本發(fā)明涉及機(jī)電傳動(dòng)領(lǐng)域，特別涉及一種用于正交軸傳動(dòng)的磁通集中式永磁面齒輪組。

背景技術(shù)：

正交軸的傳動(dòng)目前多采用錐齒輪和面齒輪。錐齒輪的齒面形狀復(fù)雜，加工制造困難，不同品牌的錐齒輪參數(shù)也不同，并且在制作過程中多采用配對(duì)制造，這對(duì)錐齒輪的加工制造、檢修及維修造成很大麻煩。面齒輪由于加工需要的刀具尺寸與實(shí)際嚙合的圓柱齒輪相同，加工不同尺寸和參數(shù)的面齒輪所需要的刀具數(shù)量較多，加工成本較高；另外，面齒輪內(nèi)徑處有根切現(xiàn)象，外徑處有尖角現(xiàn)象，因此齒寬不能設(shè)計(jì)得太長(zhǎng)，傳動(dòng)強(qiáng)度受限。

近些年來，依靠磁性力進(jìn)行動(dòng)力傳遞的磁性齒輪有了很大的發(fā)展。磁性齒輪能夠?qū)崿F(xiàn)無接觸傳動(dòng)，避免了主動(dòng)軸和從動(dòng)軸間的直接機(jī)械接觸，可以減小噪音和振動(dòng)，對(duì)工作環(huán)境無污染，并且具有過載保護(hù)等特點(diǎn)。

根據(jù)錐齒輪和面齒輪的特點(diǎn)，有人相應(yīng)地提出了能夠?qū)崿F(xiàn)正交軸傳動(dòng)的永磁平面齒輪和永磁圓錐齒輪。由于齒輪結(jié)構(gòu)因素，永磁體用量較多，成本也較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決目前用于正交軸傳動(dòng)的永磁平面齒輪和錐齒輪永磁體用量較多，成本較高的問題，提供一種用于正交軸傳動(dòng)的磁通集中式永磁面齒輪組。

實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種用于正交軸傳動(dòng)的磁通集中式永磁面齒輪組，其組成包括兩個(gè)輪，所述的兩個(gè)輪均為磁性齒輪，兩個(gè)輪分別是圓柱輪和平面輪，所述的平面輪水平設(shè)置，所述的圓柱輪設(shè)置在平面輪上方，且圓柱輪和平面輪的輪軸中心線相正交，圓柱輪和平面輪之間留有氣隙；當(dāng)其中一個(gè)輪為主動(dòng)輪時(shí)，另外一個(gè)輪為從動(dòng)輪，所述的主動(dòng)輪通過磁性力帶動(dòng)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是：

1、由于主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪沒有直接的機(jī)械接觸，該齒輪組無磨損、噪音小、傳動(dòng)效率高，具有可靠性高、免維護(hù)、過載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)；

2、由于采用磁通集中的方式產(chǎn)生氣隙磁密，永磁體的用量大幅減少，成本得到降低；

3、該齒輪組的軛部（包括圓柱輪軛部和平面輪軛部）可以采用非導(dǎo)磁性材料，使齒輪組有較低的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和較好的快速響應(yīng)能力，而且有利于降低成本。

綜上，本發(fā)明適用于對(duì)噪聲、潔凈度和可靠性要求較高以及兩個(gè)軸系相互隔離的場(chǎng)合。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的用于正交軸傳動(dòng)的磁通集中式永磁面齒輪組總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圓柱輪的部件分解圖；

