CN106655708A - 一种用于正交轴传动的表贴式永磁面齿轮组 - Google Patents
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Abstract
一种用于正交轴传动的表贴式永磁面齿轮组，属于机电传动领域。为了解决目前用于正交轴传动的永磁平面齿轮和锥齿轮结构复杂、制造和装配困难等问题。本发明的用于正交轴传动的表贴式永磁面齿轮组，包括两个轮，两个轮均为磁性齿轮，两个轮分别是圆柱轮和平面轮，平面轮水平设置，圆柱轮设置在平面轮上方，圆柱轮和平面轮的轮轴中心线相正交，圆柱轮和平面轮之间留有气隙；当其中一个轮为主动轮时，另外一个轮为从动轮，主动轮通过磁性力带动从动轮转动。由于两个轮没有直接的机械接触，该齿轮组无磨损、噪音小、传动效率高，具有可靠性高，免维护，过载保护，结构简单、紧凑，方便装配等优点；且永磁体形状和充磁方式简单，有利于降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种表贴式永磁面齿轮组，属于机电传动领域。
背景技术
正交轴的传动目前多采用锥齿轮和面齿轮。锥齿轮的齿面形状复杂，加工制造困难，不同品牌的锥齿轮参数也不同，并且在制作过程中多采用配对制造，这对锥齿轮的加工制造、检修及维修造成很大麻烦。面齿轮由于加工需要的刀具尺寸与实际啮合的圆柱齿轮相同，加工不同尺寸和参数的面齿轮所需要的刀具数量较多，加工成本较高；另外，面齿轮内径处有根切现象，外径处有尖角现象，因此齿宽不能设计得太长，传动强度受限。
近些年来，依靠磁性力进行动力传递的磁性齿轮有了很大的发展。磁性齿轮能够实现无接触传动，避免了主动轴和从动轴间的直接机械接触，可以减小噪音和振动，对工作环境无污染，并且具有过载保护等特点。
根据锥齿轮和面齿轮的特点，有人相应地提出了能够实现正交轴传动的永磁平面齿轮和永磁圆锥齿轮。采用多圈磁极耦合的永磁平面齿轮采用了数量较多的永磁体，结构比较复杂，装配麻烦；永磁圆锥齿轮的永磁体充磁方式和装配都比较困难。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前用于正交轴传动的永磁平面齿轮和锥齿轮结构复杂、制造和装配困难等问题，提供了一种用于正交轴传动的表贴式永磁面齿轮组。
实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种用于正交轴传动的表贴式永磁面齿轮组，其包括两个轮，所述的两个轮均为磁性齿轮，两个轮分别是圆柱轮和平面轮，所述的平面轮水平设置，所述的圆柱轮设置在平面轮上方，且圆柱轮和平面轮的轮轴中心线相正交，圆柱轮和平面轮之间留有气隙；当其中一个轮为主动轮时，另外一个轮为从动轮，所述的主动轮通过磁性力带动从动轮转动。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
a)由于两个轮没有直接的机械接触，该齿轮组无磨损、噪音小、传动效率高，具有可靠性高、免维护、过载保护等优点；
b)永磁体（包括瓦片形永磁体和扇形永磁体）形状和充磁方式简单，有利于降低成本；
c)该齿轮组的结构简单、紧凑，方便装配。
综上，本发明适用于对噪声、洁净度和可靠性要求较高以及两个轴系相互隔离的场合。
附图说明
图1是本发明的用于正交轴传动的表贴式永磁面齿轮组总体结构示意图；
图2是圆柱轮的部件分解图；
图3是圆柱轮的主视图；
图4是图3的A-A剖视图；
图5是圆柱轮的磁钢主视图；
图6是平面轮的零件分解图；
图7是平面轮的俯视图；
图8是图7的B-B剖视图；
图9是平面轮的磁钢俯视图；
