專利名稱：新型橫向磁場的少極差磁性傳動偏心盤形齒輪副的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種新型橫向磁場的少極差磁性傳動偏心盤形齒輪副，是一種利用磁性齒輪傳動技術(shù)來實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速低力矩機械能與低轉(zhuǎn)速大力矩機械能相互轉(zhuǎn)換的變速傳動裝置，可直接取代常規(guī)的機械齒輪傳動變速系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電、電動汽車、 船艦驅(qū)動及其它需要直接驅(qū)動的工業(yè)傳動領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在工業(yè)應(yīng)用的許多傳動領(lǐng)域往往需要實現(xiàn)低轉(zhuǎn)速大力矩的機械能與高轉(zhuǎn)速低力矩機械能的相互轉(zhuǎn)換，比如風(fēng)力發(fā)電和水力發(fā)電領(lǐng)域需要將極低轉(zhuǎn)速且可變的風(fēng)能、水的勢能轉(zhuǎn)換成高轉(zhuǎn)速的發(fā)電用機械動能，電動汽車和潛艇驅(qū)動領(lǐng)域又需要將驅(qū)動電機的高速機械功率變換成轉(zhuǎn)速很低而力矩很大的機械功率。按現(xiàn)有常規(guī)的設(shè)計技術(shù)，極低轉(zhuǎn)速和大力矩會使得電機體積龐大，增加電機單位千瓦數(shù)的材料消耗并使得工程量巨大；為此，現(xiàn)有公知的普遍方法是借助機械齒輪變速傳動技術(shù)來實現(xiàn)低轉(zhuǎn)速、大力矩的輸出和恒功率調(diào)速范圍的要求，長期以來機械齒輪傳動技術(shù)的基本形式?jīng)]有變化，即始終是依靠機械式齒輪副的兩輪齒的嚙合進(jìn)行傳動。這就給齒輪傳動帶來了一些不可消除的問題，如機械疲勞、摩擦損耗、震動噪音等，盡管可以采用油脂潤滑技術(shù)，但以上問題依舊無法根除，導(dǎo)致使用維護(hù)極其繁瑣，而且機械式齒輪傳動的理論效率最多也只能達(dá)到85%，而常規(guī)高變速比的機械齒輪變速系統(tǒng)傳動效率更低、噪聲更大、可靠性很差，整個傳動系統(tǒng)體積大。固定傳動速比的機械式齒輪副傳動使得需要在更寬轉(zhuǎn)速范圍的多級、分檔調(diào)速機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無法適應(yīng)越來越多的無級變速的傳動技術(shù)要求。我國是世界上稀土永磁材料最豐富的國家，大力發(fā)展稀土材料的應(yīng)用對我國有現(xiàn)實的意義。隨著控制技術(shù)的進(jìn)步，稀土永磁材料在電驅(qū)動領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，稀土永磁材料做成的各類電機產(chǎn)品，其單位體積材料傳送的力矩密度大，能源利用效率高而能耗小， 顯示出其稀土材料巨大的優(yōu)越性。近年來，隨著風(fēng)力發(fā)電、電動汽車等新能源應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展需求，國內(nèi)外開始在新型磁性傳動技術(shù)上實現(xiàn)對機械傳動的技術(shù)突破，2004年英國工程師從理論和樣機的具體實踐上完成了一種新型徑向磁場磁性齒輪的設(shè)計工作，克服了以往永磁齒輪傳動扭矩較小的缺點，這給永磁材料在機械傳動領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了一個重要的研究方向和未來的應(yīng)用領(lǐng)域；但是，英國人提出的磁性齒輪結(jié)構(gòu)采用傳遞力矩相對較小的徑向磁場結(jié)構(gòu)，這種徑向磁場結(jié)構(gòu)的磁性齒輪所傳遞的功率密度和力矩密度都不及橫向磁場結(jié)構(gòu)的磁性齒輪。本案發(fā)明人在之前的多項專利申請案(201110142746. 2,201120177813. X,201110170001. 7,201120210494. 