CN106936291B - 一种多级磁性齿轮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多级磁性齿轮，其包括至少两台单级磁性齿轮，相邻的单级磁性齿轮之间可拆卸串联连接。本多级磁性齿轮，其通过多台同一结构的单级磁性齿轮进行串联连接，可灵活拆装，根据实际情况进行任意速比调节，满足不同的使用要求，提高其应用范围。

Description

一种多级磁性齿轮
技术领域
本发明涉及了磁性齿轮技术领域，特别是涉及了一种多级磁性齿轮。
背景技术
机械齿轮是一种常见的用于传动的机构，其具有传动效率高、转矩密度大等优点，通过长时间的发展和改进，机械齿轮以及运用机械齿轮进行传动已经非常成熟。但机械齿轮因自身特点，存在振动、噪音较大，需要在润滑的情况下使用，需要定期维护等自身无法克服的问题。
为了解决机械齿轮存在的某些问题，磁性齿轮的得到了发展。磁性齿轮是利用磁场进行转矩传递，与机械齿轮相比具有特殊的优势，比如：
a、磁性齿轮由于输入与输出之间是非接触性的，可以减小机械噪声和振动；
b、磁性齿轮不需要润滑，因此可以减少维护，增加系统的可靠性；
c、磁性齿轮具有确定的峰值转矩，其自身具有过载保护能力；
d、输入与输出之间是非接触性的，这一特点使得它在有毒、有害等流体泵类驱动中具有特殊的优势；
e、磁性齿轮具有较高的传动效率；
f、磁性齿轮中永磁体直接安装在相对转动的齿轮部件的表面，不像机械齿轮那样要对齿部进行精加工和热处理，简化了生产工艺。
而现有的单级磁性齿轮转矩密度偏低，为了获得更大的转矩，现有的方法是增加永磁体的用量，还有如中国专利申请CN 102644719 A及CN106374719A均采用两台单级磁性齿轮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。但如此设计后结构变得比较复杂，制造、维护的难度都相应地增大，而且无法灵活拆装，极大地影响了应用范围。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种多级磁性齿轮，其通过多台同一结构的单级磁性齿轮进行串联连接，可灵活拆装，根据实际情况进行任意速比调节，满足不同的使用要求，提高其应用范围。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
一种多级磁性齿轮，其包括至少两台单级磁性齿轮，相邻的单级磁性齿轮之间可拆卸串联连接。
作为本发明提供的多级磁性齿轮的一种改进，每一所述单级磁性齿轮包括：承载板、固定在所述承载板上的调磁环、位于所述调磁环环内的内转子、套设在所述调磁环外围的外转子、固定在所述外转子上的外筒，所述外筒设有输出轴孔，所述调磁环分别与内转子和外转子之间存在间隙；所述内转子包括第一永磁环、分别固定在所述第一永磁环上下表面的可被磁化的第一上磁轭和第一下磁轭，所述第一上磁轭和第一下磁轭具有同等齿数的齿爪，所述第一上磁轭和第一下磁轭的齿爪相互错开设置以包住所述第一永磁环，所述第一上磁轭和第一下磁轭均设置有对应的输入轴孔；所述外转子包括第二永磁环、分别固定在所述第二永磁环上下表面的可被磁化的第二上磁轭和第二下磁轭，所述第二上磁轭和第二下磁轭具有同等齿数的齿爪，所述第二上磁轭和第二下磁轭的齿爪相互错开设置以均匀排布在所述第二永磁环的内壁上。
作为本发明提供的多级磁性齿轮的一种改进，还包括至少一对定位柱；每一承载板上设置有至少一对定位孔，便于上下单级磁性齿轮的对位连接；上下单级磁性齿轮之间通过套接在所述定位柱上的垫环相互隔开固定；下级单级磁性齿轮的输出轴孔通过转轴固定连接上级单级磁性齿轮的输入轴孔。
作为本发明提供的多级磁性齿轮的一种改进，所述第一永磁环和第二永磁环的上下表面极性相异。
作为本发明提供的多级磁性齿轮的一种改进，所述调磁环为铁芯齿构成的环。
作为本发明提供的多级磁性齿轮的一种改进，所述调磁环为内嵌有铁心齿的塑胶环。
作为本发明提供的多级磁性齿轮的一种改进，所述调磁环通过连接柱固定在所述承载板上。
