30的侧视图、正视图和透视图。图3D是根据本发明的第三实施例的轴向磁通转矩传动设备30的示意性磁路图。图3E是根据本发明的第三实施例的轴向磁通转矩传动设备30的示意性剖面图。下面结合图3A至3E描述根据本发明的第三实施例的轴向磁通转矩传动设备30的技术方案。需要说明的是，本实施例结合了第一和第二实施例的一些基本特征，即保留内部定子和外部定子，同时还在驱动侧和负载侧采用了双转子(或双盘转子)结构。因此，在本实施例中，与第一实施例和第二实施例中相同的部分不再赘述。参见图3E，轴向磁通转矩传动设备30包括第一驱动侧转子33、第一负载侧转子34、内部定子32、第二驱动侧转子35、第二负载侧转子36以及在内部定子32和这些转子的 外围基本上绕轴心布置的外部定子31。较佳地，第二驱动侧转子35、第一驱动侧转子33、内部定子32、第一负载侧转子34、第二负载侧转子36依次沿轴向平行布置。换句话说，第一驱动侧转子33具有在轴向上相反的第一侧面和第二侧面，第一负载侧转子34具有在轴向上相反的第一侧面和第二侧面，第一驱动侧转子33的第一侧面与第一负载侧转子34的第一侧面相对。第二驱动侧转子35具有在轴向上相反的第一侧面和第二侧面，第二负载侧转子36具有在轴向上相反的第一侧面和第二侧面，第二驱动侧转子35的第一侧面与第一驱动侧转子33的第二侧面相对，并且第二负载侧转子36的第一侧面与第一负载侧转子34的第二侧面相对。外部定子31在轴向上的两个端部分别覆盖第二驱动侧转子35的与第一驱动侧转子33相反的侧面(即第二驱动侧转子35的第二侧面)上的圆周区域以及第二负载侧转子36的与第一负载侧转子34相反的侧面(第二负载侧转子36的第一侧面)上的圆周区域，并且分别与这两个圆周区域具有很短的预定气隙。另外，轴向磁通转矩传动设备30还可以包括驱动侧转轴37和负载侧转轴38以及壳体(未示出)。外部定子31和内部定子32可以固定在该壳体上。作为替代，内部定子32可以通过外部定子31固定在该壳体上。例如，外部定子和内部定子通过由非导磁材料制成的框架进行连接，以避免外部定子中的导磁体与内部定子中的导磁体相连接。第一驱动侧转子33和第二驱动侧转子35固定在在驱动侧转轴37上，而第一负载侧转子34和第二负载侧转子36固定在负载侧转轴38上。参见图3A至3C，在图3E中示出的第一驱动侧转子33和第二驱动侧转子35分别包括A对第一驱动侧磁体330和T1对第二驱动侧磁体350。从第一驱动侧转子33和第二驱动侧转子35的侧面来看，每个转子上相邻磁体的极化方向为N-S-N-S-……。类似地，第一负载侧转子34和第二负载侧转子36分别包括r2对第一负载侧磁体340和r2对第二负载侧磁体360，并且每个转子上相邻磁体的极化方向也反向排列。第一驱动侧磁体330、第一负载侧磁体340、第二驱动侧磁体350以及第二负载侧磁体360可以分别沿第一驱动侧转子33、第一负载侧转子34、第二驱动侧转子35以及第二负载侧转子36的圆周均匀分布。与第二实施例不同的是，本实施例并不要求第一驱动侧磁体330与第二驱动侧磁体350的极化方向相反，也不要求第一负载侧磁体34与第二负载侧磁体36的极化方向相反。
