CN202280810U - 少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构 - Google Patents
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Abstract
少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构，是一种质心平衡偏移、结构对称布置的少极差偏心盘形磁齿轮新结构，可广泛应用于风力发电、电动汽车、船舰驱动及其它需要直驱传动的领域。其特征是：由双面都具有2p 1个定子永磁体7的磁盘所构成的定子、两个径向偏心安装的行星轮一18和行星轮二19所构成的转子、以及与两行星轮并行连接的孔销式输出机构组成了少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构；两行星轮在轴向分布于定子磁盘两边并有气隙存在，在径向由套装有轴承四14的偏心轴13连接成与旋转中心轴线呈平衡对称的双偏心结构，并通过与两轮并行连接的孔销式输出机构的定位销轴16及轴承五17组成滚动摩擦副结构。
Description
技术领域
本发明是少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构，是一种质心平衡偏移、结构对称布置的少极差偏心盘形磁齿轮新结构，适用于横向磁场的永磁耦合式和异步感应式的两类少极差磁性传动偏心齿轮副，它是利用磁性齿轮传动技术来实现高转速低力矩机械能与低转速大力矩机械能相互转换的变速传动装置，可直接取代常规的机械齿轮传动变速系统，广泛应用于风力发电、水力发电、电动汽车、船舰驱动及其它需要直驱传动的工业领域。
背景技术
近年来，随着风力发电、电动汽车等新能源应用领域的发展需求，国内外开始在新型磁性传动技术上实现对机械传动的技术突破，2004年英国和丹麦的学者K.Atallah、D.Howe 和S.D.Calverley提出了磁场调制理论，并基于磁场调制技术具体完成了一种新型径向磁场磁性齿轮样机的设计工作，克服了以往永磁齿轮传动扭矩较小的缺点, 这给永磁材料在机械传动领域的应用开辟了一个重要的研究方向和未来的应用领域；但是，英国人提出的基于磁场调制技术的磁性齿轮新结构采用传递力矩相对较小的径向磁场结构，这种径向磁场结构的磁性齿轮所传递的功率密度和力矩密度都不及横向磁场结构的磁性齿轮。
针对目前已知的基于磁场调制技术的径向磁场结构的磁性传动齿轮副的缺陷，本案发明人在近期首次提出了“新型横向磁场的少极差磁性传动偏心盘形齿轮副”(201110277432.3和201120350893.4)和“横向磁场的异步感应式少极差磁性传动偏心齿轮副”(201110280089.8和201120353364.X)，以上技术发明对已知的磁性传动从结构到技术原理进行了革命性的突破：第一，结构上突破了径向磁场结构，采用了横向磁场结构，使磁性传动齿轮副更适合于传递更大的力矩；第二，突破了磁场调制技术理论制约，借鉴少齿差行星齿轮传动的技术原理，在国内外首次提出少极差磁场耦合的原理和结构，不仅可取消导磁栅铁芯采用单气隙结构，而且使两轮的磁极耦合度比基于磁场调制技术的磁性齿轮大幅度提高，使得磁性材料在单位体积内所传递的力矩密度成倍提高；第三，进一步突破了主动轮与从动轮纯粹的永久磁场耦合的理论约束，借鉴感应式异步电机的电磁场理论，在国内外首次提出了两轮间的永久磁场与感应电流磁场相互耦合的原理和结构，首次引入异步转矩来实现磁性传动，可极大地节省稀土材料消耗量。
但就以上两种“少极差磁性传动偏心盘形齿轮副”而言，由于结构上采用少极差的行星轮偏心结构，导致其变速传动时存在不可避免的质量偏心并引发变速机构的振动问题，虽然从工艺上可采取动平衡措施予以改善，但无法从根本上解决其偏心结构的质心偏移问题，故该型结构的磁性传动齿轮副要获得广泛的工业化应用，就必须得解决其偏心结构导致的质量偏移和由此引发的振动问题。
发明内容
针对业已提出的以上两种“少极差磁性传动偏心盘形齿轮副”的偏心结构缺陷，本技术发明的目的在于提供一种质心平衡偏移、结构对称布置的少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构。本发明的基本构思是：将两副“少极差磁性传动偏心盘形齿轮副”进行结构上的对称组合，将其两个行星轮关于旋转中心轴线对称地安装于偏心轴上，这样就达到利用两副相同的行星轮对称偏心来相互平衡彼此的质量偏移，从而彻底解决其运行时的振动问题。
