[发明专利]一种自动控制的有源磁齿轮

权利要求书

1.一种自动控制的有源磁齿轮，其特征在于：包括内转子(1)、调磁块(2)、绕组(3)和外转子(4)；所述内转子(1)与外转子(4)呈同轴设置，且所述内转子(1)位于外转子(4)的内侧，所述调磁块(2)安置在内转子(1)与外转子(4)之间的空隙处，且相邻的所述调磁块(2)之间的空隙处安置有绕组(3)；

其控制系统包括以下步骤：

步骤一、通过在内转子(1)的外侧壁与外转子(4)的内侧壁嵌贴永磁体极，使内转子(1)转动产生的磁场通过调磁块(2)形成与外转子(4)同频率的谐波以驱动外转子(4)转动；

步骤二、通过绕组(3)电流产生的磁场与外转子(4)永磁体产生的磁场间的相互作用产生电磁转矩，对外转子(4)的转矩进行控制；

步骤三、当负载转矩、外转子(4)目标转速、位置发生变化的情况下，利用绕组(3)所产生的电磁转矩来规划外转子(4)转速的变化曲线，使其能够平稳地在不同转速、位置下自由切换且尽量减少转速脉动；

步骤四、当负载转矩超过磁齿轮未加电枢电流时本身能产生的最大转矩，即最大永磁转矩时，将绕组(3)通电作为外转子(4)转矩的来源之一，扩大整个磁齿轮系统的运行范围即转矩输出能力；

所述外转子(4)的转矩由内转子(1)与绕组(3)电流共同作用产生，且转矩输出公式为：

T_o＝T_MG+T_EM

其中，T_o为外转子输出的转矩，T_MG为内转子永磁体与外转子永磁体相互作用产生的永磁转矩，T_EM是绕组产生的磁场与外转子永磁体相互作用产生T_EM的电磁转矩；

所述绕组作用产生的T_EM可由公式表示为：

其中，p为外转子永磁体的极对数，ψ_f为其产生的磁链，L_d、L_q与i_d、i_q为电感的交直轴分量，由于当内外转子永磁体合成磁场的相对角度确定时，其由两者相互作用所产生的磁场也就确定，因此可以根据当前两个转子的位置来计算当前的转矩T_MG，进而确定电磁转矩T_EM，最终达到降低或消除转矩脉动的目的。

2.根据权利要求1所述的一种自动控制的有源磁齿轮，其特征在于：所述内转子(1)与外转子(4)在稳定状态下的转速反比于其转子上嵌贴的永磁体极对数，且转速与永磁体极对数所构成的齿轮比为：

其中，P_i为内转子永磁体的极对数，P_o为外转子永磁体的极对数，ω_i为内转子的转速，ω_o为外转子的转速，通过调整内外转子嵌贴的永磁体极对数，磁齿轮可被用作减速或加速磁齿轮。

3.根据权利要求1或2所述的一种自动控制的有源磁齿轮，其特征在于：所述调磁块(2)的数目与内转子(1)和外转子(4)所嵌贴永磁体的极对数之间存在的关系为：

N_m＝P_i+P_o

其中，N_m为调磁块的数目，P_i为内转子永磁体的极对数，P_o为外转子永磁体的极对数，只有当调磁块(2)与内外转子永磁体的极对数满足关系式时，其内转子转动产生的磁场才能通过调磁块(2)形成与外转子(4)同极对数的谐波以驱动外转子转动。