CN1172426C - 多层磁啮轮及磁性传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多层平面磁啮轮和多层球面磁啮轮以及采用这种磁啮轮的磁性传动装置。多层磁啮轮由若干可旋转的基底、若干可一起旋转的间隔片以及排布在基底上的磁体和转轴组成。整个磁啮轮由带磁体的基底和间隔片相间同轴叠合而成。磁体等间隔地排布在基底上的分度圆上，磁轴方向交替排列。在两个相啮合的磁啮轮的啮合部位，一个磁啮轮的任一磁体或磁极都处于另一磁啮轮的若干磁体或磁极所形成的磁势阱中，在转轴的约束下，当磁体或磁极偏离磁势阱谷底时就会产生切向的磁作用力。本发明的磁啮轮以及磁性传动装置具有啮合力大、转速高、噪声低、无磨损、清洁、高效、有确定转速比、具有过载保护功能和制造加工容易并可传输大功率等一系列的优点。

Description

多层磁啮轮及磁性传动装置

技术领域

本发明涉及一种传动部件和装置，特别涉及一种磁啮轮和以磁体间的相吸和相斥作用来代替机械力作为啮合力的磁性变速传动装置。

背景技术

机械齿轮是目前应用最广泛性能最优良的传动装置。但齿轮有磨损，需润滑，无过载保护功能，其最高线速度不能超过250m/s，且在高速下噪音很大，制造要求也高。

与机械齿轮相比，磁性齿轮具有高机械效率、不接触、噪声低和无磨损等一系列的优点。公开于2001年1月17日英国专利EP1069671和公开于1996年10月29日的美国专利5569967两项揭示了两种磁性齿轮结构。其中，EP1069671揭示了一种以同性磁极间的斥力作为啮合来传递力矩的磁性齿轮。但是这种结构的磁齿轮，其最大磁性啮合力甚小。这里的术语啮合力F定义为啮合力乘齿轮半径等于转矩，当负载大时，磁体就相接触，变成机械传动而非磁传动，此时非但传动性能很差，而且会引起不合理的摩擦，甚至撞碎脆性的磁体。美国专利USP5569967揭示了一种靠磁体间的吸力来传递转矩的磁性齿轮，但是最大啮合力也甚小。中国专利申请CN85103467A也提到用磁体间斥力来实现啮合的磁性齿轮，其最大啮合力也是很小的。由上可见，上述专利的共同缺点都是最大啮合力太小，不能应用于较大功率的传输。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种采用多个多层平面磁啮轮的磁性传动装置，其最大啮合力远远大于前述专利所揭示的磁性齿轮。

按照本发明的这种磁性传动装置包含多个多层平面磁啮轮，每个所述多层平面磁啮轮包含：

层叠在一起的多片磁片轮，每片磁片轮包括：

一块平面圆形基底，所有磁片轮的基底都互相平行；以及

等间隔地排布在一分度圆上的偶数个磁体，该分度圆位于基底上并且与基底同心，所有磁体的磁轴都垂直于所述基底平面，并且分度圆上磁体的极性交替排布，而在平行层叠的两片相邻磁片轮上，所述磁体沿垂直于基底的方向互相对齐，并且相互对齐的磁体的磁轴方向相同；

多片位于相邻两片层叠的所述磁片轮之间的间隔片；以及

贯穿每片磁片轮中基底的圆心和所述间隔片并且垂直于基底和间隔片的转轴，所属基底和间隔片都固定于转轴上，

两个多层平面磁啮轮相互啮合的方式为，它们的转轴互相平行，其中一个多层平面磁啮轮中的两个相邻磁片轮之间的间隙内都插入有另一个多层平面磁啮轮中的一个磁片轮，并且每个所述多层平面磁啮轮中磁片轮上的所有磁体在各自所属分度圆上具有相同的磁弧距。

