CN102644719A - 一种大调速比磁性齿轮 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大调速比磁性齿轮，包括两台单级磁性齿轮，每台单级磁性齿轮均由外环，内环及外环与内环之间环形腔内的调磁环构成，外环和内环分别由铁芯和永磁体组成，调磁环为铁芯齿构成的环，其特征在于：由第一级单级磁性齿轮串联第二级单级磁性齿轮构成。本发明与现有单级磁性齿轮相比较，具有如下显而易见的突出的实质性特点和显著优点：调速比是两台单级磁性齿轮调速比的乘积；实现同样调速比的前提下，外径可以做得更小、转矩密度做得更高。
Description
技术领域
本发明涉及属于动力传递设备制造领域，具体涉及一种由两台单级磁性齿轮串联组成的大调速比磁性齿轮。
背景技术
磁性齿轮通常由Pi对永磁体磁极的内环、Pm个铁心齿极的调磁环和Po对永磁体磁极的外环三部分组成，内环与调磁环、调磁环与外环形成两层气隙。与机械齿轮不同的是，磁性齿轮各个运动部件互不接触，能量通过磁场进行传递；与传统非同心式磁性齿轮不同的是，内环与外环的所有永磁体同时参与能量传递。
当内环以速度ωi旋转时，所产生的磁场在气隙中形成一空间分布磁场。当没有调磁环时，该谐波磁场的转速与内环转速ωi相同。当引入齿极数为Pm的调磁环后，内环永磁体产生的磁场经调制后在外气隙中产生一系列谐波磁场，其中谐波次数为|Pi-Pm|的调制谐波磁场幅值最大，对应的转速为ωiPi/|Pi-Pm|。根据机电能量转换定律，两个磁场要进行稳定的能量传递，这两个磁场必须具有相同的磁极对数。因此，磁性齿轮的外环永磁体极对数Po应等于|Pi-Pm|。如果固定调磁环，以外环作为外转子，内环作为内转子，则内外转子调速比为：Po/Pi；如果固定外环，以调磁环作为外转子，内环作为内转子，则内外转子调速比为Pm/Pi。
同心式磁性齿轮相比于机械齿轮及传统啮合式磁性齿轮具有以下特点：1）转矩密度大大高于传统磁性齿轮，可以与机械直齿轮相媲美；2）由于避免刚性接触，因此可以减小机械噪声和振动；3）由于运动部件彼此不接触，因此不需要润滑，减少维护成本，增加系统的可靠性；4）具有固有的过载自保护能力。5）调速比设计灵活，覆盖范围宽广。
在上述特点中，调速比的设计理论上可以设计得非常大，但是如果要实现几十倍甚至上百倍的大调速比，单级磁性齿轮的外环永磁体数目将成倍上升，而内环的永磁体数目必须要足够少，势必要增加外环铁心的厚度，增加了磁性齿轮的外径。这也是为什么目前单级同心式磁性齿轮的调速比普遍在1～15之间。
发明内容
本发明的目的是提供一种由两台单级磁性齿轮串联组成的大调速比磁性齿轮，能够改进用一台单级磁性齿轮实现大调速比的一些缺点。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：一种大调速比磁性齿轮，包括两台单级磁性齿轮，每台单级磁性齿轮均由外环，内环及外环与内环之间环形腔内的调磁环构成，外环和内环均分别由铁芯和永磁体组成，调磁环为铁芯齿构成的环，其特征在于：由第一级单级磁性齿轮串联第二级单级磁性齿轮构成。其特征在于：第一级单级磁性齿轮的内环为输入轴，第一级单级磁性齿轮的调磁环连接第二级单级磁性齿轮的内环，第二级单级磁性齿轮的调磁环为输出轴，第一级单级磁性齿轮的内环双边均连接有轴承，第一级单级磁性齿轮的调磁环双边均连接有轴承，第一级单级磁性齿轮的外环固定，第二级单级磁性齿轮的内环双边均连接有轴承，第二级单级磁性齿轮的调磁环双边均连接有轴承，第二级单级磁性齿轮的外环固定。其特征在于：第一级单级磁性齿轮的内环为输入轴，第一级单级磁性齿轮的调磁环连接第二级单级磁性齿轮的内环，第二级单级磁性齿轮的外环为输出轴，第一级单级磁性齿轮的内环双边均连接有轴承，第一级单级磁性齿轮的调磁环双边均连接有轴承，第一级单级磁性齿轮的外环固定，第二级单级磁性齿轮的内环双边均连接有轴承，第二级单级磁性齿轮的外环双边均连接有轴承，第二级单级磁性齿轮的调磁环固定。