CN202906721U - 轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副 - Google Patents

Abstract

轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副，可广泛应用于风力发电、电动汽车、船舰驱动等工业传动领域。其特征是：由具有2p_s个定子永磁体2的永磁定子盘、和装有2p_r个转子永磁体6的永磁转子盘及具有Z_b个凸极波数的凸极式磁导波转子盘3构成磁导谐波式磁性齿轮副，极对数p_s与p_r为彼此互素的正整数对，形成固定差值的少极差，永磁定子盘、永磁转子盘和凸极式磁导波转子盘3三者依次沿轴向呈同轴式分布结构且彼此间通过轴向平面气隙磁场而耦合，利用少极差的异极性磁场吸引的原理在高速旋转的凸极式磁导波转子盘3的凸极直轴区域相互耦合，来驱动少极差的磁性齿轮副低速旋转，从而实现无机械接触、无摩擦的动力变速变矩传动。

Description

轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副

技术领域

本发明是一种轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副，是利用少极差原理构建的磁导交变的谐波式磁性齿轮传动技术来实现高转速小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式谐波齿轮传动变速系统，广泛应用于工业机器人伺服驱动、风力发电、水力发电、电动汽车、船舰驱动及其它需要直接驱动的工业传动领域。

背景技术

在工业应用的许多传动领域往往需要实现低转速大力矩的机械能与高转速低力矩机械能的相互转换，比如：风力发电和水力发电领域需要将极低转速且可变的风能、水的势能转换成高转速的发电用机械动能，电动汽车和潜艇驱动领域又需要将原动机的高速机械功率变换成转速很低而力矩很大的机械功率，工业机器人、雷达跟踪系统及机床加工中心也大量使用的高精度伺服减速驱动机构。按现有常规的设计技术，极低转速和大力矩会使得电机体积庞大，增加电机单位千瓦数的材料消耗并使得工程量巨大；为此，现有公知的普遍方法是借助机械齿轮变速传动技术来实现低转速、大力矩的输出和恒功率调速范围的要求，长期以来少齿差齿轮传动技术和谐波齿轮传动技术是大减速比传动的首选，少齿差传动因偏心引发许多了自转输出机构的加工精度、噪声、效率、震动等一系列问题，而谐波传动又因为柔轮的交替变形的强度、刚度、疲劳而引出传动系统的可靠性和寿命挑战问题，传动力矩、功率和输入转速、传动效率一直难以提高。

中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。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年英国和丹麦学者提出了磁场调制技术理论及其传动结构，并从实践上完成了一种新型径向磁场调制式磁性齿轮的设计及样机验证工作，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。这种基于磁场调制技术的磁性齿轮结构有一个特点，即是采用磁场调制原理来对少极数的主动轮和多极数的从动轮的不同极数的永久磁场进行调制，具体在结构上的方法就是在主动轮和从动轮之间加设了一个具有定向定数的导磁栅铁芯做导磁极，从而有目的地隔离两个不同极数的传动轮。由于导磁栅铁芯的存在使得气隙磁阻与磁势交变脉动，导致转矩周期性波动，不仅影响传动精度，而且传动比越大导磁栅铁芯所受的机械转矩也越大，其结构强度也是影响其寿命的主要因素。因此，改进导磁栅铁芯的栅齿结构并减少栅齿数量是提高其机械强度和寿命的关键环节。

近期，本案发明人之一也提出过新型横向和径向磁场的少极差磁场耦合式偏心磁性齿轮副(201110277432.3、201120350893.4和201110355864.1、201120444409.4)，这种磁性齿轮副是利用两个传动轮副上的两种不同极数的永久磁场相互作用、相互耦合来达到传递力矩和变速传动的目的，但是这种少极差双永磁耦合变速的概念，由于其结构上必须采取偏心，再加稀土材料强大的永久磁场增加了轴承的径向、轴向负荷，而且由于偏心导致输出机构复杂、效率低下，工艺上也增加了加工和装配难度，更不能忍受的是偏心结构导致系统的刚性震动，难以适应减速机构的高转速运行，限制了其应用范围。截止目前为止国内外均还没有人提出过利用少极差原理并结合机械谐波齿轮传动技术原理来改进少极差磁性齿轮副的偏心结构，而这样的技术研究和结构发明对于工程应用具有重要的现实意义。

