CN202719103U

CN202719103U - 磁传动斜齿轮副

Info

Publication number: CN202719103U
Application number: CN 201220069337
Authority: CN
Inventors: 陶桂宝; 卢敏; 胡捷; 孙广村
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2022-02-27

Abstract

本实用新型公开了一种磁传动斜齿轮副，包括定子、主动轮和从动轮，定子沿轴向设置有一贯通呈内圆锥形的内腔，内腔的内表面设置有多个定子永磁体块；从动轮包括前连接套、后连接端盖以及设置在前连接套与后连接端盖之间的铁磁栅，铁磁栅的外部形状为与定子的内腔相适形的外圆锥形，铁磁栅的内部为呈内圆锥形的腔体结构，铁磁栅的锥形表面上设置有多个呈辐射状分布的锥状孔；主动轮包括依次连接的输入轴、与铁磁栅内部腔体结构相适形的外圆锥形轮体以及连接轴，轮体的表面设置有多个主动轮永磁体块，本实用新型由于消除了普通机械式齿轮传动副的接触摩擦，传动损耗仅仅包括一些铁心损耗，理论上最高传动效率可达到96％，比机械齿轮传动普遍提高10％。

Description

磁传动斜齿轮副

技术领域

本实用新型涉及一种传动组件，特别涉及一种磁传动斜齿轮副。

背景技术

在提高拖动转矩的方法中，机械式齿轮变速传动应用极为广泛，但长期以来其传动基本形式没有变化，即始终是依靠机械式齿轮副的两轮齿的啮合进行传动。这就给齿轮传动带来了一些不可消除的问题，如机械疲劳、摩擦损耗、震动噪音等，尽管可以采用油脂润滑技术，但以上问题依旧无法根除，导致使用维护极其繁琐，而且机械式齿轮传动的理论效率最多也只能达到85％，固定传动速比的机械式齿轮副传动使得需要在更宽转速范围的多级、分档调速机构结构复杂，无法适应越来越多的无级变速的传动技术要求。

我国是世界上稀土永磁材料最丰富的国家，大力发展稀土材料的应用对我国有现实的意义。随着控制技术的进步，稀土永磁材料在电驱动领域已经得到广泛应用，稀土永磁材料做成的各类电机产品，其单位体积材料传送的力矩密度大，能源利用效率高而能耗小，显示出其稀土材料巨大的优越性。稀土永磁材料在机械传动领域的应用，国内外才处于起步阶段，2004年英国工程师从理论和样机的具体实践上完成了一种新型径向磁场磁性齿轮的设计工作，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；目前关于传递力矩较大的横向磁场磁性齿轮结构以及综合横向磁场与径向磁场特征的斜向气隙磁场磁性齿轮结构均未见研究成果。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种磁传动斜齿轮副。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：。

本实用新型的磁传动斜齿轮副，包括

定子，所述定子沿轴向设置有一贯通的内腔，所述内腔呈内圆锥形，所述内腔的表面设置有多个沿轴向辐射状排列的定子永磁体块，所述定子永磁体块以N极和S极间隔排列的方式进行设置，总的极对数为p_r；

从动轮，所述从动轮包括前连接套、后连接端盖以及设置在前连接套与后连接端盖之间的铁磁栅，所述铁磁栅的外部形状为与定子的内腔相适形的外圆锥形，所述铁磁栅的内部为呈内圆锥形的腔体结构，所述铁磁栅的锥形表面上沿轴向均匀设置有多个呈辐射状分布的锥状孔，锥状孔之间为Zg个起导磁作用的导磁栅齿，所述后连接端盖的外圆与铁磁栅的大端为紧配合连接，所述后连接端盖的中心位置向外垂直设置一输出轴；

主动轮，所述主动轮包括依次连接的输入轴、与铁磁栅内部腔体结构相适形的外圆锥形轮体以及连接轴，所述外圆锥形轮体的表面设置有多个沿轴向辐射状排列的主动轮永磁体块，所述主动轮永磁体块以N极和S极间隔排列的方式进行设置，总的极对数为p_s，所述极对数p_s和p_r为一奇数、一偶数的正整数对；

所述从动轮的前连接套通过轴承III连接于主动轮的输入轴上，所述主动轮的连接轴通过轴承IV以同心方式与动轮的后连接端盖相连接，所述主动轮的轮体容纳于从动轮铁磁栅的内部腔体结构内，所述定子内腔与铁磁栅之间，以及铁磁栅与主动轮的轮体之间互不接触且三者外部锥面的大小端朝向相同；