其特征在于：第一级单级磁性齿轮的内环为输入轴，第一级单级磁性齿轮的外环连接第二级单级磁性齿轮的内环，第二级单级磁性齿轮的调磁环为输出轴，第一级单级磁性齿轮的内环双边均连接有轴承，第一级单级磁性齿轮的外环双边均连接有轴承，第一级单级磁性齿轮的调磁环固定，第二级单级磁性齿轮的内环双边均连接有轴承，第二级单级磁性齿轮的调磁环双边均连接有轴承，第二级单级磁性齿轮的外环固定。其特征在于：第一级单级磁性齿轮的内环为输入轴，第一级单级磁性齿轮的外环连接第二级单级磁性齿轮的内环，第二级单级磁性齿轮的外环为输出轴，第一级单级磁性齿轮的内环双边均连接有轴承，第一级单级磁性齿轮的外环双边均连接有轴承，第一级单级磁性齿轮的调磁环固定，第二级单级磁性齿轮的内环双边均连接有轴承，第二级单级磁性齿轮的外环双边均连接有轴承，第二级单级磁性齿轮的调磁环固定。其特征在于：所述的第一级单级磁性齿轮的内环铁心的永磁体由2Pi1块，外环铁心的永磁体由2Ps1块，且相邻永磁体极性相异，所述的第一级单级磁性齿轮的调磁环由Pm1块铁心齿形成环状，所述的第一级磁性齿轮的永磁体与调磁环满足如下式：Pm1=Ps1+Pi1；所述的第一级磁性齿轮的内环与调磁环的速度比为：Gr1=Pm1/Pi1；所述的第一级磁性齿轮的内环与外环的速度比为：Gr1=Ps1/Pi1；所述的第二级单级磁性齿轮的内环铁心的永磁体有2Pi2块，所述的第二级单级磁性齿轮的外环铁心的永磁体有2Ps2块，且相邻永磁体极性相异，所述的第二级单级磁性齿轮的调磁环由Pm2块铁心齿形成环状，所述的第二级单级磁性齿轮的永磁体与调磁环满足如下式：Pm2=Ps2+Pi2，所述的第二级磁性齿轮的内环与调磁环的速度比为：Gr2=Pm2/Pi2，所述的第二级磁性齿轮的内环与外环的速度比为：Gr2=Ps2/Pi2；所述的两级单级磁性齿轮的调速比为：Gr=Gr1·Gr2。
本发明与现有单级磁性齿轮相比较，具有如下显而易见的突出的实质性特点和显著优点：调速比是两台单级磁性齿轮调速比的乘积；实现同样调速比的前提下，外径可以做得更小、转矩密度做得更高。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作详细说明：
图1为本发明一个实施例的总装结构示意图。
图2为图1的A-A剖视示意图。
图3为图1的B-B剖视示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明。
一种大调速比磁性齿轮，包括两台单级磁性齿轮，每台单级磁性齿轮均由外环，内环及外环与内环之间环形腔内的调磁环构成，外环和内环分别由铁芯和永磁体组成，调磁环为铁芯齿构成的环，其特征在于：由第一级单级磁性齿轮串联第二级单级磁性齿轮构成。其特征在于：第一级单级磁性齿轮的内环为输入轴，第一级单级磁性齿轮的调磁环连接第二级单级磁性齿轮的内环，第二级单级磁性齿轮的调磁环为输出轴，第一级单级磁性齿轮的内环双边均连接有轴承，第一级单级磁性齿轮的调磁环双边均连接有轴承，第一级单级磁性齿轮的外环固定，第二级单级磁性齿轮的内环双边均连接有轴承，第二级单级磁性齿轮的调磁环双边均连接有轴承，第二级单级磁性齿轮的外环固定。其特征在于：第一级单级磁性齿轮的内环为输入轴，第一级单级磁性齿轮的调磁环连接第二级单级磁性齿轮的内环，第二级单级磁性齿轮的外环为输出轴，第一级单级磁性齿轮的内环双边均连接有轴承，第一级单级磁性齿轮的调磁环双边均连接有轴承，第一级单级磁性齿轮的外环固定，第二级单级磁性齿轮的内环双边均连接有轴承，第二级单级磁性齿轮的外环双边均连接有轴承，第二级单级磁性齿轮的调磁环固定。其特征在于：第一级单级磁性齿轮的内环为输入轴，第一级单级磁性齿轮的外环连接第二级单级磁性齿轮的内环，第二级单级磁性齿轮的调磁环为输出轴，第一级单级磁性齿轮的内环双边均连接有轴承，第一级单级磁性齿轮的外环双边均连接有轴承，第一级单级磁性齿轮的调磁环固定，第二级单级磁性齿轮的内环双边均连接有轴承，第二级单级磁性齿轮的调磁环双边均连接有轴承，第二级单级磁性齿轮的外环固定。