CN110094484A - 磁齿轮 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁齿轮，其包括轮齿和齿槽，所述磁齿轮具有偶数轮齿，在同一所述轮齿的两个齿面上分别设置有极性不相同的两个工作磁极。相邻的两个所述轮齿，其相对的齿面的工作磁极的极性相同。通过对磁齿轮之间产生的排斥力与吸引力的综合利用，有利于降低磁齿轮传动负载，减少磁齿轮的磨损，提高磁齿轮传动的稳定性，使本发明的磁齿轮适用于高转速传动。

Description

磁齿轮

技术领域

本发明涉及一种新型磁齿轮。

背景技术

齿轮是依靠齿的啮合传递扭矩的轮状机械零件。由于传动效率高、传动比准确、功率范围大等优点，齿轮机构在工业产品中广泛应用，其设计与制造水平直接影响到工业产品的质量。齿轮轮齿相互扣住，齿轮会带动另一个齿轮转动来传送动力。如今出现一种齿轮，通过在齿轮的轮齿安装永磁体，利用永磁体之间的排斥力，实现齿轮之间的啮合传动。但此齿轮仅能适用于较低转速下的齿轮传动，无法适应高速的齿轮传动。若进行高速传动，容易造成啮合错位，损坏齿轮。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够高速传动的磁齿轮。

为实现第一目的，本发明提供一种磁齿轮，其包括轮齿和齿槽，磁齿轮具有偶数轮齿。在同一轮齿的两个齿面上分别设置有极性不相同的两个工作磁极；相邻的两个轮齿，其相对的齿面的工作磁极的极性相同。

由此方案可见，两个本发明的磁齿轮啮合时，沿磁齿轮旋转方向，主动轮的先进行啮合的轮齿齿面的工作磁极与从动轮轮齿的工作磁极产生排斥力，驱动从动轮转动。该轮齿的后进行啮合的轮齿齿面的工作磁极与从动轮的工作磁极产生吸引力，拉动从动轮转动。排斥力与吸引力的综合利用，有利于降低磁齿轮传动负载，减少磁齿轮的磨损，提高磁齿轮传动的稳定性，使本发明的磁齿轮适用于高转速传动。

进一步方案为，一对磁齿轮啮合传动， 主动轮的齿槽设置有第一磁源，从动轮的齿槽设置有第二磁源。第一磁源靠近从动轮的轮齿齿顶产生排斥力；第二磁源靠近主动轮的轮齿齿顶产生排斥力。沿磁齿轮转动方向，轮齿的后侧为第一齿面，轮齿的前侧为第二齿面；主动轮的第一齿面与从动轮的第二齿面产生吸引力。主动轮的第二齿面与从动轮的第一齿面产生排斥力。有利于磁齿轮与磁齿轮啮合时的相位校准，进一步提高轮齿定位能力，提高磁齿轮传动的稳定性。利用吸引力和排斥力驱动磁齿轮传动，有利于增大传递扭矩，有利磁齿轮高速传动下保持稳定传动。

进一步方案为，沿磁齿轮径向，由内至外包括磁齿轮中部、磁齿轮过渡部和轮齿；磁齿轮中部的厚度比磁齿轮过渡部和轮齿的厚度大百分之二十至百分之三十；磁齿轮中部的直径占磁齿轮的直径的百分之四十至百分之五十。有利于提高磁齿轮中部的结构强度，提高磁齿轮轴向的稳定性。

进一步方案为，轮齿的齿顶和磁齿轮端面的连接处设置为圆角。有利于降低磁齿轮因啮合冲击而产生的损坏。

本发明提供磁齿轮，包括齿轮体和耐磨层，齿轮体和耐磨层填充有基体材料，耐磨层内设有沿磁齿轮周向缠绕的长纤。由此可见，通过磁齿轮工作面设置沿磁齿轮周向缠绕的长纤，有利于大大提高磁齿轮的抗弯曲强度和齿面的耐磨度，有利于减小磁齿轮啮合的摩擦，降低传动负载，有利于本发明的磁齿轮适应高转速传动。