圖3是圓柱輪的主視圖；

圖4是圖3的A-A剖視圖；

圖5是多個(gè)瓦片形永磁體及多個(gè)瓦片形鐵心排布在圓柱輪軛部的外圓周面上的主視圖；

圖6是平面輪的部件分解圖；

圖7是平面輪的俯視圖；

圖8是圖7的B-B剖視圖；

圖9是多個(gè)扇形永磁體及多個(gè)扇形鐵心排布在平面輪軛部的上表面的外邊緣處的俯視圖；

圖10是圖1的俯視圖；

圖11是圖1的左視圖。

圖中：圓柱輪1、平面輪2、前端環(huán)3-1、后端環(huán)3-2、圓柱輪軛部4、軸向中心孔一4-1、鍵槽一4-2、瓦片形永磁體5、第一型瓦片形永磁體5-1、第二型瓦片形永磁體5-2、瓦片形鐵心6、外部保護(hù)套7、上端環(huán)8、外保護(hù)套9、扇形鐵心10、扇形永磁體11、第一型扇形永磁體11-1、第二型扇形永磁體11-2、內(nèi)保護(hù)套12、平面輪軛部13、軸向中心孔二13-1、鍵槽二13-2。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：如圖1、圖10及圖11所示，本實(shí)施方式的一種用于正交軸傳動(dòng)的磁通集中式永磁面齒輪組，其組成包括兩個(gè)輪，所述的兩個(gè)輪均為磁性齒輪，兩個(gè)輪分別是圓柱輪1和平面輪2，所述的平面輪2水平設(shè)置，所述的圓柱輪1設(shè)置在平面輪2上方，且圓柱輪1和平面輪2的輪軸中心線相正交，圓柱輪1和平面輪2之間留有氣隙（理論上，氣隙越小，能夠傳遞的轉(zhuǎn)矩越大，但應(yīng)結(jié)合實(shí)際安裝空間和所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小綜合決定）；當(dāng)其中一個(gè)輪為主動(dòng)輪時(shí)，另外一個(gè)輪為從動(dòng)輪，所述的主動(dòng)輪通過磁性力帶動(dòng)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。

具體實(shí)施方式二：如圖1~圖11所示，具體實(shí)施方式一所述的一種用于正交軸傳動(dòng)的磁通集中式永磁面齒輪組，所述的圓柱輪1包括圓柱輪軛部4、多個(gè)瓦片形永磁體5和多個(gè)瓦片形鐵心6；所述的圓柱輪軛部4設(shè)有軸向中心孔一4-1，圓柱輪軛部4的軸向中心孔一4-1的內(nèi)壁上沿軸向開設(shè)有用于與軸系一配合的鍵槽一4-2；

所述的多個(gè)瓦片形永磁體5包括多個(gè)第一型瓦片形永磁體5-1及多個(gè)第二型瓦片形永磁體5-2，所述的多個(gè)第一型瓦片形永磁體5-1、多個(gè)瓦片形鐵心6及多個(gè)第二型瓦片形永磁體5-2均通過粘結(jié)方式固定在圓柱輪軛部4的外圓周面上，且多個(gè)第一型瓦片形永磁體5-1、多個(gè)瓦片形鐵心6及多個(gè)第二型瓦片形永磁體5-2依次按照第一型瓦片形永磁體5-1、瓦片形鐵心6及第二型瓦片形永磁體5-2的排列順序循環(huán)排列設(shè)置圍成一個(gè)圓環(huán)形狀，多個(gè)第一型瓦片形永磁體5-1及多個(gè)第二型瓦片形永磁體5-2均采用切向充磁，且每相鄰設(shè)置的第一型瓦片形永磁體5-1與第二型瓦片形永磁體5-2的充磁方向相反，所述的多個(gè)瓦片形鐵心6采用導(dǎo)磁性鐵磁材料（如純鐵或低碳鋼）制成；每個(gè)瓦片形鐵心6與相鄰設(shè)置的第一型瓦片形永磁體5-1或第二型瓦片形永磁體5-2構(gòu)成一個(gè)極距一（由于采用磁通集中，通過瓦片形鐵心6產(chǎn)生“聚磁”效應(yīng)，形成單邊磁場(chǎng)分布）；

所述的平面輪2包括平面輪軛部13、多個(gè)扇形永磁體11及多個(gè)扇形鐵心10；所述的平面輪軛部13設(shè)有軸向中心孔二13-1，平面輪軛部13的軸向中心孔二13-1的內(nèi)壁上沿軸向開設(shè)有用于與軸系二配合的鍵槽二13-2；所述的多個(gè)扇形永磁體11包括多個(gè)第一型扇形永磁體11-1及多個(gè)第二型扇形永磁體11-2；所述的多個(gè)第一型扇形永磁體11-1、多個(gè)扇形鐵心10及多個(gè)第二型扇形永磁體11-2均豎直設(shè)置并通過粘結(jié)方式固定在平面輪軛部13的上表面的外邊緣處，且多個(gè)第一型扇形永磁體11-1、多個(gè)扇形鐵心10及多個(gè)第二型扇形永磁體11-2依次按照第一型扇形永磁體11-1、扇形鐵心10及第二型扇形永磁體11-2的排列順序循環(huán)排列設(shè)置形成圓筒形狀，多個(gè)第一型扇形永磁體11-1和多個(gè)第二型扇形永磁體11-2均采用切向充磁，每相鄰設(shè)置的第一型扇形永磁體11-1與第二型扇形永磁體11-2充磁方向相反，每個(gè)扇形鐵心10與相鄰設(shè)置的第一型扇形永磁體11-1或第二型扇形永磁體11-2構(gòu)成一個(gè)極距二（由于采用磁通集中，通過扇形鐵心10產(chǎn)生“聚磁”效應(yīng)，形成單邊磁場(chǎng)分布）。

