CN102720823B - 一种可调速的行星磁啮合柔性传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调速的行星磁啮合柔性传动装置，包括外壳、行星磁轮组件、外磁圈组件、中心磁轮组件和外圈调速组件，所述的行星磁轮组件、外磁圈组件、中心磁轮组件均设在外壳内，所述的外圈调速组件和外磁圈组件连接，所述的行星磁轮组件、外磁圈组件和中心磁轮组件之间设有相应的轴承，使行星磁轮组件、中心磁轮组件、外磁圈组件均可旋转，形成三个同心旋转轴。与现有技术相比，本发明具有可连续调节输入轴与输出轴的转速关系、低损耗、低噪声、具有限扭保护功能等优点。

Description

一种可调速的行星磁啮合柔性传动装置

技术领域

本发明涉及一种磁啮合传动装置，尤其是涉及一种可调速的行星磁啮合柔性传动装置。

背景技术

目前机械齿轮是性能良好使用最广泛的固定速比转动装置，但齿轮传动存在机械摩擦和损耗，需要辅助润滑装置、冷却装置和良好的维护。此外齿轮传动属于刚性传动，本身不能实现对冲击力矩的吸收和限扭保护传动。

与常规机械齿轮传动相比，磁啮合传动，消除了齿啮合产生的摩擦损耗和机械故障，无啮合噪声，不需要齿轮传动的油润滑和冷却装置，除轴承外无需其他的机械维护，若配置轴承油脂定期自动更换装置，则可实现免维护，因而提高了传动效率和工作可靠性。磁啮合传动为柔性传动，可避免启动过程或冲击力矩对下游设备的损害；磁啮合传动具有自动限扭功能，当传动力矩超过磁啮传动装置的最大力矩时，输出力矩将迅速下降至零而停转，保护下游设备。

现代传动越来越多要求变速、调速传动，常规行星齿轮为固定变速比传动，一般的磁啮合传动的变速比也是固定值，难以满足变速、调速传动的要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可以按需要调节输入轴与输出轴转速关系、低损耗、低噪声、具有限扭保护功能的可调速的行星磁啮合柔性传动装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种可调速的行星磁啮合柔性传动装置，包括外壳、行星磁轮组件、外磁圈组件、中心磁轮组件和外圈调速组件，所述的行星磁轮组件、外磁圈组件、中心磁轮组件均设在外壳内，所述的外圈调速组件和外磁圈组件连接，所述的行星磁轮组件、外磁圈组件和中心磁轮组件分别通过轴承相连接，使行星磁轮组件、中心磁轮组件、外磁圈组件均可旋转，形成三个同心旋转轴。

所述的行星磁轮组件包括行星架轴伸、行星架和至少三组对称分布的行星磁轮组，所述的行星架轴伸与行星架连接，所述的行星磁轮组通过轴承与行星架连接。

所述的行星磁轮组包括轴向排列的多个行星磁轮，所述的行星磁轮由绝缘的行星轮板和行星永磁体组成，所述的行星永磁体按N极、S极极性交错均匀分布在行星轮板的周边。

所述的外磁圈组件包括外圈构架和轴向排列的多个外磁圈，所述的外磁圈由绝缘的外圈板和外圈永磁体组成，所述的外圈永磁体按N极、S极极性交错均匀分布在外圈板的周边，所述的外磁圈固定在外圈构架上。

所述的中心磁轮组件包括中心轮轴和轴向排列的多个中心磁轮，所述的中心磁轮与中心轮轴连接。

所述的中心磁轮由绝缘的中心轮板和中心永磁体组成，所述的中心永磁体按N极、S极极性交错均匀分布在中心轮板的周边。

所述的外圈调速组件由内齿轮、调速齿轮、调速轴和调速电机组成，所述的内齿轮固定连接在外圈构架上，所述的调速齿轮与内齿轮啮合，所述的调速轴通过轴承与外壳连接，调速轴的一端连接调速齿轮，另一端连接调速电机。

所述的调速电机包括直流电机、异步电机、永磁同步电机、无刷直流电机或开关磁阻电机，所述的调速电机至少设有一台。

所述的外磁圈轴向排列数W、行星磁轮轴向排列数X和中心磁轮轴向排列数Z间的关系为X＝W-1＝Z-1或者X＝W+1＝Z+1，所述的外磁圈与行星磁轮轴向交错排列，所述的行星磁轮与中心磁轮轴向交错排列。

