一种新型轴向磁场调制式磁性齿轮的制作方法

本发明属于动力传递设备制造领域，具体涉及一种新型轴向磁场调制式磁性齿轮，可广泛用于风力发电、电动汽车和舰船等新能源领域。

背景技术：

与传统齿轮相比，磁性齿轮基本上不具有传统齿轮的齿形，其是以磁耦合力相吸相斥为基础来达到传动的目的，称呼其为磁性齿轮仅仅只是它与传统齿轮在结构上相似，且传动目的上是一致的，但其本质上不隶属于传统齿轮。

现有结构的磁场调制式磁性齿轮由三部分组成：内转子、调磁环和外转子。其中内转子包括内转子轭部铁心和内转子永磁体，外转子包括外转子轭部铁心和外转子永磁体，内转子的外表面和外转子的内表面安装有永磁体。内、外转子上的永磁体均采用径向充磁，并在磁路中形成径向磁场。内、外转子上不可避免的设有铁心作为永磁磁场的磁路，增加了制造成本和转子重量，降低了现有结构磁齿轮的动态性能；并且调磁环安装在内、外两层转子之间，形成旋转外转子、静止调磁环和旋转内转子三部件和两层气隙的复杂结构，制造困难。

技术实现要素：

本发明提供了一种新型轴向磁场调制式磁性齿轮，目的在于解决现有磁性齿轮重量过重、安装困难、永磁体用量多、费用高等问题。

本发明采用下述技术方案：

一种新型轴向磁场调制式磁性齿轮，包括外转子、内转子、第一调磁环及第二调磁环；

所述外转子由2N块外转子永磁体与2N块外转子铁心块交替设置，其中N为正整数，所述外转子永磁体沿圆周充磁，且相邻外转子永磁体极性相异；所述内转子由2M块内转子永磁体与2M块内转子铁心块交替设置，其中M为正整数，所述内转子永磁体沿圆周充磁，且相邻内转子永磁体极性相异；所述内转子与外转子在径向上内外两层安装；

所述外转子与内转子的轴向两端分别设置有形状相同的第一调磁环和第二调磁环，所述第一调磁环是由M+N块调磁齿设置形成的环状结构，第二调磁环是由M+N块调磁齿设置形成的环状结构；

所述外转子和内转子之间设有径向气隙，所述第一调磁环与外转子、内转子之间设有第一轴向气隙，所述第二调磁环与外转子、内转子之间设有第二轴向气隙；

所述外转子和内转子无轭部铁心，且外转子与内转子轴向长度相同。

上述方案中，所述第一调磁环铁心块和第二调磁环铁心块的材料可以为硅钢片，也可以为整块电工钢。

上述方案中，所述外转子永磁体和内转子永磁体的材料为钕铁硼永磁体。

上述方案中，所述外转子铁心块和内转子铁心块的材料可以为硅钢片，也可以为整块电工钢。

本发明的有益效果为：

1、将现有调磁式磁性齿轮内、外转子中径向充磁的永磁体改成了沿圆周充磁，形成两侧调磁环与内、外转子永磁体之间的磁路，这种结构可以省去现有径向磁场调制式磁性齿轮中转子上的铁心，节约了导磁材料，有效降低了转子重量，改善磁性齿轮的动态性能。

2、将现有调磁式磁性齿轮内、外转子永磁体增加了铁心块，在转矩相同的情况下，永磁体的用量减少，节约成本。

3、将现有调磁式磁性齿轮中位于内、外转子之间的调磁环改成了装在内、外转子的轴向两端，并可以与磁性齿轮轴向端盖融为一体，与现有调磁式磁性齿轮三层结构相比，本发明的轴向磁场调制式磁性齿轮安装更加方便，易于实现，便于保证量产质量。

附图说明

图1为新型轴向磁场调制式磁性齿轮的平面结构示意图；

图2为新型轴向磁场调制式磁性齿轮的外转子结构示意图；

图3为新型轴向磁场调制式磁性齿轮的内转子结构示意图；

图4为新型轴向磁场调制式磁性齿轮的内转子永磁体和外转子永磁体的对应关系示意图；

图5为新型轴向磁场调制式磁性齿轮的第一调磁环铁心块排布示意图；

图6为新型轴向磁场调制式磁性齿轮的侧面结构示意图；

图7为新型轴向磁场调制式磁性齿轮的磁场回路示意图；

图8为新型轴向磁场调制式磁性齿轮的单侧轴向磁场调制式磁性齿轮内转子铁心和外转子铁心的对应关系示意图；

图9为新型轴向磁场调制式磁性齿轮的单侧轴向磁场调制式磁性齿轮的侧面结构示意图。

图中：1-外转子；2-内转子；3-径向气隙；4-第一调磁环；5-第二调磁环；6-第一轴向气隙；7-第二轴向气隙；8-内转子铁心；9-外转子铁心；1-1-外转子永磁体；1-2-外转子铁心块；2-1-内转子永磁体；2-2-内转子铁心块。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一：

下面结合图1至图6说明本实施例的新型轴向磁场调制式磁性齿轮，一种新型轴向磁场调制式磁性齿轮包括外转子1、内转子2、第一调磁环4及第二调磁环5，外转子1、内转子2和第一调磁环4、第二调磁环5同轴心安装。