发明内容

首先，借助图1来分析传统的机械式谐波齿轮传动的技术原理，图中：项4为输入轴，项9为定子刚轮，项10为柔轮转子，项11为波发生转轮；图中符号标识：n₁、n₂表示输入转速、输出转速，Z_s表示机械式谐波齿轮的定子刚轮9的内齿数，Z₂表示机械式谐波齿轮的柔轮转子10的外齿数，b_n表示机械式谐波齿轮的波发生转轮11的波数。当波发生转轮11装入柔轮转子10的内圆时，迫使柔轮转子10产生弹性变形，使其长轴处柔轮转子的轮齿插入定子刚轮9的轮齿槽内，成为完全啮合状态；而其短轴处两轮轮齿完全不接触，处于脱开状态；由啮合到脱开的过程之间则处于啮出或啮入状态。当波发生转轮11连续转动时，迫使柔轮转子10不断产生变形，使两轮轮齿在进行啮入、啮合、啮出、脱开的过程中不断改变各自的工作状态，产生了所谓的错齿运动，从而实现了主动的波发生转轮11与被动的柔轮转子10间的运动传递。谐波齿轮传动中错齿是运动产生的原因，定子刚轮9的内齿数Z_s与柔轮转子10的外齿数Z₂齿数差很小，其齿数差Z_s- Z₂=±b_n决定了波发生转轮11转一周柔轮转子10变形时与定子钢轮同时啮合区域的数目，即波数；目前多用双波和三波传动。图1为波数为b_n=+2的机械式谐波齿轮双波传动原理图；在图中所示的柔轮转子10旋转输出的条件下，其传动比iS b2为：iS b2=n₁÷n₂= - Z₂÷(Z_s- Z₂)= - Z₂÷(±b_n)。

根据上述机械式谐波齿轮传动技术的原理，本技术发明的目的在于提供一种气隙磁密波可交替变化的轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副新结构。本发明的基本构思是，借鉴机械式谐波齿轮传动中两传动轮副错齿运动的原理，并结合凸极式同步电机气隙磁场在直轴和交轴方向因气隙磁导变化导致气隙磁密波也周期性交变的凸极效应理论，将谐波齿轮传动中高速的波发生转轮11用具有磁导凸极效应的凸极式磁导波转子盘代替，用稀土永磁体N、S磁极取代定子刚轮9的内齿和柔轮转子10上的外齿，凸极式磁导波转子盘与带有磁极的柔轮转子之间、柔轮转子与带磁极的定子之间均存在气隙，三者依次沿轴向呈同轴式分布结构，彼此间存在平面气隙并通过轴向平面磁场而耦合；定子和转子的磁极数形成固定的少极差，通过少极差的异极性磁场吸引的原理在高速旋转的凸极式磁导波转子盘的凸极直轴区域相互耦合，来驱动少极差的磁性齿轮副低速旋转，从而实现无机械接触、无摩擦的动力变速变矩传动。

以下结合图2、图3和图4来说明这种轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副的工作原理及结构特征，图中：项1为定子端盖盘，项2为定子永磁体，项3为凸极式磁导波转子盘，项4为输入轴，项5为转子永磁体，项6为转子磁盘，项7为输出轴，项8为机壳；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， n₁、T₁表示输入轴4的输入转速和输入力矩，n₂、T₂输出轴7的输出转速和输出力矩，2p_s表示定子永磁体2的分布极数，2p_r表示转子永磁体5的分布极数，Z_b表示凸极式磁导波转子3的凸极波数。图2为中置式波转子结构的谐波磁性齿轮副的双波传动工作原理平面图；图3为外置式波转子结构的谐波磁性齿轮副的双波传动工作原理平面图；图4为中置式波转子结构的少极差磁导谐波式磁性齿轮副立体结构复合剖面图。

从图2、图3可知，轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副的工作原理与机械式少齿差谐波齿轮传动类似：永磁定子盘和永磁转子盘之间的凸极式磁导波转子盘3会自然驱使定子永磁体2、转子永磁体5按异极性相互吸引的原理在凸极式磁导波转子盘3的呈善形凸出的导磁极片区域产生磁场耦合，工作时，输入轴4带动凸极式磁导波转子盘3绕轴线高速旋转，按照凸极式磁导波转子盘3凸极区域的直轴气隙磁密自动排列整合，形成凸极磁导最大、磁密最高、引力最强的异极性磁耦合的吸引状态，由于定子永磁体2固定且和转子永磁体5之间固定的少极差原因，该凸极方向的磁场引力将强迫驱使永磁转子盘旋转来保持与定子磁场的耦合状态；对图2、图3所示双波传动，凸极式磁导波转子盘3每旋转一周永磁转子盘则反向转过2Z_b个永磁转子的磁极角度，从而实现动力的变速传动。