本发明的另一个目的是提供一种采用多个多层球面磁啮轮的磁性传动装置，其最大啮合力远远大于前述专利所揭示的磁性齿轮。

按照本发明的这种磁性传动装置包含：

多个多层球面磁啮轮，每个多层球面磁啮轮包含：

层叠在一起的多片磁片轮，其中，每片磁片轮包括：

球壳形基底，所有磁片轮的球壳形基底都具有相同的球心；以及

等间隔地排布在一分度圆上的偶数个磁体，该分度圆位于球壳形基底上并且其圆心位于球壳形基底中心与球心的连线上，所有磁体的磁轴都指向或反向指向所述基底球心，并且位于分度圆上的磁体的极性交替排布，而在两片相邻磁片轮上，所述磁体沿指向或反向指向所述基底球心的方向互相对齐，并且相互对齐的磁体的磁轴方向相同；

多片位于相邻两片层叠的所述磁片轮之间的间隔片；以及

指向所述基底球面的球心并且贯穿各片磁片轮基底球壳中心和所述球壳形间隔片的转轴，所属基底和间隔片都固定于转轴上，

两个多层球面磁啮轮相互啮合的方式为，所有球面基底具有同一球心并且两个转轴的轴线的交点位于该球心，其中一个多层球面磁啮轮中的两个相邻磁片轮之间的间隙内都插入有另一个多层球面磁啮轮中的一个磁片轮。

本发明的另一个目的是提供一种用于在直线运动与圆周运动之间进行转换的磁性传动装置，其最大啮合力远远大于前述专利所揭示的磁性齿轮。

按照本发明的这种磁性传动装置包含：

多层平面磁啮轮，它包含：

层叠在一起的多片磁片轮，每片磁片轮包括：

一块平面圆形基底，所有磁片轮的基底都互相平行；以及

等间隔地排布在一分度圆上的偶数个磁体，该分度圆位于基底上并且与基底同心，所有磁体的磁轴都垂直于所述基底平面，并且分度圆上磁体的极性交替排布，而在平行层叠的两片相邻磁片轮上，所述磁体沿垂直于基底的方向互相对齐，并且相互对齐的磁体的磁轴方向相同；

多片位于相邻两片层叠的所述磁片轮之间的间隔片；以及

贯穿每片磁片轮中基底的圆心和所述间隔片并且垂直于基底和间隔片的转轴，所属基底和间隔片都固定于转轴上；以及

磁啮条，它包含：

可以沿所述磁片轮切线方向运动的滑条；以及

与滑条连成一体的多条磁片条，所述磁片条上等间距地嵌有磁体，沿滑条运动方向所述磁体的磁极交替排列而沿平行于转轴方向的所述磁体对齐成磁列并且同一磁列的各磁体的磁轴方向相同，磁体沿滑条运动方向的间距与所述多层平面磁啮轮上磁体间的弧间距等长。

本发明的另外一个目的是提供一种内啮式磁性传动装置，其最大啮合力远远大于前述专利所揭示的磁性齿轮。

按照本发明的这种磁性传动装置包含：

多层平面内磁啮轮，它包含：

层叠在一起的多片磁片轮，每片磁片轮包括：

一块平面圆形基底，所有磁片轮的基底都互相平行；以及

等间隔地排布在一分度圆上的偶数个磁体，该分度圆位于基底上并且与基底同心，所有磁体的磁轴都垂直于所述基底平面，并且分度圆上磁体的极性交替排布，而在平行层叠的两片相邻磁片轮上，所述磁体沿垂直于基底的方向互相对齐，并且相互对齐的磁体的磁轴方向相同；

多片位于相邻两片层叠的所述磁片轮之间的间隔片；以及

贯穿每片磁片轮中基底的圆心和所述间隔片并且垂直于基底和间隔片的转轴，所属基底和间隔片都固定于转轴上；以及

多层平面外磁啮轮，它包含：

筒状旋转架；

与所述筒状旋转架连接在一起的多片磁片轮，每片磁片轮包括：

一块平面环形基底，所有磁片轮的基底都互相平行；以及

等间隔地排布在一分度圆上的偶数个磁体，该分度圆位于基底上并且与基底同心，所有磁体的磁轴都垂直于所述基底平面，并且分度圆上磁体的极性交替排布，而在平行层叠的两片相邻磁片轮上，所述磁体沿垂直于基底的方向互相对齐，并且相互对齐的磁体的磁轴方向相同；以及

