一种磁场调制型同轴磁齿轮的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及磁力传动技术领域，特别涉及一种磁场调制型同轴磁齿轮。
【背景技术】
[0002]随着高性能永磁材料的发展，在诸多工业应用领域，采用磁力传动代替传统机械传动成为可能，相比于后者，磁力传动具有非接触传动、无摩擦、低振动噪音、过载保护、可靠性高等优点。在众多磁力传动部件中，英国谢菲尔德大学于2001年发表题为《A NovelHigh-Performance Magnetic Gear》的论文，提出一种基于磁场调制原理的磁齿轮拓扑结构，极大地提升了磁齿轮转矩密度，替代体积庞大的机械齿轮变速箱应用到许多需要变速驱动的场合。
[0003]近年来，随着高性能稀土永磁材料需求的激增以及价格的上扬，提升单位永磁体转矩密度，尽可能地缩减永磁体用量或者寻求低成本永磁体替代成为拓展磁齿轮应用领域的关键因素。为了提升磁齿轮的转矩传递能力，新型的磁齿轮拓扑结构被不断提出，磁齿轮的磁路拓扑已经从传统的径向磁场同轴型拓展到轴向磁场同轴型、直线型、横向磁通型等多种结构。考虑到磁齿轮在优化设计过程中的灵活时效性以及在工业应用领域中的制造加工便捷性，传统的同轴磁齿轮拓扑结构研究仍然具有重要的理论以及应用价值，其研究成果也往往可以便捷地延伸到其他拓扑结构中。
[0004]申请号为201110252784.3的中国专利文献公开了一种同轴磁齿轮，包括由外至内排列、同轴心的外转子、静止磁环和内转子。外转子为环形导磁体，在其内环上设置有等距排列的外转子凸极；静止磁环固定安装在内、外转子之间，由永磁体和非永磁体相互间隔排列组成；内转子外环等距排列内转子凸极，其上设置内转子永磁体；为保证内、外转子正常旋转，三部件之间设有气隙；该发明利用外转子凸极结构，将静止磁环磁场在内气隙侧调制出一系列谐波旋转磁场，选用内转子永磁体极对数与某一需要的谐波磁场极对数相同，二者耦合作用实现稳定的转矩传递，具有转矩密度高、外转子机械强度大、加工制造方便的特点。
[0005]上述技术虽然能够提升外转子的机械强度，但是增加了定子的加工制造难度，并且不能提升高速内转子的机械强度。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型提供了一种磁场调制型同轴磁齿轮，在保证转矩传递能力的同时制造成本低，转子和定子的机械强度高，加工制造方便。
[0007]一种磁场调制型同轴磁齿轮，包括依次排列、同轴布置的第一转子、定子磁调制环以及第二转子，所述第一转子和第二转子中，任一个为凸极转子，另一个为永磁转子；
[0008]所述凸极转子包括:导磁本体，以及沿周向间隔排布在所述导磁本体朝向所述定子磁调制环表面上的铁磁性凸极；
[0009]所述永磁转子朝向所述定子磁调制环的表面具有连续排布的N-S磁场回路；
[0010]所述定子磁调制环包括间隔排布的导磁件，相邻导磁件之间为非导磁件区域。
[0011]本实用新型中，所述永磁转子朝向所述定子磁调制环的表面上连续排布的N-S磁场回路所产生的磁场通过所述定子磁调制环上导磁件的调制，在凸极转子气隙侧产生旋转谐波磁场，基于变磁阻原理，该谐波磁场利用凸极转子，形成磁阻最小的回路闭合，当永磁转子旋转时，该谐波磁场也随之旋转，进而带动凸极转子进行旋转，永磁、凸极转子之间实现稳定的转矩传递，实际应用中，为了获得较高的转矩传递能力，凸极转子的极弧系数、径向高度以及定子磁调制环导的导磁件的周向宽度、径向高度均需要优化设计。与现有技术相比，在保证一定转矩传递能力的情况下，只有永磁转子上设置了永磁体，而凸极转子和定子磁调制环都没有设置永磁体，节省了永磁材料的用量，降低了制造成本，并且由于其中一个转子没有安装永磁体，还提高了的该转子的机械强度。