作为本发明提供的多级磁性齿轮的一种改进，所述铁心齿的齿数等于所述内转子齿爪对数与外转子齿爪对数之和。
作为本发明提供的多级磁性齿轮的一种改进，所述至少两台单级磁性齿轮为三台或四台单级磁性齿轮。
本发明具有如下有益效果：本多级磁性齿轮通过多台同一结构的单级磁性齿轮进行串联连接，可灵活拆装，根据实际情况进行任意速比调节，满足不同的使用要求，提高其应用范围；每台单级磁性齿轮结构相同，结构设计简单，便于批量生产，使用过程中若有损坏可进行快速更换无需还厂维修，避免影响工作效率。
内转子和外转子上的永磁环上下表面极性相异，并分别通过磁轭对齿爪进行磁化，使得位于同一永磁环上的上磁轭和下磁轭的齿爪分别具有不同的极性，且各相邻齿爪极性相异；省去了采用大量的不同极性的永磁体间隔组成内转子或外转子，无需进行复杂的充磁，大大简化了永磁体的充磁程序，可提高生产效率。
附图说明
图1为本发明三级磁性齿轮的结构示意图；
图2为图1中A-A处的剖视图；
图3为图2中B-B处的剖视图，为了便于说明，各磁轭上的齿爪用各磁轭的标记来标注区分；
图4为本发明三级磁性齿轮的分解示意图。
具体实施方式
单级磁性齿轮转矩密度偏低，为了获得更大的转矩，现有的方法是增加永磁体的用量，还有如中国专利申请CN 102644719 A及CN106374719A均采用两台单级磁性齿轮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。但如此设计后结构变得比较复杂，制造、维护的难度都相应地增大，而且无法灵活拆装，极大地影响了应用范围。
针对上述问题，本发明提供了一种多级磁性齿轮，其包括至少两台单级磁性齿轮，相邻的单级磁性齿轮之间可拆卸串联连接。每一所述单级磁性齿轮包括：承载板、固定在所述承载板上的调磁环、位于所述调磁环环内的内转子、套设在所述调磁环外围的外转子、固定在所述外转子上的外筒，所述外筒设有输出轴孔，所述调磁环分别与内转子和外转子之间存在间隙；所述内转子包括第一永磁环、分别固定在所述第一永磁环上下表面的可被磁化的第一上磁轭和第一下磁轭，所述第一上磁轭和第一下磁轭具有同等齿数的齿爪，所述第一上磁轭和第一下磁轭的齿爪相互错开设置以包住所述第一永磁环，所述第一上磁轭和第一下磁轭均设置有对应的输入轴孔；所述外转子包括第二永磁环、分别固定在所述第二永磁环上下表面的可被磁化的第二上磁轭和第二下磁轭，所述第二上磁轭和第二下磁轭具有同等齿数的齿爪，所述第二上磁轭和第二下磁轭的齿爪相互错开设置以均匀排布在所述第二永磁环的内壁上。所述第一永磁环和第二永磁环的上下表面极性相异。所述铁心齿的齿数等于所述内转子齿爪对数与外转子齿爪对数之和。
本多级磁性齿轮通过多台同一结构的单级磁性齿轮进行串联连接，可灵活拆装，根据实际情况进行任意速比调节，满足不同的使用要求，提高其应用范围；每台单级磁性齿轮结构相同，结构设计简单，便于批量生产，使用过程中若有损坏可进行快速更换无需还厂维修，避免影响工作效率。
下面结合附图及实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。
如图1~4所示，其显示了一种三级磁性齿轮，其包括相互串联的三台单级磁性齿轮，具体为上单级磁性齿轮300、中单级磁性齿轮200和下单级磁性齿轮100。其中，上单级磁性齿轮300、中单级磁性齿轮200和下单级磁性齿轮100结构相同，名称不同仅仅是为了区分说明，不是对本发明的限定。
每一单级磁性齿轮（上单级磁性齿轮300、中单级磁性齿轮200和下单级磁性齿轮100）包括：承载板110、210、310，调磁环120、220、320，内转子130、230、330，外转子140、240、340和外筒150、250、350。
所述调磁环120、220、320通过连接柱121、221、321固定在所述承载板110、210、310上，所述调磁环120、220、320可以是铁芯齿122、222、322构成的环，也可以是内嵌有铁芯齿122、222、322的塑胶环123、223、323，本实施例优选但不限定为内嵌有14齿铁芯齿122、222、322的塑胶环123、223、323。
