CN110112957B - 磁齿轮 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁齿轮，其包括齿轮体和磁源。齿轮体包括第一齿轮体和第二齿轮体，沿第一齿轮体周向均布有第一磁源阵列，沿第二齿轮体周向均布有第二磁源阵列。沿齿轮体轴向，第一磁源阵列的第一磁源与第二磁源阵列的第二磁源的中部配合产生吸引力；第一磁源与第二磁源的两端配合分别产生排斥力。在工作位置上，磁源与磁源之间同时产生排斥力和吸引力。通过磁源两端产生排斥力，提高主动齿轮驱动从动齿轮转动的驱动力，提高齿轮之间传动的稳定性。通过磁源中部产生的吸引力，实现齿轮与齿轮之间啮合时的相位对准，提高齿轮啮合的可靠性。

Description

磁齿轮

技术领域

本发明涉及一种新型的磁齿轮。

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。传统的齿轮依靠各自轮齿啮合进行传动，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的工作。

如今出现的磁齿轮在齿轮环状柱体表面交替分布着数对N、S磁极，利用磁极之间的单一进行齿轮之间的传动。但这种磁齿轮承载能力较低，也无法适应较高的传动转速。也出现另一种磁齿轮，通过在齿轮的轮齿安装永磁体，同时利用齿轮的轮齿啮合以及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适用于高速的传动的磁齿轮。

为实现上述目的，本发明提供一种磁齿轮，其包括齿轮体和磁源。齿轮体包括第一齿轮体和第二齿轮体。沿第一齿轮体周向均布有第一磁源阵列，沿第二齿轮体周向均布有第二磁源阵列。沿齿轮体轴向，第一磁源阵列的第一磁源与第二磁源阵列的第二磁源的中部配合产生吸引力。第一磁源与第二磁源的两端配合分别产生排斥力。在作位置上，磁源与磁源之间同时产生排斥力和吸引力。通过磁源两端产生排斥力，提高主动齿轮驱动从动齿轮转动的驱动力，提高齿轮之间传动的稳定性。通过磁源中部产生的吸引力，实现齿轮与齿轮之间啮合时的相位对准，提高齿轮啮合的可靠性。综合利用吸引力和排斥力辅助磁齿轮传动，有利于降低齿轮间传动的传动负载，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，第二磁源沿齿轮体轴向设置有第一分体磁源、第二分体磁源、第三分体磁源。第一分体磁源的充磁方向与第三分体磁源的充磁方向相同。第一分体磁源的充磁方向与第二分体磁源的充磁方向相反。第一磁源的两端分别与第一分体磁源和第三分体磁源啮合产生排斥力，第一磁源的中部与第二分体磁源啮合产生吸引力。有利于在两磁源之间同时产生排斥力和吸引力，提高磁源安装位的空间利用率。

进一步方案为，第一磁源的充磁方向沿第一齿轮体周向设置；第二磁源的充磁方向沿第二齿轮体周向设置。

另一进一步方案为，第一磁源的充磁方向沿第一齿轮体径向设置；第二磁源的充磁方向沿第二齿轮体径向设置。

进一步方案为，沿第一齿轮体径向自内而外，第一磁源沿轴向的宽度逐步减小；沿第二齿轮体径向自内而外，第二磁源沿轴向的宽度逐步减小。有利于磁源在工作位置上的中部产生吸引力的磁力线相对集中，两端产生排斥力的磁力线相对朝外发散，有利于磁齿轮的转动流畅稳定。

进一步方案为，第一齿轮体的直径大于第二齿轮体的直径。第一磁源靠近第一齿轮体的外侧分布，第二磁源靠近第二齿轮的外侧分布。第一磁源沿轴向的宽度逐步减小的速率大于第二磁源沿轴向的宽度逐步减小的速率。有利于保证磁源的磁性与齿轮的尺寸的合理配合，提高齿轮传动的结构刚度和可靠性。

进一步方案为，齿轮体包括齿顶和齿槽。第一磁源设置在第一齿轮体的齿顶和齿槽内，第二磁源设置在第二齿轮体的齿顶和齿槽内。通过轮齿与齿槽配合，提高磁齿轮的传动能力，利用吸引力和排斥力辅助磁齿轮传动，有利于增大传递扭矩，有利于磁齿轮高速传动下保持稳定传动。

