本发明属于磁力齿轮技术领域，具体涉及一种调磁环、调磁环组件、磁力齿轮、复合电机。
背景技术：
相比于传统结构的磁齿轮，磁场调制式磁齿轮可以使所有永磁体都能对转矩传递起到作用，具有相对较高的转矩密度和很高的效率，具有很好的应用前景。现有方案的磁场调制式磁齿轮，由内转子、内转子永磁体、调磁环、外转子、外转子永磁体等结构组成。而转矩波动的大小直接影响到磁力齿轮的工作性能，而现有技术中，缺少对调磁环朝向外转子一侧的结构细化，例如，现有技术中调磁环朝向外转子一侧多为圆滑的弧面，这种圆滑弧面结构使调磁环运转过程中外气隙处的高次谐波含量较大，导致输出转矩波动较大，为了降低转矩波动，提出本发明。
技术实现要素：
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种调磁环、调磁环组件、磁力齿轮、复合电机，以克服现有技术中调磁环朝向外转子一侧为圆滑弧面结构导致磁力齿轮的输出转矩波动较大的不足。
为了解决上述问题，本发明提供一种调磁环，包括环形轭部以及处于所述环形轭部的外周侧壁上的多个调磁凸起，多个所述调磁凸起沿所述环形轭部的径向由内向外延伸，所述调磁凸起的自由端朝向外转子一侧具有多个齿，多个所述齿沿所述环形轭部的周向间隔设置。
优选地，在所述环形轭部的周向上，所述调磁凸起的两侧面凸出于多个所述齿中的最外侧的齿的外侧面。
优选地，在所述环形轭部的周向上，任意一个所述齿的宽度为w1，任意两个相邻的所述齿之间形成齿槽的宽度为w2，w1/w2＝2.5～3。
优选地，单个所述调磁凸起上的所述齿的个数为n1，外转子的极对数为pout，当pout为偶数时，n1＝pout/4；当pout为奇数时，n1＝pout/3，pout≥16。
本发明还提供一种调磁环组件包括调磁环以及能够对所述调磁环形成支撑的支撑环体，所述支撑环体具有多个沿所述支撑环体的周向间隔设置的支撑条，任意两个相邻的支撑条之间形成安装凹槽，所述调磁环为上述的调磁环，多个所述调磁凸起分别一一对应的安装于多个所述安装凹槽中。
优选地，所述支撑条采用高温超导材料制作而成。
优选地，在所述环形轭部的周向上，所述调磁凸起的宽度为a1，所述支撑条包括支撑主体，所述支撑主体的宽度为a2，a1/a2＝0.7～0.8。
优选地，所述支撑条还包括处于所述支撑主体朝向外转子一侧的端部支撑体，在所述环形轭部的径向上，所述齿的厚度为d1，所述支撑条的厚度为d2，d1/d2＝0.2～0.25。
优选地，所述端部支撑体沿所述环形轭部的周向向两侧延伸，并与相邻的两个调磁凸起上的周向上处于最外侧的两个所述齿的外侧面相匹配。
优选地，所述调磁环组件还包括第一端盖体，所述第一端盖体与所述支撑环体一体成型，且处于所述支撑环体的轴向一端。
优选地，所述支撑环体远离所述第一端盖体的轴向另一端上构造有多个连接孔。
优选地，所述连接孔的孔径为b，b<d2/2.5。
本发明还提供一种磁力齿轮，包括内转子、外转子以及处于所述内转子与所述外转子所形成的气隙中的调磁环组件，所述调磁环组件为上述的调磁环组件。
本发明还提供一种复合电机，包括磁力齿轮，所述磁力齿轮为上述的磁力齿轮。
本发明提供的一种调磁环、调磁环组件、磁力齿轮、复合电机，通过在所述调磁凸起的自由端朝向外转子的一侧侧面上设置多个所述齿，从而能够有效降低磁力齿轮在运转过程中外气隙(也即所述自由端与所述外转子之间的周向延伸的间隙)处的高次谐波含量，从而有效降低转矩波动。
附图说明
图1为本发明实施例的调磁环的断面结构示意图；
图2为图1中a处的局部放大图；
图3为本发明另一实施例的调磁环组件的结构示意图；
图4为图3中b处的局部放大图；
图5为图3的立体结构示意图；
图6为本发明再一实施例的磁力齿轮的结构示意图；
图7为图6的断面结构示意图；
图8为转矩波动随w1/w2的变化曲线图；
图9为转矩随a1/a2变化曲线图；
图10为转矩随d1/d2变化曲线图；
图11为转矩波动随d1/d2变化曲线图；
图12为采用本方案即本发明的技术方案的输出转矩与现有技术中采用灌胶方案的输出转矩的对比图；
图13为采用本方案即本发明的技术方案的输出转矩谐波与现有技术中采用灌胶方案的输出转矩谐波的对比图。
附图标记表示为：