其特征在于：第一级单级磁性齿轮的内环为输入轴，第一级单级磁性齿轮的外环连接第二级单级磁性齿轮的内环，第二级单级磁性齿轮的外环为输出轴，第一级单级磁性齿轮的内环双边均连接有轴承，第一级单级磁性齿轮的外环双边均连接有轴承，第一级单级磁性齿轮的调磁环固定，第二级单级磁性齿轮的内环双边均连接有轴承，第二级单级磁性齿轮的外环双边均连接有轴承，第二级单级磁性齿轮的调磁环固定。其特征在于：所述的第一级单级磁性齿轮的内环铁心的永磁体由2Pi1块，外环铁心的永磁体由2Ps1块，且相邻永磁体极性相异，所述的第一级单级磁性齿轮的调磁环由Pm1块铁心齿形成环状，所述的第一级单级磁性齿轮的永磁体与调磁环满足如下式：Pm1=Ps1+Pi1；所述的第一级单级磁性齿轮的内环与调磁环的速度比为：Gr1=Pm1/Pi1；所述的第一级单级磁性齿轮的内环与外环的速度比为：Gr1=Ps1/Pi1；所述的第二级单级磁性齿轮的内环铁心的永磁体有2Pi2块，所述的第二级单级磁性齿轮的外环铁心的永磁体有2Ps2块，且相邻永磁体极性相异，所述的第二级单级磁性齿轮的调磁环由Pm2块铁心齿形成环状，所述的第二级单级磁性齿轮的永磁体与调磁环满足如下式：Pm2=Ps2+Pi2，所述的第二级磁性齿轮的内环与调磁环的速度比为：Gr2=Pm2/Pi2；所述的第二级单级磁性齿轮的内环与外环的速度比为：Gr2=Ps2/Pi2；所述的两级单级磁性齿轮的调速比为：Gr=Gr1·Gr2。
特例1，见图1，图中1. 第一级单级磁性齿轮内环，2. 第一级单级磁性齿轮内环左轴承，3. 第一级单级磁性齿轮调磁环左轴承，4. 第一级单级磁性齿轮内环铁心，5. 第一级单级磁性齿轮内环永磁体，6. 第一级单级磁性齿轮外环铁心，7. 第一级单级磁性齿轮外环永磁体，8. 第一级单级磁性齿轮调磁环，9. 第一级单级磁性齿轮调磁环右轴承（第二级单级磁性齿轮内环左轴承），10. 第二级单级磁性齿轮外环铁心，11. 第二级单级磁性齿轮外环永磁体，12. 第二级单级磁性齿轮内环永磁体，13. 第二级单级磁性齿轮内环铁心，14. 第二级单级磁性齿轮调磁环，15. 机壳，16. 第二级单级磁性齿轮内环右轴承，17. 第二级单级磁性齿轮调磁环右轴承，18.内环轴，19. 第一级单级磁性齿轮内环右轴承，20. 第二级单级磁性齿轮输出轴(第二级单级磁性齿轮输出轴连接第二级单级磁性齿轮的调磁环)。
所述的第一级单级磁性齿轮包括外环铁心6、2Ps1块外环永磁体7、调磁环8、内环铁心4、2Pi1块内环永磁体5组成。沿圆周方向各相邻永磁体极性相异。
所述的第二级单级磁性齿轮包括外环铁心10、2Ps2块外环永磁体11、调磁环14、内环铁心13、2Pi2块内环永磁体12组成。沿圆周方向各相邻永磁体极性相异。
所述的第一级单级磁性齿轮的内环铁心4与内环1连为一体，调磁环8与第二级单级磁性齿轮的内环18相连，第二级单级磁性齿轮的调磁环14与输出轴20相连。
所述的第一级单级磁性齿轮内环1由左轴承2与右轴承19双边支撑，第一级单级磁性齿轮的调磁环由左轴承3与右轴承9双边支撑，第二级单级磁性齿轮的内环由左轴承9与右轴承16双边支撑，输出轴20由左轴承9与右轴承17双边支撑。
所述的第一级单级磁性齿轮的外环永磁体数目2Ps1=64，调磁环铁心数Pm1=34，内环永磁体数2Pi1=8，内环转速ωi1与调磁环转速ωm1的调速比Gr1=Pm1/Pi1=8.5；所述的第二级单级磁性齿轮的外环永磁体数目2Ps2=48，调磁环铁心数Pm2=29，内环永磁体数2Pi2=5，内环转速ωi2与调磁环转速ωm2的调速比Gr2=Pm2/Pi2=5.8；第一级单级磁性齿轮的输出轴作为第二级单级磁性齿轮的输入轴，也就是第一级单级磁性齿轮的调磁环与第二级单级磁性齿轮的内环连为一体，ωm1=ωi2，所述的输入轴（第一级单级磁性齿轮的内环）与输出轴（第二级单级磁性齿轮的调磁环）的速度比的计算公式为：Gr=ωi1/ωm2=ωi1/ωm1*ωi2/ωm2=Gr1·Gr2=49.3。