图10是图1的俯视图；
图11是图1的左视图；
图12是瓦片形永磁体采用平行充磁的结构示意图；
图13是瓦片形永磁体采用径向充磁的结构示意图。
图中：圆柱轮1、平面轮2、前端环3-1、后端环3-2、圆柱轮轭部4、轴向中心孔一4-1、键槽一4-2、瓦片形永磁体5、瓦片形N极永磁体5-1、瓦片形S极永磁体5-2、保护套体6、上端环7、外保护套8、扇形永磁体9、扇形N极永磁体9-1、扇形S极永磁体9-2、内保护套10、平面轮轭部11、轴向中心孔二11-1、键槽二11-2。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1、图10和图11所示，本实施方式的一种用于正交轴传动的表贴式永磁面齿轮组，其包括两个轮，所述的两个轮均为磁性齿轮，两个轮分别是圆柱轮1和平面轮2，所述的平面轮2水平设置，所述的圆柱轮1设置在平面轮2上方，且圆柱轮1和平面轮2的轮轴中心线相正交，圆柱轮1和平面轮2之间留有气隙（理论上，气隙越小，能够传递的转矩越大，但应结合实际安装空间和所需传递的转矩大小综合决定）；当其中一个轮为主动轮时，另外一个轮为从动轮，所述的主动轮通过磁性力带动从动轮转动。
具体实施方式二：如图1~图13所示，具体实施方式一所述的一种用于正交轴传动的表贴式永磁面齿轮组，所述的圆柱轮1包括圆柱轮轭部4和多个瓦片形永磁体5；所述的圆柱轮轭部4采用导磁性铁磁材料（如纯铁或低碳钢）制成（为相邻磁极提供磁路），圆柱轮轭部4设有轴向中心孔一4-1，圆柱轮轭部4的轴向中心孔一4-1的内壁上沿轴向开设有用于与轴系一配合的键槽一4-2；所述的多个瓦片形永磁体5包括多个瓦片形N极永磁体5-1和多个瓦片形S极永磁体5-2，所述的多个瓦片形N极永磁体5-1和多个瓦片形S极永磁体5-2依次交替紧密设置并均通过粘结方式固定在圆柱轮轭部4的外圆周面上（形成磁钢），多个瓦片形永磁体5的充磁方向一致，并均采用径向充磁或平行充磁；
所述的平面轮2包括平面轮轭部11和多个扇形永磁体9；所述的平面轮轭部11采用导磁性铁磁材料（如纯铁或低碳钢）制成（为相邻磁极提供磁路），平面轮轭部11设有轴向中心孔二11-1，平面轮轭部11的轴向中心孔二11-1的内壁上沿轴向开设有用于与轴系二配合的键槽二11-2；所述的多个扇形永磁体9包括多个扇形N极永磁体9-1和多个扇形S极永磁体9-2，所述的多个扇形N极永磁体9-1和多个扇形S极永磁体9-2均依次交替紧密竖直设置并通过粘结方式固定在平面轮轭部11的上表面的外边缘处（形成磁钢），多个扇形N极永磁体9-1和多个扇形S极永磁体9-2围成一个圆筒状的永磁体，多个扇形永磁体9的充磁方向与平面轮2的轴向平行。
具体实施方式三：如图2~图4所示，具体实施方式二所述的一种用于正交轴传动的表贴式永磁面齿轮组，所述的圆柱轮1还包括前端环3-1、后端环3-2和保护套体6；所述的前端环3-1和后端环3-2分别通过粘结方式固定在瓦片形永磁体5的前后两个端面上，所述的保护套体6紧密套装在多个瓦片形永磁体5的外侧，前端环3-1、后端环3-2和保护套体6均采用非导磁性材料（如不锈钢）制成。
设置前端环3-1、后端环3-2和保护套体6的作用都是对圆柱轮1的主体进行保护。对圆柱轮1的主体部分的保护结构不局限上述结构，可以多种多样。
具体实施方式四：如图2~图4所示，具体实施方式三所述的一种用于正交轴传动的表贴式永磁面齿轮组，所述的前端环3-1、后端环3-2和保护套体6均采用不锈钢或玻璃丝带材料制成。使每个瓦片形永磁体5能够避免结构损坏、氧化，对每个瓦片形永磁体5形成有效保护。
