機電集成磁場調(diào)制型磁齒輪的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種機電集成磁場調(diào)制型磁齒輪，所述磁齒輪包含內(nèi)定子、內(nèi)調(diào)磁環(huán)、內(nèi)轉(zhuǎn)子、外調(diào)磁環(huán)、外定子，其內(nèi)定子上布設(shè)極對數(shù)為N1的三相繞組，內(nèi)轉(zhuǎn)子由背鐵、2N2塊內(nèi)表面和2N3塊外表面徑向充磁永磁體組成，內(nèi)調(diào)磁環(huán)由N1+N2個導(dǎo)磁塊和N1+N2個非導(dǎo)磁塊間隔排列成環(huán)形，外調(diào)磁環(huán)由N3+N4個導(dǎo)磁塊和N3+N4個非導(dǎo)磁塊間隔排列成環(huán)形,外調(diào)磁環(huán)與輸出軸相連輸出轉(zhuǎn)矩，外定子內(nèi)表面布設(shè)有2N4塊徑向充磁永磁體。該磁齒輪包含有內(nèi)定子與內(nèi)調(diào)磁環(huán)間、內(nèi)調(diào)磁環(huán)與內(nèi)轉(zhuǎn)子間、內(nèi)轉(zhuǎn)子與外調(diào)磁環(huán)間、外調(diào)磁環(huán)與外定子間形成的四層氣隙。本發(fā)明集傳動、驅(qū)動和控制于一體，具有兩級減速傳動，結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大，能夠以極低的轉(zhuǎn)速輸出較大轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩密度高。
【專利說明】機電集成磁場調(diào)制型磁齒輪

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磁場調(diào)制型磁性齒輪，特別是一種帶有機電集成特性的磁場調(diào)制型磁性齒輪。

【背景技術(shù)】
[0002]磁場調(diào)制型磁齒輪傳動裝置利用永磁體間的磁場耦合作用傳遞運動和動力，輸入構(gòu)件與輸出構(gòu)件采用同軸式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，除具有傳統(tǒng)平行軸磁齒輪傳動裝置所具有的無機械接觸、無需潤滑、無磨損，機械振動和噪聲小，以及環(huán)保、清潔、過載自我保護等優(yōu)點外，還具有永磁體利用率高，可輸出轉(zhuǎn)矩大，機構(gòu)轉(zhuǎn)矩密度高等優(yōu)點，在傳動能力上可與機械齒輪相媲美。但磁場調(diào)制型磁齒輪傳動裝置仍需性能優(yōu)異的電機驅(qū)動，整個傳動裝置占用空間大；且由于傳動比限制，輸出軸輸出轉(zhuǎn)速相對較高，很難滿足低速大轉(zhuǎn)矩工況條件需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供一種機電集成磁場調(diào)制型磁齒輪。該發(fā)明能夠以極低的轉(zhuǎn)速輸出較大的轉(zhuǎn)矩，并解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的傳動裝置占用空間大、輸出軸轉(zhuǎn)速較高等問題。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所提供的技術(shù)方案是:一種機電集成磁場調(diào)制型磁齒輪，包括固定于空心軸上的內(nèi)定子、具有磁場調(diào)制作用的內(nèi)調(diào)磁環(huán)、外調(diào)磁環(huán)、轉(zhuǎn)動的內(nèi)轉(zhuǎn)子以及固定于支座上的外定子。所述內(nèi)定子鐵芯外表面開有梨形槽，槽內(nèi)布設(shè)極對數(shù)為N1的三相交流繞組以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，繞組導(dǎo)線穿過空心軸連接于變頻器上，空心軸通過支撐座實現(xiàn)固定，其中，&為Γ4的整數(shù)。在所述內(nèi)轉(zhuǎn)子背鐵的內(nèi)表面均勻間隔鑲嵌極和N2塊S極永磁體,夕卜表面均勻間隔鑲嵌N3塊N極和N3塊S極永磁體，內(nèi)轉(zhuǎn)子固定于由軸承支撐的軸承座上，并在經(jīng)調(diào)制的磁場驅(qū)動下繞空心軸的軸線回轉(zhuǎn)，其中，N 2、乂均為小于10的正整數(shù)。