[发明专利]一种高转矩密度的磁场调制型磁力齿轮

说明书

本发明公开了一种高转矩密度的磁场调制型磁力齿轮，包括由外到内依次同心嵌套排列的永磁外定子、调制转子和永磁内转子；永磁外定子与调制转子之间、调制转子与永磁内转子之间均具有气隙；永磁外定子的外定子铁心内表面开有梯形槽，梯形槽内端两侧开有退磁抑制槽；梯形槽内嵌有切向极化的倒梯形的外定子永磁体；退磁抑制槽起到抑制外定子永磁体局部退磁的作用；调制转子包括多个调磁铁轭和多个嵌有冲孔的非导磁材料，相邻调磁铁轭间嵌有冲孔的非导磁材料；永磁内转子包括有外到内依次同心嵌套的内转子永磁体和内转子铁心；其内转子永磁体为经简化的Halbach结构；本发明提出的这种磁场调制型磁力齿轮在低转矩波动下实现了较高的转矩密度。

技术领域

本发明属于磁力传动技术领域，更具体地，涉及一种高转矩密度的磁场调制型磁力齿轮。

背景技术

磁力齿轮(Magnetic gear)这一设想早在20世纪初期就被提出，结构上效仿机械齿轮，采用磁极间的吸引代替机械齿的啮合。在80年代以前，由于铁氧体永磁材料性能较差，其传动性能较差，实用性不高，发展较为缓慢。随着80年代高性能永磁体的发明，磁力齿轮的输出转矩变得较为可观。2001年英国谢菲尔德大学的K.Atallah和D.Howe等人提出了一种同心式磁场调制型磁力齿轮(K.Atallah,D.Howe.A novel high-performancemagnetic gear.IEEE Transactions on Magnetics.pp.2844-2846.2001.)；其内外转子和调磁机构呈同心式排列，在传动过程中所有永磁体均参与转矩传递。相较于传统磁力齿轮其具有永磁体利用率高、结构简单、转矩密度高等优势；与传统机械齿轮相比，此类磁场调制型磁力齿轮具有无需润滑、噪声和振动低、自带过载保护等优点。

随着磁场调制型磁力齿轮的研究不断深入，各种不同结构的磁力齿轮相继被开发出来；比如轴向盘式磁力齿轮，切向极化磁力齿轮，Halbach磁力齿轮，三层永磁体磁力齿轮；这些结构均具有较高的转矩密度，但也存在缺陷：转矩波动大、形状复杂、永磁体用量较多、对加工工艺要求较高等。2014年K.K.Uppalapati等人提出了一种高转矩密度的磁力齿轮结构(K.K.Uppalapati,J.Z.Bird,J.Wright,J.Pitchard.A Magnetic Gearbox with anActive Region Torque Density of 239Nm/L.Energy Conversion Congress andExposition(ECCE),IEEE.pp.1422-1428.2014)，其内外转子的永磁体均采用切向极化，利用切向极化的磁场集中效应，可以达到较高的转矩密度，但其转矩波动较大，且加工装配较为复杂。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高转矩密度的磁场调制型磁力齿轮，其目的在于通过永磁体极化方式组合，简化磁力齿轮的有效结构，在实现其高转矩密度的同时减小转矩波动。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种高转矩密度的磁场调制型磁力齿轮，包括永磁外定子、调制转子和永磁内转子；永磁外定子、调制转子和永磁内转子由外到内依次同心嵌套排列，永磁外定子与调制转子之间、调制转子与永磁内转子之间均具有气隙；

其中，永磁外定子的外定子铁心内表面开有梯形槽，梯形槽内端两侧开有退磁抑制槽；梯形槽内嵌有切向极化的倒梯形的外定子永磁体；退磁抑制槽起到抑制外定子永磁体局部退磁的作用；

调制转子包括调磁铁轭和开有冲孔的非导磁材料，相邻调磁铁轭间嵌有带冲孔的非导磁材料；采用金属轴从非导磁材料的冲孔穿过可起到固定调制转子的作用；调磁铁轭由硅钢片叠成，结构上由调磁块和内部连接桥组成，起到调制外定子永磁体、内转子永磁体的磁场极对数的作用。

永磁内转子包括由外到内依次同心嵌套的内转子永磁体和内转子铁心；其中内转子永磁体为经简化的Halbach结构；经简化的Halbach结构是指仅由径向和切向极化的永磁体按一定方式排列组成的结构。