另一进一步方案为，第二磁源阵列包括关于第二齿轮体的旋转中心平面对称分布的第一分磁源阵列和第二分磁源阵列；第一分磁源阵列的第一分磁源与第二分磁源阵列的第二分磁源充磁方向的延长线的交点位于第二磁源靠近第二齿轮体的轴线的一侧。有利于保证齿轮啮合时，磁源与磁源之间同时产生排斥力与吸引力，并同时利用排斥力与吸引力辅助磁齿轮工作，结构简单，易于安装。

进一步方案为，第一磁源阵列的第一磁源的充磁方向大致沿第一齿轮体的径向分布。有利于提高第一磁源与第一分磁源、第二分磁源之间受力对称，传动平稳，提高齿轮啮合传动的可靠性。

进一步方案为，第一磁源与第一分磁源的靠近旋转中心平面的一侧产生吸引力，第一磁源与第一分磁源远离旋转中心平面的一侧产生排斥力；第一磁源与第二分磁源的靠近旋转中心平面的一侧产生吸引力，第一磁源与第二分磁源远离旋转中心平面的一侧产生排斥力。在啮合位置上，磁齿轮同时通过吸引力和排斥力进行传动，传动阻力小，有利于降低齿轮间传动的传动负载，有利于磁齿轮高速传动下保持稳定传动。

附图说明

图1是磁齿轮第一具体实施例的磁齿轮立体剖视图；

图2是磁齿轮第一具体实施例的磁齿轮俯视剖视图；

图3是磁源配合的主视图；

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是磁齿轮另一剖视示意图；

图8是图7的局部放大视图；

图9是磁齿轮第二具体实施例的磁齿轮立体图；

图10是图9的剖视图；

图11是第一磁源与第一分磁源、第二分磁源磁极示意图；

图12是第一磁源与第一分磁源、第二分磁源磁极另一布置形式的示意图。

具体实施例

磁源的充磁方向是指在磁源内部由S极指向N极的方向。

磁源的具有填充图案的一侧为N极，无填充图案的一侧为S极。

磁齿轮第一具体实施例

根据图1、图2、图3综合分析，磁齿轮100包括齿轮体和磁源。齿轮体包括第一齿轮体101和第二齿轮体102，第一齿轮体101的直径小于第二齿轮体102的直径。优选的，第一齿轮体101的直径大约为第二齿轮体102的直径的二分之一。沿第一齿轮体101周向均布有第一磁源阵列103，沿第二齿轮体102周向均布有第二磁齿轮阵列104。第一磁源阵列103的第一磁源1031靠近第一齿轮体101的外侧分布，第二磁源阵列104的第二磁源1041靠近第二齿轮体102的外侧分布。第一磁源1031的充磁方向沿第一齿轮体101周向设置，第二磁源1041的充磁方向沿第二齿轮体102周向设置。

优选的，第一齿轮体101包含齿顶1011和齿槽1012，第二齿轮体102包含齿顶1021和齿槽1022。第一磁源1031设置在第一齿轮体101的齿顶1011和齿槽1012内，第二磁源1041设置在第二齿轮体102的齿顶1021和齿槽1022内。

优选的，沿齿轮体周向，齿轮体的齿顶和齿槽的外侧面呈平顺圆弧状。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。

第二磁源1041沿齿轮体轴向设置有第一分体磁源1042、第二分体磁源1043、第三分体磁源1044。第一分体磁源1042的充磁方向与第三分体磁源1044的充磁方向相同，第一分体磁源1042的充磁方向与第二分体磁源1043的充磁方向相反。第一磁源1031的两端分别与第一分体磁源1042和第三分体磁源1044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1031的中部与第二分体磁源1043啮合产生吸引力，磁源的N极和S极的布置如图5所示。

优选的，第二分体磁源1043的轴向宽度分别小于第一分体磁源1042的轴向宽度和第三分体磁源1044的轴向宽度。从而使第一磁源1031和第二磁源1041产生的吸引力小于所产生的排斥力，优选的吸引力为排斥力的五分之一。有利于进一步提高齿轮传动的稳定性、转动的流畅性以及齿轮啮合的准确性。