所述内转子130、230、330设于所述调磁环120、220、320的环内，且与所述调磁环120、220、320之间存在间隙；所述内转子130、230、330包括上下表面极性相异的第一永磁环131、231、331、分别固定在所述第一永磁环131、231、331上下表面的可被磁化的第一上磁轭132、232、332和第一下磁轭133、233、333，所述第一上磁轭132、232、332和第一下磁轭133、233、333具有同等齿数的齿爪400（本实施例优选但不限定为2齿），所述第一上磁轭132、232、332和第一下磁轭133、233、333的齿爪400相互错开设置以包住所述第一永磁环131、231、331并分别被磁化为不同的极性，所述第一上磁轭132、232、332和第一下磁轭133、233、333均设置有相互对应的输入轴孔134、234、334。
所述外转子140、240、340套设在所述调磁环120、220、320外围，且与调磁环120、220、320之间存在间隙；所述外转子140、240、340包括上下表面极性相异的第二永磁环141、241、341、分别固定在所述第二永磁环141、241、341上下表面的可被磁化的第二上磁轭142、242、342和第二下磁轭143、243、343，所述第二上磁轭142、242、342和第二下磁轭143、243、343具有同等齿数的齿爪400（本实施例优选但不限定为12齿），所述第二上磁轭142、242、342和第二下磁轭143、243、343的齿爪400相互错开设置以均匀排布在所述第二永磁环141、241、341的内壁上并分别被磁化为不同的极性。
所述外筒150、250、350用于固定承载所述外转子140、240、340，且所述外筒150、250、350上设有输出轴孔151、251、351。
所述三级磁性齿轮还包括一对定位柱500、若干个垫环600、盖板700及输出轴800；每一单级磁性齿轮的承载板110、210、310上设置有一对定位孔111，便于相邻单级磁性齿轮的对位连接；相邻单级磁性齿轮之间通过套接在所述定位柱500上的垫环600相互隔开固定。所述盖板700盖在所述上单级磁性齿轮300之上，该盖板700具有一通孔便于输出轴800穿过。
需要说明的是，第一上磁轭132、232、332和第一下磁轭133、233、333的齿爪400分别被磁化为不同的极性具体是指：所述第一永磁环131、231、331上表面极性为N极，下表面极性为S极；套接在所述上表面的第一上磁轭132、232、332被磁化为N极，则其齿爪400也为N极；套接在所述下表面的第一下磁轭133、233、333被磁化为S极，则其齿爪400也为S极。所述第一上磁轭132、232、332和第一下磁轭133、233、333的齿爪400相互错开设置以包住夹紧所述第一永磁环131、231、331构成有Pi对磁极的内转子130、230、330。外转子140、240、340具有Po对磁极，其原理与内转子130、230、330一样，在此不再详述。
内转子130、230、330和外转子140、240、340上的永磁环上下表面极性相异，并分别通过磁轭对齿爪400进行磁化，使得位于同一永磁环上的上磁轭和下磁轭的齿爪400分别具有不同的极性，且各相邻齿爪400极性相异；省去了采用大量的不同极性的永磁体间隔组成内转子130、230、330或外转子140、240、340，无需进行复杂的充磁，大大简化了永磁体的充磁程序，可提高生产效率。
所述三级磁性齿轮的安装过程如下：a、一对定位柱500固定在所述下单级磁性齿轮100的承载板110上；b、所述下单级磁性齿轮100的输出轴孔151通过转轴900穿过承载板210固定连接到所述中单级磁性齿轮200的输入轴孔234，实现所述下单级磁性齿轮100与中单级磁性齿轮200的串联；c、将一对垫环600套设一对在定位柱500上；d、所述中单级磁性齿轮200的输出轴孔251通过转轴900穿过承载板310固定连接到所述上单级磁性齿轮300的输入轴孔334，实现所述中单级磁性齿轮200与上单级磁性齿轮300的串联；e、输出轴800通过轴套固定连接在所述上单级磁性齿轮300的输出轴孔351上；f、将一对垫环600套设在一对定位柱500上，并盖上盖板700。
