一种磁性传动装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种磁性传动装置，包括不动件、第一转轴、第二转轴、第一转动件、第二转动件及第三转动件；第一转动件与第一转轴刚性连接成一个整体，第二转动件、第三转动件固定在第二转轴上；第一转动件、第二转动件及第三转动件沿轴向依次排布设置；不动件主要包括调磁座及调磁环；第二转动件位于调磁环中；第一/三转动件分别包括第一/三铁芯、第一/三永磁体及第一/二支撑件；第一铁芯、第一永磁体、调磁环、第三永磁体及第三铁芯沿轴向依次排布。第一、第三永磁体沿轴向交替充磁，第二永磁体沿径向交替充磁，该磁性传动装置具有轴向、径向混合磁路，能够充分利用磁场调制空间，提高转矩密度。
【专利说明】一种磁性传动装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及磁能转换技术和动力传动设备制造【技术领域】，尤其涉及一种磁性传动 装置。
【背景技术】
[0002] 众所周知，机械齿轮装置在工业领域中得到广泛的应用。不难发现，机械齿轮都由 几个独立的运动部件构成，而这几个运动部件之间通过位于各自边缘的齿状物啮合进行动 力的传动，所以机械齿轮中各个运动部件之间的这种接触结构势必会带来诸多麻烦，如：摩 擦损耗、振动和噪声、需要润滑、需要定期维护等。在涉及到流体流量控制的场合，如人工 血泵、毒气管泵等，机械齿轮具有很大的局限性，因为它无法实现输出端和输入端的完全隔 离。这时，往往会存在流体泄露的隐患，如果密闭措施失效，将会造成严重的后果。在工业 应用中，有许多需要变速的场合，通常需要庞大的机械齿轮箱来达到要求，庞大的机械齿轮 箱不可避免地增加了系统的体积和重量，同时也增大了系统的复杂性。此外，机械齿轮是通 过齿刚性啮合在一起，一旦转矩超过其承受的能力，容易发生安全事故。
[0003] 磁性传动装置又称磁性齿轮，该传动技术是一种新型的传动技术，它利用永磁体 的磁场实现力或者转矩的传递，由于永磁体磁场之间是无接触作用，可以实现力或者转矩 的无接触传动，与机械齿轮相比其优点在于：1)可以实现输出端和输入端的完全隔离；2) 密封性比机械齿轮箱要好；3)具备过载保护能力；4)帮助实现电机的软启动；5)无噪音； 6)无需定期维护。磁性齿轮能克服机械齿轮的弊端，在许多传动领域得到了应用。
[0004] 现有的磁性齿轮分可以分为直接耦合型和磁场调制型两大类。直接耦合型一般是 指仿照机械齿轮的结构进行力或者转矩的传递，此种类型的磁齿轮，永磁体磁场耦合程度 非常低，所以转矩密度比机械齿轮要低。磁场调制型一般是指同轴磁性齿轮，该磁性齿轮利 用铁芯将永磁体的形成的磁场进行调制，形成许多磁场谐波，通过磁场谐波的相互作用，实 现变速和力或转矩的传递。该种磁性齿轮充分利用了永磁体激发的磁场，大大提高了磁性 齿轮的转矩密度。随着永磁体材料的发展，磁性齿轮的转矩密度达到了可以与机械齿轮相 媲美的程度。
[0005] 转矩密度一直是衡量磁性齿轮性能好坏的一个重要的性能指标。为了提高磁性齿 轮的转矩密度，许多专家学者对磁性齿轮的拓扑结构做了深入的研宄，目前主要分为径向 磁性齿轮和轴向磁性齿轮两种。径向磁性齿轮指的是气隙磁场沿径向分布的磁性齿轮，其 拓扑结构从里到外分布着内转子，调磁环，外转子。由于调磁环位于内外转子之间，给设计 加工固定支撑调磁环的结构带来了不小的难度，因为为了提高铁芯的调磁性能，磁性齿轮 调磁环上每一个调磁铁芯不能短接在一起；为减小涡流损耗，调磁环左右两个端盖要增加 绝缘垫，甚至固定螺丝也要考虑加入绝缘设备。此外，由于调磁环上的铁芯都是独立的，而 内外转子永磁体产生的磁场都作用在静止不动的调磁环上，所以还要考虑安装铁芯机构的 强度以及防止铁芯发生位移等问题。现有技术中的一些技术方案虽然解决了前面所述的某 些问题，但是增加了结构的复杂性，有的甚至以牺牲磁性齿轮的性能为代价。