一種改進(jìn)型同心式磁力齒輪裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種改進(jìn)型同屯、式磁力齒輪裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 同屯、式磁力齒輪是通過(guò)非機(jī)械接觸傳遞磁力的一種傳動(dòng)裝置。它是利用磁場(chǎng)調(diào)制 原理實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩傳遞，與傳統(tǒng)的機(jī)械齒輪相比，同屯、式磁力齒輪克服了機(jī)械齒輪傳動(dòng)裝置 所固有的機(jī)械疲勞、摩擦損耗及振動(dòng)噪聲等缺點(diǎn)，運(yùn)行過(guò)程中無(wú)需潤(rùn)滑，具有自動(dòng)過(guò)載保護(hù) 功能，但磁力齒輪電磁場(chǎng)計(jì)算比較復(fù)雜，采用有限元計(jì)算磁力齒輪電磁場(chǎng)過(guò)程中，雖然計(jì)算 時(shí)間長(zhǎng)，但計(jì)算精度很高，且有良好的網(wǎng)格品質(zhì)保證其高精度。計(jì)算中兩個(gè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和方 向不同，任一方的相對(duì)移動(dòng)必然影響到另一方，所W正確地設(shè)置轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和方向極其關(guān) 鍵。
[0003] 電磁轉(zhuǎn)矩是電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換重要參數(shù)之一，準(zhǔn)確計(jì)算磁力齒輪電磁轉(zhuǎn)矩是 設(shè)計(jì)、分析磁力齒輪的關(guān)鍵。有限元法計(jì)算電磁轉(zhuǎn)矩，一般采用虛位移法和麥克斯韋應(yīng)力 張量法。從計(jì)算精度方面考慮，兩種方法都要有高質(zhì)量的網(wǎng)格剖分。虛位移法計(jì)算比較繁 瑣；而麥克斯韋應(yīng)力張量法計(jì)算電磁轉(zhuǎn)矩時(shí)，氣隙中的線(xiàn)積分路徑需穿過(guò)許多有限元網(wǎng)格， 網(wǎng)格的品質(zhì)及從何處穿過(guò)網(wǎng)格單元都會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生影響。計(jì)算出的電磁轉(zhuǎn)矩隨氣隙半 徑的變化而變化，沒(méi)有體現(xiàn)出麥克斯韋應(yīng)力在電機(jī)氣隙里與所取曲面無(wú)關(guān)的特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種改進(jìn)型同 屯、式磁力齒輪裝置。 陽(yáng)〇化]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種改進(jìn)型同屯、式磁力齒輪裝置， 包括外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子，從外轉(zhuǎn)子向內(nèi)轉(zhuǎn)子之間依次設(shè)有外轉(zhuǎn)子永磁體、調(diào)磁環(huán)、內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁 體，所述調(diào)磁環(huán)與內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體之間設(shè)有機(jī)械橋。
[0006] 所述轉(zhuǎn)子永磁體與調(diào)磁環(huán)之間設(shè)有外層氣隙區(qū)；機(jī)械橋與內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體之間設(shè)有 內(nèi)層氣隙區(qū)。 陽(yáng)007] 所述機(jī)械橋?yàn)橥掬摬牧现瞥伞?br>[0008] 所述調(diào)磁環(huán)為非導(dǎo)磁材料與娃鋼到此材料交錯(cuò)設(shè)置的環(huán)形結(jié)構(gòu)。
[0009] 本實(shí)用新型改進(jìn)了一種調(diào)磁環(huán)帶機(jī)械橋的同屯、式磁力齒輪裝置，并計(jì)算了磁力齒 輪的氣隙磁場(chǎng)和電磁轉(zhuǎn)矩。通過(guò)與不帶機(jī)械橋的磁力齒輪內(nèi)外氣隙磁密波形比較，改進(jìn)型 磁力齒輪氣隙磁場(chǎng)幅值較大，電磁轉(zhuǎn)矩輸出較無(wú)機(jī)械橋時(shí)提高了 21%，且保持磁力齒輪的 傳動(dòng)比，轉(zhuǎn)矩密度顯著提高。為低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)裝置提供了一種有效方式。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明：
[0011] 圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖2為本實(shí)用新型圖I中B處的放大結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖3為本實(shí)用新型內(nèi)層氣隙徑向磁密比較圖；
[0014] 圖4為本實(shí)用新型內(nèi)層氣隙切向磁密比較圖；
[0015] 圖5為本實(shí)用新型內(nèi)層氣隙徑向諧波幅值情況圖；
[0016] 圖6為本實(shí)用新型內(nèi)層氣隙切向諧波幅值情況圖；
