本實(shí)用新型涉及一種齒輪裝置，特別是一種混合充磁同心式磁齒輪裝置。

背景技術(shù)：

半直驅(qū)和直接驅(qū)動(dòng)已逐漸成為現(xiàn)代驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)先選擇。電磁式驅(qū)動(dòng)作為直接驅(qū)動(dòng)方式的一種，在無機(jī)械接觸情況下傳遞轉(zhuǎn)矩，往往可以避免機(jī)械損耗和摩擦疲勞，而磁齒輪屬于其中一種較為新型的傳動(dòng)元件。磁齒輪可靠性高，能避免齒輪系統(tǒng)帶來的噪音，有更高的傳動(dòng)效率，可自動(dòng)過載保護(hù)。同心式磁齒輪借助內(nèi)外氣隙中空間諧波極對數(shù)相匹配來傳遞轉(zhuǎn)矩，其磁場計(jì)算較為復(fù)雜。本實(shí)用新型利用Ansoft構(gòu)建磁齒輪模型進(jìn)行有限元計(jì)算，有限元分析利用網(wǎng)格剖分求解區(qū)域，借助計(jì)算機(jī)解出代數(shù)方程，其構(gòu)建模型一般較為方便，計(jì)算結(jié)果精度較高且形象直觀。

傳統(tǒng)同心式磁齒輪內(nèi)外轉(zhuǎn)子永磁體一般均采用徑向充磁，充磁方式較為單一，輸出轉(zhuǎn)矩不高。正弦充磁永磁體較徑向充磁，磁場正弦分布程度高，諧波含量較小，聚磁效應(yīng)明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種混合充磁同心式磁齒輪裝置，提高了傳統(tǒng)充磁同心式磁齒輪轉(zhuǎn)矩。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：一種混合充磁同心式磁齒輪裝置，由內(nèi)至外依次包括內(nèi)轉(zhuǎn)子、調(diào)磁環(huán)、外轉(zhuǎn)子，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子包括內(nèi)軛鐵和內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁鐵，所述外轉(zhuǎn)子包括外轉(zhuǎn)子永磁體和外軛鐵，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體由徑向向外與徑向向內(nèi)兩種充磁方式交錯(cuò)的永磁體構(gòu)成；所述外轉(zhuǎn)子永磁鐵以4塊永磁體為周期加以正弦充磁。

優(yōu)選的，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁鐵與調(diào)磁環(huán)之間設(shè)有內(nèi)氣隙，所述外轉(zhuǎn)子永磁鐵與調(diào)磁環(huán)之間設(shè)有外氣隙。

優(yōu)選的，所述調(diào)磁環(huán)有硅鋼與非導(dǎo)磁材料交錯(cuò)形成。

優(yōu)選的，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子極對數(shù)為4，所述外轉(zhuǎn)子極對數(shù)為23，調(diào)磁環(huán)鐵芯數(shù)為27。

本實(shí)用新型提供一種混合充磁同心式磁齒輪裝置，混合充磁磁齒輪氣隙切向磁密幅值明顯增大，輸出轉(zhuǎn)矩也有較大提高，可利用于低速大轉(zhuǎn)矩裝置的改進(jìn)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明：

圖1為本實(shí)用新型混合充磁同心式磁齒輪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型磁齒輪外轉(zhuǎn)子永磁體充磁方式及磁場分布。

圖3為本實(shí)用新型磁齒輪內(nèi)層氣隙切向磁密比較圖。

圖4為本實(shí)用新型磁齒輪外層氣隙切向磁密比較圖。

圖5為本實(shí)用新型磁齒輪內(nèi)轉(zhuǎn)子靜態(tài)轉(zhuǎn)矩特性比較圖。

圖6為本實(shí)用新型磁齒輪外轉(zhuǎn)子靜態(tài)轉(zhuǎn)矩特性比較圖。

圖7為本實(shí)用新型磁齒輪內(nèi)轉(zhuǎn)子穩(wěn)態(tài)運(yùn)行轉(zhuǎn)矩比較圖。

圖8為本實(shí)用新型磁齒輪外轉(zhuǎn)子穩(wěn)態(tài)運(yùn)行轉(zhuǎn)矩比較圖。

圖中：內(nèi)軛鐵1、內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體2、內(nèi)層氣隙3、調(diào)磁環(huán)4、外層氣隙5、外轉(zhuǎn)子永磁體6、外軛鐵7。

