CN102808919A

CN102808919A - 一种新型横向磁场的磁性传动齿轮副

Info

Publication number: CN102808919A
Application number: CN2011101427462A
Authority: CN
Inventors: 余虹锦
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2012-12-05

Abstract

一种新型横向磁场的磁性传动齿轮副，可广泛应用于风力发电、电动汽车、船舰驱动及其它需要直接驱动的工业传动领域。其特征是：磁性传动齿轮副的主动轮、从动轮呈扁平的圆盘形状，主动轮上分布有2pr个主动轮永磁体3，从动轮上分布有2ps个从动轮永磁体7，主动轮与从动轮之间装配有起调制气隙磁场作用的铁磁调磁栅6，铁磁调磁栅6与主动轮和从动轮的端面间均有气隙，三者之间无机械接触和摩擦且成同轴线分布，气隙磁场Bg沿与旋转轴线平行的路线穿过气隙平面形成磁性传动齿轮副的横向磁场，工作时利用永磁材料N极与S极异极性相吸引的原理来实现无机械接触、无摩擦的动力变速传动。

Description

一种新型横向磁场的磁性传动齿轮副

技术领域

本发明是一种新型横向磁场的磁性传动齿轮副，可广泛应用于风力发电、电动汽车、船舰驱动及其它需要直接驱动的工业传动领域。

背景技术

在提高拖动转矩的方法中，机械式齿轮变速传动应用极为广泛，但长期以来其传动基本形式没有变化，即始终是依靠机械式齿轮副的两轮齿的啮合进行传动。这就给齿轮传动带来了一些不可消除的问题，如机械疲劳、摩擦损耗、震动噪音等，尽管可以采用油脂润滑技术，但以上问题依旧无法根除，导致使用维护极其繁琐，而且机械式齿轮传动的理论效率最多也只能达到85％，固定传动速比的机械式齿轮副传动使得需要在更宽转速范围的多级、分档调速机构结构复杂，无法适应越来越多的无级变速的传动技术要求。

我国是世界上稀土永磁材料最丰富的国家，大力发展稀土材料的应用对我国有现实的意义。随着控制技术的进步，稀土永磁材料在电驱动领域已经得到广泛应用，稀土永磁材料做成的各类电机产品，其单位体积材料传送的力矩密度大，能源利用效率高而能耗小，显示出其稀土材料巨大的优越性。稀土永磁材料在机械传动领域的应用，国内外才处于起步阶段，2004年英国工程师从理论和样机的具体实践上完成了一种新型磁性齿轮的设计工作，克服了以往永磁齿轮传动扭矩较小的缺点，这给永磁材料在机械传动领域的应用开辟了一个重要的研究方向和未来的应用领域。

发明内容

针对现有机械式齿轮传动技术存在的问题，本技术发明的目的在于提供一种采用永磁材料制做的、新型横向磁场的磁性传动齿轮副新结构。本发明的基本构思是，利用永磁材料N极与S极异极性相吸引的原理来实现无机械接触、无摩擦的动力变速传动。

以下结合图2所示示意图来说明这种新型横向磁场的磁性传动齿轮副的工作原理，图中：2为主动轮铁芯磁轭，3为主动轮永磁体，6为铁磁调磁栅，7为从动轮永磁体，9为从动轮铁芯磁轭；N表示N极性的永磁体，S表示S极性的永磁体，Bg表示经铁磁调磁栅调制后的气隙磁场磁通密度，Zg表示铁磁调磁栅导磁栅齿数，n_r表示主动轮转速，n_S表示从动轮转速，2p_r表示主动轮永磁体分布极数，2p_s表示从动轮永磁体分布极数。磁性传动齿轮副的核心部件有：其上分布有2p_r个永磁体3的主动轮、其上分布有2p_s个永磁体7的从动轮、其上均匀分布有Zg个辐射状导磁栅齿的铁磁调磁栅6和静止的定子机壳组成，构成磁性传动齿轮副的气隙磁场Bg沿与旋转轴线平行的路线穿过主动轮和从动轮之间的气隙平面形成磁性传动齿轮副的横向磁场；磁性传动齿轮副的主动轮、从动轮呈扁平的圆盘形状，主动轮与从动轮之间装配有起调制气隙磁场作用的铁磁调磁栅6，铁磁调磁栅6与主动轮和从动轮的端面间均有气隙，三者之间无机械接触和摩擦且成同轴线分布。当主动轮以转速n_r旋转时，主动轮上分布的2p_r个永磁体3的磁场经铁磁调磁栅6调制后与从动轮上分布的2p_s个永磁体7的磁场交链并形成合成气隙磁场Bg，该磁场经主动轮铁芯磁轭2和从动轮铁芯磁轭9构成横向磁场的闭合磁路，从而气隙磁场产生的切向力带动从动轮以转速n_s旋转；铁磁调磁栅的导磁栅齿数Zg、主动轮永磁体的极数2p_r、从动轮永磁体的极数2p_s满足以下关系约束：

