CN108591415A - 一种无齿圈行星磁齿轮变速系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无齿圈行星磁齿轮变速系统，包括无齿圈行星齿轮部分、磁齿轮部分和变速部分。无齿圈行星齿轮部分包括输入端行星架、输出端行星架、四组太阳磁齿轮和行星磁齿轮，可以实现无齿圈的行星轮传动；磁齿轮部分是由永磁体制成且磁极均匀分布，通过异性相吸作用实现磁齿轮传动；变速系统包括拨杆、同步器、输入轴和太阳磁齿轮，可以实现拨杆控制同步器的工作，使输入轴分别与四个太阳轮连接或相连产生不同的传动比的变化。这是一种新型的变速系统，具有过载保护、清洁环保、加工要求低、传动比大、变速方法简便、变速范围较大、使用场合广泛等优点。

Description

一种无齿圈行星磁齿轮变速系统
技术领域
本发明涉及的是一种无齿圈行星磁齿轮变速系统。
背景技术
变速器是用来改变来自输入端的转速和转矩的机构，它能改变输出轴和输入轴传动比。传统变速器通常采用齿轮传动，存在着一定的不足。一方面，普通齿轮传动因为其传动特性会产生振动、噪声、磨损、发热现象，且灰尘、粉末等会影响润滑性能。另一方面，普通齿轮传动在承载能力、输出扭矩、输出效率、可靠性等方面有一定的不足。本发明的设计目的在于改善变速器的这些缺陷。
在改善承载能力、输出扭矩、输出效率方面，行星齿轮被广泛应用。行星齿轮相比于普通齿轮组具有一些突出的优点，例如结构紧凑，体积小，承载能力高，能实现大传动比的运动，传动效率高等，利用这些优点，行星轮替代普通齿轮可以有效改良变速箱性能。行星齿轮通常采用了2K-H行星传动技术，最典型的组成包括了太阳轮、行星轮、齿圈、行星架等几个主要结构。在这种结构中，齿圈是一个内齿轮，起到与内齿轮啮合的作用。但是，齿圈的误差是造成行星轮误差的一个重要因素，为了保证行星齿轮运行的精确度，通常要求内齿圈有较高的加工精度，增加了生产加工的难度。
磁齿轮是一种新型的齿轮技术，如图1所示，其驱动齿轮和负载齿轮之间通过磁铁异性相吸的原理实现运动。磁齿轮之间不发生机械接触，减少了传动机构的振动与噪声；磁齿轮通过磁性材料的磁场向密闭的空间内传递运动和动力，增加了设计的灵活性；磁齿轮不需要考虑接触摩擦，无需润滑，既清洁环保、节省能源，又降低了维护成本；磁齿轮在超载时不会损坏齿轮，具有过载自我保护功能；永磁体表面无需精细的机械加工，降低了对生产工艺的要求；运动过程中，不会产生明显的冲击现象。
发明内容
本发明为克服机械齿轮变速器的不足，提出一种无齿圈行星磁齿轮变速系统的设计方案，对行星齿轮、磁齿轮的发展和变速系统的开发具有重要的意义。
为达到上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种无齿圈行星磁齿轮变速系统，包括输入轴，在所述的输入轴上安装有输入端行星架以及多个太阳磁齿轮，每个太阳磁齿轮与多个行星磁齿轮啮合且形成一组齿轮组，位于不同组且在同一个方向上的多个行星磁齿轮的中心在同一条直线上连接同一个行星轮转轴I，所述行星轮转轴I与输出端行星架相连，所述的输入端行星架连接行星轮转轴II，所述的行星轮转轴II与位于不同组且在同一个方向上的多个行星磁齿轮偏心连接，所述的多个太阳磁齿轮之间通过同步器和拨杆控制其与输入轴的连接，进而实现不同速度的输出。
进一步的，不同组的太阳磁齿轮与行星磁齿轮之间形成了不同的传动比。
进一步的，所述输入轴的一端通过轴承安装在机架上，输入轴的另一端通过轴承安装在输出端行星架上。
进一步的，所述的输出端行星架的输出轴端也通过轴承安装在机架上。
进一步的，在每两个太阳磁齿轮之间安装有两个同步器和一个拨杆，所述拨杆位于两个同步器之间，通过拨杆控制两个同步器来实现两个太阳磁齿轮与输入轴连接关系的控制。