所述的交错排列在最外侧的行星磁轮上设有行星导磁轭，所述的交错排列在最外侧的外磁圈上设有外磁圈导磁轭，所述的交错排列在最外侧的中心磁轮上设有中心导磁轭。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)具有调速功能，可以连续调节输入轴与输出轴的转速关系，调速功率小，调速范围宽；

2)本发明可应用于变速恒频风力发电机的前端调速，可将变速输入转化为恒速输出，且调速电机的功率仅为风力发电机额定功率的1/7；

3)采用磁啮合传动，消除了齿啮合产生的摩擦损耗和机械故障，提高了工作效率和可靠性，无啮合噪声；

4)不需要齿轮传动的油润滑和冷却装置，除轴承外无需其他的机械维护，若配置轴承油脂定期自动更换装置，则可实现免维护；

5)永磁啮合传动为柔性传动，可避免启动过程或冲击力矩对下游设备的损害；

6)永磁啮合传动具有自动限扭功能，当传动力矩超过磁啮传动装置的最大力矩时，输出平均力矩将迅速下降至零而停转，保护下游设备；

7)通过改变轴向布置的磁轮对的数量，可方便地改变传递力矩的大小，设计布置灵活。

附图说明

图1为本发明装置一种结构的剖面示意图；

图2为本发明装置另一种结构的剖面示意图；

图3为本发明装置三组行星磁轮组的示意图；

图4为本发明装置四组行星磁轮组的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，一种可调速的行星磁啮合柔性传动装置，包括外壳1、行星磁轮组件、外磁圈组件、中心磁轮组件和外圈调速组件。所述的行星磁轮组件、外磁圈组件、中心磁轮组件均设在外壳1内，所述的外圈调速组件和外磁圈组件连接。行星磁轮组件与中心磁轮组件、外磁圈组件以及外壳之间均设有相应的轴承，使行星磁轮组件、中心磁轮组件、外磁圈组件均可旋转，形成三个同心旋轴承。

所述的行星磁轮组件包括行星架轴伸2、行星架3和三组对称分布的行星磁轮组(如图3所示)。行星架轴伸2与行星架3连接，行星磁轮组通过轴承与行星架3连接。所述行星磁轮组包括轴向排列的多个行星磁轮，行星磁轮由绝缘的行星轮板4和行星永磁体5组成，行星磁轮的永磁体数量为Nx，以半径Rx按N极、S极极性交错均匀分布在行星轮板4的周边，相邻永磁体之间的距离为Ax(弦长或弧长)。行星磁轮组件与中心磁轮组件、外磁圈组件以及外壳之间设有相应的轴承。

所述的外磁圈组件包括外圈构架7和轴向排列的多个外磁圈。外磁圈由绝缘的外圈板8和外圈永磁体9组成。外磁圈的永磁体数量为Nw，以半径Rw按N极、S极极性交错均匀分布在外圈板的周边，相邻永磁体之间的距离为Aw(弦长或弧长)。所述的外磁圈固定在外圈构架7上，外圈构架7与中心磁轮组件、行星磁轮组件之间设有相应的轴承。

所述的中心磁轮组件包括中心轮轴14和轴向排列的多个中心磁轮。中心磁轮由绝缘的中心轮板15和中心永磁体16组成，中心轮板15与中心轮轴14连接。中心磁轮的永磁体数量为Nz，以半径Rz按N极、S极极性交错均匀分布在中心轮板的周边，相邻永磁体之间的距离为Az(弦长或弧长)。中心行星磁轮组件与行星磁轮组件、外磁圈组件以及外壳之间设有相应的轴承。

所述的外圈调速组件由内齿轮10、调速齿轮11、调速轴12和调速电机13组成。内齿轮10固定连接在外圈构架7上，调速齿轮与内齿轮啮合，调速轴12通过轴承与外壳1连接，调速轴12两端分别与调速齿轮11和调速电机13连接。内齿轮的齿数为Zn，调速齿轮的齿数为Zt。

所述的外磁圈、行星磁轮和中心磁轮上均匀分布的永磁体的距离均相等，即Aw＝Ax＝Az，半径为Rx的圆与半径为Rw的圆接近内切，半径为Rx的圆与半径为Rz的圆接近外切。

若以行星架轴伸2为输入轴，以中心轮轴14为输出轴，则所述的可调速行星磁啮合柔性传动装置为增速传动，反之为减速传动。

设行星架轴伸2的转速为nx，中心轮轴14的转速为nz，外圈构架7的转速为nw，调速轴的转速为nt，则nw＝nx*(1+Nz/Nw)-nz*Nz/Nw，调速轴的转速为nt＝Zn/Zt*(nx*(1+Nz/Nw)-nz*Nz/Nw)。通过控制调速电机可以调节输入轴和输出轴的转速关系。其用途之一，是可以把变速输入转化为恒速输出，适用于变速恒频风力发电机的前端调速，调速电机的功率仅为风力发电机额定功率的1/7。

