CN106803714A - 一种变速磁齿轮的基本结构 - Google Patents

Abstract

在本发明中，所述磁齿轮的高速磁齿轮就是一块园柱形的永磁体，其磁场方向为径向，所述磁齿轮的低速磁齿轮子有若干对正反排列的永磁体，其磁场方向与转动方向垂直，可以多种形式组合成变速磁齿轮组。其区别在于；传统变速磁齿轮基本工作原理是基于相对静止的异性磁极的磁力推拉形成作用力进行传动。而本发明的变速磁齿轮基本工作原理则是基于相对运动旋转磁场的磁力推拉形成的作用力进行传动。在具体使用方案中，高速磁齿轮为单块园柱形永磁体，磁力方向为径向磁场，低速磁齿轮为在非磁性材料上按一定方向和距离镶嵌或磁体材料充磁成多对的永磁体，所述永磁体的磁力方向与永磁体转动方向垂直，可形成外啮合式，内啮合式的不同轴传动，直线式传动或者垂直传动或其它夹角的不同轴传动。

Description

一种变速磁齿轮的基本结构

技术领域

本发明属于机电领域，涉及一对适用于非接触式变速驱动场合的不同轴线磁齿轮的基本结构。

背景技术

工业应用中，很多需要变速驱动的场合，通常利用齿轮箱等机械装置来实现。大量机械装置的使用将不可避免地带来噪声、震动、摩擦损耗以及定期维护等问题，并将明显增加系统的复杂性、体积和重量。此外，机械齿轮不具备过载自保护能力，当传递的转矩超过其齿轮承受能力时，容易发生安全事故。

相较而言，磁齿轮是一种非接触式传动装置，不存在噪声、震动、摩擦损耗以及润滑等问题，而且能够实现输入与输出之间的物理隔离，还具备过载自保护能力，安全可靠性较高。转矩传递能力一直是磁齿轮的重要性能指标，长期以来，永磁材料性能及结构的限制导致磁齿轮的转矩密度相对较低。近年来，随着高性能钕铁硼永磁材料的出现，为了能够实现磁齿轮转矩传递能力的突破，有关磁齿轮新型结构的探索再次成为国内外学者的研究热点，并且在同轴线磁齿轮传动方面已经取得了较大的突破。但是，在不同轴线的磁齿轮传动方面，到目前为止，其基本结构还是沿用在1940年一篇专利提出的基本结构，即不同轴线的变速磁齿轮包括一对转子、其主动与被动转子均采用分段永磁结构，由于传递转子的扭矩是由单块永磁体的体积和磁强度决定的，当单块永磁体体积太小时，会导致磁齿轮的转矩较低，另外当变速比较大时，由于高速转子至少要有两对磁极或以上，至使整个传动系统体积较大。由于这些原因，导致了在不同轴线传动中限制了传统磁齿轮的应用。因此，研究高扭矩传递能力的新型不同轴线磁齿轮传动结构具有重要的理论意义和实用工程价值。

发明内容

技术问题：本发明针对传统中不同轴线传动磁齿轮磁路结构的不足，提供了一种具有较高扭矩和加工制造方便的变速磁齿轮基本结构。

技术方案：本发明的一种变速磁齿轮的基本结构，包括由单个圆柱形径向充磁永磁体制成的高速磁齿轮，和由多块永磁体组成的低速磁齿轮组成，并通过相应的传动轴、轴承等组成一种不同轴线的变速磁传动装置。

在本发明中，所述磁齿轮的高速磁齿轮就是一块园柱形的永磁体，其磁场方向为径向，所述磁齿轮的低速磁齿轮子有若干对正反排列的永磁体，其磁场方向与转动方向垂直，可以多种形式组合成变速磁齿轮组。

在本发明中，与传统不同轴线磁齿轮传动的最大区别在于；传统变速磁齿轮基本工作原理是基于相对静止的异性磁极的磁力推拉形成作用力进行传动。而本发明的变速磁齿轮基本工作原理则是基于相对运动旋转磁场的磁力推拉形成的作用力进行传动。

在该发明的具体使用方案中，高速磁齿轮为单块园柱形永磁体，磁力方向为径向磁场，低速磁齿轮为在非磁性材料上按一定方向和距离镶嵌或磁体材料充磁成多对的永磁体，所述永磁体的磁力方向与永磁体转动方向垂直，可形成外啮合式，内啮合式的不同轴传动，直线式传动或者垂直传动式。

如要进行垂直传动时，可以用两种方法，一种则是如伞齿轮一样，高速磁齿轮的圆柱形永磁体径向充磁，低速磁齿轮径向均匀分布成对的永磁体，磁力方向为轴向。另一种是高速磁齿轮的园柱形永磁体还是径向充磁，但磁力线的指向则是沿着圆柱永磁体成45度的螺旋状延伸，低速磁齿轮外表面均匀分布成对的永磁体，这些永磁体磁力线方向为径向，但各永磁体沿轴线成45度排列。