进一步的，本发明能够实现四个不同的传动比输出，变速部分的控制是通过拨杆和同步器实现的。
进一步的，本发明中每组太阳磁齿轮与行星磁齿轮的中心距相同。
进一步的，所述的行星轮转轴I、行星轮转轴II的个数与每组齿轮组中行星磁齿轮的个数相同。
进一步的，多个行星轮转轴I与同一个输出端行星架相连，多个行星轮转轴II与同一个输入端行星架相连。
进一步的，所述的多个行星磁齿轮在其对应的太阳磁齿轮圆周方向上均布。
所述的磁齿轮部分是利用永磁体做成N级和S级均匀交替的磁齿轮，制成多对传动比不同而中心距相同的输入齿轮和输出齿轮。因为磁齿轮的加工不需要考虑模数的要求，可以按照设计需求加工合适的磁极数量(即齿数)。
变速部分能够实现多个不同的传动比输出，变速部分的控制是通过拨杆和同步器实现的。变速部分采用了多组不同传动比但是中心距相同的太阳磁齿轮和行星磁齿轮，太阳磁齿轮不与输入轴直接相连。变速部分的多个拨杆控制同步器的运动，同步器的作用是实现中心轮与输入轴的连接与断开。当拨杆驱动同步器工作时，相应的太阳磁齿轮与输入轴相连，从而实现在输出行星架完成不同传动比输出的功能。
本发明具有如下优点：
1、通过无齿圈行星齿轮的两个行星架的作用，取代了外齿圈的功能，实现了无齿圈的行星磁齿轮运动，提高了运动精度，避免了齿圈产生的误差；
2、无齿圈行星齿轮保持了行星齿轮原有的结构紧凑，体积小，能实现较大传动比等优点；
3、磁齿轮之间不发生机械接触，减少了传动机构的振动与噪声，过载时具有自我保护，不易损坏；
4、磁齿轮不需要润滑，避免了润滑油的污染，清洁环保；
5、永磁体表面无需精细的机械加工，降低了对生产工艺的要求；
6、磁极数量易根据需要调整，不需要考虑机械齿轮的模数影响；
7、能穿过密闭空间传递动力，增加了使用场合的广泛性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1本发明中磁齿轮的结构图；
图2本发明的设计原理图；
图3本发明的结构示意图；
图4是侧视图；
其中：1输入轴，2机架轴承(一对)，3机架，4输入端行星架，5行星轮转轴II，6行星磁齿轮E，7行星磁齿轮F，8行星磁齿轮G，9行星磁齿轮H，10行星轮转轴I，11输出行星架，12轴承，13机架，14太阳磁齿轮D，15同步器c和d，16拨杆II，17太阳磁齿轮C，18太阳磁齿轮B，19同步器a和b，20拨杆I，21太阳磁齿轮A。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
术语解释部分:本发明中所述的行星磁齿轮和中心磁齿轮，均是利用永磁体做成N级和S级均匀交替的磁齿轮，如图1所示。
正如背景技术所介绍的，现有技术中行星齿轮通常采用了2K-H行星传动技术，最典型的组成包括了太阳磁齿轮、行星轮、齿圈、行星架等几个主要结构。在这种结构中，齿圈是一个内齿轮，起到与内齿轮啮合的作用。但是，齿圈的误差是造成行星轮误差的一个重要因素，为了保证行星齿轮运行的精确度，通常要求内齿圈有较高的加工精度，增加了生产加工的难度，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种无齿圈行星磁齿轮变速系统。
本发明中制成四对传动比不同而中心距相同的输入齿轮和输出齿轮。因为磁齿轮的加工不需要考虑模数的要求，可以按照设计需求加工合适的磁极数量(即齿数)。四个输入齿轮的磁极数分别为8、12、16、16，对应的输出齿轮的磁极数为16、16、16、8，对应输入齿轮和输出齿轮的齿数比依次为1:2、3:4、1:1、2:1。