从图4可知，轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副的结构特征是：

一、由具有2p_s个定子永磁体2的永磁定子盘、和具有2p_r个转子永磁体5的永磁转子盘及具有Z_b个凸极波数的凸极式磁导波转子盘3构成磁导谐波式磁性齿轮副，定子永磁体2的分布极对数p_s与转子永磁体5的分布极对数p_r为彼此互素的正整数对，形成固定差值的少极差，并满足以下关系约束：p_s≠p_r ，︱p_s-p_r︱=︱Z_b︱；Z_b=±2为双波传动方式，Z_b=±3为三波传动方式，Z_b=±4为四波传动方式，Z_b=±k为k波传动方式，k为正整数；

二、轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副的永磁定子盘、永磁转子盘和凸极式磁导波转子盘3三者依次沿轴向呈同轴式分布结构，彼此间存在平面气隙并通过轴向平面磁场而耦合；凸极式磁导波转子盘3与输入轴4紧固连接，永磁转子盘的转子磁盘6与输出轴7紧固连接，永磁定子盘的定子端盖盘1与机壳8定位后紧固连接；永磁定子盘、永磁转子盘和凸极式磁导波转子盘3三者彼此之间通过轴承定位后滚动连接，永磁定子盘的的定子端盖盘1始终安装布置于两转子的一侧，两转子盘在装配上分为两种结构形式：第一，凸极式磁导波转子盘3分布在永磁转子盘和永磁定子盘中间的中置式波转子结构，第二，凸极式磁导波转子盘3布置在永磁转子盘外侧，即永磁转子盘分布于永磁定子盘和凸极式磁导波转子盘3中间的外置式波转子结构；两种分布结构的导磁极片采用凸出外圆表面的扇形叶片结构，转子波数Z_b等于凸出的导磁极片数；

三、轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副的主动轮为凸极式磁导波转子3，从动轮为永磁转子盘，在输入力矩T₁和转速n₁的输入状态下，其输出运动方式分为：第一，永磁定子盘与机壳8固定而永磁转子盘和输出轴7旋转输出力矩T₂和转速n₂，此时，磁性齿轮副的传动比iS br满足约束：iS br =T₂÷T₁=n₁÷n₂=-p_r÷(p_s-p_r)；第二，永磁转子盘和输出轴7固定而永磁定子盘与机壳8旋转输出力矩T₂和转速n₂，此时，磁性齿轮副的传动比ir bS满足约束：ir bS=T₂÷T₁=n₁÷n₂=p_s÷(p_s-p_r)；以上传动关系中出现小于零的负数表示输入和输出的旋转方向相反。

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, 本发明涉及的轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副具有如下明显的优势：

①高效节能、低炭环保：由于消除了普通机械式齿轮传动的接触摩擦, 传动损耗仅仅包括一些铁芯损耗, 理论上最高传动效率可达到98%，比机械齿轮传动普遍提高8%，属于高效节能型产品，符合低炭环保经济特点，广泛推广应用可极大地节省能源，降低碳排放。

②能量(力矩)密度较高：少极差磁场耦合技术使得永磁体的磁场异极性耦合程度比磁场调制式结构的磁性齿轮提高，使磁性材料单位体积传送的转矩密度得到提高，本系列新型稀土磁性传动齿轮所传送的转矩密度高于100kN.m/m³；为磁性齿轮传动技术应用于需要大力矩的工业化动力传动及精密传动领域奠定了基础。

③无回差、无磨损，可靠性高、寿命长：由于无机械接触摩损，不仅消除了机械齿轮因齿隙和磨损而引起的不可避免的齿轮回差困扰，而且由于少极差磁场耦合使得凸极式磁导波转子3的凸极波数有限，彻底改进了磁场调制式磁性齿轮的导磁栅齿数结构，大大提高了传动机构的寿命极限，对于定位精度要求极高且频繁正反转的雷达伺服跟踪系统、工业机器人伺服驱动机构等领域有现实的应用价值。

④无污染、低噪音：不存在机械齿轮传动时因齿部啮合接触而产生的噪音，也克服了少极差磁性齿轮因偏心而导致震动的固有缺陷，加之磁性齿轮无需润滑油脂、清洁、无油污、防尘、防水等优势，对于噪音震动要求极高的领域如长期水下航行的核潜艇降低本体噪音具有潜在的军事应用价值。