贯穿所述筒状旋转架轴心并垂直于环形基底平面的转轴，所述基底同心地固定在筒状旋转架上，而筒状旋转架则固定于转轴上，

多层平面内磁啮轮与多层平面外磁啮轮相互啮合的方式为，它们的转轴互相平行，其中一个的两个相邻磁片轮之间的间隙内都插入有另一个的一个磁片轮，并且每个所述多层平面内磁啮轮和多层平面外磁啮轮中磁片轮上的所有磁体在各自所属分度圆上具有相同的磁弧距。

本发明的磁性传动装置具有啮合力大、转速高、噪声低、无磨损、清洁、高效、有确定的转速比、具有过载保护功能和制造加工容易等一系列的优点。

附图说明

图1(a)和1(b)为单层磁啮轮(即一片磁片轮26加一片间隔片27)的结构图，在分度圆29上的各磁体1～24的极性是交替排布的，其中图1(a)为正面图，图1(b)为轴向剖面图。

图2(a)和2(b)示出了磁体极性表示方法，磁轴30的方向为磁体内从S极到N极的方向，磁极面上画三条线者为N极，其中图2(a)为侧视图，图2(b)为顶视图。

图3(a)和3(b)为另一单层磁啮轮的结构图，其中，图3(a)为正面图，图3(b)为轴向剖面图，图中的标号31～42表示磁体，43表示基底，44表示磁片轮，45表示间隔片，46表示转轴，47为分度圆。

图4为两个多层平面磁啮轮啮合后的轴向剖面图；上半部为图1所示的磁片轮和间隔片同轴叠合后形成的磁啮轮A的轴向剖面图；下半部为图3所示的磁片轮和间隔片同轴叠合后的形成的磁啮轮C的轴向剖面图。在任一磁啮轮中，沿轴向的一列磁体称为磁列，其磁轴都是同向的，相邻磁列的磁体的磁轴相反。在正啮合部位，如图中磁体31和13所在的位置，两磁啮轮的磁体的磁轴方向也全部相同。

图5为两个多层球面磁啮轮啮合状态的轴向剖面图，O点为两球面磁啮轮所有磁片轮和间隔片的共同球心；

图6(a)和6(b)为磁啮轮和磁啮条相啮合的情况。上部为磁啮轮，下部为磁啮条86和燕尾形导轨87。

图7为两个磁啮轮内啮式结构的轴向剖面图。

具体实施方式

以下借助附图描述本发明的较佳实施例。

图1(a)和1(b)为按照本发明较佳实施例的多层平面磁啮轮A的结构图，其中图1(a)为其正面图，而图1(b)为多层平面磁啮轮的轴向剖面图，为简化起见，图1(b)中只画出其中一层。如图1(b)所示，该层平面磁啮轮包含一块磁片轮(magnetic wheels)26、一块间隔片(Spacer)27和转轴28，转轴28贯穿磁片轮26的中心并贯穿间隔片27，并且磁片轮26和间隔片27固定于转轴28上并且二者的平面都垂直于转轴28。如图1(a)所示，磁片轮26由可旋转的平面圆盘状基底25和排布在基底25上的磁体1～24组成，磁体1～24在基底25上等间隔地排列成一个圆，经过这些磁体几何中心的圆就是分度圆29。图2(a)所示磁体1～24内S至N极的方向称为磁轴30，并且所有磁体的磁轴30都平行于转轴28。在分度圆29上磁体1～24的磁轴30是交替排布的。换句话说，在基底25上沿分度圆的磁体1～24的极性交替排布，即任一磁极和相邻磁极的极性是相反的。因此每一磁片轮26上的磁体数目Z是偶数。在本发明的该较佳实施例中，磁体1～24嵌入基底25中并且在其磁轴30方向上的厚度与基底25的厚度相等。此外，间隔片27的厚度要略大于基底25厚度。磁体1～24的形状可采用圆柱体、棱柱体、椭圆柱体或其它形状，基底25和间隔片27宜采用电绝缘性或高电阻率材料以消除或减少涡流，当然，在低转速应用中也可采用金属。