以下结合图1来说明这种少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构的原理及结构特征，图中： 1.输入轴，2.轴承一，3.前端盖，4.机壳，5.隔磁环 ，6. 定子磁轭铁芯， 7.定子永磁体， 8.后端盖， 9.轴承二，10.输出轴，11.轴承三，12.芯轴，13.偏心轴 ，14. 轴承四，15. 后浮动转盘，16. 定位销轴， 17.轴承五，18.行星轮一，19. 行星轮二， 20. 轴承六 ，21.前浮动转盘， 22.行星轮磁轭铁芯，23. 行星轮导体栅，24.行星轮永磁体，25. 不锈钢隔磁栅。图中符号标识：N表示极性为N的永磁体，S表示极性为S的永磁体， n 1表示输入轴1的输入转速，n 2表示输出轴10的输出转速，2p 1表示定子永磁体7的分布极数，2p 2表示行星轮永磁体24的分布极数。
从图1可知，少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构的工作原理与机械式的K-H-V型少齿差行星齿轮类似：输入轴1带动行星轮一18和行星轮二19以转速n 1绕旋转轴线公转，偏心公转的两行星轮与定子永磁体7的永久磁场相互耦合作用而产生与公转方向反向的力矩，该力矩驱使两行星轮绕自身轴线以转速n 2反向自转，再通过并行铰连于两行星轮周向均布孔内的孔销式输出结构将行星轮盘的低速自转输出。从图1可知：从结构上看，该新结构的少极差偏心盘形磁齿轮实际上相当于是将两个偏心磁齿轮副进行了结构上的并联组合，将其两个行星轮关于旋转中心轴线对称地安装于偏心轴上，这样就达到利用两副相同的行星轮对称偏心来相互平衡彼此的质量偏移，从而彻底解决其运行时的振动问题。
少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构的结构特征是：
(一)、由双面都具有2p 1个定子永磁体7的磁盘所构成的定子、两个径向偏心安装的行星轮一18和行星轮二19所构成的转子、以及与两行星轮并行连接的孔销式输出机构组成了少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构；(二)、行星轮一18、行星轮二19在轴向分布于圆环形状的磁盘两边并与磁盘之间存在气隙，在径向由套装有轴承四14的偏心轴13连接成与旋转中心轴线呈平衡对称的双偏心结构；(三)、行星轮一18和行星轮二19的结构有两种结构方式：第一种为由行星轮磁轭铁芯22、行星轮导体栅23所构成的异步感应式行星轮，第二种为由行星轮磁轭铁芯22、2p 2个行星轮永磁体24、不锈钢隔磁栅25所构成的少极差永磁耦合式行星轮；(四)、两行星轮的自转输出结构方式是：通过与两轮并行连接的孔销式输出机构的定位销轴16及轴承五17组成的滚动摩擦副结构。
采用上述技术方案所达到的技术经济效果：
与普通机械式齿轮传动副相比, 本发明涉及的少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构具有如下明显的优势：
① 能量损耗小, 传动效率高；
② 单位体积传送的转矩密度可高于100kN.m/m3；
③ 可靠性高,寿命长：由于无机械接触，故无机械摩损，无需润滑，清洁、无油污、防尘防水等；
④ 从结构上利用两副相同的行星轮对称偏心来相互平衡彼此的质量偏移，从而彻底解决其运行时的振动问题，也不存在机械齿轮在设计加工上常常需要变位修正的设计加工繁琐；
⑤ 具有过载保护作用，在过载时因主、从动轮滑转而随时切断传动关系，不会损坏负载或者原动机，且结构简单；
⑥ 转速传动比恒定，转速的动态瞬时稳定度高，运行平稳；
⑦ 传动比可设计得更大，一级磁性齿轮副的传动比就可以达到100以上，两级少极差磁性齿轮副串联可以达到1000以上，没有磁场调制技术的磁性齿轮副的磁场调制导磁栅铁芯的机械强度制约；
⑧ 结构更简单、更紧凑，体积小、重量轻，比磁场调制技术的磁性齿轮副减轻重量可以达到35%以上；
⑨ 节省稀土永磁材料的单台消耗，提高单位力矩密度和功率密度达一倍以上，极大地节省了单台装置的成本。
附图说明
图1是少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构的工作原理平面拓扑图。
图2是少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构的立体结构全剖面图。
图3是少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构的定子结构立体半剖面图。
图4是少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构的异步感应式结构行星轮及孔销式输出机构的立体结构复合剖面图。
图5是少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构的异步感应式结构行星轮的立体结构剖面图。
