[發(fā)明專利]新型徑向磁場的少極差磁場耦合式磁性傳動偏心齒輪副

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110355864.1
• 申請日: 2011-11-10
• 公開（公告）號: CN103107676A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余虹錦
• 申請（專利權(quán)）人: 余虹錦
• 主分類號: H02K51/00
• 分類號: H02K51/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種新型徑向磁場的少極差磁場耦合式磁性傳動偏心齒輪副，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(jī)械能與低轉(zhuǎn)速大力矩機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的變速傳動裝置，可直接取代常規(guī)的機(jī)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(jī)械能與高轉(zhuǎn)速低力矩機(jī)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(jī)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(jī)的高速機(jī)械功率變換成轉(zhuǎn)速很低而力矩很大的機(jī)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(jī)體積龐大，增加電機(jī)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(jī)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(jī)械齒輪傳動技術(shù)的基本形式?jīng)]有變化，即始終是依靠機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)械傳動的技術(shù)突破，2004年英國工程師從理論和樣機(jī)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(jī)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；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。但是，這種基于磁場調(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(yùn)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(jī)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徑向磁場的少極差磁場耦合式磁性傳動偏心齒輪副新結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的基本構(gòu)思是，借鑒機(jī)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)的行星轉(zhuǎn)子的公轉(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)行星轉(zhuǎn)子的自轉(zhuǎn)，經(jīng)孔銷式輸出結(jié)構(gòu)將行星轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)輸出，從而實現(xiàn)了無機(jī)械接觸、無摩擦的動力變速傳動。