CN201818757U - 磁浮行星齿轮变速机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种磁浮行星齿轮变速机，由一内齿圈、一太阳轮、以及置于内齿圈与太阳轮间的若干行星轮组成，所述内齿圈、太阳轮、行星轮沿各自的外圆圆周方向径向分别设有至少一磁块，内齿圈与行星轮上的磁块同极相对产生斥力使内齿圈传动行星轮旋转，行星轮与太阳轮上的磁块同极相对产生斥力使行星轮传动太阳轮旋转。采用带磁块的行星轮传递内齿圈上磁块与太阳轮上磁块间的扭矩，有效减少磁浮传动结构的整体体积，同时降低作为驱动体的内齿圈和作为被驱动体的太阳轮间的气隙，确保传递磁扭矩稳定，变速机使用安全、传递扭矩稳定、寿命长。

Description

磁浮行星齿轮变速机

技术领域

本实用新型涉及一种行星齿轮变速机，具体说是一种利用磁浮结构驱动行星齿轮的变速机。

背景技术

磁浮传动在上个世纪已经有发明家提出，并利用电磁设计出磁浮齿轮的传动。在许多不同类型的齿轮传动应用中，主动驱动组件和被动传动组件，二者相互隔离分开是有必要的。例如在上个世纪发明的磁力泵中，主动驱动组件可被第一个流体围绕，被动传动组件可以被通过的第二个流体所包围，第一和第二流体必须相互隔离。这种类型的设计要求，就是二者的液体必须孤立，进行实体上的分离。为了解决这个问题，二者之间可以使用非磁性膜片相互隔离开，非接触式磁性主动驱动组件，其磁力可以穿透中间介质驱动被动组件。

美国专利编号3649137，是Laing在1972年3月14日发表的，描述了一个磁耦合离心式泵。它包括一个磁传动的离心式马达，马达是由一个环形永久磁圈和软铁磁性极圈组成，即意味着是通过磁槽降低了流经二极环上马达的转矩。

美国专利编号4115040，是knorr在1978年9月19日发表的，描述了一个永磁磁力泵，这个设计是有泵叶轮和一个从外转子接收同步传输驱动力矩永磁转子组成。外部转子的位置，轴向和径向是不同形式，与对面的内部转子形成它们之间的空气间隙。由转子上板状永磁块，其二者通过面对面形成的空气间隙是很薄的。该泵叶轮轴与内部转子被安置在一个共同的空间内，该非磁化材料的空间，是由一个从外部通过空气间隙形成的封闭区域。

美国专利编号3826938，是Filer在1974年7月30日发表的，描述了磁力耦合电机驱动泵。这项专利磁力驱动联轴器可用于电机驱动泵和其他一些场合，其中包括隔离的耦合组件构成的磁电路，以防止流体互流，并在其中一个激活的多元化固定电通量的一部分也形成了磁路的一部分，同时也改进磁流通量的路径。

美国专利编号3378710，是Martin在1968年4月16日发表的，公开了一种磁力传动。它描述了磁驱动是类似于一个行星齿轮机械传动，但在行星位置上是用条状磁块代替普通的齿轮。一个外部环形磁块，中间即一个由多对条形，可径向透磁的纯铁组成的磁环和中心太阳，有一个共同的中间轴。任何一个组件，皆可成为驱动件，第一启动者就是驱动件，由磁性传动驱动第二被动件。无论是增速或减速这个装置都可以达成任务。

美国专利编号4850821，是酒井在1989年7月25日发表的，公开了一种多磁驱动泵。该泵的组成零件是磁性零件，其中一个较大的磁环通过一组小行星磁块相互作用。在此专利中介绍的行星磁块的排列，相对于环形磁块，在径向上小行星向内运动，也可经由大环驱使其向外运动。

美国专利编号4725197，是Russell在1988年2月16日发表的，介绍了一种新型叶轮泵的设计。此设计中需要一个油井下信号发射器，包括一个环形叶轮，它安装在一个圆柱形的外壳，并使泥浆沿着钻柱流出。每个叶轮和机壳采用了两个磁块套，其轴向相对磁极排列，使彼此在一个方向的轴向叶轮运动时，将靠两磁块套之间的磁斥力相互作用，磁块的叶轮在相反方向的轴向运动，将倾向于由一个磁块套和磁块的叶轮之间的磁斥力决定。通过两组磁体之间的磁耦合，其产生驱动扭矩由安装了磁块的叶轮相互传递。

一篇名为“磁耦合可以带来更高的扭矩力”的论文，是由美国国家航空和航天局发表的，后由美国航天局技术编号MSC-21171。这篇文章和一般领域的磁性联轴器的研究成果，以及相关技术的一些信息，都可以在航空航天科学和技术报告中找到，这是一个综合性文摘和索引期刊，对科学和太空技术做广泛的报道，其中包括世界太空研究成果论文。这篇论文讨论了这种特殊的磁耦合设计是如何传递扭矩力，磁驱动轴的磁通量通过旋转轴外的流体，产生磁力矩之传递，同时在空隙中放置磁导流体，或电磁设计避免磁力的损失等等。