多层平面磁啮轮A由多片相同的磁片轮26和多片相同的间隔片27同轴相间叠合而成，换句话说，两片相邻的磁片轮26之间由一块间隔片27分隔，因此最外面的间隔片可省去，即如果磁片轮为n片，则间隔片为n-1片，n＝1，2，3……。所以叠合后的组态为：磁片轮/间隔片/磁片轮……/间隔片/……间隔片/磁片轮。叠合后相邻两片磁片轮上的磁体在平行于转轴方向上互相对齐，在平行于转轴方向上对齐的一列磁体称为磁列。叠合时要求同一磁列的磁体的磁轴同方向，也就是同一磁列的磁体的极性交替排列。换句话说，在平行于转轴方向，凡相邻的磁体都处于互相吸引的状态。由于沿分度圆方向和沿转轴方向的磁极都是交替排布的，所以整个磁啮轮的磁力线呈笼状，且以转轴为对称轴。任一磁列的磁力线沿共同磁轴向前然后从两边的两列磁列返回形成迴路。

图4上半部分示出了叠合形成的多层平面磁啮轮A的轴向剖面图，为方便起见，这里只画了三片磁片轮。

一个多层磁啮轮的功能相当于一个机械齿轮，两个相啮合的磁啮轮相当于两个相啮合的机械齿轮构成的传动装置，多级传动磁啮轮组相当于多级传动机械齿轮组，一个磁片轮上的每块磁体相当于机械齿轮每个轮齿，一个磁片轮上磁体的个数Z相当于一个齿轮的齿数。经过一个磁片轮上各磁体几何中心的圆称为分度圆，相当于机械齿轮的分度圆，磁啮轮中分度圆的直径d相当于齿轮分度圆直径，磁体在分度圆上的弧距相当于齿轮的齿弧距，在磁啮轮中也引进模数m，且d＝Z×m＝Z×齿弧距/π。

磁啮轮与机械齿轮一样，也具备设定变速比的能力。例如，假设相啮合的两磁啮轮所对应的每个磁片轮的磁体数目分别为Z₁和Z₁′，转速分别为ω₁和ω₁′，则其转速比为：

$k_1=\frac{{\mathrm{\ω}}_1^{\′}}{{\mathrm{\ω}}_1}=\frac{z_1}{z_1^{\′}}$

若象机械齿轮那样组成多级变速装置或齿轮组，则转速比为

$k_2=\frac{{\mathrm{\ω}}_2^{\′}}{{\mathrm{\ω}}_2}=\frac{z_2}{z_2^{\′}},k_3=\frac{{\mathrm{\ω}}_3^{\′}}{{\mathrm{\ω}}_3}=\frac{z_3}{z_3^{\′}}$

则总的变速比为

                        K＝K₁×K₂×K₃

这种关系与机械齿轮中的是一样的。

以下以两个磁啮轮的啮合为例描述磁性传动装置的啮合原理。如图3(a)和3(b)所示，与磁啮轮A相啮合的磁啮轮C的结构与磁啮轮A基本相同。在图3(a)中，31～42为磁体，43为基底，45为间隔片，46为转轴。为变换转速，该磁啮轮C的分度圆47的直径以及每片磁片轮上磁体的数目都与磁啮轮A的不同，但要求两个相啮合的磁啮轮的磁体在各自所属的分度圆上的弧间距相同，即要求有相同的模数m。如果磁啮轮A由n片磁片轮叠成，则磁啮轮C可取n-1、n或n+1片磁片轮。两轮相啮合时还要求分度圆基本相切。图4下半部分示出了叠合形成的多层平面磁啮轮C的轴向剖面图。

图4为磁啮轮A与C啮合后的状态。如图4所示，两个多层平面磁啮轮A与C的啮合方式为，各自的转轴互相平行，多层平面磁啮轮C中的两个相邻磁片轮之间的间隙内都插入有多层平面磁啮轮A的一个磁片轮，并且每个所述多层平面磁啮轮中磁片轮上的所有磁体在各自所属分度圆上具有相同的磁体间弧距，即有相同的磁弧距，换句话说，即两个多层平面磁啮轮的模数m相同。