再次参见图3A至3C，在图3E中示出的内部定子32包括s个由软铁块制成的导磁体320，有关导磁体320的功能和构造与第一实施例中的导磁体120相同，在这里就不再赘述。再次参见图3A至3C，在图3E中示出的外部定子31包括由s个软铁块制成的导磁体310。外部定子31的功能和构造与第一实施例中的外部定子11的功能和构造类似。所不同的是外部定子31中的每个导磁体310呈U形，其从第二驱动侧转子35的与第一驱动侧转子33相反的一侧(即第二驱动侧转子35的第二侧面)延伸到第二负载侧转子36的与第一负载侧转子34相反的一侧(即第二负载侧转子36的第二侧面)，具体来说，U形的两端跨接在第二驱动侧磁体350的与第一驱动侧磁体330相反的一侧(即第二驱动侧转子35的第二侧面)以及第二负载侧磁体360的与第一负载侧磁体340相反的一侧(即第二负载侧转子36的第二侧面)。每个导磁体310的两个端部分别与第二驱动侧磁体350的与第一驱动侧磁体330相反的侧面以及第二负载侧磁体360的与第一负载侧磁体340相反的侧面有预定的间隙，这样，导磁体360可以作为驱动侧磁体350与负载侧磁体360之间的外围磁路。
与第二实施例类似，导磁体和磁体可以为任意数目，只要其能够满足s = ri±r2的条件即可。再次参见图3A至图3C，第一驱动侧转子33和第二驱动侧转子35还分别包括背铁331和背铁351，背铁331和背铁351分别布置在第一驱动侧转子33的第二侧面和第二驱动侧转子35的第一侧面上，具体而言，分别在第一驱动侧转子33和第二驱动侧转子35的相对的一侧上附接于第一驱侧磁体330和第二驱动侧磁体350。类似地，第一负载侧转子34和第二负载侧转子36还分别包括背铁341和背铁361，分别布置在第一负载侧转子34的第二侧面和第二负载侧转子36的第一侧面上，具体而言，分别在第一负载侧转子34和第二负载侧转子36的相对一侧上附接于第一负载侧磁体340和第二负载侧磁体360。参见图3D，第一驱动侧磁体330与第一负载侧磁体340之间的磁路独立于第二驱动侧磁体350与第二负载侧磁体360之间的磁路。具体而言，磁通从第一驱动侧磁体330的N极出发，沿轴向进入导磁体320，经由导磁体320沿轴向进入第一负载侧磁体340的S极，从第一负载侧磁体340的N极出来之后，经由背铁341进入另一第一负载侧磁体340的S极，并从该另一负载侧磁体340的N极出来，沿轴向进入导磁体320，经由导磁体320沿轴向进入另一第一驱动侧磁体330的S极，并且经由背铁331回到原来的第一驱动侧磁体330的S极，从而形成闭合磁路。类似地，另一磁路从第二驱动侧磁体350的N极出发，依次经过导磁体310、第二负载侧磁体360、背铁361、另一第二负载侧磁体361、另一导磁体310、另一第二驱动侧磁体350、背铁351，最后回到原来的第二驱动侧磁体350的S极，从而形成闭合磁路。因此，与第二实施例不同的是，由于磁通沿不同的磁路前进，本实施例对驱动侧两个转子上相对应的磁体的极化方向并没有特殊的要求，同样，对负载侧两个转子上相对应的磁体的极化方向也没有特殊要求。由于作用在两个转子盘上的力被抵消，在驱动侧转子上的净轴向牵引力可以很小。类似地，负载侧两个转子盘上的净轴向牵引力也很小。图4是根据本发明的实施例的驱动侧转子的磁体布置的横截面示意图。参见图4，驱动侧转子13的横截面可以呈圆形。驱动侧磁体130可以沿驱动侧转子13的圆周均匀分布。驱动侧磁体130的横截面可以为扇形，相邻磁体的极化方向为N-S-N-S-……。需要说明的是，驱动侧磁体130的数目并不限于图4中示出的磁体数目。而且第二实施例和第三实施例中的驱动侧磁体230、250、330、350的布置与驱动侧磁体130类似。图5是根据本发明的实施例的负载侧转子的磁体布置的横截面示意图。参见图5，负载侧转子14的横截面可以呈圆形。负载侧磁体140可以沿负载侧转子14的圆周均勻分布。负载侧磁体140的横截面可以为扇形,相邻磁体的极化方向为N-S-N-S-……。需要说明的是，负载侧磁体140的数目并不限于图5中示出的磁体数目。而且第二实施例和第三实施例中的负载侧磁体240、260、340、360的布置与负载侧磁体140类似。图6是根据本发明的实施例的内部定子的导磁体布置的横截面示意图。