进一步方案为，沿磁齿轮径向，长纤外侧设置第一带孔布。进一步提高磁齿轮轮齿的抗弯曲强度和齿面的耐磨度。

进一步方案为，沿磁齿轮径向，长纤内侧设置第二带孔布。进一步提高磁齿轮轮齿的抗弯曲强度和齿面的耐磨度。

进一步方案为，第一带孔布外侧的基体材料具有粒状填料。有利于进一步增强磁齿轮齿面的耐磨度。

进一步方案为，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内外侧的基体材料；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内外侧的基体材料；至少部分纤维状填料穿过长纤之间的间隙而连接长纤布内外侧的基体材料。有利于提高耐磨层内部材料之间的结合力，提高磁齿轮齿面的抗拉能力，提高磁齿轮的结构强度。

附图说明

图1是本发明磁齿轮的示意图；

图2是本发明磁齿轮的一种啮合情况的示意图；

图3是本发明磁齿轮的又一种啮合情况的示意图；

图4是图1的立体剖视图；

图5是图1的材料结构立体剖视示意图。

具体实施例

磁齿轮实施例

如图1所示，磁齿轮100包括轮齿101和齿槽102，磁齿轮101具有偶数轮齿。在同一轮齿的两个齿面上分别设置有极性不相同的两个工作磁极；相邻的两个轮齿，其相对的齿面的工作磁极的极性相同。

如图2所示，一对本发明磁齿轮啮合传动，包括主动轮200和从动轮300。

主动轮200的轮齿包括第一轮齿210和第二轮齿220，第一轮齿210和第二轮齿220沿磁齿轮200周向间隔均匀分布。第一轮齿210的具有第一齿面211和第二齿面212，两个齿面上分别设置有极性不相同的两个工作磁极，设第一齿面211的工作磁极为N极，设第二齿面212的工作磁极为S极。第二轮齿220的具有第一齿面221和第二齿面222，两个齿面上分别设置有极性不相同的两个工作磁极，设第一齿面221的工作磁极为S极，设第二齿面222的工作磁极为N极。

从动轮300的轮齿包括第一轮齿310和第二轮齿320，第一轮齿310和第二轮齿320沿磁齿轮300周向间隔均匀分布。第一轮齿310的具有第一齿面311和第二齿面312，两个齿面上分别设置有极性不相同的两个工作磁极，设第一齿面311的工作磁极为N极，设第二齿面312的工作磁极为S极。第二轮齿320的具有第一齿面321和第二齿面322，两个齿面上分别设置有极性不相同的两个工作磁极，设第一齿面321的工作磁极为S极，设第二齿面322的工作磁极为N极。

主动轮200和从动轮300啮合，主动200沿箭头方向01转动带动从动轮300沿箭头方向02转动。当主动轮200和从动轮300啮合位于第一工作位置时，从动轮300的第一轮齿310的齿顶302靠近主动轮200的第一轮齿210和第二轮齿220之间的齿槽201。此时，主动轮200的第一轮齿210的第二齿面211的N极与从动轮300的第一轮齿310的第二齿面312的S极产生吸引力，主动轮200通过此吸引力带动从动轮300转动。主动轮200的第二轮齿220的第二齿面222的N极与从动轮300的第一轮齿310的第二齿面311的N极产生排斥力，主动轮200通过此排斥力推动从动轮300转动。

如图3所示，当主动轮200和从动轮300啮合位于第二工作位置时，主动轮200的第二轮齿220的齿顶202靠近从动轮300的第一轮齿310和第二轮齿320之间的齿槽301。此时，主动轮200的第二轮齿220的第二齿面222的N极与从动轮300的第一轮齿310的第一齿面311的N极产生排斥力，主动轮200通过此排斥力推动从动轮300转动。主动轮200的第一轮齿220的第一齿面221的S极与从动轮300的第二轮齿320的第二齿面322的N极产生吸引力，主动轮200通过此吸引力带动从动轮300转动。

磁齿轮啮合通过磁极间的吸力和排斥力共同作用，有利于主动轮驱动从动轮转动，降低磁齿轮间的传动负载，减少动能的损耗。磁极间的吸引力还有利于磁齿轮位置校准，提高磁齿轮准转动的稳定性，使本发明的磁齿轮适应于高速传动。