外转子1由2N块外转子永磁体1-1与2N块外转子铁心块1-2交替设置，其中N为正整数，外转子永磁体1-1沿圆周充磁，且相邻外转子永磁体1-1极性相异；外转子永磁体1-1的材料为钕铁硼，外转子铁心块1-2的材料可以为硅钢片，也可以为整块电工钢，本发明优选为硅钢片。内转子2由2M块内转子永磁体2-1与2M块内转子铁心块2-2交替设置，其中M为正整数，内转子永磁体2-1沿圆周充磁，且相邻内转子永磁体2-1极性相异，内转子永磁体2-1的材料为钕铁硼，内转子铁心块2-2的材料可以为硅钢片，也可以为整块电工钢，本发明优选为硅钢片。

内转子2与外转子1在径向上内外两层安装；外转子1和内转子2无轭部铁心，且外转子1与内转子2轴向长度相同。

形状相同的第一调磁环4和第二调磁环5分别设置于外转子1与内转子2的轴向两端，第一调磁环4是由M+N块调磁齿设置形成的环状结构，第一调磁环铁心块的材料可以为硅钢片，也可以为整块电工钢，本发明优选为硅钢片；第二调磁环5是由M+N块调磁齿设置形成的环状结构，第二调磁环铁心块的材料可以为硅钢片，也可以为整块电工钢，本发明优选为硅钢片；调磁齿径向部分两端的弧长不相等，外圈弧长大于内圈弧长。

第一调磁环4和第二调磁环5的外径大于或等于外转子1的外径，第一调磁环4和第二调磁环5的内径小于或等于内转子2的内径。

本实施例中，一种新型轴向磁场调制式磁性齿轮在轴向上由第一调磁环4、外转子1、内转子2和第二调磁环5构成三段式结构；外转子1与内转子2之间设有径向气隙3，径向气隙3是为了保证外转子1和内转子2能够自由转动，本实施例中径向气隙3设置为4mm；第一调磁环4与外转子1、内转子2之间设有第一轴向气隙6，第二调磁环5与外转子1、内转子2之间设有第二轴向气隙7，第一轴向气隙6、第二轴向气隙7均为工作气隙，气隙越小，齿轮传递的转矩越大，本实施例中第一轴向气隙6、第二轴向气隙7都设置为0.5mm。

本实施例涉及的新型轴向磁场调制式磁性齿轮的工作过程为：

如图7所示，新型轴向磁场调制式磁性齿轮在运行时，磁场从外转子1中沿圆周充磁的外转子永磁体1-1出发进入外转子1的外转子铁心块1-2，通过外转子铁心块1-2进入第二轴向气隙7，后通过第二轴向气隙7进入第二调磁环5，再由第二调磁环5通过第二轴向气隙7进入内转子2中沿圆周充磁的内转子永磁体2-1后进入内转子2的内转子铁心块2-2，通过内转子铁心块2-2进入第一轴向气隙6，然后通过第一轴向气隙6进入第一调磁环4，再由第一调磁环4通过第一轴向气隙6回到外转子永磁体1-1中，形成一个完整的磁场回路。

新型轴向磁场调制式磁性齿轮在运行时，第一调磁环4和第二调磁环5固定不动，用以对内转子永磁体2-1、外转子永磁体1-1所产生的磁场进行调制，以实现外转子1和内转子2的变速、变转矩运行；外转子1和内转子2产生的磁场经过第一调磁环4和第二调磁环5的调制后在气隙内相互作用，即实现齿轮转矩的平稳传递。

实施例二：

下面结合图8和图9说明本实施例，本实施例与实施例一的不同点在于外转子1与内转子2的轴向两端，一端是调磁环4，另外一端是内转子铁心8和外转子铁心9，内转子永磁体2-1与内转子铁心块2-2安装在内转子铁心8的轴向端上，外转子永磁体1-1与外转子铁心块1-2安装在外转子铁心9的轴向端上。其中，第一调磁环4的内径小于或等于内转子2的内径，第一调磁环4的外径大于或等于外转子1的外径；内转子铁心8的内径和外径等于内转子2的内径和外径，外转子铁心9的内径和外径等于外转子1的内径和外径。

所述外转子1与内转子2在径向上内外两层安装，且外转子1、内转子2之间设有径向气隙3；所述第一调磁环4设置在外转子1与内转子2的轴向端，且调第一磁环4与外转子1、内转子2之间设有第一轴向气隙6。

本实施例涉及的新型轴向磁场调制式磁性齿轮的工作过程与实施一相似，只是将第二调磁环5变为转子铁心，即磁场从外转子1中沿圆周充磁的外转子永磁体1-1出发进入外转子1的外转子铁心块1-2，通过外外转子铁心块1-2进入第一轴向气隙6，后通过第一轴向气隙6进入第一调磁环4，再由第一调磁环4通过第一轴向气隙6进入内转子2中沿圆周充磁的内转子永磁体2-1后进入内转子2的内转子铁心块2-1，通过内转子铁心块2-1进入第一轴向气隙6，然后通过第一轴向气隙6进入第一调磁环4，再由第一调磁环4通过第一轴向气隙6回到外转子永磁体1-1中，形成一个完整的磁场回路。

新型轴向磁场调制式磁性齿轮在运行时，第一调磁环4固定不动，用以对内转子永磁体2-1、外转子永磁体1-1所产生的磁场进行调制，以实现外转子1和内转子2的变速、变转矩运行；外转子1和内转子2产生的磁场经过第一调磁环4的调制后在气隙内相互作用，即实现齿轮转矩的平稳传递。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。