磁齿轮的制作方法

1.本发明涉及一种磁齿轮，并且更具体地，涉及具有能够容易地改变减速比的磁极片结构的磁齿轮。


背景技术：

2.通常，磁齿轮是使用磁力以不接触的方式传输动力的不接触型齿轮单元。不像通过物理接触传输动力的齿轮，磁齿轮具有低噪音和低振动，不需要注入润滑剂，且不用维护，并且由于缺少机械摩擦而具有高稳定性和耐久性。
3.此外，因为磁齿轮操作带有很少的能量损失，它能够以高效率操作并且可靠且准确地传递峰值扭矩。
4.所以，在最近几年中，已经积极地进行了研究，目的是将磁齿轮应用于各种工业领域，诸如风力涡轮机、电动车辆和变速器。
5.通常，磁齿轮可包括内部转子、外部转子以及多个磁极片，多个磁极片以与两个转子间隔开的状态设置在两个转子之间。
6.内部转子和外部转子可以包括围绕旋转轴径向地设置的永磁体，并且磁极片可以在以规则的间隔使磁极片彼此隔开的状态下围绕旋转轴径向地设置。内部转子和外部转子可以在相反的方向上旋转。取决于两个转子中的哪一个用作输入轴，磁齿轮可用作减速器或增速器。
7.在这种磁齿轮中，为了改变齿轮比，需要改变内部转子和/或外部转子的磁极的数量并且需要改变磁极片的数量。然而，在传统的磁齿轮中，为了改变转子的磁极数量和磁极片的数量，需要通过完全拆卸和组装磁齿轮的过程来附接/拆卸永磁体以及增加/减少磁极片的数量。即，基本不可能在不进行拆卸和组装传统磁齿轮的复杂过程的情况下改变齿轮比。
8.在本发明的背景技术中公开的信息仅用于增强对本发明的一般背景的理解，并且不能被视为承认或任何形式的建议该信息形成了本领域技术人员已知的现有技术。


技术实现要素：

9.本发明的各个方面旨在提供一种具有磁极片结构的磁齿轮，该磁极片结构使得减速比能够容易地改变。
10.根据本发明的各种方面，以上和其他目的可以通过提供一种磁齿轮来实现，该磁齿轮包括：定子，包括具有朝向旋转轴延伸的多个齿的定子芯，以及围绕多个齿缠绕的多个线圈；转子，包括设置在定子内部并且固定到旋转轴的转子芯，以及附接到转子芯的外部表面的多个永磁体；以及磁极片单元，包括多个第一磁极片和多个第二磁极片，它们围绕旋转轴在定子芯和转子芯之间径向地布置，使得多个第一磁极片和多个第二磁极片交替地布置在旋转轴的周向方向上。多个第一磁极片和多个第二磁极片可以在周向方向上移动使得多个第一磁极片和多个第二磁极片之间的间隔改变。
11.根据本发明的各种示例性实施例，定子的极对的数量可以根据电流流过多个线圈的方向来确定。
12.根据本发明的各种示例性实施例，多个线圈中的每个可以是集中绕组，并且多个线圈中的每个的端部位于比多个齿中的对应一个齿的端部更靠近旋转轴的位置处。
13.根据本发明的各种示例性实施例，多个第一磁极片和多个第二磁极片可以布置成彼此接触或以预定间隔彼此隔开，从而确定磁极片单元的极的数量。
14.根据本发明的各种示例性实施例，多个第一磁极片和多个第二磁极片可布置成在旋转轴的周向方向上具有彼此重叠的区域。
15.根据本发明的各种示例性实施例，磁极片单元还可以包括：第一磁极片轨道，多个第一磁极片以规则的间隔固定地布置在第一磁极片轨道上，第一磁极片轨道具有关于旋转轴居中设置的圆形状；以及第二磁极片轨道，多个第二磁极片以规则的间隔固定地布置在第二磁极片轨道上，第二磁极片轨道与第一磁极片轨道同心地布置。第一磁极片轨道或第二磁极片轨道可旋转来调整多个第一磁极片和多个第二磁极片之间的间隔。
16.根据本发明的各种示例性实施例，第一磁极片中的每个可具有朝向第二磁极片轨道延伸的延伸部分，并且第二磁极片中的每个可具有朝向第一磁极片轨道延伸的延伸部分，使得多个第一磁极片和多个第二磁极片在旋转轴的周向方向上具有彼此重叠的区域。
17.根据本发明的各种示例性实施例，磁极片单元还包括：多个凹槽，形成在第一磁极片轨道和第二磁极片轨道的彼此面对的内部表面中；以及轨道移动齿轮，具有接合到多个凹槽中的多个齿。
18.根据本发明的各种示例性实施例，磁极片单元还包括：操作夹，在其相对端部处连接到第一磁极片轨道和第二磁极片轨道，并且配置为可围绕操作夹的中央部在两个方向上旋转，以在相反的方向上旋转第一磁极片轨道和第二磁极片轨道。
