[发明专利]磁性齿轮及磁性传动装置

说明书

技术领域

本发明涉及磁性传动技术领域，更具体地说，涉及一种磁性齿轮及运用该磁性齿轮的磁性传动装置。

背景技术

机械齿轮是一种常见的用于传动的机构，其具有传动效率高、转矩密度大等优点，通过长时间的发展和改进，机械齿轮以及运用机械齿轮进行传动已经非常成熟。但机械齿轮因自身特点，存在振动、噪音较大，需要在润滑的情况下使用，需要定期维护等自身无法克服的问题。随着科技水平的进步，人们对传动系统的要求也越来越高，通过选用高性能材料、对齿形进行精加工处理以及改进润滑等措施，机械齿轮的性能有了很大的改进，但是还是未能从根本上解决这些问题。

为了解决机械齿轮存在的某些问题，磁性齿轮的得到了发展。磁性齿轮是利用磁场进行转矩传递，与机械齿轮相比具有特殊的优势，比如：

1)磁性齿轮由于输入与输出之间是非接触性的，可以减小机械噪声和振动；

2)磁性齿轮不需要润滑，因此可以减少维护，增加系统的可靠性；

3)磁性齿轮具有确定的峰值转矩，其自身具有过载保护能力；

4)输入与输出之间是非接触性的，这一特点使得它在有毒、有害等流体泵类驱动中具有特殊的优势；

5)磁性齿轮具有较高的传动效率；

6)磁性齿轮中永磁体直接安装在相对转动的齿轮部件的表面，不像机械齿轮那样要对齿部进行精加工和热处理，简化了生产工艺。

而现有的磁性齿轮(磁性传动装置)转矩密度偏低，为了获得更大的转矩，现有的方法是增加永磁体的用量，这样势必会增加磁性齿轮(磁性传动装置)的体积，同时也造成了制造成本的增加。在一些特殊使用场合，例如兆瓦级风力发电机所使用的磁性齿轮(磁性传动装置)，其体积是有限制的，需要在确定的体积下提供尽可能大的转矩，提高磁性齿轮的转矩密度是唯一的解决途径。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有磁性齿轮转矩密度较低的问题，在不增加磁性齿轮永磁体用量的情况下提供一种转矩密度较高的磁性齿轮，同时，提供一种具有高传动比、高转矩密度的磁性传动装置，以在诸如兆瓦级风力发电机中进行传动。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

本发明的第一方面，一种磁性齿轮，其特征在于，包括：

可转动的第一元件，所述第一元件设有采用每对磁极四块永磁体的halbach阵列结构的第一组永磁体块，以产生单侧增强磁场；

可转动的第二元件，所述第二元件设有采用每对磁极四块永磁体的halbach阵列结构的第二组永磁体块，以产生与第一组永磁体块单侧增强磁场相对的单侧增强磁场，通过磁性作用在第一元件和第二元件之间传递力。

本发明中，第一元件为圆柱形内转子，第二元件为圆柱形外转子，永磁体分别设置在内转子的外表面和外转子的内表面，内转子和外转子的永磁体均为每对磁极四块永磁体的圆柱形halbach阵列结构，内转子永磁体产生圆柱外侧增强的磁场，外转子产生圆柱内侧增强的磁场。由此，内、外转子每极的两块永磁体，一块沿圆周径向充磁，一块沿圆周切向充磁，使得永磁块充磁比较简便，可提高了永磁体块的充磁效率。

由于内外转子产生的磁场在相对的一侧增强，内转子和外转子对永磁体进行支撑的支撑部采用轻质的不导磁材料制成，以减轻磁性齿轮单位体积的重量。

本发明中，内转子和外转子的永磁体采用截面为矩形的永磁体，通过在内转子外表面和外转子内表面设置与各自永磁体相同截面形状的轴向槽，采用插入的方式装入内转子和外转子。

本发明中，内转子和外转子同轴设置，内转子和外转子之间设有调整内转子和外转子之间磁场，促进内、外转子磁场耦合的一组调磁铁芯片；内转子和外转子偏心设置，内转子和外转子之间可进行相对的摆线运动。

本发明的第二方面，一种磁性传动装置，其特征在于，包括：

第一元件，所述第一元件设有采用每对磁极四块永磁体的halbach阵列结构的第一组永磁体，以产生单侧增强磁场；

第二元件，所述第二元件设有采用每对磁极四块永磁体的halbach阵列结构的第二组永磁体，以产生与第一组永磁体单侧增强磁场相对的单侧增强磁场，通过磁性作用在第一元件和第二元件之间传递力；

第三元件，与第一元件和第二元件作用，使得磁性传动装置在运行时，第一组永磁体和和第二组永磁体之间产生相对的摆线运动。