一種具有靜止勵磁環的同軸磁性齒輪的制作方法
本發明涉及一種具有靜止勵磁環的同軸磁性齒輪，屬于變速傳動技術領域。
背景技術：
磁性齒輪利用磁場耦合作用進行轉矩的傳遞，是一種非接觸式變速傳動裝置，不存在噪聲、震動、磨擦損耗以及潤滑等問題，而且能夠實現輸入與輸出之間的物理隔離，還具備過載自保護能力，安全可靠性較高。近年來，隨著高性能釹鐵硼永磁材料的發展，新型磁性齒輪拓撲結構的研究受到了越來越多的關注。
轉矩傳遞能力和傳輸穩定性是評價磁性齒輪性能的兩個重要指標，相較于傳統轉換型磁性齒輪，基于磁場調制原理工作的場調制磁性齒輪具有較高的轉矩傳遞能力，是目前非接觸式變速傳動領域的研究熱點。場調制磁性齒輪一般由高速轉子、低速轉子和調磁環構成。
傳統的場調制磁性齒輪的永磁體均安裝于高、低速轉子上，當轉子處于高速旋轉狀態或受到較大力矩的時候，可能會發生轉子永磁體脫落的現象，大大降低了機械可靠性。中國發明專利ZL201110252784.3公開的一種同軸磁齒輪，雖然將低速轉子的永磁體移至靜止的調磁環上形成靜止磁環，使得低速轉子僅為由鐵芯構成的凸極結構，改善了低速轉子的機械可靠性，但是高速轉子仍由鐵芯和表貼永磁體構成，高速轉子高速旋轉時容易發生永磁體脫落的現象，從而導致齒輪失效，整體結構可靠性仍然較低。此外，轉子勵磁結構若采用電勵磁或超導勵磁來代替永磁勵磁，需要使用滑環和電刷，這將會增加磁性齒輪設計和制作裝配的復雜性，更會大大降低整體結構的可靠性。若采用靜止勵磁，則可方便地實現電勵磁或超導勵磁代替永磁勵磁，而不會增加結構的復雜性。因此，對具有較高機械可靠性、靜止勵磁型的磁性齒輪拓撲結構的研究具有重要的理論意義和工程實用價值。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本發明提供一種具有靜止勵磁環的同軸磁性齒輪。
本發明能夠解決現有場調制磁性齒輪存在的高、低速轉子機械可靠性低，運行穩定性差，轉子勵磁不易于采用電勵磁或超導勵磁的問題。
本發明的技術方案如下：
一種具有靜止勵磁環的同軸磁性齒輪，包括由外至內同軸設置的低速轉子、靜止勵磁環和高速轉子，且彼此之間設有氣隙；所述低速轉子的內緣環形設置有凸極結構；所述高速轉子的外緣環形設置有凸極結構；所述靜止勵磁環為鐵芯和永磁體彼此間隔組成的環形結構。本發明中，所述高速轉子、低速轉子均為由單一軟磁材料制成，且不存在永磁體。其中，所述軟磁材料是指當磁化發生在Hc不大于1000A/m的材料，典型的軟磁材料，可以用最小的外磁場實現最大的磁化強度。軟磁材料易于磁化，也易于退磁，廣泛用于電工設備和電子設備中。
根據本發明優選的，所述靜止勵磁環的永磁體沿所述環形結構的圓周切向充磁，且相鄰永磁體的充磁方向相反。此技術方案形成有效的N-S磁極，
為整個磁性齒輪提供勵磁。
根據本發明優選的，所述低速轉子的凸極結構中凸極個數為N1、所述靜止勵磁環中永磁體的極對數為Ps、高速轉子的凸極結構中凸極個數為Nh滿足以下關系：
N1-Ps＝Nh+Ps；
實現的變速傳動比Gr為：Gr＝N1:Nh。
本發明的有益效果如下：
1.本發明的同軸磁性齒輪中，高、低速轉子均為由單一軟磁材料制成的環形凸極結構，其上不存在永磁體，結構穩定性好，機械可靠性高；
2.本發明的同軸磁性齒輪中，永磁體位于靜止勵磁環上，無需隨轉子旋轉，有效保證了永磁體固定的牢靠性和勵磁的穩定性，同時易于采用其它勵磁方式代替永磁勵磁，如電勵磁或超導勵磁等。本發明能夠獲得理想的機械可靠性和運行穩定性。
附圖說明
圖1為本發明的同軸磁性齒輪截面結構圖；
圖1中：1、低速轉子；11、低速轉子的鐵芯環；12、低速轉子的凸極；2、靜止勵磁環；21、靜止勵磁環的鐵芯；22、靜止勵磁環的永磁體；3、高速轉子；31、高速轉子的鐵芯環；32、高速轉子的凸極；4、低速轉子與靜止勵磁環之間的氣隙；5、高速轉子與靜止勵磁環之間的氣隙。圖中箭頭代表永磁體的充磁方向。