具体实施方式五：如图6~图8所示，具体实施方式二所述的一种用于正交轴传动的表贴式永磁面齿轮组，所述的平面轮2还包括上端环7、外保护套8和内保护套10；所述的外保护套8和内保护套10分别紧密套装在圆筒状的永磁体的外侧和内侧，所述的上端环7通过粘结方式固定在圆筒状的永磁体的上端面，上端环7、外保护套8及内保护套10均采用非导磁性材料（如不锈钢）制成。
设置上端环7、外保护套8、内保护套10的作用都是对平面轮2主体进行保护。对平面轮2的主体部分的保护结构并不局限于上述结构，可以多种多样。
具体实施方式六：如图6~图8所示，具体实施方式五所述的一种用于正交轴传动的表贴式永磁面齿轮组，所述的上端环7、外保护套8和内保护套10均采用不锈钢或玻璃丝带材料制成。使每个扇形永磁体9能够避免结构损坏、氧化，对每个扇形永磁体9形成有效保护。
具体实施方式七：如图4和图8所示，具体实施方式二所述的一种用于正交轴传动的表贴式永磁面齿轮组，所述的圆柱轮1的多个瓦片形永磁体5的极对数与平面轮2的多个扇形永磁体9极对数，应满足如下关系式：
式中，和分别为圆柱轮1和平面轮2的转速， rad/s；为传动比。
本实施方式的有益效果是：可使齿轮组在运行过程中，转矩和传动比保持恒定，实现转矩的平稳传递。
具体实施方式八：如图4及图8所示，具体实施方式二所述的一种用于正交轴传动的表贴式永磁面齿轮组，所述的多个瓦片形永磁体5的厚度与多个扇形永磁体9的厚度均相等，多个瓦片形永磁体5的轴向长度与多个扇形永磁体9的径向长度相等，多个瓦片形永磁体5与多个扇形永磁体9的极弧系数均小于1（此时，相邻永磁体之间通过灌胶进行隔离），且多个瓦片形永磁体5与多个扇形永磁体9的极弧系数相同。
本实施方式的有益效果是：避免永磁体在运行过程中被退磁，防止齿轮组失效。
具体实施方式九：如图1、图10及图11所示，具体实施方式二所述的一种用于正交轴传动的表贴式永磁面齿轮组，所述的圆柱轮1的前后两个端面与平面轮2的内外两条圆弧线对齐（相切）设置。
本实施方式的有益效果是：确保耦合区域尽量大，能传递更大的转矩。
工作原理：
圆柱轮1上的多个瓦片形N极永磁体5-1和多个瓦片形S极永磁体5-2产生的磁场与平面轮2上的多个扇形N极永磁体9-1和多个扇形S极永磁体9-2产生的磁场耦合，主磁通依次经过多个瓦片形N极永磁体5-1→多个扇形S极永磁体9-2→平面轮轭部11→多个扇形N极永磁体9-1→气隙→多个瓦片形S极永磁体5-2→圆柱轮轭部4→多个瓦片形N极永磁体5-1形成闭合回路。由于多个永磁体（包括多个扇形N极永磁体9-1、多个扇形S极永磁体9-2、多个瓦片形N极永磁体5-1和多个瓦片形S极永磁体5-2）之间产生的磁性力，主动轮的旋转会带动从动轮旋转。当从动轮上有负载时，两个轮子在耦合区域，固定在圆柱轮轭部4的外圆周面上的多个瓦片形永磁体5的外圆周面的中心与由多个扇形永磁体9组成的圆筒状的永磁体的外圆周面的中心并不是正对的，会错开一定的角度，负载越大，错开的角度也越大。当圆环状的永磁体的外圆周面的中心与圆筒状的永磁体的外圆周面的中心错开90°电角度时，能够传递的转矩达到最大，当负载超过此时的最大转矩时，两个轮将产生“相对滑动”，齿轮组不能正常工作，也即发生了过载保护。
Claims (9)
1.一种用于正交轴传动的表贴式永磁面齿轮组，其特征在于：其包括两个轮，所述的两个轮均为磁性齿轮，两个轮分别是圆柱轮（1）和平面轮（2），所述的平面轮（2）水平设置，所述的圆柱轮（1）设置在平面轮（2）上方，且圆柱轮（1）和平面轮（2）的轮轴中心线相正交，圆柱轮（1）和平面轮（2）之间留有气隙；当其中一个轮为主动轮时，另外一个轮为从动轮，所述的主动轮通过磁性力带动从动轮转动。