所述內(nèi)調(diào)磁環(huán)由N1+ N2個導(dǎo)磁塊和N1+ N2個非導(dǎo)磁塊間隔排列成環(huán)形布設(shè)，內(nèi)調(diào)磁環(huán)與內(nèi)調(diào)磁環(huán)擋板固聯(lián)后固定于內(nèi)調(diào)磁環(huán)支撐板上，所述內(nèi)調(diào)磁環(huán)支撐板固定于空心軸上。所述外定子固定于支座上，其內(nèi)表面圓周方向均勻間隔鑲嵌N4塊N極和N4塊S極永磁體，其中，N4為小于100的正整數(shù)。所述外調(diào)磁環(huán)由N3+ N4個導(dǎo)磁塊和N3+ N4個非導(dǎo)磁塊間隔排列成環(huán)形布設(shè)，并通過支撐板聯(lián)接于輸出軸上，能夠以極低的轉(zhuǎn)速輸出較大的轉(zhuǎn)矩。
[0005]在本發(fā)明中，所述機電集成磁場調(diào)制型磁齒輪有兩級減速傳動:內(nèi)定子、內(nèi)調(diào)磁環(huán)與內(nèi)轉(zhuǎn)子構(gòu)成第一級減速傳動；內(nèi)轉(zhuǎn)子、外調(diào)磁環(huán)與外定子構(gòu)成第二級減速傳動。
[0006]在本發(fā)明中，所述機電集成磁場調(diào)制型磁齒輪有四層氣隙:即內(nèi)定子與內(nèi)調(diào)磁環(huán)之間形成的氣隙、內(nèi)調(diào)磁環(huán)與內(nèi)轉(zhuǎn)子之間形成的氣隙、內(nèi)轉(zhuǎn)子與外調(diào)磁環(huán)之間形成的氣隙和外調(diào)磁環(huán)與外定子之間形成的氣隙。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:該發(fā)明集磁場調(diào)制型磁齒輪傳動裝置、驅(qū)動和控制系統(tǒng)于一體，具有兩級減速傳動，結(jié)構(gòu)緊湊，可通過調(diào)整內(nèi)定子上繞組電流大小及頻率，調(diào)整傳動裝置輸出軸的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速。整套裝置占用空間小，能夠以極低的轉(zhuǎn)速輸出較大的轉(zhuǎn)矩，永磁體利用率，轉(zhuǎn)矩密度高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是機電集成磁場調(diào)制型磁齒輪的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1的A-A剖視圖。
[0009]在圖1、圖2中，1-輸出軸，2-輸出軸端蓋，3-輸出軸軸承，4-輸出軸軸承座，5-輸出軸套筒，6-輸出軸承擋板，7-外調(diào)磁環(huán)支撐板，8-內(nèi)調(diào)磁環(huán)擋板，9-外定子，10-外調(diào)磁環(huán)，11-內(nèi)轉(zhuǎn)子背鐵,12-內(nèi)轉(zhuǎn)子外表面永磁體,13-外定子永磁體,14-外定子擋板,15-外調(diào)磁環(huán)擋板，16-內(nèi)轉(zhuǎn)子擋板,17-內(nèi)轉(zhuǎn)子內(nèi)表面永磁體,18-內(nèi)調(diào)磁環(huán)，19-內(nèi)調(diào)磁環(huán)支撐板，20-內(nèi)轉(zhuǎn)子軸承座，21-內(nèi)轉(zhuǎn)子軸承端蓋，22-內(nèi)轉(zhuǎn)子軸承內(nèi)套筒，23-內(nèi)轉(zhuǎn)子軸承，24-內(nèi)轉(zhuǎn)子軸承外套筒，25-輸入軸支撐座，26-輸入軸彈性擋圈，27-輸入軸，28-內(nèi)定子定位套筒，29-內(nèi)定子，30-鍵，31-內(nèi)定子彈性擋圈，32-支座，33-繞組線圈。

【具體實施方式】
實施例
[0010]圖1、圖2是本發(fā)明公開的一種機電集成磁場調(diào)制型磁齒輪，所述機電集成磁場調(diào)制型磁齒輪包括內(nèi)定子系統(tǒng)、內(nèi)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和輸出軸系統(tǒng)，其中:
所述內(nèi)定子系統(tǒng)主要由開有梨形槽的內(nèi)定子29、繞組線圈33、空心軸27、內(nèi)調(diào)磁環(huán)18、支撐座25組成。內(nèi)定子29的表面開有梨形槽，槽內(nèi)布設(shè)極對數(shù)為2的三相交流繞組線圈33，接通三相正弦交流電以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。繞組導(dǎo)線穿過空心軸27連接于變頻器上，空心軸27通過支撐座25實現(xiàn)固定。內(nèi)定子29和空心軸27通過鍵30聯(lián)接在一起，軸向彈性擋圈26和內(nèi)定子軸向彈性擋圈31共同作用限制內(nèi)定子29的軸向移動；內(nèi)調(diào)磁環(huán)18由7個導(dǎo)磁塊和7個非導(dǎo)磁塊間隔排列成環(huán)形布設(shè)，內(nèi)調(diào)磁環(huán)18與內(nèi)調(diào)磁環(huán)擋板8固聯(lián)后固定于內(nèi)調(diào)磁環(huán)支撐板19上，所述內(nèi)調(diào)磁環(huán)支撐板19固定于空心軸27上。支座32通過焊接與外定子9固定在一起，支撐座25通過螺紋聯(lián)接與空心軸27固定在一起。
[0011]所述內(nèi)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主要由內(nèi)轉(zhuǎn)子背鐵11、內(nèi)轉(zhuǎn)子外表面永磁體12、內(nèi)轉(zhuǎn)子擋板16、內(nèi)轉(zhuǎn)子內(nèi)表面永磁體17、內(nèi)轉(zhuǎn)子軸承座20和內(nèi)轉(zhuǎn)子軸承端蓋21共同構(gòu)成。內(nèi)轉(zhuǎn)子背鐵11的內(nèi)表面均勻間隔鑲嵌5塊N極和5塊S極永磁體17,其外表面均勻間隔鑲嵌4塊N極和4塊S極永磁體12，內(nèi)轉(zhuǎn)子背鐵11固定于由軸承23支撐的軸承座20上。內(nèi)轉(zhuǎn)子背鐵11通過螺栓聯(lián)接與內(nèi)轉(zhuǎn)子擋板16固定在一起，內(nèi)轉(zhuǎn)子擋板16通過過盈配合和螺栓聯(lián)接與內(nèi)轉(zhuǎn)子軸承座20固定在一起，內(nèi)轉(zhuǎn)子軸承座20通過螺栓聯(lián)接與內(nèi)轉(zhuǎn)子軸承端蓋21固定在一起，內(nèi)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在內(nèi)定子所產(chǎn)生的磁場驅(qū)動下繞空心軸27軸線回轉(zhuǎn)。
[0012]所述輸出軸系統(tǒng)主要由輸出軸1、外調(diào)磁環(huán)支撐板7、外調(diào)磁環(huán)10、外定子9、外定子永磁體13以及支座32共同構(gòu)成。所述外調(diào)磁環(huán)10由21個導(dǎo)磁塊和21個非導(dǎo)磁塊間隔排列成環(huán)形布設(shè)，調(diào)磁環(huán)支撐板7、外調(diào)磁環(huán)10、外調(diào)磁環(huán)擋板15通過螺栓聯(lián)接固定于輸出軸I上，輸出軸I經(jīng)由軸承3安裝于輸出軸軸承座4上，輸出軸軸承座4通過螺栓聯(lián)接與輸出軸端蓋2、輸出軸承擋板6固定在一起，輸出軸軸承座4通過焊接固定于支座32上；外定子9的內(nèi)表面圓周方向均勻間隔鑲嵌17塊N極和17塊S極外定子永磁體13,夕卜定子9、外定子擋板14通過螺栓聯(lián)接固定于輸出軸軸承座4上。
[0013]所述機電集成磁場調(diào)制型磁齒輪，其具有由固定于空心軸上的內(nèi)定子29和內(nèi)調(diào)磁環(huán)18、轉(zhuǎn)動的內(nèi)轉(zhuǎn)子組成的第一級傳動系統(tǒng)；具有轉(zhuǎn)動的內(nèi)轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)動并輸出轉(zhuǎn)矩的外調(diào)磁環(huán)10、固定于支座上的外定子9組成的第二級傳動系統(tǒng)。
[0014]所述的機電集成磁場調(diào)制型磁齒輪，其特征在于:所述磁齒輪有四層氣隙，即內(nèi)定子29與內(nèi)調(diào)磁環(huán)18之間形成的氣隙、內(nèi)調(diào)磁環(huán)18與內(nèi)轉(zhuǎn)子之間形成的氣隙、內(nèi)轉(zhuǎn)子與外調(diào)磁環(huán)10之間形成的氣隙和外調(diào)磁環(huán)10與外定子9之間形成的氣隙。
[0015]工作原理
