一种具有静止励磁环的同轴磁性齿轮的制作方法

本发明涉及一种具有静止励磁环的同轴磁性齿轮，属于变速传动技术领域。

背景技术：

磁性齿轮利用磁场耦合作用进行转矩的传递，是一种非接触式变速传动装置，不存在噪声、震动、磨擦损耗以及润滑等问题，而且能够实现输入与输出之间的物理隔离，还具备过载自保护能力，安全可靠性较高。近年来，随着高性能钕铁硼永磁材料的发展，新型磁性齿轮拓扑结构的研究受到了越来越多的关注。

转矩传递能力和传输稳定性是评价磁性齿轮性能的两个重要指标，相较于传统转换型磁性齿轮，基于磁场调制原理工作的场调制磁性齿轮具有较高的转矩传递能力，是目前非接触式变速传动领域的研究热点。场调制磁性齿轮一般由高速转子、低速转子和调磁环构成。

传统的场调制磁性齿轮的永磁体均安装于高、低速转子上，当转子处于高速旋转状态或受到较大力矩的时候，可能会发生转子永磁体脱落的现象，大大降低了机械可靠性。中国发明专利ZL201110252784.3公开的一种同轴磁齿轮，虽然将低速转子的永磁体移至静止的调磁环上形成静止磁环，使得低速转子仅为由铁芯构成的凸极结构，改善了低速转子的机械可靠性，但是高速转子仍由铁芯和表贴永磁体构成，高速转子高速旋转时容易发生永磁体脱落的现象，从而导致齿轮失效，整体结构可靠性仍然较低。此外，转子励磁结构若采用电励磁或超导励磁来代替永磁励磁，需要使用滑环和电刷，这将会增加磁性齿轮设计和制作装配的复杂性，更会大大降低整体结构的可靠性。若采用静止励磁，则可方便地实现电励磁或超导励磁代替永磁励磁，而不会增加结构的复杂性。因此，对具有较高机械可靠性、静止励磁型的磁性齿轮拓扑结构的研究具有重要的理论意义和工程实用价值。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种具有静止励磁环的同轴磁性齿轮。

本发明能够解决现有场调制磁性齿轮存在的高、低速转子机械可靠性低，运行稳定性差，转子励磁不易于采用电励磁或超导励磁的问题。

本发明的技术方案如下：

一种具有静止励磁环的同轴磁性齿轮，包括由外至内同轴设置的低速转子、静止励磁环和高速转子，且彼此之间设有气隙；所述低速转子的内缘环形设置有凸极结构；所述高速转子的外缘环形设置有凸极结构；所述静止励磁环为铁芯和永磁体彼此间隔组成的环形结构。本发明中，所述高速转子、低速转子均为由单一软磁材料制成，且不存在永磁体。其中，所述软磁材料是指当磁化发生在Hc不大于1000A/m的材料，典型的软磁材料，可以用最小的外磁场实现最大的磁化强度。软磁材料易于磁化，也易于退磁，广泛用于电工设备和电子设备中。

根据本发明优选的，所述静止励磁环的永磁体沿所述环形结构的圆周切向充磁，且相邻永磁体的充磁方向相反。此技术方案形成有效的N-S磁极，

为整个磁性齿轮提供励磁。

根据本发明优选的，所述低速转子的凸极结构中凸极个数为N₁、所述静止励磁环中永磁体的极对数为P_s、高速转子的凸极结构中凸极个数为N_h满足以下关系：

N₁-P_s＝N_h+P_s；

实现的变速传动比G_r为：G_r＝N₁:N_h。

本发明的有益效果如下：

1.本发明的同轴磁性齿轮中，高、低速转子均为由单一软磁材料制成的环形凸极结构，其上不存在永磁体，结构稳定性好，机械可靠性高；

2.本发明的同轴磁性齿轮中，永磁体位于静止励磁环上，无需随转子旋转，有效保证了永磁体固定的牢靠性和励磁的稳定性，同时易于采用其它励磁方式代替永磁励磁，如电励磁或超导励磁等。本发明能够获得理想的机械可靠性和运行稳定性。

附图说明

图1为本发明的同轴磁性齿轮截面结构图；

图1中：1、低速转子；11、低速转子的铁芯环；12、低速转子的凸极；2、静止励磁环；21、静止励磁环的铁芯；22、静止励磁环的永磁体；3、高速转子；31、高速转子的铁芯环；32、高速转子的凸极；4、低速转子与静止励磁环之间的气隙；5、高速转子与静止励磁环之间的气隙。图中箭头代表永磁体的充磁方向。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。以下所记载的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例、