优选的，主动轮200的齿槽201设置有第一磁源203；从动轮300的齿槽301设置有第二磁源303。主动轮200和从动轮300啮合时，第一磁源203靠近从动轮300的齿顶302产生排斥力；第二磁源303靠近主动轮200的轮齿齿顶产生排斥力。进一步地减低摩擦，使本发明的磁齿轮适用于高速传动。

优选的，如图4所示，沿磁齿轮100径向，由内至外地包括磁齿轮中部105、磁齿轮过渡部106和轮齿101；磁齿轮中部105的厚度比磁齿轮过渡部106和轮齿101的厚度大百分之二十至百分之三十；磁齿轮中部105的直径占磁齿轮100的直径的百分之四十至百分之五十。有利于提高磁齿轮轴向的稳定性，进一步有利于磁齿轮在高速下的稳定传动扭矩。

优选的，轮齿101的齿顶103和磁齿轮端面的连接处设置为圆角107。有利于降低轮齿101的冲击损坏。

优选的，沿磁齿轮100周向的磁齿轮轮廓设置有耐磨层。有利于减小磁齿轮啮合的摩擦，降低传动负载，进一步有利于降低轮齿101的冲击损坏。进一步地有利于本发明的磁齿轮适应高转速传动。

如图5所示，磁齿轮500包括齿轮体501和耐磨层502。耐磨层502内沿磁齿轮500径向由外至内设置有沿磁齿轮500周向设置的第一带孔布503、沿磁齿轮周向缠绕的长纤504和沿磁齿轮500周向设置的第二带孔布505。第一带孔布503外侧的基体材料5021具有粒状填料。长纤504与第一带孔布503之间的基体材料5022具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503而连接第一带孔布503内外侧的基体材料；长纤504与第二带孔布505之间的基体材料5022具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503而连接第二带孔布503内外侧的基体材料5022；至少部分纤维状填料穿过长纤504之间的间隙而连接长纤布内外侧的基体材料5022。

优选的，长纤504沿磁齿轮周向缠绕至少一圈。长纤504可以是单丝沿磁齿轮周向连续缠绕，也可以是丝束沿磁齿轮周向连续缠绕。长纤504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，基体材料中的粒状填料包含至少二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，基体材料中的丝状填料包含至少二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502内的第一带孔布503和长纤502之间的粘合力，增强耐磨层502内的第二带孔布505和长纤502之间的粘合力，提高耐磨层502的基体材料的结构强度，防止基体材料在强冲击下脱落。

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。

优选的，在基体材料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。

耐磨层内的粒状填料不限于分布在第二带孔布103的外侧，还可以分布在整个耐磨层的基体材料内。

耐磨层内的纤维状填料不限于分布在第二带孔布103的内侧，还可以分布在整个耐磨层的基体材料中。

可选的，带孔布503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，磁齿轮体可通过注塑的工艺成型，基体材料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最少一种树脂。

优选的，本发明的基体材料还填充有阻燃剂。该阻燃剂包括三聚氰胺聚磷酸盐和甲基膦酸二甲酯，其对环氧树脂的阻燃性能优良，有利于提高耐磨预浸料的耐水性和拉伸强度。可选的，该阻燃剂还可以由蒙脱土、三聚氰胺和三聚氰胺聚磷酸盐组成。

优选的，本发明的齿轮的表面通过喷涂石墨烯悬浮液的方式将石墨烯展开在磁齿轮表面上成型石墨烯防护层。石墨烯悬浮液的喷涂初速度大于380m/s，该喷涂速度优选的大于420m/s。石墨烯悬浮液具有较高的喷涂初速度有利于石墨烯悬浮液在喷涂中雾化，有利于石墨烯的均匀喷涂。高速喷出的液滴撞击电磁屏蔽层时，利于将动能转化为热能，促进石墨烯的亲油基团与齿轮的基团建立化学键，还有利于石墨烯的边缘重新接合，形成平滑的防护层。极大地提高复合材料的耐磨强度和抗冲击的能力。