参见图6，内部定子12的横截面可以呈圆形。导磁体120的横截面可以为扇形，并且可以沿内部定子12的圆周均匀分布。需要说明的导磁体的数目并不限于图6中示出的导磁体的数目。而且第三实施例中的磁体320与导磁体120类似。图7是根据本发明的实施例的轴向磁通转矩传动的方法的示意性流程图。参见图7，根据本发明的实施例的转矩传动的方法包括下列步骤步骤701，提供沿轴向平行布置的包括驱动侧磁体的驱动侧转子和包括负载侧磁体的负载侧转子。步骤702，提供导磁体。步骤703，通过驱动侧磁体和负载侧磁体进行转矩传动。步骤704，利用导磁体调整驱动侧磁体与负载侧磁体之间的磁通排列，使得在进行转矩传动时在驱动侧转子上产生的轴向牵引力的方向相反和/或在负载侧转子上产生的轴向牵引力的方向相反。根据本发明的上述第一实施例，步骤702具体可以通过下列方法来实现在驱动侧转子与负载侧转子之间提供内部定子，使得内部定子中的每个导磁体在驱动侧转子和负载侧转子相对的一侧之间延伸，并且在驱动侧转子与负载侧转子的外围提供外部定子，使得外部定子中的每个导磁体从驱动侧转子的与内部定子相反的一侧延伸至负载侧转子的与内部定子相反的一侧。根据本发明的上述第二实施例，步骤701具体可以通过下列方法来实现提供沿轴向平行的第一驱动侧转子和第二驱动侧转子，并且在第一驱动侧转子与第二驱动侧转子的相反的侧面上提供背铁，其中第二驱动侧转子上的磁体与第一驱动侧转子上的磁体一一对应，并且极化方向相反；并且提供沿轴向平行的第一负载侧转子和第二负载侧转子，并且在第一负载侧转子与第二负载侧转子的相反的侧面上提供背铁，其中第二负载侧转子上的磁体与第一负载侧转子上的磁体一一对应，并且极化方向相反。步骤702可以具体通过下列方法来实现在第一驱动侧转子、第一负载侧转子的外围提供外部定子，使外部定子中的每个导磁体从第一驱动侧转子与第二驱动侧转子之间的空间延伸至第一负载侧转子与第二负载侧转子之间的空间。根据本发明的上述第三实施例，步骤701可以通过下列方法来实现提供沿轴向平行的第一驱动侧转子和第二驱动侧转子，在第一驱动侧转子与第二驱动侧转子的相对的侧面上提供背铁；并且提供沿轴向平行的第一负载侧转子和第二负载侧转子，在第一负载侧转子与第二负载侧转子的相对的侧面上提供背铁。步骤702具体可以通过下列方法来实现在第一驱动侧转子与第一负载侧转子之间提供内部定子，使得内部定子中的每个导磁体在第一驱动侧转子和第一负载侧转子相对的一侧之间延伸；在第一驱动侧转子、第二驱动侧转子，第一负载侧转子、第二负载侧转子以及内部定子的外围提供外部定子，使得外部定子中的每个导磁体从第二驱动侧转子的与第一驱动侧转子相反的一侧延伸至第二负载侧转子的与第一负载侧转子相反的一侧。在上述实施例中，每个定子中的导磁体的数目等于每个驱动侧转子中的驱动侧磁体的对数与每个负载侧转子中的负载侧磁体的对数之和或者之差。换句话说，每个定子的导磁体的数目等于驱动侧磁体的数目与负载侧磁体的数目之和的一半或者之差的一半。另夕卜，虽然本发明的实施例描述了导磁体位于定子中，实际上导磁体也可以直接固定在外壳的非导磁材料中。上述改进磁轴承的各种实施例的能够减轻或克服轴向磁通磁齿轮的轴向牵引力问题。相同或非常类似的方法可以用于诸如磁性联轴器之类的轴向磁通转矩传动设备。所不同的是，当轴向磁通转矩传动设备为磁齿轮时每个磁齿轮的每个驱动侧转子上的磁体的 数目与每个负载侧转子上的磁体的数目不相等。而在轴向磁通转矩传动设备为磁联轴器时每个驱动侧转子上的磁体的数目与每个负载侧转子上的磁体的数目相等。