⑤传动平稳、缓冲隔离、过载保护：转速传动比恒定，转速的动态瞬时稳定度高，运行平稳；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；通过磁场耦合隔离了原动机与负载机械，可缓冲冲击负荷的影响。

⑥加工方便、工艺简单：无需昂贵的机械齿轮加工和检测设备，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，所有制造工艺技术均为电机工业领域成熟的工艺，一次性设备投资少，主要为装配作业，便于组织大规模流水线生产。

附图说明

图1为波数为b_n=+2的机械式谐波齿轮双波传动原理图；

图2为中置式波转子结构的谐波磁性齿轮副的双波传动工作原理平面图；

图3为外置式波转子结构的谐波磁性齿轮副的双波传动工作原理平面图；

图4为中置式波转子结构的少极差磁导谐波式磁性齿轮副立体结构复合剖面图；

图5为轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副的永磁定子盘立体结构复合剖面图；

图6为轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副的永磁转子盘和输出轴的立体结构图；

图7为谐波磁性齿轮副的中置式双波转子结构的凸极式磁导波转子盘与输入轴立体结构图；

图8为谐波磁性齿轮副的中置式三波转子结构的凸极式磁导波转子盘与输入轴立体结构图；

图9为谐波磁性齿轮副的中置式四波转子结构的凸极式磁导波转子盘与输入轴立体结构图。

以上图中：项1为定子端盖盘，项2为定子永磁体，项3为凸极式磁导波转子盘，项4为输入轴，项5为转子永磁体，项6为转子磁盘，项7为输出轴，项8为机壳；项9为机械式谐波齿轮的定子刚轮，项10为机械式谐波齿轮的柔轮转子，项11为机械式谐波齿轮的波发生转轮。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， n₁、T₁表示输入轴4的输入转速和输入力矩，n₂、T₂输出轴7的输出转速和输出力矩，2p_s表示定子永磁体2的分布极数，2p_r表示转子永磁体5的分布极数，Z_b表示凸极式磁导波转子3的凸极波数；Z_s表示机械式谐波齿轮的定子刚轮9的内齿数，Z₂表示机械式谐波齿轮的柔轮转子10的外齿数，b_n表示机械式谐波齿轮的波发生转轮11的波数。

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：

一、从图2、图3可知，轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副的工作原理与机械式少齿差谐波齿轮传动类似：永磁定子盘和永磁转子盘之间的凸极式磁导波转子盘3会自然驱使定子永磁体2、转子永磁体5按异极性相互吸引的原理在凸极式磁导波转子盘3的呈善形凸出的导磁极片区域产生磁场耦合，工作时，输入轴4带动凸极式磁导波转子盘3绕轴线高速旋转，按照凸极式磁导波转子盘3凸极区域的直轴气隙磁密自动排列整合，形成凸极磁导最大、磁密最高、引力最强的异极性磁耦合的吸引状态，由于定子永磁体2固定且和转子永磁体5之间固定的少极差原因，该凸极方向的磁场引力将强迫驱使永磁转子盘旋转来保持与定子磁场的耦合状态；对图2、图3所示双波传动，凸极式磁导波转子盘3每旋转一周永磁转子盘则反向转过2Z_b个永磁转子的磁极角度，从而实现动力的变速传动。

从图4～图9可以看出轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副的结构特征如下：

二、由具有2p_s个定子永磁体2的永磁定子盘、和具有2p_r个转子永磁体5的永磁转子盘及具有Z_b个凸极波数的凸极式磁导波转子盘3构成磁导谐波式磁性齿轮副，定子永磁体2的分布极对数p_s与转子永磁体5的分布极对数p_r为彼此互素的正整数对，形成固定差值的少极差，并满足以下关系约束：p_s≠p_r ，︱p_s-p_r︱=︱Z_b︱；Z_b=±2为双波传动方式，Z_b=±3为三波传动方式，Z_b=±4为四波传动方式，Z_b=±k为k波传动方式，k为正整数；图4展示了中置式波转子结构的少极差磁导谐波式磁性齿轮副立体结构复合剖面图。