機電集成磁場調(diào)制型磁齒輪中的內(nèi)定子29的上的線圈33內(nèi)通以三相交流電時，其周圍旋轉(zhuǎn)的磁場極數(shù)經(jīng)內(nèi)調(diào)磁環(huán)18調(diào)制后在內(nèi)調(diào)磁環(huán)18與內(nèi)轉(zhuǎn)子內(nèi)表面永磁體17間的氣隙內(nèi)形成的諧波磁場磁極數(shù)等于內(nèi)轉(zhuǎn)子內(nèi)表面永磁體17的磁極數(shù)2N2，驅(qū)動內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)一級傳動。內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，內(nèi)轉(zhuǎn)子外表面永磁體12的磁場諧波2N3經(jīng)外調(diào)磁環(huán)10調(diào)制后，在外調(diào)磁環(huán)10與外定子內(nèi)表面永磁體13間的氣隙中形成與外定子內(nèi)表面永磁體極數(shù)2N4相等的磁場，實現(xiàn)了外調(diào)磁環(huán)10與外定子內(nèi)表面永磁體13間的等磁極耦合，實現(xiàn)二級傳動。機電集成磁場調(diào)制型磁齒輪傳動裝置中內(nèi)定子上電流大小及頻率可調(diào)，永磁體利用率高，機構(gòu)傳動比大，能夠以極低的轉(zhuǎn)速輸出較大的轉(zhuǎn)矩，節(jié)省磁齒輪裝置的占用空間。
【權(quán)利要求】
1.一種機電集成磁場調(diào)制型磁齒輪，包括固定于空心軸上的內(nèi)定子、具有磁場調(diào)制作用的內(nèi)調(diào)磁環(huán)、外調(diào)磁環(huán)、轉(zhuǎn)動的內(nèi)轉(zhuǎn)子以及固定于支座上的外定子，其特征在于: a.所述內(nèi)定子外表面開有梨形槽，槽內(nèi)布設(shè)極對數(shù)為N1的三相交流繞組以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，繞組導(dǎo)線穿過空心軸連接于變頻器上，空心軸通過支撐座實現(xiàn)固定，其中，N1為f 4的正整數(shù)； b.所述內(nèi)轉(zhuǎn)子背鐵的內(nèi)表面均勻間隔鑲嵌N2塊N極和N2塊S極永磁體，外表面均勻間隔鑲嵌N3塊N極和N3塊S極永磁體，內(nèi)轉(zhuǎn)子背鐵固定于由軸承支撐的軸承座上，并在磁場驅(qū)動下繞空心軸的軸線回轉(zhuǎn)，其中，N2、N3均為小于10的正整數(shù)； c.所述內(nèi)調(diào)磁環(huán)由N1+N2個導(dǎo)磁塊和N1+ N2個非導(dǎo)磁塊間隔排列成環(huán)形布設(shè)，內(nèi)調(diào)磁環(huán)與內(nèi)調(diào)磁環(huán)擋板固聯(lián)后固定于內(nèi)調(diào)磁環(huán)支撐板上，所述內(nèi)調(diào)磁環(huán)支撐板固定于空心軸上; d.所述外定子固定于支座上，其內(nèi)表面圓周方向均勻間隔鑲嵌N4塊N極和N4塊S極永磁體，其中，N4為小于100的正整數(shù)； e.所述外調(diào)磁環(huán)由N3+N4個導(dǎo)磁塊和N3+ N4個非導(dǎo)磁塊間隔排列成環(huán)形布設(shè)，并通過支撐板聯(lián)接于輸出軸上，可以極低的轉(zhuǎn)速輸出較大的轉(zhuǎn)矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機電集成磁場調(diào)制型磁齒輪，其特征在于:所述磁齒輪有四層氣隙，即內(nèi)定子與內(nèi)調(diào)磁環(huán)之間形成的氣隙、內(nèi)調(diào)磁環(huán)與內(nèi)轉(zhuǎn)子之間形成的氣隙、內(nèi)轉(zhuǎn)子與外調(diào)磁環(huán)之間形成的氣隙和外調(diào)磁環(huán)與外定子之間形成的氣隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機電集成磁場調(diào)制型磁齒輪，其特征在于:所述磁齒輪有兩級減速傳動:內(nèi)定子、內(nèi)調(diào)磁環(huán)與內(nèi)轉(zhuǎn)子構(gòu)成第一級減速傳動；內(nèi)轉(zhuǎn)子、外調(diào)磁環(huán)與外定子構(gòu)成第二級減速傳動。
【文檔編號】H02K1/17GK104333197SQ201410603998
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月3日
【發(fā)明者】郝秀紅, 袁曉明, 朱學(xué)軍, 張鴻飛 申請人:燕山大學(xué)