8 及 201120327120. 4)中也分別首次提出了新型橫向磁場結(jié)構(gòu)和斜向磁場結(jié)構(gòu)的磁性傳動齒輪副新結(jié)構(gòu)以及其具體應(yīng)用結(jié)構(gòu)。以上提出的關(guān)于磁性齒輪各種新結(jié)構(gòu)方案都有一個共同特點，即都是采用磁場調(diào)制原理來對主動輪和從動輪的不同極數(shù)的永久磁場進(jìn)行調(diào)制，具體在結(jié)構(gòu)上的方法就是在主動輪和從動輪之間加設(shè)了一個具有定向定數(shù)的導(dǎo)磁柵鐵心做導(dǎo)磁極，從而有目的地隔離兩個不同極數(shù)的傳動輪。以上幾種基于磁場調(diào)制技術(shù)而設(shè)計的磁性齒輪從理論原理到結(jié)構(gòu)方案上存在兩大致命的不足第一，從理論上看，起磁場調(diào)制作用的導(dǎo)磁柵鐵心極(齒)數(shù)必須滿足約束條件，從而導(dǎo)致磁性齒輪在運轉(zhuǎn)傳動的任意時刻都只有不到一半的永磁體處于相互磁場耦合的工作狀態(tài)，有一半以上的永磁體磁極處于閑置的非耦合狀態(tài)，即稀土永磁體的利用率理論上就低于50% ;第二，從結(jié)構(gòu)上看，加設(shè)導(dǎo)磁柵鐵心必然使磁性齒輪副具有了兩個氣隙，將必然消耗稀土永磁體的大量磁動勢，根據(jù)稀土磁材的退磁特性可知如果不加厚磁極厚度則必然導(dǎo)致處于耦合工作狀態(tài)的永磁體磁通量降低，從而影響所傳遞的扭矩大小。這兩大缺陷導(dǎo)致基于磁場調(diào)制技術(shù)的磁性齒輪所耗用的昂貴稀土材料的量相對比較大。所以，要降低磁性齒輪傳動技術(shù)的成本，就必須從原理上突破磁場調(diào)制技術(shù)的理論約束，并且從結(jié)構(gòu)設(shè)計上跳出雙氣隙的結(jié)構(gòu)制約。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有機械式齒輪傳動技術(shù)存在的問題以及目前公知的、基于磁場調(diào)制技術(shù)的磁性傳動齒輪副的兩大致命缺陷，本技術(shù)發(fā)明的目的在于提供一種新型橫向磁場的少極差磁性傳動偏心盤形齒輪副新結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的基本構(gòu)思是，借鑒機械齒輪傳動領(lǐng)域的新型少齒差行星齒輪傳動的原理，將輸入給偏心結(jié)構(gòu)的行星輪的公轉(zhuǎn)通過永磁材料N極與S極異極性相吸引的原理來實現(xiàn)行星輪的自轉(zhuǎn)，經(jīng)孔銷式輸出結(jié)構(gòu)將行星輪自轉(zhuǎn)輸出，從而實現(xiàn)了無機械接觸、無摩擦的動力變速傳動。以下結(jié)合圖2、圖3來說明這種新型橫向磁場的少極差磁性傳動偏心盤形齒輪副的原理及結(jié)構(gòu)特征，圖中項1為大磁盤永磁體，項2為行星磁盤永磁體，項3為偏心輸入軸，項4為大磁盤蓋，項5為行星輪盤，項6為機殼，項7為銷軸套，項8為轉(zhuǎn)動盤，項9為軸承一，項10為輸出軸，項11為后端蓋，項12為軸承二，項13為軸承三；圖中符號標(biāo)識N表不極性為N的永磁體,S表不極性為S的永磁體,a表不行星輪盤5與大磁盤蓋4的偏心距， Dj表不大磁盤永磁體1的外徑，D2表不行星磁盤永磁體2的外徑，叫、表不偏心輸入軸3 的輸入轉(zhuǎn)速和輸入力矩，n2、T2表示輸出軸10的輸出轉(zhuǎn)速和輸出力矩,2Pi表示大磁盤永磁體1的分布極數(shù)，2p2表示行星磁盤永磁體2的分布極數(shù)，d。表示銷軸套7的外徑，dH表示行星輪盤5上的銷軸孔的內(nèi)徑，A表示A向視圖代號。從圖2的工作原理拓?fù)鋱D可知，新型橫向磁場的少極差磁性傳動偏心盤形齒輪副的工作原理與機械式的K-H-V型少齒差行星齒輪類似偏心輸入軸3帶動行星輪盤5繞旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)，偏心公轉(zhuǎn)的行星輪盤上的行星磁盤永磁體2與大磁盤永磁體1通過磁場耦合驅(qū)使行星輪盤繞自身軸線反向自轉(zhuǎn)，再通過孔銷式輸出結(jié)構(gòu)或圖中虛線所示的雙萬向節(jié)機構(gòu)將行星輪盤的低速自轉(zhuǎn)輸出。