例如，在应用于磁性联轴器时，定子中的导磁体的数目(S)与转子中的磁体的对数(!^和^)可以满足关系S = 0，并且ri = r2，在这种情况下，可以不存在内部定子。除此之外，磁性联轴器的构造与上述实施例中描述的磁齿轮的构造类似，在这里就不再赘述。不像这些现有技术中所讨论的非零轴向牵引力通常被诸如推力机械轴承、磁轴承或平衡轮等等之类的特定元件进行平衡的方法，本发明实施例利用转子或定子或两者的平衡设计来抵消轴向牵引力。该抵消轴向力的机构不受轴向磁通转矩传动设备的尺寸限制并且可以很容易地按比例扩大。相反，现有技术中通常使用的利用推力轴承抵消轴向牵力的方法通常受到这些轴承的推力能力的限制。虽然原则上磁轴承也可以被按比例扩大到很大的尺寸，但磁轴承内的磁体仅仅提供轴向支撑而对传动转矩没有贡献。因为SmCo和NdFeB材料比软铁材料更贵，所以本发明使得能够同时抵消轴向牵引力并且使得能够进行接近双倍的转矩传动(如第三实施例和第三实施例)，从而明显提高投资回报率。本发明实施例利用对称几何设计克服轴向磁通磁性联轴器和齿轮系统的限制，其在抵消轴向牵引力的同时具有下列优点1)可以在不需要额外的推力元件情况下提供可靠性；2)相对较小的尺寸；以及3)较低的成本。原则上，这些创新性系统能够增加传动转矩和功率吞吐量而没有任何上限，从而提供了(尤其在较低速度下)具有较好性能的零或近零轴向牵弓I力的轴向磁通型磁性联轴器和齿轮系统。本发明公开了一种轴向磁通转矩传动设备以及轴向磁通转矩传动方法，其中所述转矩传动设备包括第一驱动侧转子，包括至少一个第一驱动侧磁体；第一负载侧转子，包括至少一个第一负载侧磁体，其中所述第一驱动侧转子和所述第一负载侧转子通过所述至少一个第一驱动侧磁体和所述至少一个第一负载侧磁体进行转矩传动；至少一个导磁体，用于调整所述至少一个第一驱动侧磁体与所述至少一个第一负载侧磁体之间的磁通排列，使得在进行转矩传动时在所述第一驱动侧转子上产生的轴向牵引力的方向相反和/或在所述第一负载侧转子上产生的轴向牵引力的方向相反。根据本发明的技术方案分别抵消了驱动侧转子上的轴向牵引力和负载侧转子上的轴向牵引力，从而避免了在轴向磁通转矩传动设备上使用昂贵的推力轴承元件并保证了设备的可靠性。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明 ，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明所附权利要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种轴向磁通转矩传动设备,包括 第一驱动侧转子，包括至少一个第一驱动侧磁体； 第一负载侧转子，包括至少一个第一负载侧磁体，其中所述第一驱动侧转子和所述第一负载侧转子通过所述至少一个第一驱动侧磁体和所述至少一个第一负载侧磁体进行转矩传动； 至少一个导磁体，用于调整所述至少一个第一驱动侧磁体与所述至少一个第一负载侧磁体之间的磁通排列，使得在进行转矩传动时在所述第一驱动侧转子上产生的轴向牵引力的方向相反和/或在所述第一负载侧转子上产生的轴向牵引力的方向相反。
2.根据权利要求I所述的轴向磁通转矩传动设备，进一步包括至少一个定子，所述至少一个定子各包括所述至少一个导磁体中的至少一个。
3.根据权利要求2所述的轴向磁通转矩传动设备，其中 所述至少一个定子中的每个定子的导磁体的数目等于所述第一驱动侧磁体的数目与所述负载侧磁体的数目之和的一半或者之差的一半； 所述第一驱动侧转子具有在轴向上相反的第一侧面和第二侧面，所述第一负载侧转子具有在轴向上相反的第一侧面和第二侧面，所述第一驱动侧转子的第一侧面与所述第一负载侧转子的第一侧面相对。