当在减速或增速要求使用磁传动时，驱动转体和被驱动转体的大小不同问题必须解决。首先，必须采取措施，以确保驱动转体的磁极和被驱动转体的磁极之间的空气间隙，并没有大到导致于它们之间的相互作用磁力不够，强大的磁力作用必须保证这些转体之间发生耦合，磁场的强度不会让其滑动失速，也不会影响驱动和被驱动转体之间的同步。如果是较小的旋转体布置在较大的旋转体的圆心位置，两旋转体同心必须尽量降低被驱动体和驱动体磁极之间可能会有所不同大小的气隙，避免发生有害的影响。

发明内容

为了解决现有技术中减速或增速磁浮传动结构体积过大，被驱动体和驱动体之间的气隙过大或过小导致传递扭矩力过大失速或过小驱动力不足等缺点，本实用新型提供了一种磁浮传动结构紧凑，体积精简，被驱动体和驱动体之间的气隙小且能传递足够的扭矩力的磁浮行星齿轮变速机。

本实用新型采用的技术方案是：一种磁浮行星齿轮变速机，由一内齿圈、一太阳轮、以及置于内齿圈与太阳轮间的若干行星轮组成，其技术特点是所述内齿圈、太阳轮、行星轮沿各自的外圆圆周方向径向分别设有至少一磁块，内齿圈与行星轮上的磁块同极相对产生斥力使内齿圈传动行星轮旋转，行星轮与太阳轮上的磁块同极相对产生斥力使行星轮传动太阳轮旋转。

进一步地，所述磁块为稀土永磁磁块或铁块或铜块。

进一步地，所述内齿圈由行星轮驱动太阳轮，或太阳轮由行星轮驱动内齿圈。

进一步地，所述磁块间的间距相等。

进一步地，所述多个行星轮之间设置有阻隔磁干扰的铁片。

进一步地：所述内齿圈上磁块个数＝太阳轮上磁块个数+2×行星轮上磁块个数，传动速比为太阳轮上磁块个数/内齿圈上磁块的个数。

再进一步地：所述内齿圈、太阳轮、行星轮上轴向上分别增设多个位置相互对应的磁块。

采用以上技术方案后，本实用新型达到的有益效果是：

1、行星轮作为变速机的一个中间旋转体，起传递驱动体内齿圈和被驱动体太阳轮之间的力矩作用，降低了驱动和被驱动之间有效的气隙，通过增加这一组中间旋转体分担内齿圈和太阳轮之间扭矩，可以考虑通过按比例增加行星轮上磁块的数量，来提高整体扭矩；

2、采用行星结构相对于平行轴结构，传动过程中磁块之间的相互作用点增加，传递的扭矩大小增加，在需要传递相同扭矩力时，平行轴传动有利于减小所用磁块的尺寸大小和数量，更加节约材料；由于行星轮安装的磁块之间会存在相互干扰，可针对在行星轮之间安放铁板来隔离磁块之间的相互干扰；使用稀土永磁磁块，可以确保工作温度高达200℃下，行星结构的正常运转；内齿圈与行星轮、行星轮与太阳轮之间的间隙配合，间隙越小驱动扭矩越大，行星变速机构在高速运转的时候，两相对应的磁块的同极磁力线会变成扁平，很容易导致失速，两相对应的磁块相背的另外两个同极吸力的反而能防止失速；

3、在传动过程中，磁块之间径向上相互作用产生驱动扭矩力，若要增加此扭矩力，在不改变磁块大小的情况下，可以通过增加沿行星轴或太阳轴轴向磁环的个数来实现增加径向扭矩力；内齿圈也可以设计成转动的，内齿圈连接自动控制系统能实现无级变速，当输出转速要求恒定时，可以通过调节内齿圈转速来实现无级变速；本设计的变速机主要使用在风力发电机上。对于变速机的输出方式没有特定的要求，也可以用在其他一些设备上，如：水轮机，汽轮机等。若要做减速机，只需要根据使用工况和减速要求，在设计上做局部调整，就可以反向输出形成减速机了。本设计在原理图上是可以做减速机的，所设计的减速机可以使用到减速机的使用范围内。

本实用新型采用带磁块的行星轮传递内齿圈上磁块与太阳轮上磁块间的扭矩，有效减少磁浮传动结构的整体体积，同时降低作为驱动体的内齿圈和作为被驱动体的太阳轮间的气隙，确保传递磁扭矩稳定，变速机使用安全、传递扭矩稳定、寿命长。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型磁通线示意图。