显然，上述实施例仅仅是为具体地说明所作的实例之一，对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以作出不同数目的调速比的组合来。这里无需也无法对所有的实施方式作出举例，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明专利的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种大调速比磁性齿轮，包括两台单级磁性齿轮，每台单级磁性齿轮均由外环，内环及外环与内环之间环形腔内的调磁环构成，外环和内环分别由铁芯和永磁体组成，调磁环为铁芯齿构成的环，其特征在于：由第一级单级磁性齿轮串联第二级单级磁性齿轮构成。
2.按权利要求1所述的一种大调速比磁性齿轮，其特征在于：第一级单级磁性齿轮的内环为输入轴，第一级单级磁性齿轮的调磁环连接第二级单级磁性齿轮的内环，第二级单级磁性齿轮的调磁环为输出轴，第一级单级磁性齿轮的内环双边均连接有轴承，第一级单级磁性齿轮的调磁环双边均连接有轴承，第一级单级磁性齿轮的外环固定，第二级单级磁性齿轮的内环双边均连接有轴承，第二级单级磁性齿轮的调磁环双边均连接有轴承，第二级单级磁性齿轮的外环固定。
3.按权利要求1所述的一种大调速比磁性齿轮，其特征在于：第一级单级磁性齿轮的内环为输入轴，第一级单级磁性齿轮的调磁环连接第二级单级磁性齿轮的内环，第二级单级磁性齿轮的外环为输出轴，第一级单级磁性齿轮的内环双边均连接有轴承，第一级单级磁性齿轮的调磁环双边均连接有轴承，第一级单级磁性齿轮的外环固定，第二级单级磁性齿轮的内环双边均连接有轴承，第二级单级磁性齿轮的外环双边均连接有轴承，第二级单级磁性齿轮的调磁环固定。
4.按权利要求1所述的一种大调速比磁性齿轮，其特征在于：第一级单级磁性齿轮的内环为输入轴，第一级单级磁性齿轮的外环连接第二级单级磁性齿轮的内环，第二级单级磁性齿轮的调磁环为输出轴，第一级单级磁性齿轮的内环双边均连接有轴承，第一级单级磁性齿轮的外环双边均连接有轴承，第一级单级磁性齿轮的调磁环固定，第二级单级磁性齿轮的内环双边均连接有轴承，第二级单级磁性齿轮的调磁环双边均连接有轴承，第二级单级磁性齿轮的外环固定。
5.按权利要求1所述的一种大调速比磁性齿轮，其特征在于：第一级单级磁性齿轮的内环为输入轴，第一级单级磁性齿轮的外环连接第二级单级磁性齿轮的内环，第二级单级磁性齿轮的外环为输出轴，第一级单级磁性齿轮的内环双边均连接有轴承，第一级单级磁性齿轮的外环双边均连接有轴承，第一级单级磁性齿轮的调磁环固定，第二级单级磁性齿轮的内环双边均连接有轴承，第二级单级磁性齿轮的外环双边均连接有轴承，第二级单级磁性齿轮的调磁环固定。
6.按权利要求1至5中任一项所述的一种大调速比磁性齿轮，其特征在于：所述的第一级单级磁性齿轮的内环铁心的永磁体由2Pi1块，外环铁心的永磁体由2Ps1块，且相邻永磁体极性相异，所述的第一级单级磁性齿轮的调磁环由Pm1块铁心齿形成环状，所述的第一级磁性齿轮的永磁体与调磁环满足如下式：Pm1=Ps1+Pi1；所述的第一级磁性齿轮的内环与调磁环的速度比为：Gr1=Pm1/Pi1；所述的第一级单级磁性齿轮的内环与外环的速度比为：Gr1=Ps1/Pi1；所述的第二级单级磁性齿轮的内环铁心的永磁体有2Pi2块，所述的第二级单级磁性齿轮的外环铁心的永磁体有2Ps2块，且相邻永磁体极性相异，所述的第二级单级磁性齿轮的调磁环由Pm2块铁心齿形成环状，所述的第二级单级磁性齿轮的永磁体与调磁环满足如下式：Pm2=Ps2+Pi2，所述的第二级磁性齿轮的内环与调磁环的速度比为：Gr2=Pm2/Pi2；所述的第二级单级磁性齿轮的内环与外环的速度比为：Gr2=Ps2/Pi2；所述的两级单级磁性齿轮的调速比为：Gr=Gr1·Gr2。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120822 |