优选的，沿第一齿轮体101径向自内而外，第一磁源1031沿轴向的宽度逐步减小。沿第二齿轮体102径向自内而外，第二磁源1041沿轴向的宽度逐步减小，且第二磁源1041沿轴向的宽度逐步减小的速率小于第一磁源1031沿轴向的宽度逐步减小的速率。有利于磁源在工作位置上的中部产生吸引力的磁力线相对集中，两端产生排斥力的磁力线相对朝外发散，有利于磁齿轮的转动流畅稳定。

优选的，第一磁源1031的径向宽度小于第二磁源1041的径向宽度。第一磁源1031的轴向宽度大于第二磁源1041的轴向宽度。

第一磁源1031和第二磁源1041的充消磁方向不限于沿其所在的齿轮体周向设置，还可以沿齿轮体径向设置。如图7所示，第一磁源1031的充磁方向沿第一齿轮体101径向设置，第二磁源1041的充磁方向沿第二齿轮体102径向设置。第一磁源1031、第二磁源1041的N极和S极的设置如图8所示，第一磁源1031的中部与第二磁源1041中部啮合产生吸引力，第一磁源1031的轴向两端与第二磁源1041的轴向两端啮合产生吸引力。

优选的，沿齿轮体径向，位于齿轮工作面和磁源之间的基体材料填充有导磁填料，用于增强磁源的磁性。导磁填料可以为镍、铁等导磁材料。

磁齿轮结构不限于是柱型齿轮，也可以是柱型无齿磁齿轮、有齿或无齿的锥形齿轮、斜齿轮、齿条，螺旋齿轮。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。

此方案还可用于同步带轮的传动机构上，磁源靠近带轮的外侧分布，并设置在该带轮的齿顶和齿槽内；磁源靠近同步带内侧分布，并设置在齿顶和齿槽内。利用磁源啮合时产生的排斥力和吸引力，排斥力增强驱动力，有利于提高同步带轮的传动机构负载能力。吸引力增强相位对准，有利于提高同步带轮的传动机构的啮合精度，适应高速传动。

优选的，同步带的基体材料为橡胶。磁源的设置可以通过预埋磁体的方法设置在预定位置，还可以通过在基体材料的预定位置上填充磁性填料，磁性填料可以为金属磁粉和铁钴粉、铁镍粉和铁钡粉等磁性填料。优选的，沿同步带周向，在同步带的齿面设置由碳纤维和玻璃纤维混编的纤维混编物，有利于增强同步带周向的抗剪切力、弹性和耐磨性。可选的，本方案的纤维混编物还可以是由碳纤维、石英纤维、玄武岩纤维、聚乙稀纤维、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至少两种高强度的纤维材料制成。

磁齿轮第二具体实施例

本实施例与磁齿轮第一具体实施例的方案基本相同，区别在于磁源的设置。

如图9、图10所示，齿轮体300包括啮合面为凸型侧面3011的第一齿轮体301和啮合面为凹型侧面3021的第二齿轮体302。沿第一齿轮体301周向均布有第一磁源阵列303，沿第二齿轮体302周向均布有第二磁源阵列304。第一磁源阵列303的第一磁源3031的充磁方向大致沿第一齿轮体301的径向分布。第二磁源阵列304包括关于第二齿轮体302的旋转中心平面对称分布的第一分磁源阵列305和第二分磁源阵列306。第一分磁源阵列305的第一分磁源3051与第二分磁源阵列306的第二分磁源3061充磁方向的轴线的交点位于第二磁源阵列靠近第二齿轮体302的轴线的一侧。

优选的，第一分磁源阵列305的第一分磁源3051与第二分磁源阵列306的第二分磁源3061充磁方向的轴线的交点位于旋转中心平面上。

如图11所示，设第一磁源303靠近轴线的一侧为S极，远离轴线的一侧为N极。第一分磁源3051与第二分磁源3061远离旋转中心平面的一侧为N极，第一分磁源3051与第二分磁源3061靠近旋转中心平面的一侧为S极。当第一齿轮体301和第二齿轮体302啮合传动时，第一磁源303的N极与第一分磁源3051的S极产生吸引力，同时又与第一分磁源3051的N极产生排斥力；第一磁源303的N极与第二分磁源3061的S极产生吸引力，同时又与第二分磁源3061的N极产生排斥力。

