[发明专利]一种电流调制型同心磁齿轮结构及其电流控制方法

权利要求书

1.一种电流调制型同心磁齿轮结构，其特征在于，包括：外转子轭铁、外转子永磁体、内转子永磁体、内转子轭铁和电流调制块；在电流调制块的圆柱形圆周表面等间距地开设面积相等的槽，所述电流调制块由开槽的圆形硅钢片叠装而成，并且固定不产生自转；在槽中布置轴线正交的两套绕组，即直轴绕组和交轴绕组，在磁齿轮运转过程中，两套绕组中通入随内、外转子和调制环相对位置变化的交变电流，产生顺应内转子永磁体、外转子永磁体形成的磁场分布的基波磁动势。

2.根据权利要求1所述电流调制型同心磁齿轮结构，其特征在于，设直轴绕组为d轴绕组，交轴绕组为q轴绕组，每个电流调制块上的槽数Z为4的倍数；当采用单层绕组时，d轴和q轴绕组分别由个分布放置的线圈串联而成，每个线圈的节距为当采用双层绕组时，d轴和q轴绕组分别由两个线圈组串联或者并联而成，每个线圈组由个分布放置的线圈串联而成，每个线圈的节距为其中γ为满足的整数。

3.根据权利要求1所述电流调制型同心磁齿轮结构，其特征在于，每个电流调制块的d轴正方向为磁齿轮的轴心指向该电流调制块中心的方向，q轴正方向为d轴正方向逆时针旋转90°。

4.一种电流调制型同心磁齿轮结构的电流控制方法，其特征在于，适用于权利要求1至3任一项所述的电流调制型同心磁齿轮结构，所述方法包括：

在同心式磁齿轮第j个电流调制块的d轴和q轴绕组中分别通入随时间变化的电流i_dj(t)和i_qj(t)，j＝1,2,…,n_s，n_s是电流调制块的个数，如果电流调制块采用单层绕组，则：

如果电流调制块采用双层绕组，则：

式中，F是每个电流调制块的d轴和q轴绕组提供的合成基波磁动势的幅值，α_oj(t)是第j个电流调制块的基波磁动势与磁齿轮x轴的夹角，n_s是电流调制块的个数，N₁是绕组的串联总匝数，k_d1是绕组的基波分布系数，k_p1是绕组的基波短距系数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：

建立一个与所述电流调制型同心磁齿轮结构相似的旋转磁化圆筒调制型同心磁齿轮，所述旋转磁化圆筒调制型同心磁齿轮与电流调制型同心磁齿轮具有相同的内外转子极对数和材料、调制块个数和直径、内转子直径、外转子内径和外径、内外转子永磁体厚度、内外气隙厚度、轴向长度，所述旋转磁化圆筒调制型同心磁齿轮采用能够自转的磁化圆筒作为调制块；

根据同心磁齿轮内、外转子随时间转到的不同位置，使电流调制块产生的基波磁动势方向与所述旋转磁化圆筒调制型磁齿轮模型的自转调制块磁动势方向一致，所述自转调制块磁动势的角度α_oj(t)应使磁齿轮存储的磁场能量最小，通过求解一个无约束最优问题得到所述自转调制块磁动势的自转调制块磁动势的角度α_oj(t)；

对所述旋转磁化圆筒调制型磁齿轮，设向量

其中，α_j(t)为第j个自转调制块的任意基波磁动势与磁齿轮x轴的夹角，j＝1,2,…,n_s，该磁齿轮存储的磁场能量为：

其中，B和H分别为旋转磁化圆筒调制型磁齿轮内的磁感应强度和磁场强度；

采用优化算法求解使所述W_m达到最小值min{W_m(M(t))}时的所述自转调制块磁动势的角度α_oj(t)，并作为第j个电流调制块的基波磁动势与磁齿轮x轴的夹角。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：

根据第j个电流调制块的基波磁动势与磁齿轮x轴的夹角α_oj(t)，利用i_dj(t)和i_qj(t)的计算式计算得到各电流调制块的d轴和q轴绕组所需的电流值，在磁齿轮运转过程中，根据内、外转子和调制环的实时相对位置，控制各电流调制块的d轴和q轴电流值，使d轴和q轴电流值分别跟踪预先设定好的i_dj(t)和i_qj(t)值，从而提升磁齿轮转矩传递能力。