为减小回路的磁阻，在最外面的两片磁片轮的外表面可各贴上一块高导磁率的导磁板57和58。

在图4所示的磁性传动装置中，在啮合部位，磁啮轮A的每一块磁体1～24都处于磁啮轮C的若干磁体31～42所形成的磁势阱中，反过来，磁啮轮C轮的每一块磁体31～42也都处于磁啮轮A的若干磁体1～24所形成的磁势阱中。在分度圆上及平行于转轴方向上交替排列磁体的极性是为了使势阱更深并且势阱壁更陡，从而当磁体有离开势阱的趋势时产生更大的磁作用力。值得指出的是，在上述磁性传动装置中，磁相互作用并不仅仅局限于两个分度圆相切处的一列磁体，这一列磁体与邻近磁体也有磁相互作用，而且邻近的各列磁体间也有相互作用，只不过这种作用随着远离相切处而减弱。前面所述啮合力正是这些作用力沿分度圆切线方向的切向分量的代数和。

当一只多层平面磁啮轮的分度圆直径趋于无穷大时，则成为类似于机械齿条的磁啮条，磁啮轮与磁啮条之间的啮合可以实现圆周运动与直线运动之间的变换。图6a和图6b为磁啮轮和磁啮条啮合后的结构，图6a为正面图，图6b为沿图6a中直线A′-A′剖取的剖面图。图中上部为磁啮轮，下部为磁啮条，磁啮轮的结构与图1所描述的相同，由若干磁片轮88、89和若干间隔片85相间同轴叠合而成，并可绕转轴84旋转。磁片轮88也由基底83、排布在基底83上的磁体71-82组成。磁啮条由滑条86以及与滑条86连成一体的多条磁片条90、91和92组成，磁片条90、91和92上等间距地嵌有磁体64-70，这些磁体的磁极交替排列，并且磁体间的间距和磁啮轮上磁体间的弧间距等长。在平行于转轴84的方向上，各磁片条上的相应磁体对齐成磁列，同一磁列的各磁体的磁轴方向相同，相邻磁列的磁轴方向相反，磁啮条的滑条86可以在下方的燕尾槽87中滑动。为简便起见，图6a和6b中只画了两片磁片轮和三条磁片条。在图6a和6b所示的磁啮条结构中，将磁片条和滑条连成一整体，省去了磁片条90、91和92之间的间隔条。啮合力的产生与前述多层平面磁啮轮相同。当磁啮轮顺时针转动时，磁啮条就向左滑动；而当磁啮轮逆时针转动时，磁啮条就向右滑动。

与机械齿轮的内齿式类似，磁啮轮也可以做成内啮式，此时相啮合的两个磁啮轮的旋转方向相同。图7示出了两个内啮式磁啮轮啮合后的结构。在这种情况下，啮合的两个磁啮轮中尺寸较大的一个必须在外，称为外磁轮，尺寸较小的必须在内，称为内磁轮。内磁轮的结构与图1所描述的相同，也由多片磁片轮93、94和95、多片间隔片98、99和转轴100组成，外磁轮由筒状旋转架103、与筒状旋转架连在一起的环形磁片轮101、102和转轴104组成，这里的间隔片被省去而由筒状旋转架的一部分代替。磁体96、97、105和106等间隔地排布在分度圆上，在分度圆上极性也是交替排列。各磁体在轴向对齐成磁列，同一磁列的磁轴同向，相邻磁列的磁轴反向。两磁轮啮合的要求也是两轮上的单片磁片轮上的磁体间的弧距相等。啮合力的产生与前述的多层平面磁啮轮相同。当一个磁轮转动时，即带动另一磁轮同方向转动，其转速比为单片磁片轮上磁体数的反比。为简便起见，图7中只画了外磁轮的2片磁片轮和内磁轮的3片磁片轮。