具體實施方式
下面結合實施例和說明書附圖對本發明做詳細的說明，但不限于此。以下所記載的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
實施例、
一種具有靜止勵磁環的同軸磁性齒輪，包括由外至內同軸設置的低速轉子1、靜止勵磁環2和高速轉子3，且彼此之間設有氣隙；所述低速轉子1的內緣環形設置有凸極結構12；所述高速轉子3的外緣環形設置有凸極結構32；所述靜止勵磁環2為鐵芯21和永磁體22彼此間隔組成的環形結構。
所述靜止勵磁環2的永磁體22沿所述環形結構的圓周切向充磁，且相鄰永磁體22的充磁方向相反。此技術方案形成有效的N-S磁極，為整個磁性齒輪提供勵磁。
所述低速轉子1的凸極結構12中凸極個數為Nl、所述靜止勵磁環2中永磁體22的極對數為Ps、高速轉子的凸極結構32中凸極個數為Nh滿足以下關系：
N1-Ps＝Nh+Ps；
實現的變速傳動比Gr為：Gr＝N1:Nh。
所述低速轉子軸向長度為L1、所述靜止勵磁環軸向長度為Ls、高速轉子軸向長度為Lh之間滿足以下關系：
L1＝Ls＝Lh。
下面結合附圖1對本發明做進一步說明。
本發明所述的低速轉子1和高速轉子3皆為由單一軟磁材料制成的環形凸極結構，其上不存在永磁體，結構穩定性好，機械可靠性高。
本發明提供勵磁的永磁體，即靜止勵磁環的永磁體22位于靜止勵磁環2上，無需隨轉子旋轉，有效保證了永磁體固定的牢靠性和勵磁的穩定性，同時易于采用其它勵磁方式代替永磁勵磁，如電勵磁或超導勵磁等，只要保證能夠產生有效的N-S磁極即可，但無論采用哪種結構形式，都在本發明的保護范圍之內。
所述低速轉子1、靜止勵磁環2和高速轉子3由外至內、同軸心排列且軸向長度相同。
所述靜止勵磁環2與低速轉子1的內表面之間設有氣隙4、靜止勵磁環2與高速轉子3的外表面之間設有氣隙5，從而能夠保證高、低速轉子正常旋轉。
所述低速轉子1、靜止勵磁環的鐵芯21、高速轉子3由硅鋼疊片或其他軟磁材料構成，與普通永磁同步電機的定轉子鐵芯制造工藝相同。
所述靜止勵磁環的永磁體22由稀土釹鐵硼或其它永磁材料構成，沿圓周切向充磁，且相鄰永磁體充磁方向相反，形成有效的N-S磁極，為整個裝置提供勵磁。
低速轉子的凸極12(高速轉子的凸極32)的磁場調制功能，能夠將靜止勵磁環的永磁體22產生的磁場在氣隙4(氣隙5)內調制產生一系列空間諧波磁場，當氣隙4與氣隙5中存在極對數相等的諧波磁場時，通過磁場耦合作用，該同軸磁性齒輪就能夠實現穩定的轉矩傳輸。為了實現變速傳動的效果，必須要求所提同軸磁性齒輪的高、低速轉子凸極的個數不相同。此時，當低速轉子的凸極12的個數與靜止勵磁環的永磁體22的極對數之差等于高速轉子的凸極32的個數與靜止勵磁環的永磁體22的極對數之和時，能夠利用幅值最大的諧波磁場實現最優的轉矩傳遞能力。即本發明所述同軸磁性齒輪低速轉子的凸極12的個數N1、靜止勵磁環的永磁體22的極對數Ps、高速轉子的凸極32的個數Nh應滿足以下關系：
N1-Ps＝Nh+Ps (1)
此時，對應地，該同軸磁性齒輪能夠實現的變速傳動比Gr為：
Gr＝N1:Nh (2)
圖1實例給出的同軸磁性齒輪低速轉子的凸極12個數為25，靜止勵磁環的永磁體22的極對數為9，高速轉子的凸極32個數為7，完全滿足上述表達式(1)，此時該同軸磁性齒輪能夠實現的變速傳動比為25:7。
本發明涉及的同軸磁性齒輪中，高、低速轉子均為由單一軟磁材料制成的環形凸極結構，其上不存在永磁體，結構穩定性好，機械可靠性高。永磁體位于靜止勵磁環上，無需隨轉子旋轉，有效保證了永磁體固定的牢靠性和勵磁的穩定性，同時易于其它勵磁方式的實現，如電勵磁或超導勵磁等。綜上所述，本發明所提同軸磁性齒輪能夠獲得理想的機械可靠性和運行穩定性，同時又能保持較高的轉矩傳遞能力。
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