1、调磁环；11、环形轭部；12、调磁凸起；13、齿；2、支撑环体；21、支撑条；211、支撑主体；212、端部支撑体；22、第二端盖体；221、第一轴孔；23、连接孔；100、内转子；101、内永磁体；102、内铁芯；200、外转子；201、外永磁体；202、外铁芯；300、调磁环组件；400、第一轴承；500、第二轴承；600、第一端盖体；601、动力输出转轴；700、动力输入转轴。
具体实施方式
结合参见图1至图13所示，根据本发明的实施例，提供一种调磁环，包括环形轭部11以及处于所述环形轭部11的外周侧壁上的多个调磁凸起12，多个所述调磁凸起12沿所述环形轭部11的径向由内向外延伸，所述调磁凸起12的自由端朝向外转子200一侧具有多个齿13，多个所述齿13沿所述环形轭部11的周向间隔设置。该技术方案中，通过在所述调磁凸起12的自由端朝向外转子200的一侧侧面上设置多个所述齿13，从而能够有效降低磁力齿轮在运转过程中外气隙(也即所述自由端与所述外转子200之间的周向延伸的间隙)处的高次谐波含量，从而有效降低转矩波动。
为了便于描述，如附图1所示出，在垂直于所述调磁环的轴向的任意一截面上，在所述环形轭部11的周向上，所述调磁凸起12的两侧面凸出于多个所述齿13中的最外侧的齿13的外侧面。也即，所述多个齿13的最外侧的两个齿13内凹于所述调磁凸起12的侧面，这样能够保证所述多个齿13的消除高次谐波的作用，而当所述多个齿13的最外侧的两个齿13的最外侧的齿13的外侧面与所述调磁凸起12的侧面平齐时，处于最外侧的两个齿13将不能发挥其消除高次谐波的作用，也即，当最外侧的两个齿13内凹于所述调磁凸起12的侧面时，假定共有八个齿，则此时能够消除高次谐波的齿的个数为八个，而同样的，若所述多个齿13的最外侧的两个齿13的最外侧的齿13的外侧面与所述调磁凸起12的侧面平齐，则此时能够消除高次谐波的齿的个数为六个。
为了进一步减小所述调磁环的结构对转矩波动的不利影响，优选地，在所述环形轭部11的周向上，任意一个所述齿13的宽度为w1，任意两个相邻的所述齿13之间形成齿槽的宽度为w2，w1/w2＝2.5～3，经仿真验证(如图8所示出)，当w1/w2＝2.5～3时，转矩波动相对最优。
在所述齿13的设置个数上，为了最大程度的消除高次谐波，优选地，单个所述调磁凸起12上的所述齿13的个数为n1，外转子200的极对数为pout，当pout为偶数时，n1＝pout/4；当pout为奇数时，n1＝pout/3，pout≥16。
本发明还提供一种调磁环组件包括调磁环1以及能够对所述调磁环1形成支撑的支撑环体2，所述支撑环体2具有多个沿所述支撑环体2的周向间隔设置的支撑条21，任意两个相邻的支撑条21之间形成安装凹槽，所述调磁环1为上述的调磁环，多个所述调磁凸起12分别一一对应的安装于多个所述安装凹槽中。现有技术中由于采用灌胶的方式对调磁环进行支撑的过程是交替固化的过程，在灌胶的过程中，极易导致多个调磁凸起12甚至调磁环位置的变动或者机械变形，从而使转矩波动较大，而本发明的技术方案中采用支撑环体2取代现有技术中的灌胶支撑的方案，消除了灌胶过程的不利影响。
另外，现有技术中针对转矩进行优化采用的方法一般都是通过修改各部件的结构参数，例如修改内转子永磁体厚度、外转子永磁体厚度、调磁环铁心形状等，但是这些优化方式能够带来的转矩提升往往非常有限，一般都在10％以下，磁场调制式磁齿轮目前所采用的永磁体为稀土永磁体，其具有非常高的磁能积，而目前的方案对永磁体磁力的利用率较低，造成了较多磁力的浪费，基于现有技术中的这一不足，优选地，所述支撑条21采用高温超导材料制作而成，所述高温超导材料例如钇系(ybco)、铋系(bscco)、二硼化镁(mgb2)等现有技术中已存在的材料，其在常温状态下的相对磁导率可以达到零点几，可以非常有效地阻隔调磁环铁心间的漏磁，使得内外永磁体的磁力线能够很好地归拢于调磁环的铁心当中，从而使得调磁环能够调制的磁力大幅提升，整体上提高磁力齿轮对永磁体磁力的利用率，大幅增大磁齿轮的输出转矩。图12及图13分别示出了采用该技术方案后的输出转矩以及输出转矩谐波与现有技术中的灌胶方案的效果对比，由图中可以明显看到，采用了本申请的技术方案，其输出转矩由现有技术的50nm提高到80nm，转矩提升效果显著，而转矩波动也更为平缓。