19.根据本发明的各种示例性实施例，磁极片单元还包括：轴承，压配合到旋转轴以相对于旋转轴自由地旋转；以及护轮轨，配置为将第一磁极片轨道和第二磁极片轨道固定到轴承。
20.本发明的方法和设备具有其他特征和优点，这些特征和优点将从并入本文中的附图和以下具体实施方式中变得明显或在其中更详细地阐述，附图和以下具体实施方式一起用于解释本发明的某些原理。
附图说明
21.图1是示出根据本发明的各种示例性实施例的磁齿轮的第一状态的截面图；
22.图2是示出根据本发明的示例性实施例的磁齿轮的第二状态的截面图；
23.图3是根据本发明的示例性实施例的磁齿轮的侧视截面图；
24.图4是示出设置在根据本发明的示例性实施例的磁齿轮中的磁极片单元的平面图；以及
25.图5和图6是详细示出根据本发明示例性实施例的磁齿轮的磁极片单元的各个实例的局部立体图。
26.可理解的是，附图不一定按比例绘制，其呈现了说明本发明的基本原理的各种特征的稍微简化的表示。如本文所包括的本发明的特定设计特征，包括例如特定尺寸、方向、
位置和形状，将部分地由特别预期的应用和使用环境确定。
27.在附图中，贯穿附图的几幅图，相同附图标记指代本发明的相同或等效的部分。
具体实施方式
28.现在将详细参考本发明的各种实施例，其实例在附图中示出并在下面描述。虽然将结合本发明的示例性实施例来描述本发明，但是应当理解，本描述并不旨在将本发明限制于那些示例性实施例。另一方面，本发明旨在不仅涵盖本发明的示例性实施例，而且涵盖可包括在如所附权利要求书所定义的本发明的精神和范围内的各种替代方案、修改、等同物和其他实施例。
29.下文中，将参考附图详细描述根据本发明的示例性实施例的磁齿轮。在以下阐述的说明书和权利要求中，术语“磁齿轮”应被理解为包括这样的磁齿轮电动机，该磁齿轮电动机不仅用作一般的齿轮，而且还以减速比或加速比输出旋转力。
30.图1是示出根据本发明的各种示例性实施例的磁齿轮的第一状态的截面图，图2是示出根据本发明的示例性实施例的磁齿轮的第二状态的截面图，以及图3是根据本发明的示例性实施例的磁齿轮的侧视截面图。
31.参考图1、图2以及图3，根据本发明的各种示例性实施例的磁齿轮可以包括：定子，其包括定子芯11和多个线圈12，该定子芯具有多个朝向旋转轴16延伸的齿111，多个线圈围绕齿111缠绕；转子，其包括转子芯13以及多个永磁体14a和14b，该转子芯设置在定子内部并且固定到旋转轴16，该永磁体附接到转子芯13的外部表面；以及磁极片单元，其包括多个第一磁极片15a和多个第二磁极片15b，它们围绕旋转轴16在定子和转子之间径向地布置，使得第一磁极片15a和第二磁极片15b交替地布置以在旋转轴的周向方向上具有彼此重叠的区域。
32.此外，根据本发明的示例性实施例，第一磁极片15a或第二磁极片15b可以在旋转轴的周向方向上围绕旋转轴16移动。第一磁极片15a和第二磁极片15b可以彼此接触，或以规则的间隔彼此隔开。
33.此外，根据本发明的示例性实施例，定子的极对的数量可以通过调整电流流过设置在定子处的线圈12的方向来确定。
34.本发明涉及使用单个磁齿轮实现两个或更多个减速比的结构。定子的极对数量、转子的极对数量以及磁极片的数量的各种组合都是可能的。下文中，将参考图1和图2描述通过选择性地利用12极定子、4极转子和8极磁极片单元的组合以及4极定子、4极转子和4极磁极片单元的组合来改变齿轮比的实例。
35.当图1和图2所示的实例被简单地用作磁齿轮时，通过利用滑环向定子的线圈12施加直流电而磁化磁齿轮，并且因此施加机械输入(扭矩输入)。当用作磁齿轮电动机时，通过施加交流电到定子的线圈12产生旋转磁场。即，根据布置在外侧的定子是物理地旋转还是在没有物理地旋转的情况下产生旋转磁场来确定磁齿轮是纯磁齿轮还是磁齿轮电动机。然而，纯磁齿轮和磁齿轮电动机具有基本相同的结构。因此，如上所述，在以下阐述的说明书和权利要求书中提及的术语“磁齿轮”可以被理解为包括磁齿轮电动机。
36.在磁齿轮中，磁极片单元的极(qm)的数量由设置在外侧的定子的极对的数量以及设置在内侧的转子的极对的数量来确定，如以下使用等式1表示。磁齿轮的齿轮比(gr)使用
以下等式2确定。