而另外一种轴 向磁性齿轮指的是气隙磁场沿轴向分布的磁性齿轮。该磁性齿轮沿轴向从左到右分布着由 慢盘铁芯和慢盘永磁体组成的慢盘，由调磁铁块构成的定子，以及由快盘永磁体和快盘铁 芯组成的快盘。然而前面所述径向磁性齿轮和轴向磁性齿轮的磁路很单一，要么径向要么 轴向，且径向磁性齿轮调磁机构的设计和加工比较麻烦。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种磁性传动装置，其具有轴向、径向混合磁路，能够充分 利用磁场调制空间，提高转矩密度。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种磁性传动装置，包括不动件、第一转 轴、第二转轴、第一转动件、第二转动件及第三转动件；
[0008] 所述第一转轴、第二转轴、第一转动件、第二转动件及第三转动件均相对所述不动 件转动设置；所述第一转轴与所述第二转轴同轴设置，且二者沿轴向排布，所述第一转动件 与所述第一转轴刚性连接为一整体，所述第二转动件、所述第三转动件与所述第二转轴三 者固定连接为一整体；所述第一转动件、第二转动件及第三转动件三者沿轴向依次排布；
[0009] 所述第一转动件包括第一铁芯、第一永磁体及第一支撑件；所述第一铁芯与第一 永磁体均为环状，所述第一铁芯与第一永磁体均安装在所述第一支撑件上；所述第一支撑 件与所述第一转轴刚性连接；
[0010] 所述第二转动件包括第二铁芯与第二永磁体，所述第二转动件固定在所述第二 转轴上；所述第二铁芯与第二永磁体均为环状，所述第二永磁体同心同轴安装在第二铁芯 上；
[0011] 所述第三转动件包括第三铁芯、第三永磁体及第二支撑件；所述第二支撑件固定 于所述第二转轴；所述第三铁芯与第三永磁体均为环状，二者均安装在所述第二支撑件 上；
[0012] 所述不动件主要包括调磁座及调磁环；所述调磁座由非磁性不导电材料制成；所 述调磁环为环状，所述调磁环固定于所述调磁座；所述第二转动件位于所述调磁环中，二者 同心同轴设置；所述第一铁芯、所述第一永磁体、所述调磁环、所述第三永磁体及所述第三 铁芯同轴设置，且沿轴向依次排布；所述第一永磁体及所述第三永磁体均沿轴向充磁，所述 第二永磁体沿径向充磁。
[0013] 其中，所述第一支撑件、所述第一转轴及所述第二转轴均由非导磁材料制成；所述 第二支撑件由非磁性不导电材料制成。
[0014] 其中，所述第一永磁体包括2&个第一永磁块，21个所述第一永磁块沿周向排布 成环状，2Ni个第一永磁块沿轴向交替充磁构成N i对永磁极；所述第三永磁体包括2N 2个第 三永磁块，2N2个所述第三永磁块沿周向排布成环状，2N 2个所述第三永磁块的磁极沿轴向 交替充磁构成N2对永磁极；所述第二永磁体包括2N 2个第二永磁块，2N 2个所述第二永磁块 沿周向排布成环状，2N2个所述第二永磁块沿径向交替充磁构成N2对永磁极；所述调磁环包 括N3个调磁块，N3个所述调磁块沿周向等间隔均匀排布；N3= L+N2, &、N2均为正整数且 N2〇
[0015] 其中，所述第一转动件以速度转动；所述第二转动件和第三转动件随所述第二 转轴以相同的转速转动；其中
【权利要求】
1. 一种磁性传动装置，其特征在于，包括第一转轴、第二转轴、第一转动件、第二转动 件、第三转动件及不动件； 所述第一转轴、第二转轴、第一转动件、第二转动件及第三转动件均相对所述不动件转 动设置；所述第一转轴与所述第二转轴同轴设置，且二者沿轴向排布，所述第一转动件与所 述第一转轴刚性连接为一整体，所述第二转动件、所述第三转动件与所述第二转轴三者固 定连接为一整体；所述第一转动件、第二转动件及第三转动件三者沿轴向依次排布； 所述第一转动件包括第一铁芯、第一永磁体及第一支撑件；所述第一铁芯与第一永磁 体均为环状，所述第一铁芯与第一永磁体均安装在所述第一支撑件上；所述第一支撑件与 