值得指出的是，在上述平面磁啮轮中，间隔片与基底可以一体化成型以构成一个整体。

以下描述多层球面磁啮轮的结构。图5为两个多层球面磁啮轮啮合状态的轴向剖面图，这种结构可由图4所示两个多层平面磁啮轮经如下几何操作而成：两个多层平面磁啮轮以各自的转轴55和56为旋转对称轴，将基底51、52、60、61和62以及基底52和62上的导磁板(未画出)、间隔片53、54和63连同磁体弯曲成同心球壳，在弯曲的同时还将靠近球心一侧的基底60、61和62、导磁板(未画出)、间隔片53、54、63及磁体按球壳半径的比例缩小，即越靠进球心，其磁片轮、分度圆、导磁板、间隔片和磁体就越小。因此磁体将变成锥体，且其内外底面成为凹和凸的球面形状，几何操作还要满足一个重要条件，即两个啮合的多层球面磁啮轮的球心重合于同一点O，这是保证两个磁啮轮能啮合的必要条件。对每一多层球面磁啮轮而言，各基底、间隔片及磁体对球心所张的立体角分别相同，各磁片轮上的磁体数也相同，同一磁片轮上的磁体大小相同，不同磁片轮上的磁体大小不同。不同的多层球面磁啮轮的磁片轮和间隔片对球心所张的立体角可能不同。两个多层球面磁啮轮相互啮合的方式为，所有球壳面基底具有同一球心O并且两个转轴的轴线的交点也位于球心O，其中一个多层球面磁啮轮中的两个相邻磁片轮之间的间隙内都插入有另一个多层球面磁啮轮中的一个磁片轮。这种多层球面磁啮轮可以在两转轴有任意夹角的情况下传输动力，其功能相当于机械齿轮中的两圆锥齿轮啮合。多层球面磁啮轮的最大啮合力和多层平面磁啮轮相近。

同样，与多层平面磁啮轮一样，多层球面磁啮轮也可做成内啮式的，由于基本原理是一样，因此不再赘述。

此外，从理论上讲，多层平面磁啮轮实际上是多层球面磁啮轮在球壳半径趋于无穷大时的特殊情况。

本发明中磁体所用材料包括普通永磁体(NdFeB、铁氧体和磁钢等)、超导永磁体、超导线绕电磁体以及普通线绕电磁体等。

在本发明包含各种磁啮轮的磁性传动装置中，装置两端可设置导磁板引导磁力线。因此除磁体间的间隙是空气外，磁力线的路径都在磁体及导磁材料之内，所以在磁力线回路中磁阻主要来自相邻磁体间的空隙。由于这个间隙可以做得很小，所以当用高导磁率的材料做电磁体的内芯时，很小的励磁电流即可形成超过1T的磁感强度，因此用普通的电磁体代理永久磁体也是可行的。

按照本发明的上述磁性传动装置可具有非常大的最大啮合力和传输功率。以采用现有市售的NdFeB永磁体制造的多层平面磁啮轮构成的磁性传动装置为例，假设该永磁体的剩余磁感强度Br为1T，矫顽力Hc为1000KA/m，其中一个多层平面磁啮轮的分度圆直径为100mm(最大外径115mm)，厚50mm，相啮合的另一个多层平面磁啮轮的分度圆直径为50mm(最大外径65mm)，厚60m，则最大啮合力F_max将超过400牛顿。如果以大轮作主动轮，转速为1000转/秒，则作为从动轮的小轮的转速为2000转/秒，因此可传输超过100KW的功率。

如果采用超导线绕的磁体或用俘获磁通的超导永磁体(例如融熔织构法生产的超导体YBa₂Cu₃O_7-X)，则所产生的磁场更强，最大啮合力将更大。

本发明的多层磁啮轮具有如下的特点：

1.具有过载保护功能

以平面磁啮轮为例，当C轮负载增大时，C轮在转角上有更大的滞后，继续加大C轮的负载，则齿合力进一步加大，最后达到最大值Fmax，Fmax就是最大啮合力。超过此值后啮合力减小，接着啮合力反向，这时A轮反而受C轮的推动而加速。发生这种情况时，A轮一会儿输出能量，一会受馈能量，其平均输出功率为零。C轮将在负载的作用下逐渐停止，而A轮则在动力源的策动下达到空载极限转速。这种情况称脱啮。由于是磁力啮合，所以脱啮时A轮和C轮都不会损坏。这就是过载保护功能。因此，磁啮轮有转矩限制功能，球面磁啮轮的情况也相同。

2.不接触传动

磁啮轮靠磁场力而不是靠机械力传动，因此主动轮和从动轮之间无机械接触。因而无磨损，也不需要润滑，很清洁。此外主动轮和从动轮之间可以真空隔离，即一个磁啮轮在大气中另一个与之相啮合的磁啮轮在真空中。这些特点在某些场合特别有用。

