机电集成磁场调制型磁齿轮的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种机电集成磁场调制型磁齿轮，所述磁齿轮包含内定子、内调磁环、内转子、外调磁环、外定子，其内定子上布设极对数为N1的三相绕组，内转子由背铁、2N2块内表面和2N3块外表面径向充磁永磁体组成，内调磁环由N1+N2个导磁块和N1+N2个非导磁块间隔排列成环形，外调磁环由N3+N4个导磁块和N3+N4个非导磁块间隔排列成环形,外调磁环与输出轴相连输出转矩，外定子内表面布设有2N4块径向充磁永磁体。该磁齿轮包含有内定子与内调磁环间、内调磁环与内转子间、内转子与外调磁环间、外调磁环与外定子间形成的四层气隙。本发明集传动、驱动和控制于一体，具有两级减速传动，结构紧凑、传动比大，能够以极低的转速输出较大转矩，转矩密度高。
【专利说明】机电集成磁场调制型磁齿轮
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种磁场调制型磁性齿轮，特别是一种带有机电集成特性的磁场调制型磁性齿轮。
【背景技术】
[0002]磁场调制型磁齿轮传动装置利用永磁体间的磁场耦合作用传递运动和动力，输入构件与输出构件采用同轴式拓扑结构，除具有传统平行轴磁齿轮传动装置所具有的无机械接触、无需润滑、无磨损，机械振动和噪声小，以及环保、清洁、过载自我保护等优点外，还具有永磁体利用率高，可输出转矩大，机构转矩密度高等优点，在传动能力上可与机械齿轮相媲美。但磁场调制型磁齿轮传动装置仍需性能优异的电机驱动，整个传动装置占用空间大；且由于传动比限制，输出轴输出转速相对较高，很难满足低速大转矩工况条件需求。
【发明内容】
[0003]为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种机电集成磁场调制型磁齿轮。该发明能够以极低的转速输出较大的转矩，并解决了现有技术存在的传动装置占用空间大、输出轴转速较高等问题。
[0004]本发明解决其技术问题所提供的技术方案是:一种机电集成磁场调制型磁齿轮，包括固定于空心轴上的内定子、具有磁场调制作用的内调磁环、外调磁环、转动的内转子以及固定于支座上的外定子。所述内定子铁芯外表面开有梨形槽，槽内布设极对数为N1的三相交流绕组以产生旋转磁场，绕组导线穿过空心轴连接于变频器上，空心轴通过支撑座实现固定，其中，&为Γ4的整数。在所述内转子背铁的内表面均匀间隔镶嵌极和N2块S极永磁体,夕卜表面均勻间隔镶嵌N3块N极和N3块S极永磁体，内转子固定于由轴承支撑的轴承座上，并在经调制的磁场驱动下绕空心轴的轴线回转，其中，N 2、乂均为小于10的正整数。所述内调磁环由N1+ N2个导磁块和N1+ N2个非导磁块间隔排列成环形布设，内调磁环与内调磁环挡板固联后固定于内调磁环支撑板上，所述内调磁环支撑板固定于空心轴上。所述外定子固定于支座上，其内表面圆周方向均勻间隔镶嵌N4块N极和N4块S极永磁体，其中，N4为小于100的正整数。所述外调磁环由N3+ N4个导磁块和N3+ N4个非导磁块间隔排列成环形布设，并通过支撑板联接于输出轴上，能够以极低的转速输出较大的转矩。
[0005]在本发明中，所述机电集成磁场调制型磁齿轮有两级减速传动:内定子、内调磁环与内转子构成第一级减速传动；内转子、外调磁环与外定子构成第二级减速传动。
[0006]在本发明中，所述机电集成磁场调制型磁齿轮有四层气隙:即内定子与内调磁环之间形成的气隙、内调磁环与内转子之间形成的气隙、内转子与外调磁环之间形成的气隙和外调磁环与外定子之间形成的气隙。
[0007]本发明的有益效果是:该发明集磁场调制型磁齿轮传动装置、驱动和控制系统于一体，具有两级减速传动，结构紧凑，可通过调整内定子上绕组电流大小及频率，调整传动装置输出轴的转矩及转速。整套装置占用空间小，能够以极低的转速输出较大的转矩，永磁体利用率，转矩密度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是机电集成磁场调制型磁齿轮的结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图。
[0009]在图1、图2中，1-输出轴，2-输出轴端盖，3-输出轴轴承，4-输出轴轴承座，5-输出轴套筒，6-输出轴承挡板，7-外调磁环支撑板，8-内调磁环挡板，9-外定子，10-外调磁环，11-内转子背铁,12-内转子外表面永磁体,13-外定子永磁体,14-外定子挡板,15-外调磁环挡板，16-内转子挡板,17-内转子内表面永磁体,18-内调磁环，19-内调磁环支撑板，20-内转子轴承座，21-内转子轴承端盖，22-内转子轴承内套筒，23-内转子轴承，24-内转子轴承外套筒，25-输入轴支撑座，26-输入轴弹性挡圈，27-输入轴，28-内定子定位套筒，29-内定子，30-键，31-内定子弹性挡圈，32-支座，33-绕组线圈。
【具体实施方式】
实施例
[0010]图1、图2是本发明公开的一种机电集成磁场调制型磁齿轮，所述机电集成磁场调制型磁齿轮包括内定子系统、内转子系统和输出轴系统，其中:
所述内定子系统主要由开有梨形槽的内定子29、绕组线圈33、空心轴27、内调磁环18、支撑座25组成。内定子29的表面开有梨形槽，槽内布设极对数为2的三相交流绕组线圈33，接通三相正弦交流电以产生旋转磁场。绕组导线穿过空心轴27连接于变频器上，空心轴27通过支撑座25实现固定。内定子29和空心轴27通过键30联接在一起，轴向弹性挡圈26和内定子轴向弹性挡圈31共同作用限制内定子29的轴向移动；内调磁环18由7个导磁块和7个非导磁块间隔排列成环形布设，内调磁环18与内调磁环挡板8固联后固定于内调磁环支撑板19上，所述内调磁环支撑板19固定于空心轴27上。支座32通过焊接与外定子9固定在一起，支撑座25通过螺纹联接与空心轴27固定在一起。
[0011]所述内转子系统主要由内转子背铁11、内转子外表面永磁体12、内转子挡板16、内转子内表面永磁体17、内转子轴承座20和内转子轴承端盖21共同构成。内转子背铁11的内表面均勻间隔镶嵌5块N极和5块S极永磁体17,其外表面均勻间隔镶嵌4块N极和4块S极永磁体12，内转子背铁11固定于由轴承23支撑的轴承座20上。内转子背铁11通过螺栓联接与内转子挡板16固定在一起，内转子挡板16通过过盈配合和螺栓联接与内转子轴承座20固定在一起，内转子轴承座20通过螺栓联接与内转子轴承端盖21固定在一起，内转子系统在内定子所产生的磁场驱动下绕空心轴27轴线回转。
[0012]所述输出轴系统主要由输出轴1、外调磁环支撑板7、外调磁环10、外定子9、外定子永磁体13以及支座32共同构成。所述外调磁环10由21个导磁块和21个非导磁块间隔排列成环形布设，调磁环支撑板7、外调磁环10、外调磁环挡板15通过螺栓联接固定于输出轴I上，输出轴I经由轴承3安装于输出轴轴承座4上，输出轴轴承座4通过螺栓联接与输出轴端盖2、输出轴承挡板6固定在一起，输出轴轴承座4通过焊接固定于支座32上；外定子9的内表面圆周方向均勻间隔镶嵌17块N极和17块S极外定子永磁体13,夕卜定子9、外定子挡板14通过螺栓联接固定于输出轴轴承座4上。
[0013]所述机电集成磁场调制型磁齿轮，其具有由固定于空心轴上的内定子29和内调磁环18、转动的内转子组成的第一级传动系统；具有转动的内转子、转动并输出转矩的外调磁环10、固定于支座上的外定子9组成的第二级传动系统。
[0014]所述的机电集成磁场调制型磁齿轮，其特征在于:所述磁齿轮有四层气隙，即内定子29与内调磁环18之间形成的气隙、内调磁环18与内转子之间形成的气隙、内转子与外调磁环10之间形成的气隙和外调磁环10与外定子9之间形成的气隙。
[0015]工作原理
机电集成磁场调制型磁齿轮中的内定子29的上的线圈33内通以三相交流电时，其周围旋转的磁场极数经内调磁环18调制后在内调磁环18与内转子内表面永磁体17间的气隙内形成的谐波磁场磁极数等于内转子内表面永磁体17的磁极数2N2，驱动内转子转动，实现一级传动。内转子转动，内转子外表面永磁体12的磁场谐波2N3经外调磁环10调制后，在外调磁环10与外定子内表面永磁体13间的气隙中形成与外定子内表面永磁体极数2N4相等的磁场，实现了外调磁环10与外定子内表面永磁体13间的等磁极耦合，实现二级传动。机电集成磁场调制型磁齿轮传动装置中内定子上电流大小及频率可调，永磁体利用率高，机构传动比大，能够以极低的转速输出较大的转矩，节省磁齿轮装置的占用空间。
【权利要求】
1.一种机电集成磁场调制型磁齿轮，包括固定于空心轴上的内定子、具有磁场调制作用的内调磁环、外调磁环、转动的内转子以及固定于支座上的外定子，其特征在于: a.所述内定子外表面开有梨形槽，槽内布设极对数为N1的三相交流绕组以产生旋转磁场，绕组导线穿过空心轴连接于变频器上，空心轴通过支撑座实现固定，其中，N1为f 4的正整数； b.所述内转子背铁的内表面均匀间隔镶嵌N2块N极和N2块S极永磁体，外表面均匀间隔镶嵌N3块N极和N3块S极永磁体，内转子背铁固定于由轴承支撑的轴承座上，并在磁场驱动下绕空心轴的轴线回转，其中，N2、N3均为小于10的正整数； c.所述内调磁环由N1+N2个导磁块和N1+ N2个非导磁块间隔排列成环形布设，内调磁环与内调磁环挡板固联后固定于内调磁环支撑板上，所述内调磁环支撑板固定于空心轴上; d.所述外定子固定于支座上，其内表面圆周方向均勻间隔镶嵌N4块N极和N4块S极永磁体，其中，N4为小于100的正整数； e.所述外调磁环由N3+N4个导磁块和N3+ N4个非导磁块间隔排列成环形布设，并通过支撑板联接于输出轴上，可以极低的转速输出较大的转矩。
2.根据权利要求1所述的机电集成磁场调制型磁齿轮，其特征在于:所述磁齿轮有四层气隙，即内定子与内调磁环之间形成的气隙、内调磁环与内转子之间形成的气隙、内转子与外调磁环之间形成的气隙和外调磁环与外定子之间形成的气隙。
3.根据权利要求1所述的机电集成磁场调制型磁齿轮，其特征在于:所述磁齿轮有两级减速传动:内定子、内调磁环与内转子构成第一级减速传动；内转子、外调磁环与外定子构成第二级减速传动。
【文档编号】H02K1/17GK104333197SQ201410603998
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】郝秀红, 袁晓明, 朱学军, 张鸿飞 申请人:燕山大学