低速轉(zhuǎn)子側(cè)采用定子永磁型結(jié)構(gòu)的軸向磁齒輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于非接觸式變速驅(qū)動(dòng)的軸向磁齒輪，屬于變速傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)應(yīng)用中，很多需要變速驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合，通常利用體積龐大的齒輪箱等機(jī)械裝置來實(shí)現(xiàn)。機(jī)械齒輪箱的使用將不可避免地帶來噪聲、震動(dòng)、摩擦損耗以及定期維護(hù)等問題，并將明顯增加傳動(dòng)系統(tǒng)的體積和重量。此外，機(jī)械齒輪不具備過載自保護(hù)能力，當(dāng)傳遞的轉(zhuǎn)矩超過機(jī)械齒的承受能力時(shí)，容易發(fā)生安全事故。
[0003]相較而言，磁齒輪利用磁場(chǎng)耦合進(jìn)行轉(zhuǎn)矩的傳遞，是一種非接觸式變速傳動(dòng)裝置，不存在噪聲、震動(dòng)、摩擦損耗以及潤(rùn)滑等問題，而且能夠?qū)崿F(xiàn)輸入與輸出之間的物理隔離，還具備過載自保護(hù)能力，安全可靠性較高。近年來，隨著高性能釹鐵硼永磁材料的發(fā)展，新型磁齒輪拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的探索已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研宄熱點(diǎn)。目前，研宄較多的一類磁齒輪通常采用同軸結(jié)構(gòu)，該類同軸磁齒輪包括由外至內(nèi)排列、同軸心的低速轉(zhuǎn)子、調(diào)磁環(huán)和高速轉(zhuǎn)子，高、低速轉(zhuǎn)子均由永磁體和鐵芯構(gòu)成，永磁體隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，降低了轉(zhuǎn)子的機(jī)械可靠性；調(diào)磁環(huán)是由導(dǎo)磁塊與非導(dǎo)磁塊間隔排列構(gòu)成的環(huán)形部件，靜止放置在高、低速轉(zhuǎn)子之間，這導(dǎo)致調(diào)磁環(huán)的加工和固定安裝十分困難。此外，調(diào)磁環(huán)和高、低速轉(zhuǎn)子之間分別設(shè)有氣隙，兩層氣隙和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)部件(高、低速轉(zhuǎn)子)進(jìn)一步增加了同軸磁齒輪的制造難度。上述種種原因在一定程度上限制了同軸磁齒輪的實(shí)際應(yīng)用，因此，對(duì)具有機(jī)械可靠性高和加工制造方便特點(diǎn)的新型磁齒輪拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研宄具有重要的理論意義和實(shí)用工程價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的同軸磁齒輪存在的機(jī)械可靠性低和加工制造困難的問題，提供了一種軸向磁齒輪拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明的軸向磁齒輪，包括定子、低速轉(zhuǎn)子、低速轉(zhuǎn)軸、高速轉(zhuǎn)子、高速轉(zhuǎn)軸和外殼；所述低速轉(zhuǎn)子固定設(shè)置在低速轉(zhuǎn)軸上，低速轉(zhuǎn)子為環(huán)形導(dǎo)磁體，在其外環(huán)上設(shè)置有等距排列的低速轉(zhuǎn)子凸極；所述高速轉(zhuǎn)子固定設(shè)置在高速轉(zhuǎn)軸上，高速轉(zhuǎn)子為環(huán)形結(jié)構(gòu)，包括高速轉(zhuǎn)子鐵芯和輻條式嵌入高速轉(zhuǎn)子鐵芯的高速轉(zhuǎn)子永磁體，所述高速轉(zhuǎn)子永磁體沿圓周切向充磁，相鄰永磁體充磁方向相反；所述低速轉(zhuǎn)子和高速轉(zhuǎn)子沿軸向排列，同軸設(shè)置，之間具有間隙，而且二者外徑相同；所述定子為由定子導(dǎo)磁塊沿圓周方向等距間隔排列組成的環(huán)形結(jié)構(gòu)，同軸心地固定安裝在低速轉(zhuǎn)子和高速轉(zhuǎn)子的外部，其中，與低速轉(zhuǎn)子相對(duì)應(yīng)定子側(cè)的相鄰定子導(dǎo)磁塊之間填充定子永磁體，而與高速轉(zhuǎn)子相對(duì)應(yīng)定子側(cè)的定子導(dǎo)磁塊之間則無需填充任何材料，所述定子永磁體沿圓周切向充磁，相鄰永磁體充磁方向相反；所述外殼為鋁制環(huán)形部件，緊密包圍在定子外部，用于固定定子；所述定子與低速轉(zhuǎn)子凸極、高速轉(zhuǎn)子外表面之間設(shè)有氣隙，定子的兩側(cè)端面分別與低速轉(zhuǎn)子、高速轉(zhuǎn)子的外側(cè)端面對(duì)齊。