一种具有静止励磁环的同轴磁性齿轮，包括由外至内同轴设置的低速转子1、静止励磁环2和高速转子3，且彼此之间设有气隙；所述低速转子1的内缘环形设置有凸极结构12；所述高速转子3的外缘环形设置有凸极结构32；所述静止励磁环2为铁芯21和永磁体22彼此间隔组成的环形结构。

所述静止励磁环2的永磁体22沿所述环形结构的圆周切向充磁，且相邻永磁体22的充磁方向相反。此技术方案形成有效的N-S磁极，为整个磁性齿轮提供励磁。

所述低速转子1的凸极结构12中凸极个数为N_l、所述静止励磁环2中永磁体22的极对数为P_s、高速转子的凸极结构32中凸极个数为N_h满足以下关系：

N₁-P_s＝N_h+P_s；

实现的变速传动比G_r为：G_r＝N₁:N_h。

所述低速转子轴向长度为L₁、所述静止励磁环轴向长度为L_s、高速转子轴向长度为L_h之间满足以下关系：

L₁＝L_s＝L_h。

下面结合附图1对本发明做进一步说明。

本发明所述的低速转子1和高速转子3皆为由单一软磁材料制成的环形凸极结构，其上不存在永磁体，结构稳定性好，机械可靠性高。

本发明提供励磁的永磁体，即静止励磁环的永磁体22位于静止励磁环2上，无需随转子旋转，有效保证了永磁体固定的牢靠性和励磁的稳定性，同时易于采用其它励磁方式代替永磁励磁，如电励磁或超导励磁等，只要保证能够产生有效的N-S磁极即可，但无论采用哪种结构形式，都在本发明的保护范围之内。

所述低速转子1、静止励磁环2和高速转子3由外至内、同轴心排列且轴向长度相同。

所述静止励磁环2与低速转子1的内表面之间设有气隙4、静止励磁环2与高速转子3的外表面之间设有气隙5，从而能够保证高、低速转子正常旋转。

所述低速转子1、静止励磁环的铁芯21、高速转子3由硅钢叠片或其他软磁材料构成，与普通永磁同步电机的定转子铁芯制造工艺相同。

所述静止励磁环的永磁体22由稀土钕铁硼或其它永磁材料构成，沿圆周切向充磁，且相邻永磁体充磁方向相反，形成有效的N-S磁极，为整个装置提供励磁。

低速转子的凸极12(高速转子的凸极32)的磁场调制功能，能够将静止励磁环的永磁体22产生的磁场在气隙4(气隙5)内调制产生一系列空间谐波磁场，当气隙4与气隙5中存在极对数相等的谐波磁场时，通过磁场耦合作用，该同轴磁性齿轮就能够实现稳定的转矩传输。为了实现变速传动的效果，必须要求所提同轴磁性齿轮的高、低速转子凸极的个数不相同。此时，当低速转子的凸极12的个数与静止励磁环的永磁体22的极对数之差等于高速转子的凸极32的个数与静止励磁环的永磁体22的极对数之和时，能够利用幅值最大的谐波磁场实现最优的转矩传递能力。即本发明所述同轴磁性齿轮低速转子的凸极12的个数N₁、静止励磁环的永磁体22的极对数P_s、高速转子的凸极32的个数N_h应满足以下关系：

N₁-P_s＝N_h+P_s (1)

此时，对应地，该同轴磁性齿轮能够实现的变速传动比G_r为：

G_r＝N₁:N_h (2)

图1实例给出的同轴磁性齿轮低速转子的凸极12个数为25，静止励磁环的永磁体22的极对数为9，高速转子的凸极32个数为7，完全满足上述表达式(1)，此时该同轴磁性齿轮能够实现的变速传动比为25:7。

本发明涉及的同轴磁性齿轮中，高、低速转子均为由单一软磁材料制成的环形凸极结构，其上不存在永磁体，结构稳定性好，机械可靠性高。永磁体位于静止励磁环上，无需随转子旋转，有效保证了永磁体固定的牢靠性和励磁的稳定性，同时易于其它励磁方式的实现，如电励磁或超导励磁等。综上所述，本发明所提同轴磁性齿轮能够获得理想的机械可靠性和运行稳定性，同时又能保持较高的转矩传递能力。