3.低噪声

由于是不接触传动，无磨擦，无撞击，故噪声很低。

4.高效率

因磁啮轮没有机械摩擦损耗，而当基底和间隔片采用电绝缘材料时又没有涡流损耗，磁场在空间的变化率也没有达到辐射电磁波的程度，而永磁体内的磁通也是不变的，因此磁啮轮有接近百分之百的传递效率，曾做过实验：让两磁啮轮在10000转/分的转速下长时间运行，结果滚珠轴承有升温而磁啮轮则没有可感觉到的升温。如果用电磁体代替永久磁体，则励磁电流要消耗少量能量。

5.高转速

由于是磁性啮合，噪声低，又没有限制转速的结构性因素，因此可运行于极高的转速，可以轻易地变速到并运行于每分钟十万转以上的转速，限制转速的只是基底和间隔片的抗拉强度。这是为了提供足够的向心力。

6.软性啮合

磁啮轮启动时，从动轮对主动轮的跟步过程较机械齿轮来得缓慢，这就是软性啮合，其优点是启动时对后面的机构无大的冲击力。其缺点是磁啮轮的局部角度传动比不及机械齿轮精确。磁啮轮的加工制造要比机械齿轮容易。

7.最大啮合力Fmax

设两个啮合的多层平面磁啮轮的磁片轮数分别为n和n+1，磁体为圆柱形，直径为D，圆柱轴平行于转轴。圆柱磁体表面磁感强度为B。则最大啮合力正比于2nB²D。即Fmax正比于2nB²D。多层球面磁啮轮的情况较复杂，但Fmax也随着n、B、D的增加而增加。两种磁啮轮的Fmax都随磁体间的轴向间隙的减小而增加。

8.可制造最大啮合力可调的电磁体磁啮轮

如果用电磁体代替永磁体，则改变励磁电流强度即可改磁感强度B，从而改变最大啮合力Fmax。这样，即使运行中也可随意设置所传输的转矩的上限，十分方便。当然在这种装置中导电环和电刷是需要的。

Claims (8)

1.一种磁性传动装置，其特征在于，

包含多个多层平面磁啮轮，每个所述多层平面磁啮轮包含：

层叠在一起的多片磁片轮，每片磁片轮包括：

一块平面圆形基底，所有磁片轮的基底都互相平行；以及

等间隔地排布在一分度圆上的偶数个磁体，该分度圆位于基底上并且与基底同心，所有磁体的磁轴都垂直于所述基底平面，并且分度圆上磁体的极性交替排布，而在平行层叠的两片相邻磁片轮上，所述磁体沿垂直于基底的方向互相对齐，并且相互对齐的磁体的磁轴方向相同；

多片位于相邻两片层叠的所述磁片轮之间的间隔片；以及

贯穿每片磁片轮中基底的圆心和所述间隔片并且垂直于基底和间隔片的转轴，所述基底和间隔片都固定于转轴上，

两个多层平面磁啮轮相互啮合的方式为，它们的转轴互相平行，其中一个多层平面磁啮轮中的两个相邻磁片轮之间的间隙内都插入有另一个多层平面磁啮轮中的一个磁片轮，并且每个所述多层平面磁啮轮中磁片轮上的所有磁体在各自所属分度圆上具有相同的磁弧距。

2.如权利要求1所述的磁性传动装置，其特征在于，所述磁体所用材料选自NdFeB、铁氧体、磁钢、超导永磁体、超导线绕电磁体以及普通线绕电磁体中的任意一种。

3.如权利要求1或2所述的磁性传动装置，其特征在于，在所述磁性传动装置最外面两片磁片轮的外表面上各放置一块导磁板。

4.一种磁性传动装置，其特征在于，

包含多个多层球面磁啮轮，每个多层球面磁啮轮包含：

层叠在一起的多片磁片轮，其中，每片磁片轮包括：

球壳形基底，所有磁片轮的球壳形基底都具有相同的球心；以及

等间隔地排布在一分度圆上的偶数个磁体，该分度圆位于球壳形基底上并且其圆心位于球壳形基底中心与球心的连线上，所有磁体的磁轴都指向或反向指向所述基底球心，并且位于分度圆上的磁体的极性交替排布，而在两片相邻磁片轮上，所述磁体沿指向或反向指向所述基底球心的方向互相对齐，并且相互对齐的磁体的磁轴方向相同；