优选的，喷涂石墨烯悬浮液的喷嘴与齿轮之间的距离小于5.5cm。

优选的，喷涂石墨烯悬浮液之前将喷嘴预热到300℃至340℃之间。同时对齿轮进行预热处理。有利于提高石墨烯活性，也有利于提高形成动态喷雾，有利于减少石墨烯悬浮液与齿轮之间的温差，防止热胀冷缩而导致石墨烯防护涂层的脱落。

优选的，在齿轮凝胶后且完全固化前完成石墨烯悬浮液喷涂。

优选的，石墨烯锚固甲基、乙基、丙基、丁基、苯基、环己基、乙烯基、丙烯基、氨基、氨丙基、氨乙基氨丙基、巯基丙基和苯胺甲基胺基中至少一种亲油基团。石墨烯悬浮液的液体由甲醇、乙醇、丙酮、丁酮和DMF中的至少一种混合而成，石墨烯与石墨烯悬浮液的质量比在7%至9.5%之间。有利于降低石墨烯涂层的重叠度，增加石墨烯与齿轮表面的边缘接触，同时易于实现石墨烯的单一薄层，有利于提高复合材料的抗冲击能力。

形成的石墨烯防护层上的石墨烯片层结构层层叠加、交错排列，通过形成弯曲的通道构成迷宫式的屏蔽架构，实现曲路密封。有利于提高石墨烯防护涂层致密性，从而其防水性能，有效地抑制腐蚀介质的浸润、渗透和扩散。

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 (9)

1.磁齿轮，包括轮齿和齿槽，其特征在于：

所述磁齿轮具有偶数轮齿；

在同一所述轮齿的两个齿面上分别设置有极性不相同的两个工作磁极；

相邻的两个所述轮齿，其相对的齿面的工作磁极的极性相同。

2.根据权利要求1所述磁齿轮，其特征在于：

一对所述磁齿轮啮合传动；

主动轮的齿槽设置有第一磁源，从动轮的齿槽设置有第二磁源；

所述第一磁源靠近所述从动轮的轮齿齿顶产生排斥力；

所述第二磁源靠近所述主动轮的轮齿齿顶产生排斥力；沿所述磁齿轮转动方向，所述轮齿的后侧为第一齿面，所述轮齿的前侧为第二齿面；

所述主动轮的第一齿面与所述从动轮的第二齿面产生吸引力；

所述主动轮的第二齿面与所述从动轮的第一齿面产生排斥力。

3.根据权利要求2所述磁齿轮，其特征在于：

沿所述磁齿轮径向，由内至外地包括磁齿轮中部、磁齿轮过渡部和轮齿；

所述磁齿轮中部的厚度比所述磁齿轮过渡部和所述轮齿的厚度大百分之二十至百分之三十；

所述磁齿轮中部的直径占所述磁齿轮的直径的百分之四十至百分之五十。

4.根据权利要求3所述磁齿轮，其特征在于：

所述轮齿的齿顶和所述磁齿轮端面的连接处设置为圆角。

5.磁齿轮，包括齿轮体和耐磨层，所述齿轮体和所述耐磨层填充有基体材料，其特征在于：

所述耐磨层内设有沿所述磁齿轮周向缠绕的长纤。

6.根据权利要求5所述磁齿轮，其特征在于：

沿所述磁齿轮径向，所述长纤外侧设置第一带孔布。

7.根据权利要求6所述磁齿轮，其特征在于：

沿所述磁齿轮径向，所述长纤内侧设置第二带孔布。

8.根据权利要求7所述磁齿轮，其特征在于：

所述第一带孔布外侧的基体材料具有粒状填料。

9.根据权利要求7所述磁齿轮，其特征在于：

所述长纤与所述第一带孔布之间的基体材料具有纤维状填料，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内外侧的基体材料；

所述长纤与所述第二带孔布之间的基体材料具有纤维状填料，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内外侧的基体材料；

至少部分纤维状填料穿过所述长纤之间的间隙而连接所述长纤布内外侧的基体材料。