具體實(shí)施方式三：如圖4及圖8所示，具體實(shí)施方式一或二所述的一種用于正交軸傳動(dòng)的磁通集中式永磁面齒輪組，所述的圓柱輪軛部4和平面輪軛部13均采用非導(dǎo)磁性材料（如不銹鋼）制成。

具體實(shí)施方式四：如圖2~圖4所示，具體實(shí)施方式二所述的一種用于正交軸傳動(dòng)的磁通集中式永磁面齒輪組，所述的圓柱輪1還包括前端環(huán)3-1、后端環(huán)3-2和外部保護(hù)套7；所述的前端環(huán)3-1和后端環(huán)3-2分別通過粘結(jié)方式固定在多個(gè)瓦片形永磁體5及多個(gè)瓦片形鐵心6的前后兩個(gè)端面上，所述的外部保護(hù)套7緊密套裝在多個(gè)瓦片形永磁體5及多個(gè)瓦片形鐵心6的外側(cè)，前端環(huán)3-1、后端環(huán)3-2及外部保護(hù)套7均采用非導(dǎo)磁性材料制成。

設(shè)置前端環(huán)3-1、后端環(huán)3-2和外部保護(hù)套7的作用都是對(duì)圓柱輪1的主體（包括圓柱輪軛部4、多個(gè)瓦片形永磁體5及多個(gè)瓦片形鐵心6）進(jìn)行保護(hù)。對(duì)圓柱輪1的主體部分的保護(hù)結(jié)構(gòu)不局限上述結(jié)構(gòu)，可以多種多樣。

具體實(shí)施方式五：如圖2~圖4所示，具體實(shí)施方式四所述的一種用于正交軸傳動(dòng)的磁通集中式永磁面齒輪組，所述的前端環(huán)3-1、后端環(huán)3-2和外部保護(hù)套7均采用不銹鋼或玻璃絲帶材料制成。使每個(gè)瓦片形永磁體5能夠避免結(jié)構(gòu)損壞、氧化，對(duì)每個(gè)瓦片形永磁體5形成有效保護(hù)。

具體實(shí)施方式六：如圖6~圖8所示，具體實(shí)施方式二所述的一種用于正交軸傳動(dòng)的磁通集中式永磁面齒輪組，所述的平面輪2還包括上端環(huán)8、外保護(hù)套9和內(nèi)保護(hù)套12；所述的外保護(hù)套9和內(nèi)保護(hù)套12分別緊密套裝在由多個(gè)第一型扇形永磁體11-1、多個(gè)扇形鐵心10及多個(gè)第二型扇形永磁體11-2圍成的圓筒的外側(cè)和內(nèi)側(cè)，所述的上端環(huán)8通過粘結(jié)方式固定在多個(gè)第一型扇形永磁體11-1、多個(gè)扇形鐵心10及多個(gè)第二型扇形永磁體11-2的上端面，上端環(huán)8、外保護(hù)套9及內(nèi)保護(hù)套12均采用非導(dǎo)磁性材料（如不銹鋼）制成。

設(shè)置上端環(huán)8、外保護(hù)套9、內(nèi)保護(hù)套12的作用都是對(duì)平面輪2主體（包括平面輪軛部13和多個(gè)扇形永磁體11）進(jìn)行保護(hù)。對(duì)平面輪2的主體部分的保護(hù)結(jié)構(gòu)并不局限于上述結(jié)構(gòu)，可以多種多樣。

具體實(shí)施方式七：如圖6~圖8所示，具體實(shí)施方式六所述的一種用于正交軸傳動(dòng)的磁通集中式永磁面齒輪組，所述的上端環(huán)8、外保護(hù)套9和內(nèi)保護(hù)套12均采用不銹鋼或玻璃絲帶材料制成。使每個(gè)扇形永磁體11能夠避免結(jié)構(gòu)損壞、氧化，對(duì)每個(gè)扇形永磁體11形成有效保護(hù)。