4.根据权利要求3所述的轴向磁通转矩传动设备，其中， 所述至少一个定子包括 内部定子，位于所述第一驱动侧转子和所述第一负载侧转子之间，所述内部定子中的至少一个导磁体从所述第一驱动侧转子的第一侧面延伸到所述第一负载侧转子的第一侧面并且与所述第一驱动侧转子的第一侧面和所述第一负载侧转子的第一侧面之间有预定的间隙；以及 外部定子，所述外部定子中的至少一个导磁体从所述第一驱动侧转子的第二侧面延伸至所述第一负载侧转子的第二侧面并且与所述第一驱动侧转子的第二侧面和所述第一负载侧转子的第二侧面之间具有预定的间隙。
5.根据权利要求3所述的轴向磁通转矩传动设备，进一步包括 第二驱动侧转子，包括至少一个第二驱动侧磁体；以及第二负载侧转子，包括至少一个第二负载侧磁体，其中 所述第二驱动侧转子具有在轴向上相反的第一侧面和第二侧面，所述第二负载侧转子具有在轴向上相反的第一侧面和第二侧面，所述第二驱动侧转子的第一侧面与所述第一驱动侧转子的第二侧面相对，并且所述第二负载侧转子的第一侧面与所述第一负载侧转子的第二侧面相对；并且 所述至少一个导磁体用于进一步调整所述至少一个第二驱动侧磁体与所述至少一个第二负载侧磁体之间的磁通排列，使得在进行转矩传动时在所述第二驱动侧转子上产生的轴向牵引力的方向相反和/或在所述第二负载侧转子上产生的轴向牵引力的方向相反。
6.根据权利要求5所述的轴向磁通转矩传动设备，其中 所述至少一个定子包括外部定子，其中所述外部定子中的至少一个导磁体从所述第一驱动侧转子的第二侧面与所述第二驱动侧转子的第一侧面之间的空间延伸到所述第一负载侧转子的第二侧面与所述第二负载侧转子的第一侧面之间的空间，所述至少一个第二驱动侧磁体和所述至少一个第一驱动侧磁体中在轴向上相对应的磁体的极化方向相反，并且所述至少一个第二负载侧磁体和所述至少一个第一负载侧磁体中在轴向上相对应的磁体的极化方向相反。
7.根据权利要求6所述的轴向磁通转矩传动设备，其中所述至少一个第二驱动侧磁体和所述至少一个第一驱动侧磁体在轴向上一一对应且数目相等，并且所述至少一个第二负载侧磁体和所述至少一个第一负载侧磁体在轴向上一一对应且数目相等。
8.根据权利要求7所述的轴向磁通转矩传动设备，进一步包括 第一驱动侧背铁和第二驱动侧背铁，分别布置在所述第一驱动侧转子的第一侧面和所述第二驱动侧转子的第二侧面上；以及 第一负载侧背铁和第二负载侧背铁，分别布置在所述第一负载侧转子的第一侧面和所述第二负载侧转子的第二侧面上。
9.根据权利要求5所述的轴向磁通转矩传动设备，其中 所述至少一个定子包括 内部定子，位于所述第一驱动侧转子和所述第一负载侧转子之间，所述内部定子中的至少一个导磁体从所述第一驱动侧转子的第一侧面延伸到所述第一负载侧转子的第一侧面并且与所述第一驱动侧转子的第一侧面和所述第一负载侧转子的第一侧面之间具有预定的间隙；以及 外定子，所述外定子中的至少一个导磁体从所述第二驱动侧转子的第二侧面延伸到所述第二负载侧转子的第二侧面并且与所述第二驱动侧转子的第二侧面和所述第二负载侧转子的第二侧面之间具有预定的间隙。
10.根据权利要求9所述的轴向磁通转矩传动设备，进一步包括 第一驱动侧背铁和第二驱动侧背铁，分别布置在所述第一驱动侧转子的第二侧面和所述第二驱动侧转子的第一侧面上；以及 第一负载侧背铁和第二负载侧背铁，分别布置在所述第一负载侧转子的第二侧面和所述第二负载侧转子的第一侧面上。
11.根据权利要求I至10中的任一项所述的轴向磁通转矩传动设备，其中所述导磁体由软铁块制成。
12.根据权利要求I至10中的任一项所述的轴向磁通转矩传动设备，其中所述轴向磁通转矩传动设备为磁齿轮，并且所述至少一个第一驱动侧磁体的数目与所述至少一个第一负载侧磁体的数目不相等。