所述第一转轴刚性连接； 所述第二转动件包括第二铁芯与第二永磁体，所述第二转动件固定在所述第二转轴 上；所述第二铁芯与第二永磁体均为环状，所述第二永磁体同心同轴安装在第二铁芯上； 所述第三转动件包括第三铁芯、第三永磁体及第二支撑件；所述第二支撑件固定于所 述第二转轴；所述第三铁芯与第三永磁体均为环状，二者均安装在所述第二支撑件上； 所述不动件主要包括调磁座及调磁环；所述调磁座由非磁性不导电材料制成；所述调 磁环为环状，所述调磁环固定于所述调磁座；所述第二转动件位于所述调磁环中，二者同心 同轴设置；所述第一铁芯、所述第一永磁体、所述调磁环、所述第三永磁体及所述第三铁芯 同轴设置，且沿轴向依次排布；所述第一永磁体及所述第三永磁体均沿轴向充磁，所述第二 永磁体沿径向充磁。
2. 根据权利要求1所述的磁性传动装置，其特征在于，所述第一支撑件、所述第一转轴 及所述第二转轴均由非导磁材料制成；所述第二支撑件由非磁性不导电材料制成。
3. 根据权利要求1所述的磁性传动装置，其特征在于，所述第一永磁体包括2Ni个第一 永磁块，个所述第一永磁块沿周向排布成环状，2Ni个第一永磁块的磁极沿轴向交替充 磁构成N1对永磁极；所述第三永磁体包括2N2个第三永磁块，2N2个所述第三永磁块沿周向 排布成环状，2N2个所述第三永磁块的磁极沿轴向交替充磁构成N2对永磁极；所述第二永磁 体包括2%个第二永磁块，2N2个所述第二永磁块沿周向排布成环状，2N2个所述第二永磁块 的磁极沿径向交替充磁构成N2对永磁极；所述调磁环包括N3个调磁块，N3个所述调磁块沿 周向等间隔均匀排布；N3=NJNyN^N2均为正整数且N1^N2。
4. 根据权利要求3所述的磁性传动装置，其特征在于，所述第一转动件以《 :速 度转动；所述第二转动件和第三转动件随所述第二转轴以相同的转速转动；其中 A=-#%负号表示转速方向相反。
5. 根据权利要求3所述的磁性传动装置，其特征在于，所述第三永磁块与所述第二永 磁块在径向上--对应设置，--对应的所述第三永磁块与第二永磁块之间装配成阶梯 状，且二者之间相临近处的磁极相同。
6. 根据权利要求1所述的磁性传动装置，其特征在于，所述第一永磁体与第三永磁体 二者的内径相同、且二者的外径也相同，所述调磁环位于所述第一永磁体与所述第三永磁 体之间的正中间位置，且所述调磁环的内径与所述第一永磁体的内径相同。
7. 根据权利要求1所述的磁性传动装置，其特征在于，所述不动件还包括管状的第一 外壳及管状的第二外壳；所述调磁座内侧面开设有多个调磁槽，多个所述调磁槽沿周向均 匀排布设置，所述调磁环的调磁块固定在所述调磁槽中；所述第一外壳与第二外壳与所述 调磁座同轴设置，所述调磁座位于所述第一外壳与第二外壳之间；所述第一转动件设置在 所述第一外壳中，所述第二转动件设置在所述第二外壳中。
8. 根据权利要求7所述的磁性传动装置，其特征在于，所述第一外壳、所述第二外壳与 所述调磁座为一体成型；或者， 所述第一外壳、所述第二外壳与所述调磁座三者为分体式结构，且通过螺栓固定连接。
9. 根据权利要求7所述的磁性传动装置，其特征在于，所述调磁块由软磁粉末压制成 型在所述调磁槽中；或者， 所述调磁块由硅钢片沿周向叠压而成。
10. 根据权利要求7所述的磁性传动装置，其特征在于，所述调磁座上开设有多个通 孔，所述通孔与所述调磁槽一一对应，所述通孔沿轴向设置，且所述通孔位于所述调磁槽与 所述调磁座的外侧面之间；所述不动件还包括多个丝带，各所述丝带与各所述通孔一一对 应，所述丝带穿设所述通孔及所述调磁座的环内侧绕成环状，并将所述调磁块包裹在丝带 中。
【文档编号】H02K49/04GK104506015SQ201410663609
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】蹇林旎, 石玉君, 尉进 申请人:南方科技大学