一種磁場增強型高轉(zhuǎn)矩密度永磁式行星齒輪的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種磁場增強型高轉(zhuǎn)矩密度永磁式行星齒輪，屬于非接觸式傳動領(lǐng)域，本發(fā)明解決常規(guī)平行軸齒輪轉(zhuǎn)矩密度和永磁磁鋼利用率較低等問題，同時克服同軸磁齒輪變速比固定，鐵耗較大和運行效率較低的不足。本發(fā)明由太陽輪，齒圈以及置于太陽輪和齒圈間的若干行星輪，和行星輪與太陽輪，行星輪與齒圈間的若干導(dǎo)磁塊、隔磁塊組成。加入特殊的導(dǎo)磁塊和隔磁塊結(jié)構(gòu)，為太陽輪與行星輪、行星輪與齒圈相互作用的永磁磁鋼間提供了有效的磁路，直接參與轉(zhuǎn)矩傳遞的永磁磁鋼數(shù)量也成倍增加，有效提高了該永磁式行星齒輪的永磁磁鋼的利用率和轉(zhuǎn)矩密度。
【專利說明】一種磁場增強型高轉(zhuǎn)矩密度永磁式行星齒輪
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于動力傳動領(lǐng)域，特別是一種特殊的非接觸式磁齒輪變速機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的機械式行星齒輪變速結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)矩傳遞密度大優(yōu)點，但是作為一種接觸式動力合成系統(tǒng)，行星齒輪在高速運行時具有較大的震動和噪聲，嚙合時需要專門的油路潤滑和冷卻，對潤滑要求相對苛刻；另外，運行過程中載荷的變化會對齒輪產(chǎn)生較大的嚙合沖力，從而會造成齒輪面發(fā)生點蝕、磨損、出現(xiàn)齒輪裂紋甚至斷齒等故障。
[0003]磁齒輪具有非接觸、無摩擦、無振動、無噪音、免潤滑、免維護等優(yōu)異特點，在航空航天、電動汽車、工業(yè)傳動等領(lǐng)域受到日益重視。
[0004]目前，根據(jù)磁齒輪原理提出的平行軸磁齒輪，能實現(xiàn)動力的非接觸式傳遞，但由于轉(zhuǎn)矩傳遞僅通過相鄰的單塊永磁磁鋼，轉(zhuǎn)矩密度較低；同軸磁齒輪通過引入調(diào)磁鐵心，提高了永磁磁鋼的利用率和轉(zhuǎn)矩傳遞密度，但由于磁場調(diào)制而引起的電機的鐵耗的顯著增加，降低了同軸磁齒輪的整體效率，同時由于中間調(diào)磁鐵心固定不動，變速比固定，無法實現(xiàn)不同動力源的動力合成和變速運行。永磁式行星齒輪兼具機械行星齒輪結(jié)構(gòu)特點和平行軸磁齒輪的傳動的特點，該種永磁式行星齒輪不僅可實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩和能量的非接觸式傳遞，而且能實現(xiàn)不同動力源的動力合成和功率傳遞，在混合動力汽車領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但該類結(jié)構(gòu)依然存在永磁磁鋼利用率較低，轉(zhuǎn)矩密度不高等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的為了解決上述問題，根據(jù)永磁式行星齒輪轉(zhuǎn)矩傳遞的機理，提出一種磁場增強型高轉(zhuǎn)矩密度永磁式行星齒輪。
[0006]本發(fā)明由太陽輪、太陽輪表貼式永磁磁鋼、行星輪、行星輪表貼式永磁磁鋼、齒圈、齒圈表貼永磁磁鋼、行星架、背鐵、導(dǎo)磁塊和隔磁塊構(gòu)成。其特征是所述的太陽輪和行星輪間、行星輪和齒圈間加入若干個導(dǎo)磁塊，同時導(dǎo)磁塊間用隔磁塊隔開，太陽輪和行星輪相切的部位設(shè)有氣隙，行星輪和齒圈相切的部位設(shè)有氣隙。所述導(dǎo)磁塊的數(shù)目，其中齒圈與行星輪之間的導(dǎo)磁塊數(shù)目為行星輪與太陽輪之間的導(dǎo)磁塊數(shù)目的兩倍；所述的隔磁塊數(shù)目與導(dǎo)磁塊數(shù)目相同，且與導(dǎo)磁塊交替間隔放置。由于導(dǎo)磁塊和隔磁塊交替放置，為太陽輪與行星輪、行星輪與齒圈相互作用的永磁磁鋼間提供了有效的磁路，直接參與轉(zhuǎn)矩傳遞的永磁磁鋼數(shù)量也成倍增加，有效提高了該永磁式行星齒輪的永磁磁鋼的利用率和轉(zhuǎn)矩密度。