37.【等式1】
38.qm＝p
l
+ph,其中qm是磁极片单元的极的数量，p
l
是定子的极对的数量，以及ph是转子的极对的数量。
39.【等式2】
40.gr＝(p
l
)/(qm–
p1)＝p
l
/ph41.在图1所示的实例中，当电流在与其他邻近线圈内电流不同的方向上流过定子的每个线圈时，定子具有总共12个极。根据以上等式1和等式2，磁极片单元具有总共8个极，定子的极对的数量是6，以及转子的极对的数量是2。在瞬时情况下，齿轮比是3。
42.图2所示实例配置为使得第一磁极片15a和第二磁极片15b通过在其周向方向上移动图1所示实例的磁极片单元而彼此接触。磁极片单元的极的总数量是4，以及由永磁体的固定数量确定的转子的极对的数量还是2。在瞬时情况下，根据以上等式1，定子需要具有2个极对。为此，电流在其一个方向上流过一组三个相邻线圈，并且电流在其相反方向上流过与其相邻的其他线圈组。在瞬时情况下，齿轮比是1。
43.即，根据本发明的示例性实施例，磁极片单元的极的数量可以通过移动磁极片的位置来确定，并且可以根据确定的磁极片单元的极的数量来适当地确定电流流过定子的线圈12的方向，调整定子的极对的数量，因此改变磁齿轮的齿轮比。
44.如图3所示，线圈12中的每一个可以实施为围绕定子芯11的齿111中的一个对应齿缠绕的集中绕组(concentrated winding)，并且线圈12中的每一个的端部可以位于比对应的一个齿111的端部更靠近旋转轴16的位置处。
45.旋转轴16可设置在转子芯13的中央部处。转子芯13可以围绕旋转轴16同轴地旋转。第一轴承17和第二轴承21可以压配合到旋转轴16。
46.第一轴承17可以设置在旋转轴16和壳体18之间以最小化与壳体18的摩擦，从而确保旋转轴16的平滑旋转。
47.第二轴承21是形成磁极片单元以使磁极片旋转的轴承。第二轴承21可以设置为相对于旋转轴16自由地旋转。
48.下文中，将会更详细地描述促进第一磁极片和第二磁极片之间间隔的调整的磁极片单元的结构。
49.图4是示出设置在根据本发明的示例性实施例的磁齿轮中的磁极片单元的平面图，以及图5和图6是详细示出根据本发明示例性实施例的磁齿轮的磁极片单元的各个实例的局部立体图。
50.参考图4、图5和图6，根据本发明的示例性实施例的设置在磁齿轮中的磁极片单元可以包括第一磁极片轨道23a以及第二磁极片轨道23b，第一磁极片15a以规则的间隔固定地设置在该第一磁极片轨道上，第二磁极片15b以规则的间隔固定地设置在该第二磁极片轨道上。
51.第一磁极片轨道23a和第二磁极片轨道23b可以围绕旋转轴16同心地设置，并且第一磁极片轨道23a和第二磁极片轨道23b中的至少一个可以形成为可围绕旋转轴16旋转。
52.第一磁极片轨道23a和第二磁极片轨道23b可以经由相应的不同护轮轨(rail guard)22a和22b连接到不同的第二轴承21a和21b。第二轴承21a和21b可以耦接到旋转轴
16。第二轴承21a和21b形成磁极片单元。第二轴承21a和21b可以压配合到旋转轴16以相对于旋转轴自由旋转。磁极片单元的磁极片的位置可以通过利用第二轴承21a和21b旋转第一磁极片轨道23a和第二磁极片轨道23b来确定。在图4所示的实例中，第二轴承21a和21b设置成在图纸的方向上彼此重叠。
53.此外，第一磁极片轨道23a和第二磁极片轨道23b可以围绕旋转轴16以彼此互锁的方式旋转。例如，当第一磁极片轨道23a在其一个方向上旋转到预定的角度时，第二磁极片轨道23b可以在其相反方向上旋转到相同角度。稍后将描述促进第一磁极片轨道23a和第二磁极片轨道23b的互锁旋转的结构特征。
54.第一磁极片轨道23a和/或第二磁极片轨道23b围绕旋转轴16旋转，使得附接到第一磁极片轨道23a的第一磁极片15a和附接到第二磁极片轨道23b的第二磁极片15b之间的间隔可以改变。如图1所示，在第一磁极片15a和第二磁极片15b以规则的间隔设置的状态下，磁极片单元的极的数量与第一磁极片15a的数量和第二磁极片15b的数量的总和相同。可替换地，如图2所示，在第一磁极片15a中的每一个和第二磁极片15b中的对应一个接触的状态下，磁极片单元的极的数量与第一磁极片15a的数量或第二磁极片15b的数量相同。当然，第一磁极片15a的数量和第二磁极片15b的数量可以是相同的。