具體實(shí)施方式八：如圖4及圖8所示，具體實(shí)施方式二所述的一種用于正交軸傳動(dòng)的磁通集中式永磁面齒輪組，所述的圓柱輪1的多個(gè)瓦片形永磁體5的極對(duì)數(shù)與平面輪2的多個(gè)扇形永磁體11極對(duì)數(shù)，應(yīng)滿足如下關(guān)系式：

式中，和分別為圓柱輪1和平面輪2的轉(zhuǎn)速，rad/s；為傳動(dòng)比。

本實(shí)施方式的有益效果是：可使齒輪組在運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)矩和傳動(dòng)比保持恒定，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的平穩(wěn)傳遞。

具體實(shí)施方式九：如圖2、圖4~圖6、圖8及圖9所示，具體實(shí)施方式二所述的一種用于正交軸傳動(dòng)的磁通集中式永磁面齒輪組，所述的多個(gè)瓦片形永磁體5、多個(gè)瓦片形鐵心6、多個(gè)扇形鐵心10及多個(gè)扇形永磁體11的厚度均相等，多個(gè)瓦片形永磁體5與多個(gè)瓦片形鐵心6的軸向長(zhǎng)度均相等，所述的多個(gè)扇形鐵心10與多個(gè)扇形永磁體11的徑向長(zhǎng)度均相等，且每個(gè)瓦片形永磁體5及每個(gè)瓦片形鐵心6的軸向長(zhǎng)度均與每個(gè)扇形鐵心10及每個(gè)扇形永磁體11的徑向長(zhǎng)度相等，多個(gè)第一型瓦片形永磁體5-1、多個(gè)第二型瓦片形永磁體5-2、多個(gè)第一型扇形永磁體11-1及多個(gè)第二型扇形永磁體11-2的極弧系數(shù)均在0.3-0.5之間，且多個(gè)第一型瓦片形永磁體5-1、多個(gè)第二型瓦片形永磁體5-2、多個(gè)第一型扇形永磁體11-1及多個(gè)第二型扇形永磁體11-2的極弧系數(shù)相同。

本實(shí)施方式的有益效果是：避免永磁體在運(yùn)行過程中被退磁，防止齒輪組失效。

具體實(shí)施方式十：如圖10及圖11所示，具體實(shí)施方式二所述的一種用于正交軸傳動(dòng)的磁通集中式永磁面齒輪組，所述的圓柱輪1的前后兩個(gè)端面與平面輪2的內(nèi)外兩條圓弧線對(duì)齊（相切）設(shè)置。

本實(shí)施方式的有益效果是：確保耦合區(qū)域盡量大，能傳遞更大的轉(zhuǎn)矩。

工作原理：如圖1~圖11所示，圓柱輪1上的瓦片形鐵心6產(chǎn)生的磁場(chǎng)與平面輪2上的扇形鐵心10產(chǎn)生的磁場(chǎng)耦合，主磁通依次經(jīng)過第一型瓦片形永磁體5-1或第二型瓦片形永磁體5-2→瓦片形鐵心6→氣隙→扇形鐵心10→第一型扇形永磁體11-1或第二型扇形永磁體11-2→扇形鐵心10→氣隙→瓦片形鐵心6→第一型瓦片形永磁體5-1或第二型瓦片形永磁體5-2形成閉合回路。永磁體主磁通幾乎不通過軛部（包括圓柱輪軛部4和平面輪軛部13），通過鐵心形成單邊磁場(chǎng)分布。

由于兩輪之間產(chǎn)生的磁性力，主動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)從動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)。當(dāng)從動(dòng)輪上有負(fù)載時(shí)， 當(dāng)從動(dòng)輪上有負(fù)載時(shí)，兩個(gè)輪子在耦合區(qū)域，瓦片形鐵心6與扇形鐵心10中心并不是正對(duì)的，會(huì)錯(cuò)開一定的角度，負(fù)載越大，錯(cuò)開的角度也越大。當(dāng)瓦片形鐵心6與扇形鐵心10錯(cuò)開90°電角度時(shí)，能夠傳遞的轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大，當(dāng)負(fù)載超過此時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，兩輪將產(chǎn)生“相對(duì)滑動(dòng)”，齒輪組不能正常工作，也即發(fā)生了過載保護(hù)。