所述主动轮永磁体块与定子永磁体块相对设置，共同构成磁性传动斜齿轮副的气隙磁场，该磁场透过铁磁栅的锥形孔，从空间气隙穿过而形成磁性传动斜齿轮副的斜向磁场。

进一步，所述从动轮铁磁栅(5)的导磁栅齿数Zg、极对数p_r、极对数p_s满足以下关系约束：

Zg＝p_r+p_s；

进一步，所述磁性传动斜齿轮副还包括两端设置有输入、输出轴连接通道的外壳体，所述定子、主动轮和从动轮均设置在外壳体内；

进一步，所述外壳体包括前端盖、后端盖以及与前、后端盖的外圆相连接的中间壳体，所述前端盖和后端盖的中心位置上分别设置有输入、输出轴连接通道且在两个连接通道上分别设置有轴承I和轴承II，所述主动轮的输入轴透过轴承I进行固定，所述从动轮的输出轴通过轴承II进行固定；

进一步，所述定子的内部构造为铁芯结构；

进一步，定子的铁芯结构由导磁的硅钢板经冲压成片状并叠压铆焊成一整体；

进一步，所述主动轮的轮体为铁芯结构；

进一步，所述从动轮的铁磁栅由导磁的薄钢板经冲压成片状，再经拉伸成锥形漏斗形状，多片叠压铆焊成一整体，最后经金属切削加工成形。

本实用新型的有益效果是：

1.能量损耗小，传动效率高：由于消除了普通机械式齿轮传动副的接触摩擦，传动损耗仅仅包括一些铁心损耗，理论上最高传动效率可达到96％，比机械齿轮传动普遍提高10％；

2.单位体积传送的转矩密度高，为普通电机的10倍：研究表明，稀土永磁无刷电机在自然冷却、强制风冷、水冷却的条件下，其传送的转矩密度可分别达到10kN.m/m³、20kN.m/m³、30kN.m/m³，横向磁通稀土永磁电机传送的转矩密度可达40～80kN.m/m³，而本新型斜向气隙磁场的稀土磁性传动齿轮所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.不存在机械齿轮传动时因齿部啮合接触而产生的震动噪音；

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；

6.转速传动比恒定，转速的动态瞬时稳定度高，运行平稳。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：

图1是本实用新型的的平面结构半剖面图；

图2是本实用新型的立体结构复合剖面图；

图3是本实用新型的定子立体结构全剖面图；

图4是本实用新型的主动轮立体结构示意图；

图5是本实用新型的从动轮立体结构示意图。

以上图中：1.输入轴；2.前端盖；3.定子铁芯；4.定子永磁体块；5.铁磁栅；6.主动轮永磁体块；7.主动轮轮体；8.从动轮的后连接端盖；9.后端盖；10.输出轴；11a-11d分别为滚动轴承I-IV；12.中间壳体。

图中符号标识：N-极性N的永磁体；S-极性S的永磁体；Bg-经从动轮铁磁栅调磁后的斜向气隙磁场磁通密度；Zg为从动轮铁磁栅导磁栅齿数(也为铁磁栅上的锥形孔数目)；n_r-主动轮转速；n_g-从动轮转速；2p_r-主动轮永磁体分布极数；2p_s-定子永磁体分布极数。

具体实施方式

以下将参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。

图1所示实施例是本实用新型所述的一种磁传动斜齿轮副的平面结构半剖面图，图2是本实用新型所述的一种磁传动斜齿轮副的立体结构复合剖面图。该斜齿轮副包括了定子、主动轮和从动轮，其内部结构关系特征如下：

定子为铁芯结构，定子铁芯3沿轴向设置有一贯通的内腔，内腔呈内圆锥形，内腔的内表面设置有多个沿轴向辐射状排列的定子永磁体块4，定子永磁体块4以N极和S极间隔排列的方式进行设置，总的极对数为p_r；本实施例中，定子铁芯是由导磁的硅钢板经冲压成片状并叠压铆焊成一整体而制得。

从动轮包括前连接套15、后连接端盖8以及设置在前连接套与后连接端盖之间的铁磁栅5，铁磁栅5的外部形状为与定子的内腔相适形的外圆锥形，铁磁栅的内部为呈内圆锥形的腔体结构，铁磁栅的锥形表面上沿轴向均匀设置有多个呈辐射状分布的锥状孔51，锥状孔51的数量为Zg，后连接端盖8的外圆与铁磁栅5的大端为紧配合连接，后连接端盖8的中心位置向外垂直设置一输出轴10；本实施例中，从动轮的铁磁栅由导磁的薄钢板经冲压成片状，再经拉伸成锥形漏斗形状，多片叠压铆焊成一整体，最后经金属切削加工成形；同时，后连接端盖与输出轴焊接成一整体。