13.根据权利要求I至10中的任一项所述的轴向磁通转矩传动设备，其中所述轴向磁通转矩传动设备为磁联轴器，并且所述至少一个第一驱动侧磁体的数目与所述至少一个第一负载侧磁体的数目相等。
14.根据权利要求5至10中的任一项所述的轴向磁通转矩传动设备，其中所述至少一个定子固定在所述轴向磁通转矩传动设备的壳体上，所述第一驱动侧转子和所述第二驱动侧转子固定在驱动侧转轴上，并且所述第一负载侧转子和所述第二负载侧转子固定在负载侧转轴上。
15.根据权利要求I至10中的任一项所述的轴向磁通转矩传动设备，其中所述至少一个第一驱动侧磁体沿所述第一驱动侧转子的圆周均匀分布且所述至少一个第一驱动侧磁体中的相邻磁体的极化方向相反，所述至少一个第一负载侧磁体沿所述第一负载侧转子的圆周均匀分布且所述至少一个第一负载侧磁体中的相邻磁体的极化方向相反，所述至少一个第一驱动侧磁体的极化方向与所述第一驱动侧转子的轴向平行，并且所述至少一个第一负载侧磁体的极化方向与所述第一负载侧转子的轴向平行。
16.根据权利要求4所述的轴向磁通转矩传动设备，其中所述外部定子中的至少一个导磁体呈U形，均匀布置在所述第一驱动侧转子、所述内部定子、所述第一负载侧转子的外围，并且所述U形的两端分别与所述第一驱动侧转子的第二侧面和所述第一负载侧转子的第二侧面之间具有所述预定的间隙。
17.根据权利要求6至8中的任一项所述的轴向磁通转矩传动设备，其中所述外部定子中的至少一个导磁体呈U形，均匀布置在所述第一驱动侧转子和所述第一负载侧转子的外围，并且所述U形的两端分别位于所述第一驱动侧转子的第二侧面与所述第二驱动侧转子的第一侧面之间的空间以及所述第一负载侧转子的第二侧面与所述第二负载侧转子的第一侧面之间的空间。
18.根据权利要求9或10所述的轴向磁通转矩传动设备，其中所述外部定子中的至少一个导磁体呈U形，均匀布置在所述第二驱动侧转子、所述第一驱动侧转子，所述内部定子、所述第一负载侧转子以及所述第二负载侧转子的外围，并且所述U形的两端分别与所述第二驱动侧转子的第二侧面和所述第二负载侧转子的第二侧面之间具有所述预定的间隙。
19.一种轴向磁通转矩传动的方法，包括 提供沿轴向平行布置的包括驱动侧磁体的驱动侧转子和包括负载侧磁体的负载侧转子； 提供导磁体； 通过所述驱动侧磁体和所述负载侧磁体进行转矩传动； 利用所述导磁体调整所述驱动侧磁体与所述负载侧磁体之间的磁通排列，使得在进行转矩传动时在所述驱动侧转子上产生的轴向牵引力的方向相反和/或在所述负载侧转子上产生的轴向牵引力的方向相反。
全文摘要
本发明公开了一种轴向磁通转矩传动设备以及轴向磁通转矩传动方法，其中所述转矩传动设备包括第一驱动侧转子，包括至少一个第一驱动侧磁体；第一负载侧转子，包括至少一个第一负载侧磁体，其中所述第一驱动侧转子和所述第一负载侧转子通过所述至少一个第一驱动侧磁体和所述至少一个第一负载侧磁体进行转矩传动；至少一个导磁体，用于调整所述至少一个第一驱动侧磁体与所述至少一个第一负载侧磁体之间的磁通排列，使得在进行转矩传动时在所述第一驱动侧转子上产生的轴向牵引力的方向相反和/或在所述第一负载侧转子上产生的轴向牵引力的方向相反。根据本发明的技术方案分别抵消了驱动侧转子上的轴向牵引力和负载侧转子上的轴向牵引力，从而避免了在轴向磁通转矩传动设备上使用昂贵的推力轴承元件并保证了设备的可靠性。
文档编号H02K49/04GK102801277SQ20111013582
公开日2012年11月28日 申请日期2011年5月24日 优先权日2011年5月24日
发明者刘戈, 于尔, 李明 申请人:西门子公司