[0017] 圖7為本實(shí)用新型外層氣隙磁密徑向幅值；
[0018] 圖8為本實(shí)用新型外層氣隙磁密切向幅值；
[0019]圖9為本實(shí)用新型無(wú)機(jī)械橋時(shí)內(nèi)外轉(zhuǎn)子靜態(tài)轉(zhuǎn)矩；
[0020] 圖10為本實(shí)用新型內(nèi)轉(zhuǎn)子輸出轉(zhuǎn)矩；
[0021] 圖11為本實(shí)用新型外轉(zhuǎn)子輸出轉(zhuǎn)矩；
[0022] 圖中：外轉(zhuǎn)子1、內(nèi)轉(zhuǎn)子2、外轉(zhuǎn)子永磁體3、調(diào)磁環(huán)4、內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體5、機(jī)械橋6、外 層氣隙區(qū)7、內(nèi)層氣隙區(qū)8。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 如圖1-2所示，一種改進(jìn)型同屯、式磁力齒輪裝置，包括外轉(zhuǎn)子1和內(nèi)轉(zhuǎn)子2,從外轉(zhuǎn) 子1向內(nèi)轉(zhuǎn)子2之間依次設(shè)有外轉(zhuǎn)子永磁體3、調(diào)磁環(huán)4、內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體5,所述調(diào)磁環(huán)4與 內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體5之間設(shè)有機(jī)械橋6。
[0024] 所述轉(zhuǎn)子永磁體3與調(diào)磁環(huán)4之間設(shè)有外層氣隙區(qū)7 ;機(jī)械橋6與內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體5 之間設(shè)有內(nèi)層氣隙區(qū)8。 陽(yáng)0巧]所述機(jī)械橋6為娃鋼材料制成。
[00%] 所述調(diào)磁環(huán)4為非導(dǎo)磁材料與娃鋼到此材料交錯(cuò)設(shè)置的環(huán)形結(jié)構(gòu)。
[0027] 設(shè)定內(nèi)外轉(zhuǎn)子分別為4對(duì)極和17對(duì)極，調(diào)磁環(huán)齒數(shù)Q= 21對(duì)。根據(jù)同屯、式磁力 齒輪調(diào)制原理，調(diào)磁環(huán)靜止不動(dòng)，高速轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)轉(zhuǎn)子和低速轉(zhuǎn)動(dòng)的外轉(zhuǎn)子沿不同方向旋轉(zhuǎn)， 同屯、式磁力齒輪傳動(dòng)比可表示為：
[0028]
(巧
[0029] 式中ns為調(diào)磁環(huán)對(duì)數(shù)，地為內(nèi)轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)，外轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)可W表示為： 陽(yáng)030]Pi=n,-Ph似
[0031] 本實(shí)用新型對(duì)改進(jìn)型同屯、式磁力齒輪樣機(jī)內(nèi)外兩層氣隙磁場(chǎng)和電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì) 算，表1給出了改進(jìn)型磁力齒輪參數(shù)。 陽(yáng)0巧表1樣機(jī)參數(shù)
[0033] L/IN乙W40U034WUVW/J - O/O
[0034] 如圖3-4所示，調(diào)磁環(huán)4在加入機(jī)械橋6后，內(nèi)層氣隙徑向磁密較無(wú)機(jī)械橋時(shí)要 大，而切向磁密相對(duì)來(lái)說(shuō)要小一些。
[0035] 如圖5-6所示，調(diào)磁環(huán)4在加入機(jī)械橋6后，內(nèi)層氣隙各次諧波的徑向磁密幅值要 大于無(wú)機(jī)械橋磁密幅值，而切向幅值正好與之相反。
[0036] 如圖7-8所示，調(diào)磁環(huán)4內(nèi)側(cè)在有機(jī)械橋6和無(wú)機(jī)械橋6的情況下，其磁密徑向和 切向分量幅值變化不大，說(shuō)明機(jī)械橋?qū)ν鈱託庀洞琶苡绊懖淮蟆?br>[0037] 根據(jù)麥克斯韋應(yīng)力張量法理論，電磁轉(zhuǎn)矩由切向力產(chǎn)生，如果沿半徑r的圓周積 分，則電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式為： ㈱引
新
[0039] 式中，Lef為電機(jī)氣隙軸向有效長(zhǎng)度；r為氣隙中的任意圓周半徑；Bf,Be分別為半 徑r處氣隙磁密的徑向和切向分量。對(duì)于選定的半徑，r為常數(shù)，ii。為真空磁導(dǎo)率。 W40] 如圖9所示，固定調(diào)磁環(huán)4和外轉(zhuǎn)子永磁體3的位置，每隔一定角度轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)轉(zhuǎn)子 永磁體5,得到內(nèi)外轉(zhuǎn)子靜態(tài)轉(zhuǎn)矩波形。從圖中可W看出，其磁場(chǎng)靜態(tài)轉(zhuǎn)矩波形均近似為 正弦波，轉(zhuǎn)矩的大小隨著內(nèi)外轉(zhuǎn)子永磁體相對(duì)位置的變化而變化，運(yùn)與同步電機(jī)中的矩角 特性類(lèi)似；內(nèi)外轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩比值在任意位置都基本為-1:4. 25,運(yùn)與其傳動(dòng)比是一致的； 且當(dāng)內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體轉(zhuǎn)到22. 50時(shí)得到了最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩值15. 45Nm，而此時(shí)外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩為 84. 78Nm。