如图2所示，本发明中的无齿圈行星齿轮部分设计采用双行星架代替传统2K-H行星齿轮的设计。无齿圈行星齿轮的原理如图2所示，齿轮S为太阳轮，齿轮P为行星轮，K1和K2分别为两个行星架。行星轮P的加工两个安装孔，分别连接两个行星架。在本发明中，以太阳轮S为输入，带动K1和K2运动，以K2为输出端行星架作为输出，K1为输入端行星架起支撑作用，不额外施加外力。
在本发明中，行星轮P的两个安装孔，一个位于中心位置，用于安装输出端行星架K2，另一个与行星架一个有一定偏心距，用于安装输入端行星架K1。由于安装孔存在偏心，K1的旋转中心与太阳轮S不同心，两者的偏心距等于行星轮P的加工两个安装孔的距离。在本发明的设计中，每个太阳轮需要啮合三个120度间隔的行星轮，保证运动平稳，即行星架也要同时与这三个行星轮相连。故在输入端行星架K1中心位置加工出一个中空的圆，适应运动过程中的偏心，避免与输入轴的干涉。输出端行星架K2与中心位置安装孔相连，故K2与输入轴旋转中心相同。
图3是包含了其中四组太阳磁齿轮和与之啮合的一个行星磁齿轮的位置关系，太阳磁齿轮不直接与输入轴相连，而是要通过同步器进行连接。该方案通过拨杆I和拨杆II的控制，控制同步器a、b、c、d的运动，使得四个太阳磁齿轮分别与输入轴相连，再由输入轴输入一定的转速，通过太阳磁齿轮和其啮合的行星磁齿轮的不同齿数比，输出行星架的转速随之变化，实现五个档位的转速变化，实行变速器的作用。
本发明中的三个行星磁齿轮120度间隔分布，保证运动的稳定性。
行星轮转轴I10、行星轮转轴II5的个数与每组齿轮组中行星磁齿轮的个数相同，本发明中行星轮转轴I、行星轮转轴II各包括三个，三个行星轮转轴I与同一个输出端行星架相连，三个行星轮转轴II与同一个输入端行星架相连。
如图3所示，本发明拨杆I20可以左右运动，向左运动时，推动同步器a，使太阳磁齿轮A与输入轴相连；向右运动时，推动同步器b，使太阳磁齿轮B与输入轴相连；处于中间位置时，同步器a和b自动断开停止工作。依据同样的原理，拨杆II16能够实现对于同步器c和d的控制。
如图4所示，输入端行星架为了解决该行星架在运动过程中发生偏心的问题，中心加工出一个防止干涉的圆，避免行星架与输入轴发生干涉。
具体的结构如下：
本发明包括输入轴1，在所述的输入轴1上安装有输入端行星架4以及太阳磁齿轮A21、太阳磁齿轮B18、太阳磁齿轮C17、太阳磁齿轮D14，每个太阳磁齿轮与三个行星磁齿轮啮合且形成一组齿轮组，位于不同组且在同一个方向上的四个行星磁齿轮(行星磁齿轮E6，行星磁齿轮F 7，行星磁齿轮G 8，行星磁齿轮H 9)的中心在同一条直线上连接同一个行星轮转轴I10，行星轮转轴I10一共包括3个，3个行星轮转轴I10与输出端行星架11相连，输入端行星架连接三个行星轮转轴II5，三个行星轮转轴II5与位于不同组且在同一个方向上的四个行星磁齿轮(行星磁齿轮E 6，行星磁齿轮F 7，行星磁齿轮G 8，行星磁齿轮H 9)偏心连接，多个太阳磁齿轮A21、太阳磁齿轮B18、太阳磁齿轮C17、太阳磁齿轮D14之间通过同步器和拨杆控制其与输入轴的连接，进而实现不同速度的输出。
进一步的，不同组的太阳磁齿轮与行星磁齿轮之间形成了不同的传动比。
进一步的，输入轴1的一端通过一对机架轴承2安装在机架3上，输入轴的另一端通过轴承12安装在输出端行星架11上。
进一步的，输出端行星架11的输出轴端也通过轴承14安装在机架13上；输出端行星架11的输出轴上安装有键，用于与其他部件之间的连接。
进一步的，在每两个太阳磁齿轮之间安装有两个同步器和一个拨杆，所述拨杆位于两个同步器之间，通过拨杆控制两个同步器来实现两个太阳磁齿轮与输入轴连接关系的控制；本发明中包括四个同步器和两个拨杆。
进一步的，本发明能够实现四个不同的传动比输出，变速部分的控制是通过拨杆和同步器实现的。