所述调速电机13可以是直流调速电机，也可以是由电力电子装置调速的电机，包括异步电机、永磁同步电机、无刷直流电机或开关磁阻电机。可以根据需要设置一个或多个均匀分布的调速电机，本实施例中设置两台均匀分布的调速电机。

本实施例中，外磁圈轴向排列数W、行星磁轮轴向排列数X和中心磁轮轴向排列数Z间的关系为X＝W-1＝Z-1，W∶X∶Z＝4∶3∶4。

外磁圈与行星磁轮轴向交错排列，行星磁轮与中心磁轮轴向交错排列。如图1所示，交错排列在最外侧的外磁圈上设有外磁圈导磁轭18，交错排列在最外侧的中心磁轮上设有中心导磁轭17。

行星轮板4和中心轮板15的外圆可以用高强度纤维材料绑扎固化，以增强行星磁轮4和中心磁轮15的整体强度。

实施例2

本实施例基本与实施例1相同，不同之处在于：如图2、图4所示，本实施例设有四组对称分布的行星磁轮组，外磁圈轴向排列数W、行星磁轮轴向排列数X和中心磁轮轴向排列数Z间的关系为X＝W+1＝Z+1，W∶X∶Z＝3∶4∶3。如图2所示，本实施例中交错排列在最外侧的行星磁轮上设有行星导磁轭6。

Claims (4)

1.一种可调速的行星磁啮合柔性传动装置，其特征在于，包括外壳、行星磁轮组件、外磁圈组件、中心磁轮组件和外圈调速组件，所述的行星磁轮组件、外磁圈组件、中心磁轮组件均设在外壳内，所述的外圈调速组件和外磁圈组件连接，所述的行星磁轮组件、外磁圈组件和中心磁轮组件分别通过轴承相连接，使行星磁轮组件、中心磁轮组件、外磁圈组件均可旋转，形成三个同心旋转轴；

所述的行星磁轮组件包括行星架轴伸、行星架和至少三组对称分布的行星磁轮组，所述的行星架轴伸与行星架连接，所述的行星磁轮组通过轴承与行星架连接；

所述的行星磁轮组包括轴向排列的多个行星磁轮，各行星磁轮均由绝缘的行星轮板和行星永磁体组成，所述的行星永磁体按N极、S极极性交错均匀分布在行星轮板的周边；

所述的外磁圈组件包括外圈构架和轴向排列的多个外磁圈，各外磁圈均由绝缘的外圈板和外圈永磁体组成，所述的外圈永磁体按N极、S极极性交错均匀分布在外圈板的周边，所述的外磁圈固定在外圈构架上；

所述的中心磁轮组件包括中心轮轴和轴向排列的多个中心磁轮，各中心磁轮均与中心轮轴连接；

所述的外圈调速组件由内齿轮、调速齿轮、调速轴和调速电机组成，所述的内齿轮固定连接在外圈构架上，所述的调速齿轮与内齿轮啮合，所述的调速轴通过轴承与外壳连接，调速轴的一端连接调速齿轮，另一端连接调速电机；

各中心磁轮均由绝缘的中心轮板和中心永磁体组成，所述的中心永磁体按N极、S极极性交错均匀分布在中心轮板的周边。

2.根据权利要求1所述的一种可调速的行星磁啮合柔性传动装置，其特征在于，所述的调速电机包括直流电机、异步电机、永磁同步电机、无刷直流电机或开关磁阻电机，所述的调速电机至少设有一台。

3.根据权利要求1所述的一种可调速的行星磁啮合柔性传动装置，其特征在于，所述的多个外磁圈轴向排列数W、多个行星磁轮轴向排列数X和多个中心磁轮轴向排列数Z间的关系为X＝W-1＝Z-1或者X＝W+1＝Z+1，所述的多个外磁圈与多个行星磁轮轴向交错排列，所述的多个行星磁轮与多个中心磁轮轴向交错排列。

4.根据权利要求3所述的一种可调速的行星磁啮合柔性传动装置，其特征在于，交错排列在最外侧的行星磁轮上设有行星导磁轭，交错排列在最外侧的外磁圈上设有外磁圈导磁轭，交错排列在最外侧的中心磁轮上设有中心导磁轭。