[0007]進一步地，所述的導(dǎo)磁塊為硅鋼片；所述的隔磁塊為錳鋼非導(dǎo)磁合金；導(dǎo)磁塊與太陽輪的接觸面的弧長為太陽輪表貼式永磁磁鋼一塊的長度；導(dǎo)磁塊與行星輪的接觸面的弧長為行星輪表貼式永磁磁鋼一塊的長度；導(dǎo)磁塊與齒圈的接觸面的弧長為齒圈表貼式永磁磁鋼一塊的長度，相鄰導(dǎo)磁塊間用隔磁塊隔開。
[0008]進一步地，所述齒圈半徑=太陽輪的半徑+2*行星輪的半徑；齒圈表貼式永磁磁鋼的極對數(shù)=太陽輪表貼式永磁磁鋼的極對數(shù)+2*行星輪表貼式永磁磁鋼的極對數(shù)；太陽輪表貼式永磁磁鋼、行星輪表貼式永磁磁鋼和齒圈表貼式永磁磁鋼的數(shù)量分別為太陽輪表貼式永磁磁鋼、行星輪表貼式永磁磁鋼和齒圈表貼式永磁磁鋼的極對數(shù)的兩倍。
[0009]進一步地，所述的永磁磁鋼為高性能稀土永磁磁鋼，太陽輪表貼式永磁磁鋼每塊的弧長是相等的；行星輪表貼式永磁磁鋼每塊的弧長是相等的；齒圈表貼式永磁磁鋼每塊的弧長是相等的。
[0010]進一步地，所述的齒圈可以通過永磁體間的耦合力驅(qū)動行星架，或太陽輪可以通過永磁體間的耦合力驅(qū)動行星架，或太陽輪、齒圈共同通過永磁體間的耦合力驅(qū)動行星架；行星架固定，太陽輪由行星輪驅(qū)動齒圈，或齒圈由行星輪驅(qū)動太陽輪。
[0011]進一步地，所述的太陽輪與齒圈的極對數(shù)簡化比為a:b，當(dāng)a、b同為奇數(shù)時，行星輪的最大個數(shù)=2*齒圈的極對數(shù)/b ;當(dāng)a、b中至少有一個為偶數(shù)時，行星輪的最大個數(shù)=齒圈的極對數(shù)/b ;太陽輪的轉(zhuǎn)速*太陽輪貼有永磁磁鋼極對數(shù)+齒圈轉(zhuǎn)速*齒圈貼有永磁磁鋼極對數(shù)=行星架轉(zhuǎn)速* (太陽輪貼有永磁磁鋼極對數(shù)+齒圈貼有永磁磁鋼極對數(shù))。
[0012]進一步地,太陽輪表貼式永磁磁鋼、行星輪表貼式永磁磁鋼和齒圈表貼式永磁磁鋼的極對數(shù)在滿足上文所述的公式的情況下成比例的增加或減少，行星輪的個數(shù)根據(jù)需要在行星輪的最大個數(shù)范圍內(nèi)增加或減少。
[0013]本發(fā)明的有益效果如下:I)這種磁場增強型高轉(zhuǎn)矩密度永磁式行星齒輪能具有傳統(tǒng)機械行星齒輪實現(xiàn)不同變速比的特點，同時能實現(xiàn)不同動力源的轉(zhuǎn)矩合成和能量傳遞的特性。2)這種磁場增強型高轉(zhuǎn)矩密度永磁式行星齒輪同時還具有磁齒輪的非接觸、無摩擦、無振動、無噪音、免潤滑、免維護等特點。3)這種磁場增強型高轉(zhuǎn)矩密度永磁式行星齒輪與普通的永磁式行星齒輪相比，這種磁場增強型的永磁式行星齒輪變速結(jié)構(gòu)的太陽輪和齒圈的所能承受的最大峰值轉(zhuǎn)矩提高了 80%，轉(zhuǎn)矩密度得到了很大的提升，永磁磁鋼的利用率上升。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為傳統(tǒng)的機械式行星齒輪結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為永磁齒輪變速結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖4為一種新型的磁場調(diào)節(jié)型共軸磁齒輪變速結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖5為本發(fā)明的導(dǎo)磁塊與隔磁塊的安裝位置；
圖6為傳統(tǒng)的永磁式行星齒輪結(jié)構(gòu)的太陽輪的矩角特性曲線；
圖7為本發(fā)明的太陽輪的矩角特性曲線；
