軸向平面磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副，可廣泛應用于風力發電、電動汽車、船艦驅動等工業傳動領域。其特征是：由具有2ps個定子永磁體2的永磁定子盤、和裝有2pr個轉子永磁體6的永磁轉子盤及具有Zb個凸極波數的凸極式磁導波轉子盤3構成磁導諧波式磁性齒輪副，極對數ps與pr為彼此互素的正整數對，形成固定差值的少極差，永磁定子盤、永磁轉子盤和凸極式磁導波轉子盤3三者依次沿軸向呈同軸式分布結構且彼此間通過軸向平面氣隙磁場而耦合，利用少極差的異極性磁場吸引的原理在高速旋轉的凸極式磁導波轉子盤3的凸極直軸區域相互耦合，來驅動少極差的磁性齒輪副低速旋轉，從而實現無機械接觸、無摩擦的動力變速變矩傳動。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術是ー種軸向平面磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副，是利用少極差原理構建的磁導交變的諧波式磁性齒輪傳動技術來實現高轉速小力矩機械能與低轉速大力矩機械能相互轉換的變速傳動裝置，可直接取代常規的機械式諧波齒輪傳動變速系統，廣泛應用于エ業機器人伺服驅動、風カ發電、水力發電、電動汽車、船艦驅動及其它需要直接驅動的エ業傳動領域。
技術介紹
在エ業應用的許多傳動領域往往需要實現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，比如風カ發電和水力發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電用機械動能，電動汽車和潛艇驅動領域又需要將原動機的高速機械功率變換成轉速很低而カ矩很大的機械功率，エ業機器人、雷達跟蹤系統及機床加工中心也大量使用的高精度伺服減速驅動機構。按現有常規的設計技術，極低轉速和大力矩會 使得電機體積龐大，増加電機單位千瓦數的材料消耗并使得工程量巨大；為此，現有公知的普遍方法是借助機械齒輪變速傳動技術來實現低轉速、大力矩的輸出和恒功率調速范圍的要求，長期以來少齒差齒輪傳動技術和諧波齒輪傳動技術是大減速比傳動的首選，少齒差傳動因偏心引發許多了自轉輸出機構的加工精度、噪聲、效率、震動等一系列問題，而諧波傳動又因為柔輪的交替變形的強度、剛度、疲勞而引出傳動系統的可靠性和壽命挑戰問題，傳動カ矩、功率和輸入轉速、傳動效率一直難以提高。中國是世界上稀土永磁材料最豐富的國家，大力發展稀土材料的應用有現實的意義。隨著控制技術的進步，稀土永磁材料在電驅動領域已經得到廣泛應用，稀土永磁材料做成的各類電機產品，其単位體積材料傳送的カ矩密度大，能源利用效率高而能耗小，顯示出其稀土材料巨大的優越性。近年來，隨著風カ發電、電動汽車等新能源應用領域的發展需求，國內外開始在新型磁性傳動技術上實現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制技術理論及其傳動結構，并從實踐上完成了ー種新型徑向磁場調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ー個重要的研究方向和未來的應用領域。這種基于磁場調制技術的磁性齒輪結構有ー個特點，即是采用磁場調制原理來對少極數的主動輪和多極數的從動輪的不同極數的永久磁場進行調制，具體在結構上的方法就是在主動輪和從動輪之間加設了ー個具有定向定數的導磁柵鐵芯做導磁極，從而有目的地隔離兩個不同極數的傳動輪。由于導磁柵鐵芯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，而且傳動比越大導磁柵鐵芯所受的機械轉矩也越大，其結構強度也是影響其壽命的主要因素。因此，改進導磁柵鐵芯的柵齒結構并減少柵齒數量是提高其機械強度和壽命的關鍵環節。近期，本案專利技術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的永久磁場相互作用、相互耦合來達到傳遞カ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，由于其結構上必須采取偏心，再加稀土材料強大的永久磁場增加了軸承的徑向、軸向負荷，而且由于偏心導致輸出機構復雜、效率低下，エ藝上也増加了加工和裝配難度，更不能忍受的是偏心結構導致系統的剛性震動，難以適應減速機構的高轉速運行，限制了其應用范圍。截止目前為止國內外均還沒有人提出過利用少極差原理并結合機械諧波齒輪傳動技術原理來改進少極差磁性齒輪副的偏心結構，而這樣的技術研究和結構專利技術對于工程應用具有重要的現實意義。