[0041] 如圖10-11所示，固定調(diào)磁環(huán)，內(nèi)轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，而外轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，且滿(mǎn)足 關(guān)系式A= ?R/P。。兩輸出轉(zhuǎn)矩沿不同方向輸出，無(wú)機(jī)械橋6時(shí)，內(nèi)轉(zhuǎn)子2與外轉(zhuǎn)子1輸 出轉(zhuǎn)矩分別是15. 4N?m、84. 84N?m，有機(jī)械橋時(shí)，內(nèi)轉(zhuǎn)子2與外轉(zhuǎn)子1輸出轉(zhuǎn)矩分別是 19. 8N'm、109. 45N'm。且比值均符合磁力齒輪傳動(dòng)比。有機(jī)械橋時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩要比無(wú)機(jī)械 橋時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)矩提高了 21 %?？梢?jiàn)調(diào)磁環(huán)加入機(jī)械橋后，有利于提高磁力齒輪的輸出 轉(zhuǎn)矩。因此，有機(jī)械橋后的同屯、式磁力齒輪轉(zhuǎn)矩密度也相應(yīng)地比無(wú)機(jī)械橋時(shí)轉(zhuǎn)矩密度大。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種改進(jìn)型同心式磁力齒輪裝置，包括外轉(zhuǎn)子（1)和內(nèi)轉(zhuǎn)子（2)，從外轉(zhuǎn)子（1)向內(nèi) 轉(zhuǎn)子（2)之間依次設(shè)有外轉(zhuǎn)子永磁體（3)、調(diào)磁環(huán)（4)、內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體（5)，其特征在于：所 述調(diào)磁環(huán)（4)與內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體（5)之間設(shè)有機(jī)械橋（6)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種改進(jìn)型同心式磁力齒輪裝置，其特征在于：所述轉(zhuǎn)子永磁 體（3)與調(diào)磁環(huán)（4)之間設(shè)有外層氣隙區(qū)（7);機(jī)械橋（6)與內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體（5)之間設(shè)有 內(nèi)層氣隙區(qū)（8)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種改進(jìn)型同心式磁力齒輪裝置，其特征在于：所述機(jī)械 橋（6)為娃鋼材料制成。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種改進(jìn)型同心式磁力齒輪裝置，其特征在于：所述調(diào)磁 環(huán)（4)為非導(dǎo)磁材料與硅鋼到此材料交錯(cuò)設(shè)置的環(huán)形結(jié)構(gòu)。
【專(zhuān)利摘要】一種改進(jìn)型同心式磁力齒輪裝置，包括外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子，從外轉(zhuǎn)子向內(nèi)轉(zhuǎn)子之間依次設(shè)有外轉(zhuǎn)子永磁體、調(diào)磁環(huán)、內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體，所述調(diào)磁環(huán)與內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體之間設(shè)有機(jī)械橋。本實(shí)用新型改進(jìn)了一種調(diào)磁環(huán)帶機(jī)械橋的同心式磁力齒輪裝置，并計(jì)算了磁力齒輪的氣隙磁場(chǎng)和電磁轉(zhuǎn)矩。通過(guò)與不帶機(jī)械橋的磁力齒輪內(nèi)外氣隙磁密波形比較，改進(jìn)型磁力齒輪氣隙磁場(chǎng)幅值較大，電磁轉(zhuǎn)矩輸出較無(wú)機(jī)械橋時(shí)提高了21％，且保持磁力齒輪的傳動(dòng)比，轉(zhuǎn)矩密度顯著提高。為低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)裝置提供了一種有效方式。
【IPC分類(lèi)】H02K51/00
【公開(kāi)號(hào)】CN204858940
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520686442
【發(fā)明人】井立兵, 柳霖, 高起興, 羅正豪, 解立輝
【申請(qǐng)人】三峽大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年9月7日