磁齿轮

高拖动转矩的方法中,齿轮传动应用极为广泛 ,但长期以来其传动基本形式没有变化,即始终是依靠两轮轮齿的啮合进行传动。这就给齿轮传动带来了一些不可消除的问题 ,如机械疲劳、摩擦损耗、震动噪音等。人们试图寻找新的途径以解决这些问题 ,采用润滑技术,但问题依旧存在。

历史上的永磁齿轮也有其弱点 ,主要是它的传动扭矩较小。

在提定义：磁齿轮利用磁力传动 ,是没有机械接触的齿轮啮合。

一种同轴磁齿轮专利目的

《一种同轴磁齿轮》针对传统的磁齿轮磁路拓扑结构的不足，提供了一种具有较高转矩密度和外转子机械强度，加工制造方便的同轴磁齿轮。

一种同轴磁齿轮技术方案

《一种同轴磁齿轮》包括由外至内排列、同轴心的外转子、静止磁环、内转子和转轴；所述外转子为环形导磁体，在其内环上设置有等距排列的外转子凸极；所述静止磁环是由等距间隔排列的磁环永磁体组成的环形部件，两相邻磁环永磁体之间设置有非导磁块，所述磁环永磁体径向充磁，相邻永磁体充磁方向相反；所述内转子固定设置在转轴上，内转子的外环上设置有等距间隔排列的内转子永磁体；所述外转子凸极与静止磁环之间设有外气隙；静止磁环与内转子永磁体之间设有内气隙。

该发明中，所述外转子凸极的个数、磁环永磁体的极对数、内转子永磁体极对数满足以下关系：p_pms=n_o±p_pmi，其中，n_o为外转子凸极个数，p_pms为静止磁环永磁体极对数，p_pmi为磁齿轮内转子永磁体极对数。

该发明中，所述内转子的外环上设置有等距排列的内转子凸极，所述内转子永磁体设置在内转子凸极表面。

该发明的另一种技术方案中，磁齿轮包括由外至内排列、同轴心的外转子、静止磁环、内转子和转轴；所述外转子为环形导磁体，在其内环上设置有等距排列的外转子凸极；所述静止磁环是由等距间隔排列的磁环永磁体组成的环形部件，两相邻磁环永磁体之间设置有导磁块，所述磁环永磁体沿圆周切向充磁，相邻永磁体充磁方向相反；所述内转子固定设置在转轴上，内转子的外环上设置有等距间隔排列的内转子永磁体；所述外转子凸极与静止磁环之间设有外气隙；静止磁环与内转子永磁体之间设有内气隙。

该方案中，所述外转子凸极的个数、磁环永磁体的极对数、内转子永磁体极对数满足以下关系：p_pms=n_o±p_pmi，其中，n_o为外转子凸极个数，p_pms为静止磁环永磁体极对数，p_pmi为磁齿轮内转子永磁体极对数。

该方案中，所述内转子的外环上设置有等距排列的内转子凸极，所述内转子永磁体设置在内转子凸极表面。

一种同轴磁齿轮有益效果

《一种同轴磁齿轮》提供了一种全新的同轴磁齿轮结构，与2011年8月前已有的同轴磁齿轮相比，具有以下优点：

1.该发明的外转子为简单的凸极结构，其作用是将静止磁环的磁场在内气隙侧调制出与磁齿轮内转子永磁体极对数一致的旋转磁场，该旋转磁场与内转子永磁磁场相互耦合，可实现稳定的转矩传递。该磁齿轮具有转矩密度高、外转子机械强度大、加工制造方便的特点。

与传统的同轴磁齿轮相比，该发明中外转子仅为简单的凸极结构，不但能够提高外转子的机械承受力，而且更易于加工制造，有利于降低生产成本；

2.该发明的外转子旋转时，静止磁环产生的磁场在外转子凸极结构的调制作用下，能够在内气隙侧产生一系列的谐波旋转磁场。当内转子永磁磁场与某一谐波旋转磁场极对数一致时，通过磁场耦合作用可实现转矩的有效传递。为了获得较高的转矩密度，所选用谐波磁场应为众谐波磁场中幅值最大的一个。此外，磁环产生的基波磁场仍处于静止状态，有利于减小静止磁环内的磁滞损耗；

3.当外转子凸极的个数、磁环永磁体的极对数、内转子永磁体极对数满足以下关系：p_pms=n_o±p_pmi，其中，n_o为外转子凸极个数，p_pms为静止磁环永磁体极对数，p_pmi为磁齿轮内转子永磁体极对数，此时利用了谐波磁场中幅值最大的谐波分量，磁齿轮能够获得最优的转矩传递能力；

4.该发明的磁环永磁体径向充磁方案中，置于静止磁环相邻永磁体之间的非导磁块，一方面能够起到固定永磁体的作用，另一方面还能够有效减少永磁体极间漏磁；

5.该发明的磁环永磁体沿圆周切向充磁方案中，构成静止磁环的导磁块，一方面能够为沿圆周切向充磁的永磁体提供磁通通路形成等效的N-S极，另一方面还能够起到固定永磁体的作用；

6.该发明利用变磁阻原理采用凸极表贴永磁体结构的内转子，与其它结构形式的内转子相比，在保证转矩传递能力的前提下，可进一步节省磁钢和铁的用量。

图1为磁环采用径向充磁的同轴磁齿轮截面结构；

图2为磁环采用切向充磁的同轴磁齿轮截面结构；

图3为表面贴装永磁体式内转子截面结构；

图4为内嵌永磁体式内转子截面结构；

图5为传统的同轴磁齿轮截面结构。

图中有：外转子1，外转子凸极11，外转子永磁体12，静止磁环2，磁环永磁体21，非导磁块22，导磁块23，内转子3，内转子凸极31，内转子永磁体32，外气隙4，内气隙5，转轴6，调磁环7，调磁环导磁块71，调磁环非导磁块72。图中箭头代表永磁体充磁方向。

2019年7月15日，《一种同轴磁齿轮》获第十一届江苏省专利项目奖金奖。