\frac{n_{s}}{n_{r}} = \frac{p_{r}}{p_{s}} = \frac{p_{r}}{Z_{g} - p_{r}}

Zg＝p_r+p_s。

采用上述技术方案所达到的技术经济效果：

与普通机械式齿轮传动副相比，本发明涉及的横向磁场的磁性传动齿轮副具有如下明显的优势：

①能量损耗小，传动效率高：由于消除了普通机械式齿轮传动副的接触摩擦，传动损耗仅仅包括一些铁心损耗，理论上最高传动效率可达到96％，比机械齿轮传动普遍提高10％；

②单位体积传送的转矩密度高，为普通电机的10倍：研究表明，稀土永磁无刷电机在自然冷却、强制风冷、水冷却的条件下，其传送的转矩密度可分别达到10kN.m/m³、20kN.m/m³、30kN.m/m³，横向磁通稀土永磁电机传送的转矩密度可达40～80kN.m/m³，而本新型横向磁场的稀土磁性传动齿轮所传送的转矩密度可高于100kN.m/m³；

③可靠性高，寿命长：由于无机械接触，故无机械摩损，无需润滑，清洁、无油污、防尘防水等；

④不存在机械齿轮传动时因齿部啮合接触而产生的震动噪音；

⑤具有过载保护作用，在过载时因主、从动轮滑转而随时切断传动关系，不会损坏负载或者原动机；

⑥转速传动比恒定，转速的动态瞬时稳定度高，运行平稳。

附图说明

图1是一种新型横向磁场的磁性传动齿轮副立体结构剖面图。

图2是一种新型横向磁场的磁性传动齿轮副的工作原理示意图。

图3是一种新型横向磁场的磁性传动齿轮副的主动轮永磁体分布图。

图4是一种新型横向磁场的磁性传动齿轮副的从动轮永磁体分布图。

图5是一种新型横向磁场的磁性传动齿轮副的铁磁调磁栅结构示意图。

以上图中：1.输入轴，2.主动轮铁芯磁轭，3.主动轮永磁体，4.主动轮紧圈，5.定子机壳，6.铁磁调磁栅，7.从动轮永磁体，8.从动轮紧圈，9.从动轮铁芯磁轭，10.输出轴；

N.极性N的永磁体，S.极性S的永磁体，Bg.经铁磁调磁栅调制后的气隙磁场磁通密度，Zg.铁磁调磁栅导磁栅齿数，n_r.主动轮转速，n_s.从动轮转速，2p_r.主动轮永磁体分布极数，2p_s.从动轮永磁体分布极数。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步的说明：

图1所示实施例是本发明所述的一种新型横向磁场的磁性传动齿轮副立体结构剖面图，本实施例中主动轮磁极数为2p_r＝4极，从动轮磁极数为2p_s＝34极，铁磁调磁栅导磁栅齿数Zg＝19，转速传动比

其内部结构关系特征如下：

一、磁性传动齿轮副由其上分布有2p_r个主动轮永磁体3的主动轮、其上分布有2p_s个从动轮永磁体7的从动轮、其上均匀分布有Zg个辐射状导磁栅齿的铁磁调磁栅6和静止的定子机壳5组成；

二、磁性传动齿轮副的主动轮、从动轮呈扁平的圆盘形状，主动轮与从动轮之间装配有起调制气隙磁场作用的铁磁调磁栅6，铁磁调磁栅6与主动轮和从动轮的端面间均有气隙，三者之间无机械接触和摩擦且成同轴线分布；

三、磁性传动齿轮副的盘形主动轮由2p_r个主动轮永磁体3、主动轮铁芯磁轭2、主动轮紧圈4和输入轴1构成，主动轮永磁体3按图3所示的N极S极间隔排列分布的方式粘贴于主动轮铁芯磁轭2的端面，主动轮铁芯磁轭2的外圆采用紧配合装有起防止永磁体飞逸的主动轮紧圈4，主动轮铁芯磁轭2的内圆与输入轴1连接，外部动力通过输入轴传递给主动轮；主动轮铁芯磁轭2由导磁的硅钢板经冲压成片状叠压铆焊成一整体，主动轮紧圈4由非导磁的铝合金材料制成；