多片位于相邻两片层叠的所述磁片轮之间的间隔片；以及

指向所述基底球面的球心并且贯穿各片磁片轮基底球壳中心和所述球壳形间隔片的转轴，所述基底和间隔片都固定于转轴上，

两个多层球面磁啮轮相互啮合的方式为，所有球面基底具有相同的球心并且两个转轴的轴线的交点位于球心，其中一个多层球面磁啮轮中的两个相邻磁片轮之间的间隙内都插入有另一个多层球面磁啮轮中的一个磁片轮。

5.如权利要求4所述的磁性传动装置，其特征在于，所述磁体所用材料选自NdFeB、铁氧体、磁钢、超导永磁体、超导线绕电磁体以及普通线绕电磁体中的任意一种。

6.如权利要求4或5所述的磁性传动装置，其特征在于，在所述磁性传动装置最外面两片磁片轮的外表面上各放置一块导磁板。

7.一种用于在直线运动与圆周运动之间进行转换的磁性传动装置，其特征在于，包含：

多层平面磁啮轮，它包含：

层叠在一起的多片磁片轮，每片磁片轮包括：

一块平面圆形基底，所有磁片轮的基底都互相平行；以及

等间隔地排布在一分度圆上的偶数个磁体，该分度圆位于基底上并且与基底同心，所有磁体的磁轴都垂直于所述基底平面，并且分度圆上磁体的极性交替排布，而在平行层叠的两片相邻磁片轮上，所述磁体沿垂直于基底的方向互相对齐，并且相互对齐的磁体的磁轴方向相同；

多片位于相邻两片层叠的所述磁片轮之间的间隔片；以及

贯穿每片磁片轮中基底的圆心和所述间隔片并且垂直于基底和间隔片的转轴，所述基底和间隔片都固定于转轴上；以及

磁啮条，它包含：

可以沿所述磁片轮切线方向运动的滑条；以及

与滑条连成一体的多条磁片条，所述磁片条上等间距地嵌有磁体，沿滑条运动方向所述磁体的磁极交替排列而沿平行于转轴方向的所述磁体对齐成磁列并且同一磁列的各磁体的磁轴方向相同，磁体沿滑条运动方向的间距与所述多层平面磁啮轮上磁体间的弧间距等长。

8.一种内啮式磁性传动装置，其特征在于，包含：

多层平面内磁啮轮，它包含：

层叠在一起的多片磁片轮，每片磁片轮包括：

一块平面圆形基底，所有磁片轮的基底都互相平行；以及

等间隔地排布在一分度圆上的偶数个磁体，该分度圆位于基底上并且与基底同心，所有磁体的磁轴都垂直于所述基底平面，并且分度圆上磁体的极性交替排布，而在平行层叠的两片相邻磁片轮上，所述磁体沿垂直于基底的方向互相对齐，并且相互对齐的磁体的磁轴方向相同；

多片位于相邻两片层叠的所述磁片轮之间的间隔片；以及

贯穿每片磁片轮中基底的圆心和所述间隔片并且垂直于基底和间隔片的转轴，所述基底和间隔片都固定于转轴上；以及

多层平面外磁啮轮，它包含：

筒状旋转架；

与所述筒状旋转架连接在一起的多片磁片轮，每片磁片轮包括：

一块平面环形基底，所有磁片轮的基底都互相平行；以及

等间隔地排布在一分度圆上的偶数个磁体，该分度圆位于基底上并且与基底同心，所有磁体的磁轴都垂直于所述基底平面，并且分度圆上磁体的极性交替排布，而在平行层叠的两片相邻磁片轮上，所述磁体沿垂直于基底的方向互相对齐，并且相互对齐的磁体的磁轴方向相同；以及

贯穿所述筒状旋转架轴心并垂直于环形基底平面的转轴，所述基底同心地固定在筒状旋转架上，而筒状旋转架则固定于转轴上，

多层平面内磁啮轮与多层平面外磁啮轮相互啮合的方式为，它们的转轴互相平行，其中一个的两个相邻磁片轮之间的间隙内都插入有另一个的一个磁片轮，并且每个所述多层平面内磁啮轮和多层平面外磁啮轮中磁片轮上的所有磁体在各自所属分度圆上具有相同的磁弧距。

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