Halbach磁体结构磁场调制式同心磁性齿轮传动装置 【技术领域】
本发明涉及一种磁性齿轮传动装置，特别是一种Halbach磁体结构磁场调制式同心磁性齿轮传动装置。
背景技术
磁性齿轮传动装置相比于机械齿轮传动装置具有以下优点：1、仅有轴承摩擦损耗和铁心损耗，能量损耗小，效率高；2、单位体积对应的转矩密度高，为普通电机的10倍；3、由于无机械接触，故无机械摩损，不用润滑，可靠性高，寿命长；4、不存在机械接触时产生的震动噪音；5、过载时不会损坏减速器，而且在过载时随时切断传动关系，不仅减速器自身不会损坏，还能保护原动机。
现有的磁性齿轮传动装置，其磁体结构为径向结构，气隙磁密波形不正弦，气隙磁场中不参与传递转矩的谐波较多，铁心产生谐波损耗。
【发明内容】
本发明的目的是解决现有新型磁性齿轮传动装置气隙磁密波形不正弦的问题，提供一种Halbach磁体结构磁场调制式磁性齿轮传动装置，由于气隙磁密接近正弦分布，极大地削弱了这种结构的磁性齿轮传动装置的定位转矩，进而减小了磁性齿轮传动装置的震动和噪声，提高了运行效率。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种Halbach磁体结构磁场调制式同心磁性齿轮传动装置，包括壳体、安装在壳体内腔悬臂式的外转子和内转子，其特征在于：
①所述的外转子为杯型转子，内端的杯形套筒内侧固定安装一个外转子铁心，外转子铁心内壁周向均布安装2P2个永磁磁极构成外转子磁体环，相邻永磁磁极极性相异，这样共有P2对永磁磁极，P2为自然数，外端的杯底连接一根由轴承支撑的输出轴；
②所述的内转子为另一根由轴承支撑的输出轴，内端通过一个内轴套固定安装一个内转子铁心，内转子铁心的外壁上周向均布固定安装2P1个永磁磁极构成内转子磁体环，相邻永磁磁极极性相异，P1为自然数；
③所述的外转子磁体环与内转子磁体环之间形成一个环形腔，其内安置一个调磁环，该调磁环与壳体端盖固定连接，调磁环由P1+P2块铁心块和P1+P2块环氧块间隔连接成环形体；
④外转子磁体环的每个磁极由若干块内向磁场的Halbach磁体阵列组成，所述内向磁场是朝内方向聚合、朝外方向发散的磁场；
⑤内转子磁体环的每个磁极由若干块外向磁场的Halbach磁体阵列组成，所述外向磁场是朝外方向聚合、朝内方向发散的磁场。
⑥内转子与调磁环之间形成内层气隙，外转子与调磁环之间形成外层气隙。
上述外转子磁体环的每个永磁磁极使用n块磁体，每块磁体的磁化强度均为M，极数为p，且第一块磁体的充磁方向沿x轴正方向，则Halbach磁体结构的第i块磁体的磁化强度x、y分量表示如下：
Mx(i)=Mcos[(1+p)360(i-1)2pn]]]>
My(i)=Msin[(1+p)360(i-1)2pn].]]>
上述内转子磁体环的每个永磁磁极使用n′块磁体，每块磁体的磁化强度均为M′，极数为p′，且第一块磁体的充磁方向沿x轴正方向，则Halbach磁体结构的第i块磁体的磁化强度x、y分量表示如下：
Mx′(i)=M′cos[(1-p′)360(i-1)2p′n′]]]>
My′(i)=M′sin[(1-p′)360(i-1)2p′n′].]]>
上述内、外转子产生的磁场，通过调磁环调制，满足对方的磁极对数。
上述内、外转子同心，可以正、反方向旋转。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：本发明在内转子和外转子之间采用了调磁环，与传统磁性齿轮传动装置相比，提高了磁体利用率。与新型径向磁体结构同心磁性齿轮传动装置相比，气隙磁场中谐波较少，可以采用较小的转子铁心轭厚度，甚至省却转子铁心，降低了铁心产生的谐波损耗。
【附图说明】
附图1为本发明一个实施例的结构示意图。
附图2为图1中内、外转子的A-A剖视图。
附图3为图1中内、外转子的Halbach磁体结构图。
【具体实施方式】
本发明的一个优选实施例结合附图详述如下：
参见图1、图2和图3，本Halbach磁体结构磁场调制式同心磁性齿轮传动装置包括壳体1、安装在壳体1内腔的悬臂式外转子和内转子。
外转子为杯型转子，内端的杯形套筒3内侧固定安装一个外转子铁心4，外转子铁心4内壁周向均布安装2P2个永磁磁极构成外转子磁体环，相邻永磁磁极极性相异，这样共有P2对永磁磁极，P2为自然数，外端的杯底连接一根由轴承支撑的输出轴11。
内转子为另一根由轴承支撑的输出轴10，内端通过一个内轴套9固定安装一个内转子铁心8，内转子铁心8的外壁上周向均布固定安装2P1个永磁磁极构成内转子磁体环，相邻永磁磁极极性相异，P1为自然数；
外转子磁体环5与内转子磁体环7之间形成一个环形腔，其内安置一个调磁环6，该调磁环6与壳体端盖固定连接，调磁环6由P1+P2块铁心块6a和P1+P2块环氧块6b间隔连接成环形体。
外转子磁体环5的每个磁极由若干块内向磁场的Halbach磁体阵列组成，内向磁场是朝内方向聚合、朝外方向发散的磁场。
内转子磁体环7的每个磁极由若干块外向磁场的Halbach磁体阵列组成，外向磁场是朝外方向聚合、朝内方向发散的磁场。
内转子与调磁环之间形成内层气隙，外转子与调磁环之间形成外层气隙。
外转子磁体环5的每个永磁磁极使用n块磁体，每块磁体的磁化强度均为M，极数为p，且第一块磁体的充磁方向沿x轴正方向，则Halbach磁体结构的第i块磁体的磁化强度x、y分量表示如下：
Mx(i)=Mcos[(1+p)360(i-1)2pn]]]>
My(i)=Msin[(1+p)360(i-1)2pn].]]>
内转子磁体环7的每个永磁磁极使用n′块磁体，每块磁体地磁化强度均为M′，极数为p′，且第一块磁体的充磁方向沿x轴正方向，则Halbach磁体结构的第i块磁体的磁化强度x、y分量表示如下：
Mx′(i)=M′cos[(1-p′)360(i-1)2p′n′]]]>
My′(i)=M′sin[(1-p′)360(i-1)2p′n′].]]>
内、外转子产生的磁场，通过调磁环6调制，满足对方的磁极对数。
内、外转子同心，可以正、反方向旋转。
图3中内环是Halbach磁体结构内转子永磁体，每个磁极由若干块(本例5块)外向磁场的Halbach磁体阵列组成，磁场是朝外方向聚合、朝内方向发散；外环是Halbach磁体结构外转子永磁体，每个磁极由若干块(本例3块)内向磁场的Halbach磁体阵列组成，磁场是朝内方向聚合、朝外方向发散。