[0006]本發(fā)明中，所述低速轉(zhuǎn)子凸極的個(gè)數(shù)N1、定子導(dǎo)磁塊的個(gè)數(shù)Ns、高速轉(zhuǎn)子永磁體的極對(duì)數(shù)Ph滿足以下關(guān)系:N s= 2X (N X-Ph)，能夠?qū)崿F(xiàn)的齒輪變速傳動(dòng)比4為:G r= N 1:Ph。
[0007]本發(fā)明中，所述低速轉(zhuǎn)子的軸向長(zhǎng)度L1、高速轉(zhuǎn)子的軸向長(zhǎng)度Lh、定子導(dǎo)磁塊的軸向長(zhǎng)度Ls、低速轉(zhuǎn)子側(cè)對(duì)應(yīng)定子永磁體的軸向長(zhǎng)度Lsm、低速轉(zhuǎn)子與高速轉(zhuǎn)子之間的軸向間隙距尚Lg之間彳兩足以下關(guān)系:L s= L ；|_+Lg+Lh，Lsm= L1O
[0008]有益效果:本發(fā)明提供了一種全新的軸向磁齒輪結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的同軸磁齒輪相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0009]1.傳統(tǒng)同軸磁齒輪的結(jié)構(gòu)包括同軸心旋轉(zhuǎn)的高、低速轉(zhuǎn)子和固定在二者之間的調(diào)磁環(huán)，調(diào)磁環(huán)是由零散的導(dǎo)磁塊構(gòu)成的環(huán)形部件，調(diào)磁環(huán)本身的加工制造和固定安裝十分困難。此外，兩層氣隙和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)部件使得該類同軸磁齒輪只能采用單邊支撐的方式固定，增加了裝配難度和加工成本，而且高、低速轉(zhuǎn)子和調(diào)磁環(huán)的同心度也難以保證；
[0010]本發(fā)明的磁齒輪采用軸向結(jié)構(gòu)，沿軸向同軸心排列的高、低速轉(zhuǎn)子分別設(shè)置在定子內(nèi)部?jī)蓚?cè)，一方面，外定子、內(nèi)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)布局可以借鑒現(xiàn)有永磁同步電機(jī)的制作方案進(jìn)行加工，裝配工藝簡(jiǎn)單，制造成本低；另一方面，高、低速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸可以方便地在兩側(cè)分別引出，且固定安裝十分方便；
[0011]2.傳統(tǒng)同軸磁齒輪的高、低速轉(zhuǎn)子均由鐵芯和永磁體構(gòu)成，結(jié)構(gòu)整體性較差，一定程度上降低了轉(zhuǎn)子的機(jī)械承受能力，而且在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中，表貼的永磁體容易發(fā)生脫落，也降低了轉(zhuǎn)子的機(jī)械可靠性；
[0012]本發(fā)明的軸向磁齒輪在低速轉(zhuǎn)子側(cè)采用定子永磁型結(jié)構(gòu)，低速轉(zhuǎn)子僅為由導(dǎo)磁體構(gòu)成的凸極結(jié)構(gòu)，不但制造方便，加工成本低，而且能夠改善轉(zhuǎn)子承受大轉(zhuǎn)矩沖擊的能力，提高了低速轉(zhuǎn)子的機(jī)械可靠性；此外，高速轉(zhuǎn)子采用輻條嵌入式永磁體安排，使得高速轉(zhuǎn)子在較高轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)時(shí)，不容易發(fā)生永磁體脫落的現(xiàn)象，也進(jìn)一步提高了高速轉(zhuǎn)子的機(jī)械可靠性；
[0013]3.傳統(tǒng)同軸磁齒輪高、低速轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)通過調(diào)磁環(huán)的磁場(chǎng)調(diào)制作用，利用諧波磁場(chǎng)的耦合作用實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的傳遞，磁場(chǎng)作用需要經(jīng)過內(nèi)、外兩層氣隙，在一定程度上降低了永磁體的利用率和磁齒輪的轉(zhuǎn)矩傳遞能力；