当要进行其它角度的夹角轴传动时，高速磁齿轮的园柱形永磁体还是径向充磁，但磁力线的指向则是沿着圆柱永磁体成一定角度的螺旋状延伸，低速磁齿轮外表面均匀分布成对的永磁体，这些永磁体磁力线方向为径向，但永磁体沿轴线成一定角度排列。

与现有同类的不同轴线磁变速齿轮相比，本发明的设计方案主要有以下三大特点；一、本发明采用仅有两极的单块磁体制成的高速磁齿轮，相比采用四极或多极磁体制成的高速磁齿轮，在传动相同扭矩和速比的条件下，所需的材料和体积都能减少50％。二、高速磁齿轮的永磁体利用率比传统高速磁齿轮的利用率提高50％。三、如果将现有的高速磁齿轮换上本发明的高速磁齿轮，在相同情况下，则变速比至少可增加一倍或以上，同时扭矩也有相应的提高。

附图说明

附图1为一种变速磁齿轮采用平行轴排列的基本结构。

附图2为本发明变速磁齿轮采用一种垂直轴传动基本结构。

附图3为本发明变速磁齿轮采用另一种垂直轴传动基本结构。

附图中：平行轴传动的低速磁1，高速磁齿轮2，一种垂直轴的高速磁齿轮3，低速磁齿轮4，另一种垂直轴的低速磁齿轮5，高速磁齿轮6，图中不同图形代表磁力线的方向。

具体实施方式

在图1中，低速磁1有多组永磁体采用镶嵌或整体充磁后装在转子上，高速转子2则为单块采用径向充磁的永磁体，组成平行轴磁传动齿轮结构。当高速转子作为主动轴时，其旋转一圈时，低速转子仅转动有两个永磁块的角度，达到变速传动的目的。在图2中，高速磁齿轮3为单块采用径向充磁的永磁体，低速磁齿轮4则在转子上均匀分布有数对磁场方向为轴向的永磁体，这些永磁体采用镶嵌或整体充磁后装在转子上，磁力方向为轴向，高速磁齿轮3与低速磁齿轮4的转轴互为垂直。在图3中，低速磁齿轮5的外圆装有一圈采用镶嵌或整体充磁、磁场方向为径向的永磁体，这些永磁体沿轴线方向成45度排列，磁力方向为径向，高速磁齿轮3与低速磁齿轮4的转轴互为垂直。

由于本发明与传统不同轴线磁传动的最大区别在于本发明的高速磁齿轮为单个径向充磁的永磁单体，也就相当于仅有2个齿的齿轮，当与其它有多对的永磁体的低速磁齿轮组成传动系统时，可以获得较大的传动比。另外一点是高速磁齿轮永磁体的体积都比低速磁齿轮上的单片的永磁体体积大，能明显的增大整个磁齿轮的传动扭矩，当传动扭矩不变时，也同时能增大传动距离。

不同轴线传动在传统上主要是由齿轮、皮带或链条及摩擦轮等接触性的机械传动完成，这些机械传动都存在各种不足之处，不同轴线无接触磁传动相对在各方面都具有一定的优点，一但在传动扭矩达到或接近机械传动的传动扭矩，势必可以获得广泛的应用。

Claims (5)

1.一种变速磁齿轮的基本结构，其特征在于；所述磁齿轮的高速磁齿轮就是一块园柱形的永磁体，其磁场方向为径向，所述磁齿轮的低速磁齿轮子有若干对正反排列的永磁体，其磁场方向与转动方向垂直，可以多种形式组合成变速磁齿轮组。

2.根据权利要求1所述的一种变速磁齿轮的基本结构，其特征在于；高速磁齿轮为单块园柱形永磁体，磁力方向为径向磁场，低速磁齿轮为在非磁性材料上按一定方向和距离镶嵌或磁体材料充磁成多对的永磁体，所述永磁体的磁力方向与永磁体转动方向垂直，可形成外啮合式，内啮合式的不同轴传动，直线式传动或者垂直传动式。

3.根据权利要求1所述的一种变速磁齿轮的基本结构，其特征在于；采用垂直传动时，如伞齿轮一样，高速磁齿轮的圆柱形永磁体径向充磁，低速磁齿轮径向均匀分布成对的永磁体。

4.根据权利要求1所述的一种变速磁齿轮的基本结构，其特征在于；采用垂直传动时，高速磁齿轮的园柱形永磁体还是径向充磁，但磁力线的指向则是沿着圆柱永磁体成45度的螺旋状延伸，低速磁齿轮外表面均匀分布成对的永磁体，这些永磁体磁力线方向为径向，但永磁体沿轴线成45度排列。

5.根据权利要求1所述的一种变速磁齿轮的基本结构，其特征在于；采用其它夹角轴传动时，高速磁齿轮的园柱形永磁体还是径向充磁，但磁力线的指向则是沿着圆柱永磁体成一定角度的螺旋状延伸，低速磁齿轮外表面均匀分布成对的永磁体，这些永磁体磁力线方向为径向，但永磁体沿轴线成一定角度排列。