2.根据权利要求1所述的一种用于正交轴传动的表贴式永磁面齿轮组，其特征在于：所述的圆柱轮（1）包括圆柱轮轭部（4）和多个瓦片形永磁体（5）；所述的圆柱轮轭部（4）采用导磁性铁磁材料制成，圆柱轮轭部（4）设有轴向中心孔一（4-1），圆柱轮轭部（4）的轴向中心孔一（4-1）的内壁上沿轴向开设有用于与轴系一配合的键槽一（4-2）；所述的多个瓦片形永磁体（5）包括多个瓦片形N极永磁体（5-1）和多个瓦片形S极永磁体（5-2），所述的多个瓦片形N极永磁体（5-1）和多个瓦片形S极永磁体（5-2）依次交替紧密设置并均通过粘结方式固定在圆柱轮轭部（4）的外圆周面上，多个瓦片形永磁体（5）的充磁方向一致，并均采用径向充磁或平行充磁；
所述的平面轮（2）包括平面轮轭部（11）和多个扇形永磁体（9）；所述的平面轮轭部（11）采用导磁性铁磁材料制成，平面轮轭部（11）设有轴向中心孔二（11-1），平面轮轭部（11）的轴向中心孔二（11-1）的内壁上沿轴向开设有用于与轴系二配合的键槽二（11-2）；所述的多个扇形永磁体（9）包括多个扇形N极永磁体（9-1）和多个扇形S极永磁体（9-2），所述的多个扇形N极永磁体（9-1）和多个扇形S极永磁体（9-2）均依次交替紧密竖直设置并通过粘结方式固定在平面轮轭部（11）的上表面的外边缘处，多个扇形N极永磁体（9-1）和多个扇形S极永磁体（9-2）围成一个圆筒状的永磁体，多个扇形永磁体（9）的充磁方向与平面轮（2）的轴向平行。
3.根据权利要求2所述的一种用于正交轴传动的表贴式永磁面齿轮组，其特征在于：所述的圆柱轮（1）还包括前端环（3-1）、后端环（3-2）和保护套体（6）；所述的前端环（3-1）和后端环（3-2）分别通过粘结方式固定在瓦片形永磁体（5）的前后两个端面上，所述的保护套体（6）紧密套装在多个瓦片形永磁体（5）的外侧，前端环（3-1）、后端环（3-2）和保护套体（6）均采用非导磁性材料制成。
4.根据权利要求3所述的一种用于正交轴传动的表贴式永磁面齿轮组，其特征在于：所述的前端环（3-1）、后端环（3-2）和保护套体（6）均采用不锈钢或玻璃丝带材料制成。
5.根据权利要求2所述的一种用于正交轴传动的表贴式永磁面齿轮组，其特征在于：所述的平面轮（2）还包括上端环（7）、外保护套（8）和内保护套（10）；所述的外保护套（8）和内保护套（10）分别紧密套装在圆筒状的永磁体的外侧和内侧，所述的上端环（7）通过粘结方式固定在圆筒状的永磁体的上端面，上端环（7）、外保护套（8）及内保护套（10）均采用非导磁性材料制成。
6.根据权利要求5所述的一种用于正交轴传动的表贴式永磁面齿轮组，其特征在于：所述的上端环（7）、外保护套（8）和内保护套（10）均采用不锈钢或玻璃丝带材料制成。
7.根据权利要求2所述的一种用于正交轴传动的表贴式永磁面齿轮组，其特征在于：所述的圆柱轮（1）的多个瓦片形永磁体（5）的极对数与平面轮（2）的多个扇形永磁体（9）极对数，应满足如下关系式：
式中，和分别为圆柱轮1和平面轮2的转速，rad/s；为传动比。
8.根据权利要求2所述的一种用于正交轴传动的表贴式永磁面齿轮组，其特征在于：所述的多个瓦片形永磁体（5）的厚度与多个扇形永磁体（9）的厚度均相等，多个瓦片形永磁体（5）的轴向长度与多个扇形永磁体（9）的径向长度相等，多个瓦片形永磁体（5）与多个扇形永磁体（9）的极弧系数均小于1，且多个瓦片形永磁体（5）与多个扇形永磁体（9）的极弧系数相同。
9.根据权利要求2所述的一种用于正交轴传动的表贴式永磁面齿轮组，其特征在于：所述的圆柱轮（1）的前后两个端面与平面轮（2）的内外两条圆弧线对齐设置。
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