三、轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副的永磁定子盘、永磁转子盘和凸极式磁导波转子盘3三者依次沿轴向呈同轴式分布结构，彼此间存在平面气隙并通过轴向平面磁场而耦合；凸极式磁导波转子盘3与输入轴4紧固连接，永磁转子盘的转子磁盘6与输出轴7紧固连接，永磁定子盘的定子端盖盘1与机壳8定位后紧固连接；永磁定子盘、永磁转子盘和凸极式磁导波转子盘3三者彼此之间通过轴承定位后滚动连接，永磁定子盘的的定子端盖盘1始终安装布置于两转子的一侧，两转子盘在装配上分为两种结构形式：第一，凸极式磁导波转子盘3分布在永磁转子盘和永磁定子盘中间的中置式波转子结构，第二，凸极式磁导波转子盘3布置在永磁转子盘外侧，即永磁转子盘分布于永磁定子盘和凸极式磁导波转子盘3中间的外置式波转子结构；两种分布结构的导磁极片采用凸出外圆表面的扇形叶片结构，转子波数Z_b等于凸出的导磁极片数。

四、轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副的主动轮为凸极式磁导波转子3，从动轮为永磁转子盘，在输入力矩T₁和转速n₁的输入状态下，其输出运动方式分为：第一，永磁定子盘与机壳8固定而永磁转子盘和输出轴7旋转输出力矩T₂和转速n₂，此时，磁性齿轮副的传动比iS br满足约束：iS br =T₂÷T₁=n₁÷n₂=-p_r÷(p_s-p_r)；第二，永磁转子盘和输出轴7固定而永磁定子盘与机壳8旋转输出力矩T₂和转速n₂，此时，磁性齿轮副的传动比ir bS满足约束：        ir bS=T₂÷T₁=n₁÷n₂=p_s÷(p_s-p_r)；以上传动关系中出现小于零的负数表示输入和输出的旋转方向相反。

五、轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副的凸极式磁导波转子盘3采用导磁的实心钢材加工成凸出外圆表面的扇形叶片结构，其凸出的导磁极片数等于转子波数Z_b，凸极式磁导波转子盘3导磁极区域开设有数条径向分布的隔磁条形孔，凸极式磁导波转子盘3面向永磁定子和永磁转子之间的气隙为距离相等的均匀气隙；凸极式磁导波转子盘3与输入轴4紧固连接。图7展示了谐波磁性齿轮副的中置式双波转子结构的凸极式磁导波转子盘与输入轴立体结构图，图8展示了谐波磁性齿轮副的中置式三波转子结构的凸极式磁导波转子盘与输入轴立体结构图，图9展示了谐波磁性齿轮副的中置式四波转子结构的凸极式磁导波转子盘与输入轴立体结构图。

六、轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副的永磁定子盘由定子端盖盘1和定子永磁体2构成，定子永磁体2和分布方式采用N极、S极异极性两两相邻排列的形式安装，安装结构上有两种形式：第一，永磁体安装于定子端盖盘1的一侧平面而直接面对轴向平面气隙的面磁式结构，第二，永磁体安装于定子端盖盘1专门开设的磁极槽内而非直接面对轴向平面气隙的隐极内埋式结构；定子端盖盘1和机壳8采用导磁的材料钢板经机械切削加工成型；定子端盖盘1和机壳8采用螺栓固定成整体结构。图5展示了轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副的永磁定子盘立体结构复合剖面图。

七、轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副的永磁转子盘由转子磁盘6和转子永磁体5构成，转子永磁体5和分布方式采用N极、S极异极性两两相邻排列的形式安装，安装结构上有三种形式：第一，对于中置式波转子结构，永磁体安装于转子磁盘6靠近凸极式磁导波转子盘3的一侧平面而直接面对轴向平面气隙的单侧面磁式结构；第二，对于外置式波转子结构，永磁体安装于转子磁盘6的两侧平面而直接面对轴向平面气隙的双侧面磁式结构；第三，对于两种波转子布置结构，永磁体安装于转子磁盘6专门开设的磁极槽内而非直接面对轴向平面气隙的隐极内埋式结构；转子磁盘6采用导磁的材料钢板经机械切削加工成型；转子磁盘6和输出轴7采用紧配合连接成整体结构。图6展示了轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副的永磁转子盘和输出轴的立体结构图。

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.轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副，其特征是：

一、由具有2p_s个定子永磁体(2)的永磁定子盘、和具有2p_r个转子永磁体(5)的永磁转子盘及具有Z_b个凸极波数的凸极式磁导波转子盘(3)构成磁导谐波式磁性齿轮副，定子永磁体(2)的分布极对数p_s与转子永磁体(5)的分布极对数p_r为彼此互素的正整数对，形成固定差值的少极差，并满足以下关系约束：p_s≠p_r ，︱p_s-p_r︱=︱Z_b︱；Z_b=±2为双波传动方式，Z_b=±3为三波传动方式，Z_b=±4为四波传动方式，Z_b=±k为k波传动方式，k为正整数；