为进一步优化提升磁力齿轮的转矩，优选地，在所述环形轭部11的周向上，所述调磁凸起12的宽度为a1，所述支撑条21包括支撑主体211，所述支撑主体211的宽度为a2，a1/a2＝0.7～0.8，经仿真验证(如图9所示出)，当a1/a2＝0.7～0.8时，转矩处于最大值的附近，输出转矩最优。进一步地，所述支撑条21还包括处于所述支撑主体211朝向外转子200一侧的端部支撑体212，在所述环形轭部11的径向上，所述齿13的厚度为d1，所述支撑条21的厚度为d2，d1/d2＝0.2～0.25，经仿真验证(如图10及图11所示出)，当d1/d2＝0.2～0.25时，转矩处于最大值的附近及输出转矩最优的同时还能够保证输出转矩波动处于最小范围内。
优选地，所述端部支撑体212沿所述环形轭部11的周向向两侧延伸，并与相邻的两个调磁凸起12上的周向上处于最外侧的两个所述齿13的外侧面相匹配，该技术方案中的所述端部支撑体212能够对所述调磁凸起12提供一个朝向于所述环形轭部11的径向向内的支撑力，而此支撑力与所述调磁凸起12在运行时的离心力相反，从而有效防止了由于离心力导致的调磁凸起12的变形，进而能够保证所述外气隙的均匀性，进而能够进一步降低转矩波动。
为了进一步提升所述支撑环体2的机械强度，进而提高其抗变形的能力，优选地，所述支撑环体2能够与磁力齿轮的端盖体形成一体，例如输出端端盖体或者输出端端盖体。作为一种具体的实施方式，如图5所示，所述调磁环组件还包括第一端盖体600，所述第一端盖体600与所述支撑环体2一体成型，且处于所述支撑环体2的轴向一端，可以理解的，所述图5中示出了第一端盖体600为磁力齿轮的输出端端盖体，所述第一端盖体600远离所述第二轴承500的一侧构造有动力输出转轴601，所述动力输出转轴601与所述第一端盖体600形成一个整体通过铸造、或者机加工方式一体成型，有力保证输出轴的同轴度，也即，所述第一端盖体600优选为输出端端盖体而非输入端端盖体，这能够有效避免将输入端端盖体为第一端盖体时，输出端盖盖体就得通过螺钉与支撑环体2相连，那么从支撑环体2上传递过来的力矩将通过螺钉传递给输出端盖和输出轴，这样的结构相对不稳固，很容易在加大负载时发生扭曲变形断裂的问题，所以优选将第一端盖体600与支撑环体2做成一体，这样结构强度才有保证。
优选地，所述支撑环体2远离所述第一端盖体600的轴向另一端上构造有多个连接孔23，通过螺钉与所述第一端盖体600进行固定，安装更为便捷的同时对调磁环的支撑性也得到了很好的保障。优选地，所述连接孔23的孔径(内螺纹的公称直径)为b，b<d2/2.5，以保证所述支撑条21的结构强度及隔磁效果。
可以理解的是，所述支撑条21除了朝向所述外转子200的一侧外，其余各侧皆与所述调磁环2贴合，以保证其支撑效果，而所述支撑条21朝向所述外转子200的一侧最好设计为平面，以简化支撑条21的制造工艺。
本发明还提供一种磁力齿轮，包括内转子100、外转子200以及处于所述内转子100与所述外转子200所形成的气隙中的调磁环组件300，所述调磁环组件300为上述的调磁环组件。具体的，所述内转子100包括内铁芯102以及表贴于所述内铁芯102的外周壁上的多个内永磁体101，所述外转子200包括外铁芯202以及组装于所述外铁芯202的内周壁上的多个外永磁体201，可以理解的，所述内永磁体101的极对数为pin、外永磁体201的极对数pout以及调磁环组件中的调磁凸起12的数目pt应符合pt＝pin pout，以实现调磁凸起12的磁调制功能。所述内铁芯102包括内转子磁轭、内转子凸点、输入轴孔，由软磁材料叠压而成，内转子凸点的数量等于内永磁体极数2pin，起到固定内永磁体的作用，内永磁体101采用稀土或者铁氧体永磁材料，内永磁体101表贴于内铁芯102外表面，均采用径向充磁且相邻两块永磁体的充磁方向相反；所述外铁芯202包括外转子磁轭、外转子凸点，由软磁材料叠压而成，外转子凸点的数量等于外永磁体极数2pout，起到固定外永磁体的作用，外永磁体采用稀土或者铁氧体永磁材料，外永磁体表贴于外转子铁芯内表面，均采用径向充磁且相邻两块永磁体的充磁方向相反。所述调磁凸起12由软磁材料叠压而成。