图中：内齿圈1，行星轮2，太阳轮3，第一磁块4，第二磁块5，第三磁块6，行星轮铁板架7，太阳轮铁板架8，行星架9，铁片10。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1所示：磁浮行星齿轮变速机包括行星架9、内齿圈1、行星轮2和太阳轮3。内齿圈1安装于变速机架上，内齿圈1沿外圆圆周方向径向设有至少一磁块--第一磁块4，行星轮2包括至少一磁块--第二磁块5和行星轮铁板架7，第二磁块5呈沿行星轮铁板架7径向设置在行星轮铁板架7上，或多个第二磁块5沿一圆周径向设置在行星轮铁板架7上，太阳轮3包括至少一磁块--第三磁块6和太阳轮板架8，第三磁块6呈沿太阳轮铁板架8径向设置在太阳铁板架8上，或多个第三磁块6沿一圆周径向设置在太阳轮铁板架8上；第一、二、三磁块4、5、6可相同或不同，采用稀土永磁磁块或铁块；太阳轮3设置于内齿圈1内，一个以上的行星轮设置于内齿圈1与太阳轮3间，每个行星轮间分别设有阻隔磁干扰的铁片10；内齿圈1上的第一磁块4与行星轮2上的第二磁块5同极相对产生斥力使内齿圈1传动行星轮2旋转，行星轮2上的第二磁块5与太阳轮3上的第三磁块6同极相对产生斥力使行星轮2传动太阳轮3旋转，内齿圈1与行星轮2、行星轮2与太阳轮3之间的间隙配合，间隙越小越传递扭矩效果越好。

本实用新型所举实施例中内齿圈1使用14个第一磁块4，太阳轮3使用了4个第三磁块6，行星轮2使用了5个第二磁块5，内齿圈第一磁块个数＝太阳轮第三磁块个数+2×行星轮第二磁块个数。当内齿圈作为驱动元件时，机构增速比为内齿圈第一磁块个数/太阳轮第三磁块个数，即14/4＝3.5∶1。内齿圈是一个环形状的并带有14个凹槽结构，它由输入轴支撑旋转，内齿圈14个凹槽内分别镶嵌第一磁块4；太阳轮3镶嵌了4块第三磁块6，太阳轮由输出轴支撑旋转，太阳轮和内齿圈是同心同轴线的；行星轮2镶嵌了5块第二磁块5，行星轮由行星轴支撑旋转；内齿圈1逆时针方向旋转时，带动第一磁块4朝着逆时针的方向旋转，通过无接触磁力扭矩传输给行星轮2上的第二磁块5，磁力力矩传递是由于磁通线穿过第一磁块4和第二磁块5之间的空气间隙(见图2所示)，行星轮2以逆时针的方向旋转；行星轮2上的第二磁块5以逆时针的方向旋转，磁力力矩传递是由于磁通线穿过第二磁块5和第三磁块6之间的空气间隙(见图2所示)，太阳轮3按顺时针方向旋转，此时变速机为增速磁力传动，即太阳轮3与内齿圈1旋转方向相反，太阳轮旋转的速度是内齿圈的3.5倍。本设计大大降低了驱动内齿圈和被驱动太阳轮之间有效的磁力空间间隙，通过增加行星轮的数量，扭矩成比例增加，每一个行星轮可以分担内齿圈和太阳轮所承担的扭矩负载，也可通过按比例增加行星轮上磁块的数量，来提高整体扭矩。

Claims (7)

1.一种磁浮行星齿轮变速机，由一内齿圈(1)、一太阳轮(3)、以及置于内齿圈与太阳轮间的若干行星轮(2)组成，其特征在于：所述内齿圈(1)、太阳轮(3)、行星轮(2)沿各自的外圆圆周方向径向分别设有至少一磁块，内齿圈与行星轮上的磁块同极相对，行星轮与太阳轮上的磁块同极相对。

2.根据权利要求1所述的磁浮行星齿轮变速机，其特征是：所述磁块为稀土永磁磁块或铁块或铜块。

3.根据权利要求1所述的磁浮行星齿轮变速机，其特征是：所述内齿圈(1)由行星轮驱动太阳轮，或太阳轮由行星轮驱动内齿圈。

4.根据权利要求1所述的磁浮行星齿轮变速机，其特征是：所述磁块间的间距相等。

5.根据权利要求1所述的磁浮行星齿轮变速机，其特征是：所述多个行星轮(2)之间设置有阻隔磁干扰的铁片。

6.根据权利要求1所述的磁浮行星齿轮变速机，其特征是：所述内齿圈(1)上磁块个数＝太阳轮(3)上磁块个数+2×行星轮(2)上磁块个数，传动速比为太阳轮上磁块个数/内齿圈上磁块的个数。

7.根据权利要求1所述的磁浮行星齿轮变速机，其特征是：所述内齿圈(1)、太阳轮(3)、行星轮(2)上轴向上分别增设多个位置相互对应的磁块。 

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