图6是少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构的永磁耦合式结构行星轮及孔销式输出机构的立体结构复合剖面图。
图7是少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构的永磁耦合式结构行星轮的立体结构剖面图。
以上图中： 1.输入轴，2.轴承一，3.前端盖，4.机壳，5.隔磁环 ，6. 定子磁轭铁芯， 7.定子永磁体， 8.后端盖， 9.轴承二，10.输出轴，11.轴承三，12.芯轴，13.偏心轴 ，14. 轴承四，15. 后浮动转盘，16. 定位销轴， 17.轴承五，18.行星轮一，19. 行星轮二， 20. 轴承六 ，21.前浮动转盘， 22.行星轮磁轭铁芯，23. 行星轮导体栅，24.行星轮永磁体，25. 不锈钢隔磁栅。
图中符号标识：N表示极性为N的永磁体，S表示极性为S的永磁体， n 1表示输入轴1的输入转速，n 2表示输出轴10的输出转速，2p 1表示定子永磁体7的分布极数，2p 2表示行星轮永磁体24的分布极数。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步的说明：图1是少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构的工作原理平面拓扑图,图2是少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构的立体结构全剖面图,图3是少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构的定子结构立体半剖面图,图4是少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构的异步感应式结构行星轮及孔销式输出机构的立体结构复合剖面图,图5是少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构的异步感应式结构行星轮的立体结构剖面图,图6是少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构的永磁耦合式结构行星轮及孔销式输出机构的立体结构复合剖面图,图7是少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构的永磁耦合式结构行星轮的立体结构剖面图。
1、 如图1和图2所示，少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构的总体结构特征是：一、由双面都具有2p 1个定子永磁体7的磁盘所构成的定子、两个径向偏心安装的行星轮一18和行星轮二19所构成的转子、以及与两行星轮并行连接的孔销式输出机构组成了少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构；二、行星轮一18、行星轮二19在轴向分布于圆环形状的磁盘两边并与磁盘之间存在气隙，在径向由套装有轴承四14的偏心轴13连接成与旋转中心轴线呈平衡对称的双偏心结构；三、行星轮一18和行星轮二19的结构有两种结构方式：第一种为由行星轮磁轭铁芯22、行星轮导体栅23所构成的异步感应式行星轮；第二种为由行星轮磁轭铁芯22、2p 2个行星轮永磁体24、不锈钢隔磁栅25所构成的少极差永磁耦合式行星轮；四、两行星轮的自转输出结构方式是：通过与两轮并行连接的孔销式输出机构的定位销轴16及轴承五17组成的滚动摩擦副结构。
2、 少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构，其转子结构特征是：转子由行星轮一18、行星轮二19、输入轴1、偏心轴13、轴承四14等零件组成；两行星轮在径向由套装有轴承四14的偏心轴13连接成与旋转中心轴线呈平衡对称的双偏心结构；偏心轴的一端插入输入轴1端面的偏心孔内定位，另一端则插入芯轴12的偏心孔内定位，输入轴1通过轴承六20与前浮动转盘21相连，芯轴12通过轴承三11与后浮动转盘15相连；行星轮的结构有两种结构方式：第一种，采用异步感应式结构的行星轮一18和行星轮二19由行星轮磁轭铁芯22、行星轮导体栅23所构成，图4展示了这种异步感应式结构行星轮及孔销式输出机构的立体结构复合剖面图，图5展示了这种异步感应式结构行星轮的立体结构剖面图；第二种，采用少极差永磁耦合式结构的行星轮一18和行星轮二19由行星轮磁轭铁芯22、2p 2个行星轮永磁体24、不锈钢隔磁栅25所构成，图6展示了这种永磁耦合式结构行星轮及孔销式输出机构的立体结构复合剖面图，图7展示了这种永磁耦合式结构行星轮的立体结构剖面图。
