CN110094482A - 复合磁齿轮 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合磁齿轮，包括磁源和用于成型为齿轮体的基体材料，磁源沿靠近齿轮体工作面的一侧周向均布，位于齿轮体工作面与磁源之间的基体材料的至少一部分填充有导磁填料；与磁源相对的导磁填料沿齿轮体的周向按预定距离分布。通过在基体材料上填充导磁填料，有利于增强磁源对外工作的磁感应强度，提高复合磁齿轮啮合传动的稳定性，使复合磁齿轮适应高速转动。有利于防止导磁填料与基体材料错层。

Description

复合磁齿轮

技术领域

本发明涉及一种复合磁齿轮。

背景技术

在传统的传动邻域中，机械齿轮是应用最广泛的传动机构。传统的齿轮依靠两轮轮齿啮合进行传动，但机械齿轮存在着多种缺点，如震动、损耗、周期性润滑等，往往因此限制传动系统性能的进一步提高。为此传动系统中出现磁齿轮，一定程度上用于代替机械齿轮工作。

磁齿轮的传动工作具有摩擦小、噪音小、防过载等优点。现在的磁齿轮的磁源的设置一般有两种，一种是磁源设置在齿轮的工作面上，磁性较强，但磁源容易受到碰撞而损坏；另一种是磁源设置在齿轮内部，但磁源的对外工作的磁感应强度容易受到齿轮的基体材料阻隔而降低。也有为增强磁源对外工作的磁感应强度，在齿轮外部安装导磁环、导磁层等，但结构强度较低，容易出现错层。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁感应强度高的复合磁齿轮。

为实现上述目的，本发明提供一种复合磁齿轮，其包括磁源和用于成型为齿轮体的基体材料。磁源沿靠近齿轮体工作面的一侧周向均布。位于齿轮体工作面与磁源之间的基体材料的至少一部分填充有导磁填料。与磁源相对的导磁填料沿齿轮体的周向按预定距离分布。通过在基体材料上填充导磁填料，有利于增强磁源对外工作的磁感应强度，提高复合磁齿轮啮合传动的稳定性，使复合磁齿轮适应高速转动。有利于防止导磁填料与基体材料错层。

进一步方案为，永磁填料作为磁源填充在基体材料中的预定位置上。提高磁齿轮内部的结构强度，保护磁源不受冲击而损坏。

进一步方案为，齿轮体包括齿顶和齿槽。磁源分别设置在齿顶和齿槽靠近所述齿轮体轴线的一侧。齿顶和齿槽的设置有利于增强磁齿轮的传递扭矩，有利于磁齿轮高速传动下保持稳定传动。

进一步方案为，齿轮体还包括沿所述齿轮体外周设置的耐磨层；耐磨层包括沿齿轮体的工作面的周向布置周向长纤。由此可见，有利于大大提高复合磁齿轮轮齿的抗弯曲强度和齿面的耐磨度，有利于减小复合磁齿轮啮合的摩擦，降低传动负载，有利于本发明的复合磁齿轮适应高转速传动。

进一步方案为，周向长纤靠近齿轮体工作面的一侧设置第一带孔布。进一步提高复合磁齿轮轮齿的抗弯曲强度和齿面的耐磨度。

进一步方案为，周向长纤靠近磁源的一侧设置第二带孔布。进一步提高复合磁齿轮轮齿的抗弯曲强度和齿面的耐磨度。

进一步方案为，第一带孔布靠近齿轮体工作面的一侧的基体材料填充有粒状填料。有利于进一步增强复合磁齿轮齿面的耐磨度。

进一步方案为，粒状填料包含至少两种不同平均粒径的同种或不同种填料。有利于利用小粒径填料填充空隙，提高填料填充量，提高粒状填料的比表面积，提高耐磨层结合强度，提高耐磨强度。

进一步方案为，周向长纤与第一带孔布之间的基体材料具有纤维状填料，至少部分纤维状填料穿过第一带孔布而连接第一带孔布两侧的基体材料；周向长纤与第二带孔布之间的基体材料具有纤维状填料，至少部分纤维状填料穿过第二带孔布而连接第二带孔布两侧的基体材料；至少部分纤维状填料穿过周向长纤之间的间隙而连接长纤布两侧的基体材料。有利于提高耐磨层内部材料之间的结合力，提高复合磁齿轮齿面的抗拉能力，提高复合磁齿轮的结构强度。

进一步方案为，纤维状填料包含至少两种不同平均长度的同种或不同种的填料。有利于形成空间交织的网状结构，增强耐磨层材料之间的粘合力，提高耐磨层的结构强度，防止基体材料在较强的冲击下脱落。