從圖2與圖3可知第一，從理論上突破了磁場調(diào)制技術(shù)的約束，取消了導(dǎo)磁柵鐵心，兩磁盤上的永磁體呈少極差特征，通過少極差耦合把基于磁場調(diào)制技術(shù)的磁性齒輪小于50%的磁極耦合面積提高到了 70%左右，理論上可以達(dá)到75%，圖 3所示的A向視圖陰影斜線遮蓋部分展示出兩磁盤上永磁體耦合的區(qū)域大??；第二，采用平面的橫向磁場單氣隙結(jié)構(gòu)，比磁場調(diào)制技術(shù)的磁性齒輪減少一個氣隙，從而在達(dá)到相同磁通量的條件下可大大減小永磁體的厚度。新型橫向磁場的少極差磁性傳動偏心盤形齒輪副的結(jié)構(gòu)特征是(一 )、新型橫向磁場的少極差磁性傳動偏心盤形齒輪副由其上分布有2Pl個大磁盤永磁體1的圓盤形大磁盤、其上分布有2p2個行星磁盤永磁體2的圓盤形行星磁盤、以及偏心輸入軸3、軸承二 12、軸承三13構(gòu)成一對磁性傳動齒輪副,兩磁盤上的永久磁場穿過兩磁盤之間的平面氣隙而相互稱合，形成磁性傳動齒輪副的橫向磁場；大磁盤永磁體1的分布極數(shù)2Pl與行星磁盤永磁體2的分布極數(shù)2p2之間極數(shù)差較小，極對數(shù)Pl和p2為正整數(shù)對，并滿足以下關(guān)系約束Pi > p2,且 1 < P「P2 < 4 ；( 二)、新型橫向磁場的少極差磁性傳動偏心盤形齒輪副的大磁盤與行星磁盤呈偏心分布結(jié)構(gòu)，由套裝有軸承二 12、軸承三13的偏心輸入軸3將少極差的兩磁盤連接成偏心結(jié)構(gòu)；其中，行星輪盤5與大磁盤蓋4的偏心距a、大磁盤永磁體1外徑Di、行星磁盤永磁體2外徑D2、以及極對數(shù)Pl和p2滿足以下結(jié)構(gòu)關(guān)系式約束Di + D2 = Pi + P2 且 a = 0. 5X (DfD2)；(三)、繞偏心輸入軸(3)與中心軸線公轉(zhuǎn)的行星輪盤5后端通過孔銷式輸出結(jié)構(gòu)與銷軸套7、轉(zhuǎn)動盤8、輸出軸10連接，將偏心距為a的行星輪盤5的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換到輸出軸10 旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動的孔銷式結(jié)構(gòu)尺寸，即銷軸套7的外徑d。、行星輪盤5銷軸孔的內(nèi)徑dH，必須滿足以下結(jié)構(gòu)關(guān)系約束dH = d0+2a ；(四)、新型橫向磁場的少極差磁性傳動偏心盤形齒輪副由螺栓將大磁盤蓋4、后端蓋11與機殼6緊固裝配為整體結(jié)構(gòu),其輸出方式分為兩種一為機殼6固定而輸出軸10 旋轉(zhuǎn)輸出力矩'和轉(zhuǎn)速n2，二為輸出軸10固定而機殼6旋轉(zhuǎn)輸出力矩T2和轉(zhuǎn)速n2，其輸入和輸出的旋轉(zhuǎn)方向彼此相反，傳動關(guān)系滿足以下關(guān)系約束
權(quán)利要求1.新型橫向磁場的少極差磁性傳動偏心盤形齒輪副，其特征是一、新型橫向磁場的少極差磁性傳動偏心盤形齒輪副由其上分布有如工個大磁盤永磁體(1)的圓盤形大磁盤、其上分布有2p2個行星磁盤永磁體(2)的圓盤形行星磁盤、以及偏心輸入軸(3)、軸承二(12)、軸承三(13)構(gòu)成一對磁性傳動齒輪副,兩磁盤上的永久磁場穿過兩磁盤之間的平面氣隙而相互耦合，形成磁性傳動齒輪副的橫向磁場；大磁盤永磁體(1)的分布極數(shù)2Pl與行星磁盤永磁體(2)的分布極數(shù)2巧之間極數(shù)差較小，極對數(shù)？1和巧為正整數(shù)對，并滿足以下關(guān)系約束Pi > P2，且 1≤ P「P2 < 4 ；二、新型橫向磁場的少極差磁性傳動偏心盤形齒輪副的大磁盤與行星磁盤呈偏心分布結(jié)構(gòu)，由套裝有軸承二(12)、軸承三(13)的偏心輸入軸(3)將少極差的兩磁盤連接成偏心結(jié)構(gòu)；其中，行星輪盤(5)與大磁盤蓋(4)的偏心距a、大磁盤永磁體(1)外徑Di、行星磁盤永磁體(2)外徑D2、以及極對數(shù)Pl和p2滿足以下結(jié)構(gòu)關(guān)系式約束Di + D2 = Pi + P2 且 a = 0. 