3、 见图3所示，少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构，其定子结构特征是：定子由机壳4、前端盖3、后端盖8、隔磁环5、定子磁轭铁芯6、定子永磁体7等零件组成；定子磁轭铁芯6呈圆盘形状，两边分别装配固定有2p 1个定子永磁体7，其外紧配合套装有非导磁不锈钢材料制造的隔磁环5，从而构成了定子磁盘，该磁盘紧配合套装于机壳4内孔适当位置，定子的前端盖3通过轴承一2与输入轴1相连，定子的后端盖8通过轴承二9与输出轴相连，两端盖通过止口圆定位与机壳紧固装配为一体。
4、 如图2、图4、图6所示，少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构，其空销式输出机构的特征是：并行连接方式的孔销式输出机构由输出轴10、后浮动转盘15、前浮动转盘21、周向均布的定位销轴16及轴承五17组成的滚动摩擦副构成。
以上所述的仅是本技术发明的优选实施方式，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本技术发明原理的前提下，还可以作出若干结构变形和改进(如将本发明涉及的磁性齿轮副进行多极直轴串联即可构成多级变速传动系统)，这些也应该视为本技术发明的保护范围，这些都不会影响本技术发明实施的效果和实用性。
Claims (4)
1.少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构，其特征是：一、由双面都具有2p 1个定子永磁体(7)的磁盘所构成的定子、两个径向偏心安装的行星轮一(18)和行星轮二(19)所构成的转子、以及与两行星轮并行连接的孔销式输出机构组成了少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构；二、行星轮一(18)、行星轮二(19)在轴向分布于圆环形状的磁盘两边并与磁盘之间存在气隙，在径向由套装有轴承四(14)的偏心轴(13)连接成与旋转中心轴线呈平衡对称的双偏心结构；三、行星轮一(18)和行星轮二(19)的结构有两种结构方式：第一种为由行星轮磁轭铁芯(22)、行星轮导体栅(23)所构成的异步感应式行星轮，第二种为由行星轮磁轭铁芯(22)、2p 2个行星轮永磁体(24)、不锈钢隔磁栅(25)所构成的少极差永磁耦合式行星轮；四、两行星轮的自转输出结构方式是：通过与两轮并行连接的孔销式输出机构的定位销轴(16)及轴承五(17)组成的滚动摩擦副结构。
2.根据权利要求1所述的少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构，其特征是：转子由行星轮一(18)、行星轮二(19)、输入轴(1)、偏心轴(13)、轴承四(14)等零件组成；两行星轮在径向由套装有轴承四(14)的偏心轴(13)连接成与旋转中心轴线呈平衡对称的双偏心结构；偏心轴的一端插入输入轴(1)端面的偏心孔内定位，另一端则插入芯轴(12)的偏心孔内定位，输入轴(1)通过轴承六(20)与前浮动转盘(21)相连，芯轴(12)通过轴承三(11)与后浮动转盘(15)相连；行星轮的结构有两种结构方式：第一种，采用异步感应式结构的行星轮一(18)和行星轮二(19)由行星轮磁轭铁芯(22)、行星轮导体栅(23)所构成，第二种，采用少极差双永磁耦合式结构的行星轮一(18)和行星轮二(19)由行星轮磁轭铁芯(22)、2 p 2个行星轮永磁体(24)、不锈钢隔磁栅(25)所构成。
3.根据权利要求1所述的少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构，其特征是：定子由机壳(4)、前端盖(3)、后端盖(8)、隔磁环(5)、定子磁轭铁芯(6)、定子永磁体(7)等零件组成；定子磁轭铁芯(6)呈圆盘形状，两边分别装配固定有2p 1个定子永磁体(7)，其外紧配合套装有非导磁不锈钢材料制造的隔磁环(5)，从而构成了定子磁盘，该磁盘紧配合套装于机壳(4)内孔适当位置，定子的前端盖(3)通过轴承一(2)与输入轴(1)相连，定子的后端盖(8)通过轴承二(9)与输出轴相连，两端盖通过止口圆定位与机壳紧固装配为一体。
4.根据权利要求1所述的少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构，其特征是：并行连接方式的孔销式输出机构由输出轴(10)、后浮动转盘(15)、前浮动转盘(21)、周向均布的定位销轴(16)及轴承五(17)组成的滚动摩擦副构成。
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