一种提高磁齿轮输出力矩密度的方法与流程

本发明涉及磁齿轮技术领域，特别是涉及一种提高磁齿轮输出力矩密度的方法。

背景技术：

转矩密度是指单位体积上磁齿轮轴上输出的额定转矩。在现代的磁齿轮设计中，功率密度已经成为一个极其重要的指标。在现在的实际应用中，人们总希望使用的齿轮体积小、重量轻、效率高(省电)、价格便宜等。特别是用于航空航天、潜艇、电动汽车等特殊场合的电动机，由于空间的限制，希望使用的齿轮体积更小、重量更轻、效率更高，也就要求电动机有较高的功率密度或转矩密度。在评价这些新型电动机的性能时，其功率密度/转矩密度已成为重要的衡量指标一。

新型磁齿轮传动装置属于磁场调制式磁力传动结构，具有运行效率高、非接触性力矩传递和过载自保护等优点，有替代机械齿轮在清洁、低温和高空等环境中运行的潜力磁齿轮研究取得重大进展为高转矩密度电机的研制提供了新的途径。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高磁齿轮输出力矩密度的方法，能够提高磁齿轮输出力矩密度实现低速大力矩的性能要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种提高磁齿轮输出力矩密度的方法，将磁齿轮复合电机轴向串联结构中的磁齿轮部分设计成双层磁齿轮结构以充分利用内部空间，所述双层磁齿轮结构上下对称，其中，齿形定子的截面呈u形结构，所述齿形定子外侧被外转子包围，u形结构的内侧嵌有内转子，所述内转子与齿形定子之间和所述外转子与齿形定子之间均存在气隙。

所述齿形定子固定在电机的外壳上。

所述齿形定子的两侧为高导磁材料与非导磁材料交替、均匀分布的调制磁环，底部为隔磁材料组成。

所述内转子和外转子的多对极磁钢的实现采用贴片式，并在表面涂敷磁电介质，多对极磁钢的磁极为n-s-n-s交替的形式。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过采用可靠性较高的磁齿轮传动装置，并在电机的轴向串联结构中设计双层的磁齿轮结构，使电机工作时输出力矩密度提高，使磁齿轮具有较大的传动比，实现低速大力矩的性能要求。

附图说明

图1是双层磁齿轮轴向串联结构复合电机示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种提高磁齿轮输出力矩密度的方法，如图1所示，将磁齿轮复合电机轴向串联结构中的磁齿轮部分a设计成双层磁齿轮结构以充分利用内部空间，所述双层磁齿轮结构上下对称，其中，齿形定子1的截面呈u形结构，所述齿形定子1外侧被外转子2包围，u形结构的内侧嵌有内转子3，所述内转子3与齿形定子1之间和所述外转子2与齿形定子1之间均存在气隙。

其中，齿形定子1固定在电机的外壳上，由于这种轴向串联结构中磁齿轮中齿形定子1的固定是通过连接自控式永磁同步电机的外壳，所以齿形定子1可设计为截面为u形的调磁环。齿形定子1两侧为高导磁材料与非导磁材料交替、均匀分布的调制磁环，底部为隔磁材料组成。转子之间通过调磁环实现变速和转速传递。

本实施方式因增加了转子和调磁环，将调磁环设计成与电机外壳相连的，且截面为u形的环形结构。外转子沿齿形定子u形外侧将其包围。外转子使用多对磁极n-s-n-s交替形式，表面涂敷磁电介质即贴片式磁钢。内转子内嵌于u形齿形定子中，内转子与定子之间存在一定气隙。此u形调磁环两侧由非导磁材料与高导磁材料交错组成，有一定数量的轴向铁心齿极，其数量为相邻转子的极对数之和或之差，起到调节转子之间磁场调制的作用。u形调磁环的底部使用相应的隔磁材料。其中外转子为低速转子，其极对数较多，内转子为高速转子，极对数较少。例如，转子均采用多对极对数，低速的外转子为17对极对子，内转子为4对极对子。调磁环为非导磁材料与高导磁材料交替组成，调磁环轴向铁心齿极数量为21个。由于对外转子结构的增加和调磁环结构的调整，形成双层磁齿轮的结构。电机工作时，可由转子之间磁场的耦合实现变速和转矩的传递。直接驱动磁齿轮复合电机中的轴向串联结构中设计双层齿轮结构使电机输出力矩密度增加，输出力矩增大，电机可实现低速大力矩的性能要求。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种提高磁齿轮输出力矩密度的方法，将磁齿轮复合电机轴向串联结构中的磁齿轮部分设计成双层磁齿轮结构以充分利用内部空间，所述双层磁齿轮结构上下对称，其中，齿形定子的截面呈U形结构，所述齿形定子外侧被外转子包围，U形结构的内侧嵌有内转子，所述内转子与齿形定子之间和所述外转子与齿形定子之间均存在气隙。本发明充分利用了磁齿轮内部的空间，进一步地提高了磁齿轮输出力矩密度。

技术研发人员：陈家新;杨静;陈先如
受保护的技术使用者：东华大学
技术研发日：2018.11.21
技术公布日：2019.04.09