[发明专利]一种无级变速磁齿轮

说明书

本发明公开了一种无级变速磁齿轮，所述磁齿轮由内层至外层依次包括：内转子磁极、调磁磁环、定子铁芯以及定子绕组；当负载为低转速大转矩类型的负载时，驱动电机与所述内转子磁极相连接，负载与所述调磁磁环相连接；当负载为高转速小转矩类型的负载时，驱动电机与所述调磁磁环相连接，负载与所述内转子磁极相连接；根据负载的需求转速调节范围确定所述调磁磁环的铁块个数、所述内转子磁极的极对数、所述定子铁芯的槽数以及所述定子绕组的极对数，获取所述磁齿轮的初始传动比。

技术领域

本发明涉及无级变速技术领域，更具体地，涉及一种无级变速磁齿轮以及一种利用无级变速磁齿轮对负载进行驱动的方法。

背景技术

最早的磁齿轮诞生于上世纪初，但因传动效率低未引起重视，之后近百年的时间里，磁齿轮的研究和应用进展缓慢。2001年，英国谢菲尔德大学的K.Atallah和D.Howe首次提出了一种基于磁场调制原理的同心式磁力齿轮，由此使磁齿轮的研究和应用进入新的阶段。新型磁齿轮具有转矩密度大、无润滑、可靠性高、寿命长、噪声小等显著优点，在电力传动和新型电机设计方面具有广阔的应用前景。不过由于磁齿轮传动比固定，在需要进行变速调节的场合，其应用受到一定的限制。

当前，随着社会对环保和节能要求的日益提高，工业和民用领域电机的变速运行已非常普遍。目前交流电机的调速通常采用变频器实现，但变频器尤其是高压变频器价格较高，调速成本较大，且由此带来的谐波危害也不可小视。近年来，利用较小变频器容量实现交流电机调速的无刷双馈电机引起了研究者的持续关注，但其结构设计还有待进一步完善，比如损耗较大，磁场级数转化率不高等缺点。

因此，需要一种技术，以实现磁齿轮的无级变速。

发明内容

本发明技术方案提供一种无级变速磁齿轮以及一种利用无级变速磁齿轮对负载进行驱动的，以解决电机的无级变速控制问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种无级变速磁齿轮，所述磁齿轮由内层至外层依次包括：内转子磁极、调磁磁环、定子铁芯以及定子绕组；

当负载为低转速大转矩类型的负载时，驱动电机与所述内转子磁极相连接，负载与所述调磁磁环相连接；

当负载为高转速小转矩类型的负载时，驱动电机与所述调磁磁环相连接，负载与所述内转子磁极相连接；

根据负载的需求转速调节范围确定所述调磁磁环的铁块个数、所述内转子磁极的极对数、所述定子铁芯的槽数以及所述定子绕组的极对数，获取所述磁齿轮的初始传动比。

优选地，包括：

当所述内转子磁极的极对数为p₁，所述调磁磁环上的铁块个数为N，外层定子绕组通电后极对数p₂＝N-p₁；

所述定子铁芯侧的气隙磁场中包含空间谐波，空间谐波的极对数p_mk＝|mp₁+kN|，其中m＝1，3，5...，∞；k＝0，±1，±2，±3，...，±∞，所述定子铁芯侧的气隙磁场中包含空间谐波中各谐波的磁场机械旋转角速度为：

所述磁齿轮的工作磁场是当m＝1，k＝-1对应的谐波，工作磁场的极对数为N-p₁，Ω_r表示所述磁齿轮内转子磁极的机械转速，Ω_s为调磁磁环的机械转速；，为产生恒定的转矩，所述定子绕组的极对数p₂＝N-p₁；

假设定子磁场机械角速度为Ω_c，则：