55.此外，可以设置促进第一磁极片轨道23a和第二磁极片轨道23b的上述互锁旋转的装置。
56.参考图5，作为本发明的各种示例性实施例，轨道移动齿轮241可以设置在第一磁极片轨道23a和第二磁极片轨道23b之间。第一磁极片轨道23a和第二磁极片轨道23b可以具有形成在它们面对彼此的表面内的多个凹槽231，并且轨道移动齿轮241的齿可以插入到凹槽231中。因此，通过旋转轨道移动齿轮241来调整第一磁极片15a和第二磁极片15b之间的间隔是可能的。
57.轨道移动齿轮241可以连接到伺服致动器25的旋转轴，使得可以调整轨道移动齿轮的旋转量。由于伺服致动器25配置为在特定位置处停止操作，其配置为用于将第一磁极片轨道23a和第二磁极片轨道23b移动到期望的位置并且保持第一磁极片轨道23a和第二磁极片轨道23b的位置。
58.参考图6，作为促进第一磁极片轨道23a和第二磁极片轨道23b的互锁旋转的另一实例，操作夹242可以设置成移动第一磁极片轨道23a和第二磁极片轨道23b以使得调整磁极片15a和15b之间的间隔，并且设置成保持第一磁极片轨道23a和第二磁极片轨道23b的位置。操作夹242可在相对端部处连接到第一磁极片轨道23a和第二磁极片轨道23b，并且操作夹可以在其中央部处连接到伺服致动器25的旋转轴，使得可以调整操作夹的旋转量。因此，可通过伺服致动器25使操作夹242的相对端部围绕操作夹的中央部在两个方向上旋转，从而可使两个磁极片轨道23a和23b沿相反方向旋转至期望的角度。
59.第一磁极片15a和第二磁极片15b可以围绕旋转轴16径向地布置以具有在旋转轴的周向方向上彼此重叠的有效区域。考虑到第一磁极片轨道23a和第二磁极片轨道23b设置在不同的同心圆上，第一磁极片15a中的每一个可以具有从第一磁极片的位于第一磁极片轨道23a上方的上部朝向第二磁极片轨道23b延伸的延伸部分151a。同样地，第二磁极片15b中的每一个可以具有从第二磁极片的位于第二磁极片轨道23b上方的上部朝向第一磁极片轨道23a延伸的延伸部分151b。由于当前结构，第一磁极片15a和第二磁极片15b可以具有在
围绕旋转轴16的周向方向上彼此重叠的区域。
60.如从以上描述中显而易见的是，根据本发明的磁齿轮，由于使用单个结构实现两个或更多个减速比，所以可以避免由于设置单独的减速器而引起的系统的总重量或体积的增加。
61.此外，根据本发明的磁齿轮，由于速度可以减小的程度增加，所以当用作磁齿轮电动机时，可增加输出范围和高效操作范围。
62.此外，根据本发明的磁齿轮，由于减速比可以持续改变，所以根据磁齿轮电动机的驱动属性，持续地选择最佳减速比是可能的。
63.然而，通过本发明可实现的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员将从上述描述中清楚地理解本文中未提及的其他效果。
64.为便于解释和准确定义所附权利要求，术语“上部”、“下部”、“内”、“外”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“后方”、“内部”、“外部”、“向内”、“向外”、“内部的”、“外部的”、“内”、“外”、“向前”和“向后”用于参照图中显示的这些特征的位置来描述示例性实施例的特征。将进一步理解，术语“连接”或其派生词既指直接连接又指间接连接。
65.出于说明和描述的目的，已经呈现了本发明的特定示例性实施例的前述描述。它们并不旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式，并且显然根据以上教导内容，许多修改和变化是可能的。选择并描述这些示例性实施例以解释本发明的某些原理及其实际应用，以使本领域的技术人员能够制作和利用本发明的各种示例性实施例以及其各种替代方案和修改。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同物来限定。