[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

说明书

本发明提供了一种电流调制型同心磁齿轮结构及其电流控制方法。包括：内外转子轭铁、内外转子永磁体和电流调制块；电流调制块为圆柱形，由硅钢片叠装而成，固定不产生自转，圆周表面等间距地开设面积相等的槽；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、外转子永磁体形成的磁场分布的基波磁动势。电流调制型同心磁齿轮在硅钢片调制块上增加励磁功能，模拟旋转磁化圆筒调制型磁齿轮增强调制的作用，在提升转矩传递能力的同时，避免大量旋转磁化圆筒自转产生的风摩耗，并消除其永磁体上产生的涡流损耗，从而保持磁齿轮较高的效率和可靠性。

技术领域

本发明涉及同心磁齿轮技术领域，尤其涉及一种电流调制型同心磁齿轮结构及其电流控制方法。

背景技术

同心式磁齿轮内转子永磁体和外转子永磁体产生不同极对数的基波磁动势，两转子之间的调制环由交替布置的硅钢片调制块和非导磁材料构成，在空间上形成交变的磁导分布。同心式磁齿轮的调制环结构满足：

n_s＝p_i+p_o

其中，n_s是电流调制块的个数，p_i和p_o分别是内转子永磁体和外转子永磁体的极对数。内转子永磁体和外转子永磁体的基波磁动势经过上述调制环交变磁导的调制作用，分别产生与对侧转子磁极对数相等的谐波磁场。当内转子和外转子反向旋转，并且转速之比等于外转子和内转子的极对数之比时，两个转子之间就能形成稳定的转矩传递。这一比值就是同心式磁齿轮的传动比G，即：

其中，n_i和n_o分别是内、外转子的转速。

由于调制环的作用，在任意时刻所有的永磁体均参与转矩传递，这使同心式磁齿轮具有较高的永磁体利用率和转矩密度。因此，调制环是保证同心式磁齿轮正常工作，并形成上述突出优势的关键部件之一。在同心式磁齿轮技术领域，常通过优化永磁体的充磁方式和布置方式、优化调制环的形状或构造等进一步提升转矩密度。

现有技术中的一种调制环的改进方法包括：采用可自转的磁化圆筒代替固定的硅钢片调制块。每个圆筒式调制块的表面套着一个一对极的平行充磁永磁体环，并且中心装有导磁的转轴。在磁齿轮运转过程中，对应内、外转子和调制环的每一个相对位置，各磁化圆筒会在磁力的作用下自转到一个平衡位置。这样，磁化圆筒不仅利用其导磁特性对内转子永磁体和外转子永磁体的基波磁动势产生调制作用，而且还依靠其装有的永磁体加强这种调制作用，使转矩密度得到很大的提升。

上述现有技术中的一种调制环的改进方法的缺点为：相比于采用传统调制环构造的磁齿轮，采用自转磁化圆筒的磁齿轮虽然提高了转矩密度，但永磁体的用量和旋转机构的数量大大增加，使装置的成本显著增加；另外，磁化圆筒比硅钢片调制块产生更多的电磁损耗，并且大量的磁化圆筒在自转中还产生相当大的风摩耗，这些损耗使旋转磁化圆筒调制型磁齿轮的效率远不如传统的硅钢片调制型磁齿轮。

发明内容

本发明的实施例提供了一种电流调制型同心磁齿轮结构及其电流控制方法，以实现同心磁齿轮的效率和可靠性的有效提升。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种电流调制型同心磁齿轮结构，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。