圖8為本發(fā)明的磁力線分布圖；
圖中:1、太陽輪，2、太陽輪表貼式永磁磁鋼，3、行星輪，4、行星輪表貼式永磁磁鋼，5、齒圈,6、齒圈表貼式永磁磁鋼,7、行星架,8、背鐵,9、導(dǎo)磁塊,10、隔磁塊。
【具體實施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0016]圖1所示，磁場增強型永磁式行星齒輪變速結(jié)構(gòu)包括太陽輪1、太陽輪表貼式永磁磁鋼2、行星輪3、行星輪表貼式永磁磁鋼4、齒圈5、齒圈表貼式永磁磁鋼6、行星架7、背鐵8、導(dǎo)磁塊9和隔磁塊10。太陽輪表貼式永磁磁鋼2、行星輪表貼式永磁磁鋼4和齒圈表貼式永磁磁鋼6貼在由硅鋼片疊壓而成的被鐵8表面，且沿各自所在的圓徑向充磁，并按極性N、S、N、S的順序排列。四個永磁行星輪3可以自轉(zhuǎn)，并且可以自轉(zhuǎn)的同時帶動行星架7 —起公轉(zhuǎn)。
[0017]圖2所示，為了增加永磁磁鋼的利用率，在太陽輪I和行星輪3間，行星輪3和齒圈5間安裝導(dǎo)磁塊9。導(dǎo)磁塊9的材料為硅鋼片，導(dǎo)磁塊9的弧長對應(yīng)行星輪表貼式永磁磁鋼4 一極的弧長，在相鄰的兩個導(dǎo)磁塊9間用隔磁塊10進行隔磁。導(dǎo)磁塊9和隔磁塊10都固定在行星架7上隨行星架7轉(zhuǎn)動。
[0018]本發(fā)明所舉實施例中齒圈5內(nèi)部貼有14極對數(shù)的永磁磁鋼、行星輪3表面貼有4對永磁磁鋼、太陽輪I表面貼有6對永磁磁鋼。4個行星輪3圍繞太陽輪I旋轉(zhuǎn)；太陽輪I與每個行星輪3間的導(dǎo)磁塊9為I極對數(shù)，導(dǎo)磁塊9間用隔磁塊10隔開；每個行星輪3與齒圈5間的導(dǎo)磁塊9為2極對數(shù)，導(dǎo)磁塊9間用隔磁塊10隔開。當(dāng)太陽輪I單獨輸入時，機構(gòu)減速比為太陽輪I的極對數(shù)/(太陽輪I的極對數(shù)+齒圈5的極對數(shù))，即6/(6+14) =3:10；當(dāng)齒圈5單獨輸入時，機構(gòu)減速比為齒圈5的極對數(shù)/(太陽輪I的極對數(shù)+齒圈5的極對數(shù))，即14/(6+14)=7:10 ;當(dāng)太陽輪I和齒圈5共同輸入時，太陽輪I的轉(zhuǎn)速*太陽輪表貼式永磁磁鋼2的極對數(shù)+齒圈3轉(zhuǎn)速*齒圈表貼式永磁磁鋼6的極對數(shù)=行星架7的轉(zhuǎn)速* (太陽輪表貼式永磁磁鋼2的極對數(shù)+齒圈表貼式永磁磁鋼6的極對數(shù))，行星架7的輸出轉(zhuǎn)矩為(太陽輪I轉(zhuǎn)速*太陽輪I輸入轉(zhuǎn)矩+齒圈5轉(zhuǎn)速*齒圈5輸入轉(zhuǎn)矩)/行星架7轉(zhuǎn)速。齒圈5為一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)圈貼有14對永磁磁鋼，它由輸入軸支撐旋轉(zhuǎn)；太陽輪I表貼6對永磁磁鋼,它由另一個輸入軸支撐旋轉(zhuǎn)；行星輪3表貼4對永磁磁鋼，它由行星軸支撐旋轉(zhuǎn)，行星軸固定在行星架7上，行星架7由輸出軸支撐旋轉(zhuǎn)；導(dǎo)磁塊9與隔磁塊10固定在行星架7上隨行星架7旋轉(zhuǎn)。扭矩通過原動機連接太陽輪I單獨輸入時，太陽輪I逆時針旋轉(zhuǎn)，通過永磁磁鋼間的無接觸的扭矩帶動行星輪3順時針旋轉(zhuǎn)，行星輪3旋轉(zhuǎn)帶動行星架7逆時針旋轉(zhuǎn)輸出轉(zhuǎn)矩；扭矩通過原動機連接齒圈5單獨輸入時，齒圈5逆時針旋轉(zhuǎn)，通過永磁磁鋼間的無接觸的扭矩帶動行星輪5逆時針旋轉(zhuǎn)，行星輪5旋轉(zhuǎn)帶動行星架7逆時針旋轉(zhuǎn)輸出轉(zhuǎn)矩。扭矩通過2個原動機分別連接從太陽輪I和齒圈5共同輸入時，太陽輪I和齒圈5旋轉(zhuǎn)，通過永磁磁鋼間的無接觸的扭矩帶動行星輪3旋轉(zhuǎn)，扭矩在行星輪合成通過行星架7輸出實現(xiàn)太陽輪I和齒圈5共同輸入。
【權(quán)利要求】