附图说明

图1是复合磁齿轮具体实施例的材料结构示意图；

图2是复合磁齿轮具体实施例的材料结构另一示意图；

图3是图2的磁源侧面示意图；

图4是图3的A-A的剖视图；

图5是图3的B-B的剖视图；

图6是图3的C-C的剖视图；

图7是复合磁齿轮具体实施例的材料结构又一示意图；

图8是复合磁齿轮局部剖切示意图。

具体实施例

磁源的填充部分为N极，无填充部分为S极，磁源的内部的充磁方向由S极指向N极。

复合磁齿轮具体实施例

如图1所示，复合磁齿轮100包括磁源101和用于成型为齿轮体102的基体材料103。磁源101沿靠近复合磁齿轮工作面1021的一侧周向均布。位于复合磁齿轮100的工作面1021与磁源101之间的至少一部分基体材料103填充有导磁材料104，与磁源101相对的导磁填料104沿齿轮体102的周向按预定距离分布。有利于增强磁源对外工作的磁感应强度。

可选的，永磁填料作为磁源101填充在基体材料103中的预定位置上，产生对外作用的磁力。永磁填料可以是铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、永磁铁氧体、稀土永磁材料等。磁源101不限于在预定位置上的基体材料内填充永磁填料，还可以是在预定位置上预埋永磁体，一体成型在复合磁齿轮内。

优选的，齿轮体102包括齿顶105和齿槽106，磁源101分别设置在齿顶105和齿槽106靠近齿轮体102轴线的一侧。齿顶105和齿槽106沿齿轮体102周向呈圆弧状设置。有利于减少轮齿间啮合的摩擦，降低传动负载，提高齿轮传动的稳定性，使磁齿轮适应高速传动。

本发明导磁方案不限于是应用在柱型齿轮上，还可以是锥形齿轮、斜齿轮、同步带轮、行星齿轮、螺旋齿轮等，有利于齿轮适用于高速传动，其中本发明的方案应用在斜齿轮、螺旋齿轮上支持高速转动传动效果更优。

可选的，磁源101的充磁方向不限靠近复合磁齿轮100径向充磁，也可以是沿复合磁齿轮100周向充磁，如图2所示。

复合磁齿轮100包含沿周向设置第一磁源1011的主动轮1001和沿周向设置第二磁源1012的从动轮1002。第一磁源1011沿主动轮1001周向充磁，第二磁源1012沿从动轮周向充磁。如图3所示，第二磁源1012沿轴线分为第一分磁源1013、第二分磁源1014、第三分磁源1015。第一分磁源1013的充磁方向与第三分磁源1015的充磁方向相同，第一分磁源1013的充磁方向与第二分磁源1014的充磁方向相反。第一磁源1011的两端分别与第一分磁源1013和第三分磁源1015啮合产生排斥力，磁源的N极和S极的布置如图4和图6所示；第一磁源1011的中部与第二分磁源1014啮合产生吸引力，磁源的N极和S极的布置如图5所示。

另一个具体方案如图7所示，复合磁齿轮100包含沿方向01转动的主动轮1003和沿方向02转动的从动轮1004。主动轮1003的轮齿位于从动轮1004的齿槽时，主动轮1003的轮齿沿方向01的前侧通过磁源之间的排斥力辅助地推动从动齿转动；主动轮1003的轮齿沿方向01的后侧通过磁源之间的吸引力辅助地拉动从动齿转动。

复合磁齿轮100的齿轮体102还包括耐磨层107，耐磨层107位于磁源101外侧，如图8所示。沿齿轮体102径向，自外而内依次布置第一带孔布108、沿齿轮体102的工作面1021周向布置的周向长纤109、第二带孔布110。第一带孔布108的靠近工作面1021的一侧的基体材料103填充有粒状填料。周向长纤109与第一带孔布108之间的基体材料103填充有预定长度的纤维状填料，至少部分纤维状填料穿过第一带孔布108连接第一带孔布108两侧的基体材料103；周向长纤109与第二带孔布110之间的基体材料103填充有预定长度的纤维状填料，至少部分纤维状填料穿过第二带孔布110连接第二带孔布110两侧的基体材料103；至少部分纤维状填料穿过周向长纤109之间的间隙连接周向长纤两侧的基体材料103。

优选的，周向长纤109沿复合磁齿轮周向布置至少一圈。周向长纤109可以是单丝沿复合磁齿轮100周向连续布置，也可以是丝束沿复合磁齿轮100周向连续布置。周向长纤109可以为碳纤维、石英纤维、玄武岩纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维、芳纶纤维、置于碳纳米管的碳炔等高强度的纤维状材料。

优选的，基体材料103中的粒状填料包含至少两种平均粒径不同的同种或不同种填料，至少一种填料的平均粒径远小于其他填料的平均粒径。有利于利用小粒径填料填充空隙，提高填料填充量，提高粒状填料的比表面积，提高耐磨层结合强度，提高耐磨强度。