在本实施例中，每一单级磁性齿轮，其内转子130、230、330极数对Pi为2，外转子140、240、340极数对Po为12，则内转子130、230、330转速ωi与外转子140、240、340转速ωo的调速比Gr=Po/Pi=6；三台单级磁性齿轮为串联连接，即下单级磁性齿轮100的输出轴作为中单级磁性齿轮200的输入轴，中单级磁性齿轮200的输出轴作为上单级磁性齿轮300的输入轴，则本实施例三级磁性齿轮输入轴与输出轴的速度比为：Gr·Gr·Gr=6*6*6=216。
可根据实际情况任意增加或减少单级磁性齿轮，实现速度比的自由调节，满足不同使用要求，进一步扩展其应用范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多级磁性齿轮，其特征在于，其包括三台单级磁性齿轮，相邻的单级磁性齿轮之间可拆卸串联连接；
每一所述单级磁性齿轮包括：承载板、固定在所述承载板上的调磁环、位于所述调磁环环内的内转子、套设在所述调磁环外围的外转子、固定在所述外转子上的外筒，所述外筒设有输出轴孔，所述调磁环分别与内转子和外转子之间存在间隙；
所述内转子包括第一永磁环、分别固定在所述第一永磁环上下表面的可被磁化的第一上磁轭和第一下磁轭，所述第一上磁轭和第一下磁轭具有同等齿数的齿爪，所述第一上磁轭和第一下磁轭的齿爪相互错开设置以包住所述第一永磁环，所述第一上磁轭和第一下磁轭均设置有对应的输入轴孔；
所述外转子包括第二永磁环、分别固定在所述第二永磁环上下表面的可被磁化的第二上磁轭和第二下磁轭，所述第二上磁轭和第二下磁轭具有同等齿数的齿爪，所述第二上磁轭和第二下磁轭的齿爪相互错开设置以均匀排布在所述第二永磁环的内壁上分别被磁化为不同的极性，其中，所述第一永磁环上表面极性为N极，下表面极性为S极；套接在所述上表面的第一上磁轭被磁化为N极，则其齿爪也为N极；套接在所述下表面的第一下磁轭被磁化为S极，则其齿爪也为S极；所述第一上磁轭和第一下磁轭的齿爪相互错开设置以包住夹紧所述第一永磁环构成有Pi对磁极的所述内转子；所述外转子具有Po对磁极，其原理与所述内转子一样；所述内转子的极数对Pi为2，所述外转子的极数对Po为12，则所述内转子的转速ωi与所述外转子的转速ωo的调速比Gr＝Po/Pi＝6；三台单级磁性齿轮组成的所述多级磁性齿轮的输入轴与输出轴的速度比为：Gr·Gr·Gr＝6*6*6＝216；
多级磁性齿轮还包括至少一对定位柱；每一承载板上设置有至少一对定位孔，便于上下单级磁性齿轮的对位连接；上下单级磁性齿轮之间通过套接在所述定位柱上的垫环相互隔开固定；下级单级磁性齿轮的输出轴孔通过转轴固定连接上级单级磁性齿轮的输入轴孔；
三台单级磁性齿轮组成的所述多级磁性齿轮的安装过程如下：
a、一对定位柱固定在下单级磁性齿轮的承载板上；
b、所述下单级磁性齿轮的输出轴孔通过转轴穿过承载板固定连接到中单级磁性齿轮的输入轴孔，实现下单级磁性齿轮与中单级磁性齿轮的串联；
c、将一对垫环套设一对在定位柱上；
d、所述中单级磁性齿轮的输出轴孔通过转轴穿过承载板固定连接到上单级磁性齿轮的输入轴孔，实现所述中单级磁性齿轮与上单级磁性齿轮的串联；
e、输出轴通过轴套固定连接在所述上单级磁性齿轮的输出轴孔上；
f、将一对垫环套设在一对定位柱上，并盖上盖板。
2.根据权利要求1所述的多级磁性齿轮，其特征在于，所述第一永磁环和第二永磁环的上下表面极性相异。
3.根据权利要求1所述的多级磁性齿轮，其特征在于，所述调磁环为铁芯齿构成的环。
4.根据权利要求1所述的多级磁性齿轮，其特征在于，所述调磁环为内嵌有铁心齿的塑胶环。
5.根据权利要求2或3所述的多级磁性齿轮，其特征在于，所述调磁环通过连接柱固定在所述承载板上。
6.根据权利要求4所述的多级磁性齿轮，其特征在于，所述铁心齿的齿数等于所述内转子齿爪对数与外转子齿爪对数之和。
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