5X (D「D2)；三、繞偏心輸入軸(3)與中心軸線公轉(zhuǎn)的行星輪盤(5)后端通過孔銷式輸出結(jié)構(gòu)與銷軸套(7)、轉(zhuǎn)動盤(8)、輸出軸(10)連接，將偏心距為a的行星輪盤(5)的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換到輸出軸(10)旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動的孔銷式結(jié)構(gòu)尺寸，即銷軸套(7)的外徑d。、行星輪盤(5)銷軸孔的內(nèi)徑dH，必須滿足以下結(jié)構(gòu)關(guān)系約束dH = d0+2a ；四、新型橫向磁場的少極差磁性傳動偏心盤形齒輪副由螺栓將大磁盤蓋(4)、后端蓋(11)與機殼(6)緊固裝配為整體結(jié)構(gòu)，其輸出方式分為兩種一為機殼(6)固定而輸出軸(10)旋轉(zhuǎn)輸出力矩T2和轉(zhuǎn)速n2，二為輸出軸(10)固定而機殼(6)旋轉(zhuǎn)輸出力矩T2和轉(zhuǎn)速 n2,其輸入和輸出的旋轉(zhuǎn)方向彼此相反，傳動關(guān)系滿足以下關(guān)系約束 。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型橫向磁場的少極差磁性傳動偏心盤形齒輪副，其特征是偏心且繞旋轉(zhuǎn)中心軸線公轉(zhuǎn)的圓盤形行星磁盤是主動輪，它由2p2個行星磁盤永磁體(2)、行星輪盤(5)組成；行星磁盤永磁體(2)用公知的永磁材料制成扇形的平面磁體形式， 且按N極S極間隔排列分布的方式安裝緊固于行星輪盤(5)的圓環(huán)平面上，行星輪盤(5) 由導(dǎo)磁的鋼板經(jīng)常規(guī)的機械切削加工制成，在行星輪盤(5)的背面加工有將其自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換到輸出軸(10)旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動的孔銷式結(jié)構(gòu)所需要的圓周均布銷孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型橫向磁場的少極差磁性傳動偏心盤形齒輪副，其特征是驅(qū)使偏心且繞旋轉(zhuǎn)中心軸線公轉(zhuǎn)的圓盤形行星磁盤同時產(chǎn)生自轉(zhuǎn)的從動機構(gòu)是圓盤形大磁盤，它由大磁盤永磁體(1)、大磁盤蓋(4)組成；大磁盤永磁體(1)用公知的永磁材料制成扇形的平面磁體形式，且按N極S極間隔排列分布的方式安裝緊固于大磁盤蓋(4)的圓環(huán)平面上，大磁盤蓋(4)由導(dǎo)磁的鋼板經(jīng)常規(guī)的機械切削加工制成，大磁盤蓋(4) 同時兼作為端蓋與機殼(6)緊固裝配為一體。
專利摘要新型橫向磁場的少極差磁性傳動偏心盤形齒輪副，可廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、電動汽車、船艦驅(qū)動及其它需要直接驅(qū)動的工業(yè)傳動領(lǐng)域。其特征是由其上分布有2p1個大磁盤永磁體1的圓盤形大磁盤、其上分布有2p2個行星磁盤永磁體2的圓盤形行星磁盤構(gòu)成一對磁性傳動齒輪副，極數(shù)2p1與2p2之間極數(shù)差較小，兩磁盤上的永磁體通過兩磁盤間的氣隙橫向磁場而耦合，并由套裝有軸承二12、軸承三13的偏心輸入軸3將少極差的兩磁盤連接成偏心結(jié)構(gòu)，偏心輸入軸3帶動行星輪盤5繞旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)，偏心公轉(zhuǎn)的行星磁盤永磁體2與大磁盤永磁體1通過磁場耦合驅(qū)使行星輪盤繞自身軸線反向自轉(zhuǎn)，再通過孔銷式輸出結(jié)構(gòu)將行星輪盤的低速自轉(zhuǎn)輸出。
文檔編號F16H49/00GK202349148SQ20112035089
公開日2012年7月25日 申請日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月19日
發(fā)明者余虹錦 申請人:余虹錦