主动轮包括依次连接的输入轴1、与铁磁栅内部腔体结构相适形的外圆锥形轮体7以及连接轴，轮体的表面设置有多个沿轴向辐射状排列的主动轮永磁体块6，主动轮永磁体块6以N极和S极间隔排列的方式进行设置，总的极对数为p_s，极对数p_s和p_r为一奇数、一偶数的正整数对；本实施例中，主动轮的轮体由导磁的硅钢板经冲压成片状叠压铆焊成一整体制得。

从动轮的前连接套15通过轴承III 11c连接于主动轮的输入轴上，主动轮的连接轴通过轴承IV 11d以同心方式与动轮的后连接端盖8相连接，主动轮的轮体容纳于从动轮的铁磁栅的内部腔体结构内，定子内腔与铁磁栅之间，以及铁磁栅与主动轮的轮体之间互不接触且三者外部锥面的大小端朝向相同；本实施例中，轴承III 11c的内孔套入主动轮的输入轴并焊接成一体；轴承IV 11d的外环圈与后连接端盖焊接成一体。

主动轮永磁体块6与定子永磁体块4相对设置，共同构成磁性传动斜齿轮副的气隙磁场，该磁场透过铁磁栅的锥形孔，从空间气隙穿过而形成磁性传动斜齿轮副的斜向磁场。

作为进一步的改进，磁性传动斜齿轮副还包括两端设置有输入、输出轴连接通道的外壳体，所述定子、主动轮和从动轮均设置在外壳体内。本实施例中，外壳体包括前端盖2、后端盖9以及与前、后端盖的外圆相连接的中间壳体12，前端盖2和后端盖9的中心位置上分别设置有输入、输出轴连接通道且在两个连接通道上分别设置有轴承I 11a和轴承II 11b，主动轮的输入轴1透过轴承I 11a进行固定，从动轮的输出轴通过轴承II 11b进行固定。

本实施例中，有以下约束条件：

1.主动轮上的输入轴1的转速n_r、从动轮上的输出轴10的转速n_g、从动轮铁磁栅5的导磁栅齿数Zg、主动轮永磁体6的极对数p_r、定子永磁体4的极对数p_s满足以下关系约束，且极对数p_s和p_r为一奇数、一偶数的正整数对：

\frac{n_{g}}{n_{r}} = \frac{p_{r}}{Z_{g}} = \frac{p_{r}}{p_{r} + p_{s}}

Zg＝p_r+p_s；

2.通过输入轴1的输入力矩T_r、从输出轴10输出的力矩T_g、磁性传动斜齿轮副的传动效率η满足以下关系约束，传动效率η为大于90％和小于100％之间的正百分数：

\frac{T_{g}}{T_{r}} = \frac{Z_{g}}{p_{r}} \times η = \frac{p_{r} + p_{s}}{p_{r}} \times η .

作为一个较佳的实施例，本实用新型中选取的参数的如下：主动轮磁极数为2p_r＝4极，定子磁极数为2p_s＝34极，从动轮铁磁栅导磁栅齿数Zg＝19，转速传动比

本实用新型的应用范围广泛，并且可以通过常规技术组成多种系统，如将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。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims

1.一种磁传动斜齿轮副，其特征在于：所述斜齿轮副包括

2.根据权利要求1所述的磁传动斜齿轮副，其特征在于：所述从动轮铁磁栅(5)的导磁栅齿数Zg、极对数p_r、极对数p_s满足以下关系约束：

Zg＝p_r+p_s。

3.根据权利要求1或2所述的磁传动斜齿轮副，其特征在于：所述磁性传动斜齿轮副还包括两端设置有输入、输出轴连接通道的外壳体，所述定子、主动轮和从动轮均设置在外壳体内。

4.根据权利要求3所述的磁传动斜齿轮副，其特征在于：所述外壳体包括前端盖、后端盖以及与前、后端盖的外圆相连接的中间壳体，所述前端盖和后端盖的中心位置上分别设置有输入、输出轴连接通道且在两个连接通道上分别设置有轴承I和轴承II，所述主动轮的输入轴透过轴承I进行固定，所述从动轮的输出轴通过轴承II进行固定。

5.根据权利要求1所述的磁传动斜齿轮副，其特征在于：所述定子的内部构造为铁芯结构。

6.根据权利要求5所述的磁传动斜齿轮副，其特征在于：定子的铁芯结构由导磁的硅钢板经冲压成片状并叠压铆焊成一整体。

7.根据权利要求1所述的磁传动斜齿轮副，其特征在于：所述主动轮的轮体为铁芯结构。

8.根据权利要求7所述的磁传动斜齿轮副，其特征在于：所述从动轮的铁磁栅由导磁的薄钢板经冲压成片状，再经拉伸成锥形漏斗形状，多片叠压铆焊成一整体，最后经金属切削加工成形。