[0012]同轴磁齿轮可以是径向磁场型、轴向磁场型或者锥形磁场型，本实用新型结构可以适用于上述三种类型，通过设置不同的定子磁调制环以及配合的永磁转子和凸极转子来实现，对应设置的定子磁调制环分别为筒状、环状、锥形桶。
[0013]为了提升永磁转子在高速运转过程中的稳定性，使永磁体不易脱落，同时进一步减少永磁材料的用量，优选的，所述永磁转子包括:导磁基体，以及沿周向排布在所述导磁基体朝向所述定子磁调制环表面上的永磁体安装槽，安装在永磁体安装槽内的永磁体，各永磁体与导磁基体构成N-S磁场回路，所有永磁体沿相同磁极方向朝向定子磁调制环。
[0014]通过设置永磁体安装槽来固定永磁体，与贴装永磁体相比，不易脱落；相邻永磁体安装槽之间为导磁基体，各永磁体与导磁基体构成N-S磁场回路，与现有技术中通过连续排布磁极相反的永磁体相比，永磁材料的用量更少，进一步降低制造成本。
[0015]永磁体安装槽分布在永磁转子面向定子磁调制环的表面，槽的结构可以根据制造工艺以及磁场结构的需要进行设置，安装的永磁体的相对充磁方向相同，即全部N极面向定子磁调制环，或者全部S极面向定子磁调制环，永磁体与导磁基体相间排列提供磁场回路，永磁材料可以是钕铁硼，钐钴或铁氧体等，采用平行充磁或径向充磁。
[0016]为了方便制造和安装，优选的，所述永磁体安装槽为开放的外置槽，所述永磁体为一体式结构的永磁块、嵌装在外置槽内。
[0017]为了提高永磁转子的机械强度，优选的，所述永磁体安装槽为封闭的内置槽。
[0018]为了在等量永磁材料的用量下，提升永磁体在内置槽中形成的磁场强度，优选的，所述内置槽为U型槽。U型槽的结构的中心为导磁基体的一部分，与U型槽内的永磁组件配合可以形成大面积的永磁结构。
[0019]优选的，所述永磁体包括三块分别安装在U型槽的底部和两侧的永磁块，各永磁块相同的磁极朝向U型槽的中心。各永磁体的相对充磁方向相同，与相邻内转子铁芯形成一对N-S磁场回路，且一对极下的永磁体提供的磁通并联相加，内置槽的结构还可以采用其它径向式、切向式、混合式等磁路结构，
[0020]为了节省永磁材料，优选的，所述U型槽仅底部安装有永磁体。
[0021]优选的，所述永磁转子的永磁体个数nl、凸极转子的铁磁性凸极个数n2、定子磁调制环的导磁件个数Z满足关系:nl+n2 = Z0此时能够获得最大的转矩传递能力，内外转子的转速比为n2/nl，且旋转方向相反。此外，为了尽可能地提升转矩传递能力，nl不宜选取太大。
[0022]为了节省制造材料，优选的，所述非导磁件区域为空气隙。通过连接导磁件的端部实现固定。
[0023]为了提高定子磁调制环的机械强度，优选的，所述非导磁件区域填充非导磁材料。通过非导磁材料来固定连接各导磁件，可以大大提高定子磁调制环的连接强度。
[0024]本实用新型的有益效果:
[0025](I)本实用新型中只有永磁转子采用了永磁材料制造，在保证转矩传递能力的情况下，节省了永磁材料的用量，降低了制造成本。
[0026](2)本实用新型的凸极转子为简单的凸极结构，能够提高转子的机械强度并且便于加工制造。
【附图说明】
[0027]图1为实施例1的磁场调制型同轴磁齿轮的横截面剖视示意图。
[0028]图2为实施例2的磁场调制型同轴磁齿轮的横截面剖视示意图。
[0029]图3为实施例3的磁场调制型同轴磁齿轮的横截面剖视示意图。
[0030]图4为实施例4的磁场调制型同轴磁齿轮的横截面剖视示意图。
【具体实施方式】
[0031]实施例1
[0032]如图1所示，本实施例的磁场调制型同轴磁齿轮包括:由内向外布置、同轴心的内转子1、定子磁调制环2和外转子3，本实施例以及下述的三个实施例都采用的是径向磁场型磁齿轮，定子磁调制环2处在内转子I和外转子3之间的气隙中，而且内、外转子与定子磁调制环2之间分别存在气隙。
[0033]本实施例中，内转子I为永磁转子，内转