所述内转子100套装于动力输入转轴700上，所述动力输入转轴700则通过第一轴承400、第二轴承500分别架设于所述第二端盖体22(其上具有轴承室)及第一端盖体600(其上具有轴承室)上，同时所述动力输入转轴700对应所述第二端盖体22的一端插装于第一轴孔221并伸出以与外部动力部件驱动连接。
所述第一端盖体600与所述第二端盖体22两者栓接连接，具体的，所述第二端盖体22与所述连接孔23对应的位置也设有通孔，两者通过螺钉连接，所述连接孔23具体为具有内螺纹的盲孔，所用螺钉为高强度非导磁材料如奥氏体不锈钢加工而成。
根据本发明的实施例，还提供一种复合电机，包括磁力齿轮，所述磁力齿轮为上述的磁力齿轮。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
1.一种调磁环，其特征在于，包括环形轭部(11)以及处于所述环形轭部(11)的外周侧壁上的多个调磁凸起(12)，多个所述调磁凸起(12)沿所述环形轭部(11)的径向由内向外延伸，所述调磁凸起(12)的自由端朝向外转子(200)一侧具有多个齿(13)，多个所述齿(13)沿所述环形轭部(11)的周向间隔设置。
2.根据权利要求1所述的调磁环，其特征在于，在所述环形轭部(11)的周向上，所述调磁凸起(12)的两侧面凸出于多个所述齿(13)中的最外侧的齿(13)的外侧面。
3.根据权利要求2所述的调磁环，其特征在于，在所述环形轭部(11)的周向上，任意一个所述齿(13)的宽度为w1，任意两个相邻的所述齿(13)之间形成齿槽的宽度为w2，w1/w2＝2.5～3。
4.根据权利要求1所述的调磁环，其特征在于，单个所述调磁凸起(12)上的所述齿(13)的个数为n1，外转子(200)的极对数为pout，当pout为偶数时，n1＝pout/4；当pout为奇数时，n1＝pout/3，pout≥16。
5.一种调磁环组件，其特征在于，包括调磁环(1)以及能够对所述调磁环(1)形成支撑的支撑环体(2)，所述支撑环体(2)具有多个沿所述支撑环体(2)的周向间隔设置的支撑条(21)，任意两个相邻的支撑条(21)之间形成安装凹槽，所述调磁环(1)为权利要求1至4中任一项所述的调磁环，多个所述调磁凸起(12)分别一一对应的安装于多个所述安装凹槽中。
6.根据权利要求5所述的调磁环组件，其特征在于，所述支撑条(21)采用高温超导材料制作而成。
7.根据权利要求5所述的调磁环组件，其特征在于，在所述环形轭部(11)的周向上，所述调磁凸起(12)的宽度为a1，所述支撑条(21)包括支撑主体(211)，所述支撑主体(211)的宽度为a2，a1/a2＝0.7～0.8。
8.根据权利要求7所述的调磁环组件，其特征在于，所述支撑条(21)还包括处于所述支撑主体(211)朝向外转子(200)一侧的端部支撑体(212)，在所述环形轭部(11)的径向上，所述齿(13)的厚度为d1，所述支撑条(21)的厚度为d2，d1/d2＝0.2～0.25。
9.根据权利要求8所述的调磁环组件，其特征在于，所述端部支撑体(212)沿所述环形轭部(11)的周向向两侧延伸，并与相邻的两个调磁凸起(12)上的周向上处于最外侧的两个所述齿(13)的外侧面相匹配。
10.根据权利要求8所述的调磁环组件，其特征在于，还包括第一端盖体(600)，所述第一端盖体(600)与所述支撑环体(2)一体成型，且处于所述支撑环体(2)的轴向一端。
11.根据权利要求10所述的调磁环组件，其特征在于，所述支撑环体(2)远离所述第一端盖体(600)的轴向另一端上构造有多个连接孔(23)。
12.根据权利要求11所述的调磁环组件，其特征在于，所述连接孔(23)的孔径为b，b<d2/2.5。
13.一种磁力齿轮，包括内转子(100)、外转子(200)以及处于所述内转子(100)与所述外转子(200)所形成的气隙中的调磁环组件(300)，其特征在于，所述调磁环组件(300)为权利要求5至12中任一项所述的调磁环组件。
14.一种复合电机，包括磁力齿轮，其特征在于，所述磁力齿轮为权利要求13所述的磁力齿轮。
技术总结