可选的，如图12所示。第一磁源3031的沿第一齿轮体301的轴向充磁；第一分磁源3051远离旋转中心平面的一侧为N极，其靠近旋转中心平面的一侧为S极；第二分磁源3061远离旋转中心平面的一侧为S极，其靠近旋转中心平面的一侧为N极。第一磁源3031的N极与第一分磁源3051工作，第一磁源3031的S极与第二分磁源3061工作，从而实现齿轮体啮合时，轴向中部产生吸引力，两端部产生排斥力。

可选的，第一磁源3031、第一分磁源3051和第二分磁源3061的充磁方向还可以与图11或图12所述的充磁方向相反。

可选的，第一磁源303、第一分磁源3051和第二分磁源3061可成球体、柱体等。

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，包括齿轮体和磁源；

所述齿轮体，包括第一齿轮体和第二齿轮体；

沿所述第一齿轮体周向均布有第一磁源阵列，沿所述第二齿轮体周向均布有第二磁源阵列；

其特征在于：

所述第二磁源沿所述齿轮体轴向设置有第一分体磁源、第二分体磁源、第三分体磁源；

所述第一分体磁源的充磁方向与所述第三分体磁源的充磁方向相同；

所述第一分体磁源的充磁方向与所述第二分体磁源的充磁方向相反；

所述第一磁源的两端分别与所述第一分体磁源和所述第三分体磁源啮合产生排斥力，所述第一磁源的中部与所述第二分体磁源啮合产生吸引力；

沿所述齿轮体轴向，所述第一磁源阵列的第一磁源与所述第二磁源阵列的第二磁源的中部配合产生吸引力；

所述第一磁源与所述第二磁源的两端配合分别产生排斥力。

2.根据权利要求1所述磁齿轮，其特征在于：

所述第一磁源的充磁方向沿所述第一齿轮体周向设置；

所述第二磁源的充磁方向沿所述第二齿轮体周向设置。

3.根据权利要求1所述磁齿轮，其特征在于：

所述第一磁源的充磁方向沿所述第一齿轮体径向设置；

所述第二磁源的充磁方向沿所述第二齿轮体径向设置。

4.根据权利要求1或2所述磁齿轮，其特征在于：

沿所述第一齿轮体径向自内而外，所述第一磁源沿轴向的宽度逐步减小；

沿所述第二齿轮体径向自内而外，所述第二磁源沿轴向的宽度逐步减小。

5.根据权利要求4所述磁齿轮，其特征在于：

所述第一齿轮体的直径小于所述第二齿轮体的直径；

所述第一磁源靠近所述第一齿轮体的外侧分布，所述第二磁源靠近所述第二齿轮体的外侧分布；

所述第一磁源沿轴向的宽度逐步减小的速率小于所述第二磁源沿轴向的宽度逐步减小的速率。

6.根据权利要求5所述磁齿轮，其特征在于：

所述齿轮体包括齿顶和齿槽；

所述第一磁源设置在所述第一齿轮体的齿顶和齿槽内；

所述第二磁源设置在所述第二齿轮体的齿顶和齿槽内。

7.根据权利要求1所述磁齿轮，其特征在于：

所述第二磁源阵列包括关于所述第二齿轮体的旋转中心平面对称分布的第一分磁源阵列和第二分磁源阵列；

所述第一分磁源阵列的第一分磁源与所述第二分磁源阵列的第二分磁源各自充磁方向所在的轴线的交点位于所述第二磁源阵列靠近所述第二齿轮体的轴线的一侧。

8.根据权利要求7所述磁齿轮，其特征在于：

所述第一磁源阵列的第一磁源的充磁方向大致沿所述第一齿轮体的径向分布。

9.根据权利要求8所述磁齿轮，其特征在于：

所述第一磁源与所述第一分磁源的靠近所述旋转中心平面的一侧产生吸引力，所述第一磁源与所述第一分磁源远离所述旋转中心平面的一侧产生排斥力；

所述第一磁源与所述第二分磁源的靠近所述旋转中心平面的一侧产生吸引力，所述第一磁源与所述第二分磁源远离所述旋转中心平面的一侧产生排斥力。

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