二、轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副的永磁定子盘、永磁转子盘和凸极式磁导波转子盘(3)三者依次沿轴向呈同轴式分布结构，彼此间存在平面气隙并通过轴向平面磁场而耦合；凸极式磁导波转子盘(3)与输入轴(4)紧固连接，永磁转子盘的转子磁盘(6)与输出轴(7)紧固连接，永磁定子盘的定子端盖盘(1)与机壳(8)定位后紧固连接；永磁定子盘、永磁转子盘和凸极式磁导波转子盘(3)三者彼此之间通过轴承定位后滚动连接，永磁定子盘的的定子端盖盘(1)始终安装布置于两转子的一侧，两转子盘在装配上分为两种结构形式：第一，凸极式磁导波转子盘(3)分布在永磁转子盘和永磁定子盘中间的中置式波转子结构，第二，凸极式磁导波转子盘(3)布置在永磁转子盘外侧，即永磁转子盘分布于永磁定子盘和凸极式磁导波转子盘(3)中间的外置式波转子结构；两种分布结构的导磁极片采用凸出外圆表面的扇形叶片结构，转子波数Z_b等于凸出的导磁极片数；

三、轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副的主动轮为凸极式磁导波转子(3)，从动轮为永磁转子盘，在输入力矩T₁和转速n₁的输入状态下，其输出运动方式分为：第一，永磁定子盘与机壳(8)固定而永磁转子盘和输出轴(7)旋转输出力矩T₂和转速n₂，此时，磁性齿轮副的传动比iS br满足约束：iS br =T₂÷T₁=n₁÷n₂=-p_r÷(p_s-p_r)；第二，永磁转子盘和输出轴(7)固定而永磁定子盘与机壳(8)旋转输出力矩T₂和转速n₂，此时，磁性齿轮副的传动比ir bS满足约束：ir bS=T₂÷T₁=n₁÷n₂=p_s÷(p_s-p_r)；以上传动关系中出现小于零的负数表示输入和输出的旋转方向相反。

2.根据权利要求1所述的一种轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副，其特征是：凸极式磁导波转子盘(3)采用导磁的实心钢材加工成凸出外圆表面的扇形叶片结构，其凸出的导磁极片数等于转子波数Z_b，凸极式磁导波转子盘(3)导磁极区域开设有数条径向分布的隔磁条形孔，凸极式磁导波转子盘(3)面向永磁定子和永磁转子之间的气隙为距离相等的均匀气隙；凸极式磁导波转子盘(3)与输入轴(4)紧固连接。

3.根据权利要求1所述的一种轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副，其特征是：永磁定子盘由定子端盖盘(1)和定子永磁体(2)构成，定子永磁体(2)和分布方式采用N极、S极异极性两两相邻排列的形式安装，安装结构上有两种形式：第一，永磁体安装于定子端盖盘(1)的一侧平面而直接面对轴向平面气隙的面磁式结构，第二，永磁体安装于定子端盖盘(1)专门开设的磁极槽内而非直接面对轴向平面气隙的隐极内埋式结构；定子端盖盘(1)和机壳(8)采用导磁的材料钢板经机械切削加工成型；定子端盖盘(1)和机壳(8)采用螺栓固定成整体结构。

4.根据权利要求1所述的一种轴向平面磁场的少极差磁导谐波式磁性齿轮副，其特征是：永磁转子盘由转子磁盘(6)和转子永磁体(5)构成，转子永磁体(5)和分布方式采用N极、S极异极性两两相邻排列的形式安装，安装结构上有三种形式：第一，对于中置式波转子结构，永磁体安装于转子磁盘(6)靠近凸极式磁导波转子盘(3)的一侧平面而直接面对轴向平面气隙的单侧面磁式结构；第二，对于外置式波转子结构，永磁体安装于转子磁盘(6)的两侧平面而直接面对轴向平面气隙的双侧面磁式结构；第三，对于两种波转子布置结构，永磁体安装于转子磁盘(6)专门开设的磁极槽内而非直接面对轴向平面气隙的隐极内埋式结构；转子磁盘(6)采用导磁的材料钢板经机械切削加工成型；转子磁盘(6)和输出轴(7)采用紧配合连接成整体结构。

Images