[0014]本發(fā)明的軸向磁齒輪低速轉(zhuǎn)子側(cè)的定子永磁體產(chǎn)生的永磁磁場(chǎng)在低速轉(zhuǎn)子凸極結(jié)構(gòu)的調(diào)制作用下，產(chǎn)生的諧波磁場(chǎng)只需經(jīng)過一層氣隙，便可以與高速轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)耦合作用實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的傳遞，這將進(jìn)一步提高永磁體的利用率和磁齒輪的轉(zhuǎn)矩傳遞能力。
[0015]本發(fā)明能夠獲得理想的運(yùn)行性能，有利于簡(jiǎn)化制造工藝，降低加工成本，提高機(jī)械可靠性，改善磁齒輪轉(zhuǎn)矩傳遞能力。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的軸向磁齒輪低速轉(zhuǎn)子側(cè)截面結(jié)構(gòu)；
[0017]圖2為本發(fā)明的軸向磁齒輪高速轉(zhuǎn)子側(cè)截面結(jié)構(gòu)；
[0018]圖3為傳統(tǒng)的同軸磁齒輪截面結(jié)構(gòu)。
[0019]圖中有:定子1，定子導(dǎo)磁塊11，定子永磁體12，低速轉(zhuǎn)子2，低速轉(zhuǎn)子凸極21，低速轉(zhuǎn)子永磁體22，氣隙3，外殼4，低速轉(zhuǎn)軸5，高速轉(zhuǎn)子6，高速轉(zhuǎn)子鐵芯61，高速轉(zhuǎn)子永磁體62，高速轉(zhuǎn)軸7，調(diào)磁環(huán)8，調(diào)磁環(huán)導(dǎo)磁塊81，調(diào)磁環(huán)非導(dǎo)磁塊82，外氣隙91，內(nèi)氣隙92。圖中箭頭代表永磁體充磁方向。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明的軸向磁齒輪，包括定子1、低速轉(zhuǎn)子2、低速轉(zhuǎn)軸5、高速轉(zhuǎn)子6、高速轉(zhuǎn)軸7和外殼4 ;所述低速轉(zhuǎn)子2固定設(shè)置在低速轉(zhuǎn)軸5上，低速轉(zhuǎn)子2為環(huán)形導(dǎo)磁體，在其外環(huán)上設(shè)置有等距排列的低速轉(zhuǎn)子凸極21 ;所述高速轉(zhuǎn)子6固定設(shè)置在高速轉(zhuǎn)軸7上，高速轉(zhuǎn)子6為環(huán)形結(jié)構(gòu)，包括高速轉(zhuǎn)子鐵芯61和福條式嵌入高速轉(zhuǎn)子鐵芯61的高速轉(zhuǎn)子永磁體62，所述高速轉(zhuǎn)子永磁體62沿圓周切向充磁，相鄰永磁體充磁方向相反；所述低速轉(zhuǎn)子2和高速轉(zhuǎn)子6沿軸向排列，同軸設(shè)置，之間具有間隙，而且二者外徑相同；所述定子I為由定子導(dǎo)磁塊11沿圓周方向等距間隔排列組成的環(huán)形結(jié)構(gòu)，同軸心地固定安裝在低速轉(zhuǎn)子2和高速轉(zhuǎn)子6的外部，其中，與低速轉(zhuǎn)子2相對(duì)應(yīng)定子側(cè)的相鄰定子導(dǎo)磁塊11之間填充定子永磁體12，而與高速轉(zhuǎn)子6相對(duì)應(yīng)定子側(cè)的定子導(dǎo)磁塊11之間則無需填充任何材料，所述定子永磁體12沿圓周切向充磁，相鄰永磁體充磁方向相反；所述外殼4為鋁制環(huán)形部件，緊密包圍在定子I外部，用于固定定子I ;所述定子I與低速轉(zhuǎn)子凸極21、高速轉(zhuǎn)子6外表面之間設(shè)有氣隙3，定子I的兩側(cè)端面分別與低速轉(zhuǎn)子2、高速轉(zhuǎn)子6的外側(cè)端面對(duì)齊。
[0021]本發(fā)明中，所述低速轉(zhuǎn)子凸極21的個(gè)數(shù)N1、定子導(dǎo)磁塊11的個(gè)數(shù)Ns、高速轉(zhuǎn)子永磁體62的極對(duì)數(shù)Ph滿足以下關(guān)系:N s= 2X (N rPh)，能夠?qū)崿F(xiàn)的齒輪變速傳動(dòng)比為:G r
=N1IPhO
[0022]本發(fā)明中，所述低速轉(zhuǎn)子2的軸向長(zhǎng)度L1、高速轉(zhuǎn)子6的軸向長(zhǎng)度Lh、定子導(dǎo)磁塊11的軸向長(zhǎng)度