一种混合充磁同心式磁齿轮装置的制作方法

本实用新型涉及一种齿轮装置，特别是一种混合充磁同心式磁齿轮装置。

背景技术：

半直驱和直接驱动已逐渐成为现代驱动方式的优先选择。电磁式驱动作为直接驱动方式的一种，在无机械接触情况下传递转矩，往往可以避免机械损耗和摩擦疲劳，而磁齿轮属于其中一种较为新型的传动元件。磁齿轮可靠性高，能避免齿轮系统带来的噪音，有更高的传动效率，可自动过载保护。同心式磁齿轮借助内外气隙中空间谐波极对数相匹配来传递转矩，其磁场计算较为复杂。本实用新型利用Ansoft构建磁齿轮模型进行有限元计算，有限元分析利用网格剖分求解区域，借助计算机解出代数方程，其构建模型一般较为方便，计算结果精度较高且形象直观。

传统同心式磁齿轮内外转子永磁体一般均采用径向充磁，充磁方式较为单一，输出转矩不高。正弦充磁永磁体较径向充磁，磁场正弦分布程度高，谐波含量较小，聚磁效应明显。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种混合充磁同心式磁齿轮装置，提高了传统充磁同心式磁齿轮转矩。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种混合充磁同心式磁齿轮装置，由内至外依次包括内转子、调磁环、外转子，所述内转子包括内轭铁和内转子永磁铁，所述外转子包括外转子永磁体和外轭铁，所述内转子永磁体由径向向外与径向向内两种充磁方式交错的永磁体构成；所述外转子永磁铁以4块永磁体为周期加以正弦充磁。

优选的，所述内转子永磁铁与调磁环之间设有内气隙，所述外转子永磁铁与调磁环之间设有外气隙。

优选的，所述调磁环有硅钢与非导磁材料交错形成。

优选的，所述内转子极对数为4，所述外转子极对数为23，调磁环铁芯数为27。

本实用新型提供一种混合充磁同心式磁齿轮装置，混合充磁磁齿轮气隙切向磁密幅值明显增大，输出转矩也有较大提高，可利用于低速大转矩装置的改进。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型混合充磁同心式磁齿轮结构示意图。

图2为本实用新型磁齿轮外转子永磁体充磁方式及磁场分布。

图3为本实用新型磁齿轮内层气隙切向磁密比较图。

图4为本实用新型磁齿轮外层气隙切向磁密比较图。

图5为本实用新型磁齿轮内转子静态转矩特性比较图。

图6为本实用新型磁齿轮外转子静态转矩特性比较图。

图7为本实用新型磁齿轮内转子稳态运行转矩比较图。

图8为本实用新型磁齿轮外转子稳态运行转矩比较图。

图中：内轭铁1、内转子永磁体2、内层气隙3、调磁环4、外层气隙5、外转子永磁体6、外轭铁7。

具体实施方式

如图1-2所示，一种混合充磁同心式磁齿轮装置，由内至外依次包括内转子、调磁环4、外转子，所述内转子包括内轭铁1和内转子永磁铁2，所述外转子包括外转子永磁体6和外轭铁7，所述内转子永磁体2由径向向外与径向向内两种充磁方式交错的永磁体构成；所述外转子永磁铁6以4块永磁体为周期加以正弦充磁。图2给出了正弦充磁永磁体模型，相邻永磁体以顺时针依次改变充磁方向。

优选的，所述内转子永磁铁2与调磁环4之间设有内气隙3，所述外转子永磁铁6与调磁环4之间设有外气隙5。

优选的，所述调磁环4有硅钢与非导磁材料交错形成。

优选的，所述内转子极对数为4，所述外转子极对数为23，调磁环4铁芯数为27。表1给出了混合充磁同心式磁齿轮参数。

表1磁齿轮主要参数

如图3-4所示，与传统同心式磁齿轮相比，混合充磁同心式磁齿轮内、外层气隙切向磁密较大。如图5-6所示，保持外转子和调磁环不动的情况下，以一定速度(115r/min)转动内转子，可得磁齿轮内、外转子静态转矩特性，分别比较了混合充磁与传统充磁磁齿轮内、外转子的静态转矩。图中，内转子转至90°电角度时，达到最大静态转矩。此时，传统充磁磁齿轮内转子最大静态转矩为17.6N·m，外转子最大静态转矩为100.9N·m；混合充磁磁齿轮内转子静态转矩峰值为21.1N·m，外转子静态转矩峰值为121.1N·m。两种磁齿轮内外转子静态转矩波形均接近正弦波，内外转子转矩比也都保持在-1:5.75，与传动比保持一致。

令内转子以顺时针旋转(115r/min)，同时外转子反向转动(20r/min)，得磁齿轮内外转子稳态运行转矩如图7-8所示。图中，传统充磁磁齿轮外转子转矩随时间在100.87N·m上下波动，近乎保持不变；内转子转矩有小范围变动(约17.54±0.06N·m)，也接近一条直线。而在混合充磁情况下，其外转子转矩基本保持在121.10N·m不变，较传统充磁提高了20.1％；内转子转矩在21.08±0.05N·m上下波动，提升了20.2％。可以看出，正弦充磁的稳态运行转矩较传统充磁有显著提升，且磁齿轮内外转子转矩大小之比始终等于其永磁体极对数之比，即23:4＝5.75:1。

上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，而不应视为对于本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型的保护范围之内。