[發(fā)明專利]新型徑向磁場的少極差電磁式偏心磁性齒輪副

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210091483.1
• 申請日: 2012-03-30
• 公開（公告）號: CN102624196A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設計）人: 盧敏;胡捷;余虹錦
• 申請（專利權）人: 余虹錦
• 主分類號: H02K51/00
• 分類號: H02K51/00;H02K1/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明是一種新型徑向磁場的少極差電磁式偏心磁性齒輪副，是利用電磁式磁性齒輪傳動技術來實現(xiàn)高轉速小力矩機械能與低轉速大力矩機械能相互轉換的可控變速傳動裝置，可直接取代常規(guī)的機械齒輪傳動離合變速系統(tǒng)，廣泛應用于風力發(fā)電、水力發(fā)電、電動汽車、船艦驅動及其它需要直接驅動的工業(yè)傳動領域。

背景技術

在工業(yè)應用的許多傳動領域往往需要實現(xiàn)低轉速大力矩的機械能與高轉速低力矩機械能的相互轉換，比如：風力發(fā)電和水力發(fā)電領域需要將極低轉速且可變的風能、水的勢能轉換成高轉速的發(fā)電用機械動能，電動汽車和潛艇驅動領域又需要將驅動電機的高速機械功率變換成轉速很低而力矩很大的機械功率。按現(xiàn)有常規(guī)的設計技術，極低轉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來實現(xiàn)低轉速、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，但以上問題依舊無法根除，導致使用維護極其繁瑣，常規(guī)高變速比的機械齒輪變速系統(tǒng)傳動效率低、噪聲大、可靠性差。固定傳動速比的機械式齒輪副傳動使得需要在更寬轉速范圍的多級、分檔調(diào)速機構結構復雜，無法適應越來越多的無級變速的傳動技術要求，為滿足大范圍變矩變速的使用要求，傳統(tǒng)的做法采用了機械式離合變速機構，不僅導致整體結構復雜，而且長久頻繁的離合操作對系統(tǒng)的可靠性和壽命挑戰(zhàn)極大，也往往使得離合機構的操縱控制復雜化。

中國是世界上稀土永磁材料最豐富的國家，大力發(fā)展稀土材料的應用有現(xiàn)實的意義。隨著控制技術的進步，稀土永磁材料在電驅動領域已經(jīng)得到廣泛應用，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，隨著風力發(fā)電、電動汽車等新能源應用領域的發(fā)展需求，國內(nèi)外開始在新型磁性傳動技術上實現(xiàn)對機械傳動的技術突破，2004年英國和丹麥學者提出了磁場調(diào)制技術理論及其傳動結構，并從實踐上完成了一種新型徑向磁場調(diào)制式磁性齒輪的設計及樣機驗證工作，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域的應用開辟了一個重要的研究方向和未來的應用領域。這種基于磁場調(diào)制技術的磁性齒輪結構有一個特點，即是采用磁場調(diào)制原理來對主動輪和從動輪的不同極數(shù)的永久磁場進行調(diào)制，具體在結構上的方法就是在主動輪和從動輪之間加設了一個具有定向定數(shù)的導磁柵鐵心做導磁極，從而有目的地隔離兩個不同極數(shù)的傳動輪。

以上基于磁場調(diào)制技術而設計的磁性齒輪從理論原理到結構方案上存在兩大致命的不足：第一，從理論上看，起磁場調(diào)制作用的導磁柵鐵心極(齒)數(shù)必須滿足約束條件，從而導致磁性齒輪在運轉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)，即稀土永磁體磁極的耦合度理論上就低于50％；第二，從結構上看，加設導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，如果不加厚磁極厚度則必然導致處于耦合工作狀態(tài)的永磁體磁通量降低，從而影響所傳遞的轉矩大小；第三，導磁柵鐵心的存在使得氣隙磁阻與磁勢交變脈動，導致轉矩周期性波動，不僅影響傳動精度，而且導磁柵鐵心所受的機械轉矩大，其結構強度也是影響其壽命的主要因素。所以，要降低磁性齒輪傳動技術的成本并進一步提高其傳遞的力矩，就必須從原理上突破磁場調(diào)制技術的理論約束，并且從結構設計上跳出雙氣隙的結構制約。

近期，本案發(fā)明人之一也提出過新型橫向和徑向磁場的少極差磁場耦合式偏心磁性齒輪副(201110277432.3、201120350893.4和201110355864.1、201120444409.4)，這種磁性齒輪副是利用兩個傳動輪副上的兩種不同極數(shù)的永久磁場相互作用、相互耦合來達到傳遞力矩和變速傳動的目的，但是這種少極差雙永磁耦合變速的概念，由于稀土材料的永久磁場無法調(diào)節(jié)使其不能實現(xiàn)離合控制，更不能隨負載大小來自動調(diào)節(jié)力矩大小，只能實現(xiàn)簡單的變速傳動的目的，截止目前為止國內(nèi)外均還沒有人提出過利用電磁場原理來改進少極差偏心磁性齒輪副的工作原理和具體應用結構，而這樣的技術研究和結構發(fā)明對于既需要離合功能又要實現(xiàn)變速變矩目的應用場合卻恰恰具有重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容