进一步的，本发明中每组太阳磁齿轮与行星磁齿轮的中心距相同。
档位变化的具体实现方法：
零档：变速器处于零档状态时，拨杆I和II均处在中间位置不进行工作，所以太阳磁齿轮不与输入轴连接，导致输入轴发生空转，输出行星架的输出转速为0。
一档：变速器处于一档状态时，拨动拨杆I向左运动，带动同步器a使输入轴和太阳磁齿轮A相连，拨杆II处在中间位置不进行工作。太阳磁齿轮A带动行星磁齿轮E运动，太阳磁齿轮A与行星磁齿轮E的齿数比为1:2，输出行星架实现一个较低速的输出。
二档：变速器处于二档状态时，拨动拨杆I向右运动，带动同步器b使输入轴和太阳磁齿轮B相连，拨杆II处在中间位置不进行工作。太阳磁齿轮B带动行星磁齿轮F运动，太阳磁齿轮B与行星磁齿轮F的齿数比为3:4。二档输出行星架输出转速相对一档有一定提高。
三档：变速器处于三档状态时，拨杆I处在中间位置不进行工作，拨动拨杆II向左运动，带动同步器c使输入轴和太阳磁齿轮C相连，太阳磁齿轮C带动行星磁齿轮G运动，太阳磁齿轮C与行星磁齿轮G的齿数比为1:1。三档输出行星架输出转速相对二档进一步提高。
四档：变速器处于四档状态时，拨杆I处在中间位置不进行工作，拨动拨杆II向右运动，带动同步器d使输入轴和太阳磁齿轮D相连，太阳磁齿轮D带动行星磁齿轮H运动，太阳磁齿轮D与行星磁齿轮H的齿数比为2:1。四档输出行星架输出转速相对三档进一步提高。
该变速器通过五档的控制实现不同传动比的变化，同时可以通过装配不同比例输入磁齿轮和输出磁齿轮进一步扩大传动比变化大小。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无齿圈行星磁齿轮变速系统，其特征在于，包括输入轴，在所述的输入轴上安装有输入端行星架以及多个太阳磁齿轮，每个太阳磁齿轮与多个行星磁齿轮啮合且形成一组齿轮组，位于不同组且在同一个方向上的多个行星磁齿轮的中心在同一条直线上连接同一个行星轮转轴I，所述行星轮转轴I与输出端行星架相连，所述的输入端行星架连接行星轮转轴II，所述的行星轮转轴II与位于不同组且在同一个方向上的多个行星磁齿轮偏心连接，所述的多个太阳磁齿轮之间通过同步器和拨杆控制其与输入轴的连接，进而实现不同速度的输出。
2.如权利要求1所述的一种无齿圈行星磁齿轮变速系统，其特征在于，不同组的太阳磁齿轮与行星磁齿轮之间形成了不同的传动比。
3.如权利要求1所述的一种无齿圈行星磁齿轮变速系统，其特征在于，所述输入轴的一端通过轴承安装在机架上，输入轴的另一端通过轴承安装在输出端行星架上。
4.如权利要求1所述的一种无齿圈行星磁齿轮变速系统，其特征在于，所述的输出端行星架的输出轴端也通过轴承安装在机架上。
5.如权利要求1所述的一种无齿圈行星磁齿轮变速系统，其特征在于，在每两个太阳磁齿轮之间安装有两个同步器和一个拨杆，所述拨杆位于两个同步器之间，通过拨杆控制两个同步器来实现两个太阳磁齿轮与输入轴连接关系的控制。
6.如权利要求1所述的一种无齿圈行星磁齿轮变速系统，其特征在于，每组太阳磁齿轮与行星磁齿轮的中心距相同。
7.如权利要求1所述的一种无齿圈行星磁齿轮变速系统，其特征在于，所述的行星轮转轴I、行星轮转轴II的个数与每组齿轮组中行星磁齿轮的个数相同。
8.如权利要求7所述的一种无齿圈行星磁齿轮变速系统，其特征在于，多个行星轮转轴I与同一个输出端行星架相连，多个行星轮转轴II与同一个输入端行星架相连。
9.如权利要求7所述的一种无齿圈行星磁齿轮变速系统，其特征在于，所述的多个行星磁齿轮在其对应的太阳磁齿轮圆周方向上均布。
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