优选的，基体材料103中的丝状填料包含至少两种不同长度的同种填料，各填料的长度有明显差异，有利于形成空间交织的网状结构，增强耐磨层109内的第一带孔布108和周向长纤108之间的粘合力，增强第二带孔布108和周向长纤108之间的粘合力，提高耐磨层107的基体材料103的结构强度，防止基体材料103在较强的冲击下脱落。

优选的，纤维状填料可以为具有预定长度的碳纤维、石英纤维、玄武岩纤维、硼纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维、芳纶纤维、置于碳纳米管的碳炔、碳化硅晶须、钛酸钾晶须、碳酸钙晶须、氧化锌晶须及硫酸钙晶等高强度材料；粒状填料可以为石墨烯、石墨、炭黑、碳化硅、氮化硅、立方氮化硼、六方氮化硼、氧化锆、碳化钛、碳化钨和氧化铝等填料。

耐磨层107内的粒状填料不限于分布在第一带孔布108靠近工作面1021的一侧，还可以分布在整个耐磨层107的基体材料103内。

耐磨层107内的纤维状填料不限于分布在第二带孔布108靠近工作面1021的一侧，还可以分布在整个耐磨层107的基体材料103中。

可选的，带孔布的孔可通过编织预置、针刺成型或布料受到基体材料挤压成型。

带孔布可以是碳纤维布、石英纤维布、玄武岩纤维布、硼纤维布、聚对苯撑苯并二噁唑纤维布，还可以是芳纶纤维布。可选的，复合齿轮体可通过注塑工艺成型。

基体材料103优选为聚苯并咪唑树脂、聚酰亚胺、聚醚醚酮树脂、酚醛树脂、有机硅树脂或环氧树脂等的至少一种树脂。

导磁材料104不限于仅填充在基体材料103上，还可以包覆在第一带孔布108、第二带孔布110和周向长纤109的表面。

优选的，在基体材料103还可以填充有沉析纤维填料，通过沉析纤维填料，进一步有利于提高纤维间的结合性能，增强材料之间的黏着力，从而提高复合磁齿轮的结构强度及韧性。沉析纤维填料优选为芳纶沉析纤维。

优选的，齿轮体102内设置加固部111。有利于提高复合齿轮内部结构的结构强度。进一步的，加固部111沿齿轮体102周向均布有肋部112，肋部112沿齿轮体102径向呈辐射状布置。沿齿轮体102轴向在肋部112上缠绕有长纤113，有利于进一步提高齿轮内部的结构强度。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.复合磁齿轮，包括磁源和用于成型为齿轮体的基体材料；

所述磁源沿靠近所述齿轮体工作面的一侧周向均布；

其特征在于：

位于所述齿轮体工作面与所述磁源之间的基体材料的至少一部分填充有导磁填料；

与所述磁源相对的所述导磁填料沿所述齿轮体的周向按预定距离分布。

2.根据权利要求1所述复合磁齿轮，其特征在于：

永磁填料作为所述磁源填充在所述基体材料中的预定位置上。

3.根据权利要求1述复合磁齿轮，其特征在于：

所述齿轮体包括齿顶和齿槽；

所述磁源分别设置在所述齿顶和所述齿槽靠近所述齿轮体轴线的一侧。

4.根据权利要求3所述复合磁齿轮，其特征在于：

所述齿轮体包括沿所述齿轮体外周设置的耐磨层；

所述耐磨层包括沿所述齿轮体的工作面的周向布置周向长纤。

5.根据权利要求4所述复合磁齿轮，其特征在于：

所述耐磨层位于所述磁源外侧；

所述周向长纤靠近所述齿轮体工作面的一侧设置第一带孔布。

6.根据权利要求5所述复合磁齿轮，其特征在于：

所述周向长纤靠近所述磁源的一侧设置第二带孔布。

7.根据权利要求6所述复合磁齿轮，其特征在于：

所述第一带孔布靠近所述齿轮体工作面的一侧的基体材料填充有粒状填料。

8.根据权利要求7所述复合磁齿轮，其特征在于：

所述粒状填料包含至少两种不同平均粒径的同种或不同种的填料。

9.根据权利要求6所述复合磁齿轮，其特征在于：

所述周向长纤与所述第一带孔布之间的基体材料填充有纤维状填料，至少部分所述纤维状填料穿过所述第一带孔布而连接所述第一带孔布两侧的基体材料；

所述周向长纤与所述第二带孔布之间的基体材料填充有纤维状填料，至少部分所述纤维状填料穿过所述第二带孔布而连接所述第二带孔布两侧的基体材料；

至少部分纤维状填料穿过所述周向长纤之间的间隙而连接所述周向长纤两侧的基体材料。

10.根据权利要求9所述复合磁齿轮，其特征在于：

所述纤维状填料包含至少两种不同平均长度的同种或不同种的填料。