1.一種磁場增強型高轉(zhuǎn)矩密度永磁式行星齒輪，包括太陽輪(I)、太陽輪表貼式永磁磁鋼(2)、行星輪(3)、行星輪表貼式永磁磁鋼(4)、齒圈(5)、齒圈表貼式永磁磁鋼(6)、行星架(7)、背鐵(8)、導(dǎo)磁塊(9)和隔磁塊(10)，其特征在于:太陽輪(I)位于齒輪的中心，行星輪⑶均勻分布在太陽輪⑴的外圍，太陽輪⑴和行星輪⑶相切的部位設(shè)有氣隙，每個行星輪(3)之間設(shè)有行星架(4)，齒圈(5)位于齒輪的最外層，行星輪(3)和齒圈(5)相切的部位設(shè)有氣隙，太陽輪(I)、行星輪(3)和齒圈(5)的表面分別貼有太陽輪表貼式永磁磁鋼(2)、行星輪表貼式永磁磁鋼(4)和齒圈表貼式永磁磁鋼(6)，太陽輪(I)與行星輪(3)間、行星輪⑶與齒圈(5)間設(shè)有導(dǎo)磁塊(9)，行星輪(3)與齒圈(5)間的導(dǎo)磁塊(9)數(shù)目為太陽輪⑴與行星輪⑶間的導(dǎo)磁塊(9)數(shù)目的兩倍，相鄰導(dǎo)磁塊(9)間用隔磁塊(10)隔開，導(dǎo)磁塊(9)與行星架(7)間也用隔磁塊(10)隔開，隔磁塊(10)的總數(shù)與導(dǎo)磁塊(9)的總數(shù)相同，隔磁塊(10)與導(dǎo)磁塊(9)交替間隔放置； 所述太陽輪(I)、行星輪(3)、齒圈(5)的半徑滿足如下關(guān)系:齒圈(5)半徑=太陽輪(1)的半徑+2*行星輪(3)的半徑； 所述太陽輪表貼式永磁磁鋼(2)、行星輪表貼式永磁磁鋼(4)和齒圈表貼式永磁磁鋼(6)的極對數(shù)滿足如下關(guān)系:齒圈表貼式永磁磁鋼(6)的極對數(shù)=太陽輪表貼式永磁磁鋼(2)的極對數(shù)+2*行星輪表貼式永磁磁鋼(4)的極對數(shù)； 所述太陽輪表貼式永磁磁鋼(2)、行星輪表貼式永磁磁鋼(4)和齒圈表貼式永磁磁鋼(6)的數(shù)量分別為太陽輪表貼式永磁磁鋼(2)、行星輪表貼式永磁磁鋼(4)和齒圈表貼式永磁磁鋼(6)的極對數(shù)的兩倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁場增強型高轉(zhuǎn)矩密度永磁式行星齒輪，其特征在于:若所述太陽輪⑴與齒圈(5)的極對數(shù)簡`化比為a:b，當(dāng)a、b同為奇數(shù)時，行星輪(3)的最大個數(shù)=2*齒圈(5)的極對數(shù)/b;當(dāng)a、b中至少有一個為偶數(shù)時，行星輪(3)的最大個數(shù)=齒圈(5)的極對數(shù)/b。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁場增強型高轉(zhuǎn)矩密度永磁式行星齒輪，其特征是:所述太陽輪表貼式永磁磁鋼(2)每塊的弧長是相等的；行星輪表貼式永磁磁鋼(4)每塊的弧長是相等的；齒圈表貼式永磁磁鋼(6)每塊的弧長是相等的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種磁場增強型高轉(zhuǎn)矩密度永磁式行星齒輪，其特征是:所述導(dǎo)磁塊(9)與太陽輪(I)的接觸面的弧長為太陽輪表貼式永磁磁鋼(2) —塊的長度；所述導(dǎo)磁塊(9)與行星輪(3)的接觸面的弧長為行星輪表貼式永磁磁鋼(4) 一塊的長度；所述導(dǎo)磁塊(9)與齒圈(5)的接觸面的弧長為齒圈表貼式永磁磁鋼(6) —塊的長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁場增強型高轉(zhuǎn)矩密度永磁式行星齒輪，其特征在于:所述太陽輪表貼式永磁磁鋼(2)、行星輪表貼式永磁磁鋼(4)和齒圈表貼式永磁磁鋼(6)為稀土永磁塊；所述導(dǎo)磁塊(9)為硅鋼片；所述隔磁塊(10)為錳鋼非導(dǎo)磁合金。
【文檔編號】H02K49/00GK103715860SQ201310696345
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】朱孝勇, 孔繁塵, 全力, 李淵 申請人:江蘇大學(xué)