具體實(shí)施方式

如圖1-2所示，一種混合充磁同心式磁齒輪裝置，由內(nèi)至外依次包括內(nèi)轉(zhuǎn)子、調(diào)磁環(huán)4、外轉(zhuǎn)子，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子包括內(nèi)軛鐵1和內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁鐵2，所述外轉(zhuǎn)子包括外轉(zhuǎn)子永磁體6和外軛鐵7，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體2由徑向向外與徑向向內(nèi)兩種充磁方式交錯(cuò)的永磁體構(gòu)成；所述外轉(zhuǎn)子永磁鐵6以4塊永磁體為周期加以正弦充磁。圖2給出了正弦充磁永磁體模型，相鄰永磁體以順時(shí)針依次改變充磁方向。

優(yōu)選的，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁鐵2與調(diào)磁環(huán)4之間設(shè)有內(nèi)氣隙3，所述外轉(zhuǎn)子永磁鐵6與調(diào)磁環(huán)4之間設(shè)有外氣隙5。

優(yōu)選的，所述調(diào)磁環(huán)4有硅鋼與非導(dǎo)磁材料交錯(cuò)形成。

優(yōu)選的，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子極對數(shù)為4，所述外轉(zhuǎn)子極對數(shù)為23，調(diào)磁環(huán)4鐵芯數(shù)為27。表1給出了混合充磁同心式磁齒輪參數(shù)。

表1磁齒輪主要參數(shù)

如圖3-4所示，與傳統(tǒng)同心式磁齒輪相比，混合充磁同心式磁齒輪內(nèi)、外層氣隙切向磁密較大。如圖5-6所示，保持外轉(zhuǎn)子和調(diào)磁環(huán)不動(dòng)的情況下，以一定速度(115r/min)轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)轉(zhuǎn)子，可得磁齒輪內(nèi)、外轉(zhuǎn)子靜態(tài)轉(zhuǎn)矩特性，分別比較了混合充磁與傳統(tǒng)充磁磁齒輪內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩。圖中，內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)至90°電角度時(shí)，達(dá)到最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩。此時(shí)，傳統(tǒng)充磁磁齒輪內(nèi)轉(zhuǎn)子最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩為17.6N·m，外轉(zhuǎn)子最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩為100.9N·m；混合充磁磁齒輪內(nèi)轉(zhuǎn)子靜態(tài)轉(zhuǎn)矩峰值為21.1N·m，外轉(zhuǎn)子靜態(tài)轉(zhuǎn)矩峰值為121.1N·m。兩種磁齒輪內(nèi)外轉(zhuǎn)子靜態(tài)轉(zhuǎn)矩波形均接近正弦波，內(nèi)外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩比也都保持在-1:5.75，與傳動(dòng)比保持一致。

令內(nèi)轉(zhuǎn)子以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)(115r/min)，同時(shí)外轉(zhuǎn)子反向轉(zhuǎn)動(dòng)(20r/min)，得磁齒輪內(nèi)外轉(zhuǎn)子穩(wěn)態(tài)運(yùn)行轉(zhuǎn)矩如圖7-8所示。圖中，傳統(tǒng)充磁磁齒輪外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間在100.87N·m上下波動(dòng)，近乎保持不變；內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩有小范圍變動(dòng)(約17.54±0.06N·m)，也接近一條直線。而在混合充磁情況下，其外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩基本保持在121.10N·m不變，較傳統(tǒng)充磁提高了20.1％；內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩在21.08±0.05N·m上下波動(dòng)，提升了20.2％。可以看出，正弦充磁的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行轉(zhuǎn)矩較傳統(tǒng)充磁有顯著提升，且磁齒輪內(nèi)外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩大小之比始終等于其永磁體極對數(shù)之比，即23:4＝5.75:1。

上述的實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案，而不應(yīng)視為對于本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求記載的技術(shù)方案，包括權(quán)利要求記載的技術(shù)方案中技術(shù)特征的等同替換方案為保護(hù)范圍。即在此范圍內(nèi)的等同替換改進(jìn)，也在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。