四、磁性传动齿轮副的盘形从动轮由2p_s个从动轮永磁体7、从动轮铁芯磁轭9、从动轮紧圈8和输出轴10构成，从动轮永磁体7按图4所示的N极S极间隔排列分布的方式粘贴于从动轮铁芯磁轭9的端面，从动轮铁芯磁轭9的外圆采用紧配合装有起防止永磁体飞逸的从动轮紧圈8，从动轮铁芯磁轭9的内圆与输出轴10连接，通过输出轴向外部传递动力；从动轮铁芯磁轭9由导磁的硅钢板经冲压成片状叠压铆焊成一整体，从动轮紧圈8由非导磁的铝合金材料制成；

五、铁磁调磁栅6安装固定于定子机壳5内，见图5所示，铁磁调磁栅6上沿圆周向均匀分布有Zg个扇形锥状孔，扇形锥状孔之间就是起导磁作用的Zg个辐射状分布的导磁栅齿，铁磁调磁栅6由导磁的硅钢板经冲压成片状叠压铆焊成一整体。

以上所述的仅是本技术发明的优选实施方式，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本技术发明原理的前提下，还可以作出若干结构变形和改进(如将本发明涉及的磁性齿轮副进行多极直轴串联即可构成多级变速传动系统)，这些也应该视为本技术发明的保护范围，这些都不会影响本技术发明实施的效果和实用性。

Claims

1.一种新型横向磁场的磁性传动齿轮副，其特征是：

一、磁性传动齿轮副由其上分布有2p_r个主动轮永磁体(3)的主动轮、其上分布有2p_s个从动轮永磁体(7)的从动轮、其上均匀分布有Zg个辐射状导磁栅齿的铁磁调磁栅(6)和静止的定子机壳(5)组成，构成磁性传动齿轮副的气隙磁场Bg沿与旋转轴线平行的路线穿过主动轮和从动轮之间的气隙平面形成磁性传动齿轮副的横向磁场；

二、磁性传动齿轮副的主动轮、从动轮呈扁平的圆盘形状，主动轮与从动轮之间装配有起调制气隙磁场作用的铁磁调磁栅(6)，铁磁调磁栅(6)与主动轮和从动轮的端面间均有气隙，三者之间无机械接触和摩擦且成同轴线分布；

三、主动轮转速n_r、从动轮转速n_s、铁磁调磁栅(6)的导磁栅齿数Zg、主动轮永磁体(3)的极数2p_r、从动轮永磁体(7)的极数2p_s满足以下关系约束：

\frac{n_{s}}{n_{r}} = \frac{p_{r}}{p_{s}} = \frac{p_{r}}{Z_{g} - p_{r}}

Zg＝p_r+p_s。

2.根据权利要求1所述的一种新型横向磁场的磁性传动齿轮副，其结构特征是：由2p_r个主动轮永磁体(3)、主动轮铁芯磁轭(2)、主动轮紧圈(4)和输入轴(1)构成盘形结构的主动轮，主动轮永磁体(3)按N极S极间隔排列分布的方式粘贴于主动轮铁芯磁轭(2)的端面，主动轮铁芯磁轭(2)的外圆采用紧配合装有起防止永磁体飞逸的主动轮紧圈(4)，主动轮铁芯磁轭(2)的内圆与输入轴(1)连接，外部动力通过输入轴传递给主动轮；主动轮铁芯磁轭(2)由导磁的硅钢板经冲压成片状叠压铆焊成一整体，主动轮紧圈(4)由非导磁的铝合金材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种新型横向磁场的磁性传动齿轮副，其结构特征是：由2p_s个从动轮永磁体(7)、从动轮铁芯磁轭(9)、从动轮紧圈(8)和输出轴(10)构成盘形结构的从动轮，从动轮永磁体(7)按N极S极间隔排列分布的方式粘贴于从动轮铁芯磁轭(9)的端面，从动轮铁芯磁轭(9)的外圆采用紧配合装有起防止永磁体飞逸的从动轮紧圈(8)，从动轮铁芯磁轭(9)的内圆与输出轴(10)连接，通过输出轴向外部传递动力；从动轮铁芯磁轭(9)由导磁的硅钢板经冲压成片状叠压铆焊成一整体，从动轮紧圈(8)由非导磁的铝合金材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种新型横向磁场的磁性传动齿轮副，其结构特征是：铁磁调磁栅(6)安装固定于定子机壳(5)内，铁磁调磁栅(6)上沿圆周向均匀分布有Zg个扇形锥状孔，扇形锥状孔之间就是起导磁作用的Zg个辐射状分布的导磁栅齿，铁磁调磁栅(6)由导磁的硅钢板经冲压成片状叠压铆焊成一整体。