技術實現思路
首先，借助圖I來分析傳統的機械式諧波齒輪傳動的技術原理，圖中項4為輸入軸，項9為定子剛輪，項10為柔輪轉子，項11為波發生轉輪；圖中符號標識ηι、η2表示輸入轉速、輸出轉速，Zs表示機械式諧波齒輪的定子剛輪9的內齒數，Z2表示機械式諧波齒輪的柔輪轉子10的外齒數，bn表示機械式諧波齒輪的波發生轉輪11的波數。當波發生轉輪11裝入柔輪轉子10的內圓時，迫使柔輪轉子10產生彈性變形，使其長軸處柔輪轉子的輪齒插入定子剛輪9的輪齒槽內，成為完全嚙合狀態；而其短軸處兩輪輪齒完全不接觸，處于脫開 狀態；由嚙合到脫開的過程之間則處于嚙出或嚙入狀態。當波發生轉輪11連續轉動時，迫使柔輪轉子10不斷產生變形，使兩輪輪齒在進行嚙入、嚙合、嚙出、脫開的過程中不斷改變各自的工作狀態，產生了所謂的錯齒運動，從而實現了主動的波發生轉輪11與被動的柔輪轉子10間的運動傳遞。諧波齒輪傳動中錯齒是運動產生的原因，定子剛輪9的內齒數Zs與柔輪轉子10的外齒數Z2齒數差很小，其齒數差Zs- Z2=±bn決定了波發生轉輪11轉一周柔輪轉子10變形時與定子鋼輪同時嚙合區域的數目，即波數；目前多用雙波和三波傳動。圖I為波數為bn=+2的機械式諧波齒輪雙波傳動原理圖；在圖中所示的柔輪轉子10旋轉輸出的條件下，其傳動比 iSM 為h I + H2= - Z2 — (Zs- Z2)= - Z2 + (士 )。根據上述機械式諧波齒輪傳動技術的原理，本技術專利技術的目的在于提供一種氣隙磁密波可交替變化的軸向平面磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副新結構。本專利技術的基本構思是，借鑒機械式諧波齒輪傳動中兩傳動輪副錯齒運動的原理，并結合凸極式同步電機氣隙磁場在直軸和交軸方向因氣隙磁導變化導致氣隙磁密波也周期性交變的凸極效應理論，將諧波齒輪傳動中高速的波發生轉輪11用具有磁導凸極效應的凸極式磁導波轉子盤代替，用稀土永磁體N、S磁極取代定子剛輪9的內齒和柔輪轉子10上的外齒，凸極式磁導波轉子盤與帶有磁極的柔輪轉子之間、柔輪轉子與帶磁極的定子之間均存在氣隙，三者依次沿軸向呈同軸式分布結構，彼此間存在平面氣隙并通過軸向平面磁場而耦合；定子和轉子的磁極數形成固定的少極差，通過少極差的異極性磁場吸引的原理在高速旋轉的凸極式磁導波轉子盤的凸極直軸區域相互耦合，來驅動少極差的磁性齒輪副低速旋轉，從而實現無機械接觸、無摩擦的動力變速變矩傳動。以下結合圖2、圖3和圖4來說明這種軸向平面磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副的工作原理及結構特征，圖中項I為定子端蓋盤，項2為定子永磁體，項3為凸極式磁導波轉子盤，項4為輸入軸,項5為轉子永磁體,項6為轉子磁盤,項7為輸出軸,項8為機殼；圖中符號標識Ν表不極性為N的永磁體，S表不極性為S的永磁體，Ii1J1表不輸入軸4的輸入轉速和輸入力矩，n2、T2輸出軸7的輸出轉速和輸出力矩，2ps表示定子永磁體2的分布極數，2pr表不轉子永磁體5的分布極數，Zb表不凸極式磁導波轉子3的凸極波數。圖2為中置式波轉子結構的諧波磁性齒輪副的雙波傳動工作原理平面圖；圖3為外置式波轉子結構的諧波磁性齒輪副的雙波傳動工作原理平面圖；圖4為中置式波轉子結構的少極差磁導諧波式磁性齒輪副立體結構復合剖面圖。從圖2、圖3可知，軸向平面磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副的工作原理與機械式少齒差諧波齒輪傳動類似永磁定子盤和永磁轉子盤之間的凸極式磁導波轉子盤3會自然驅使定子永磁體2、轉子永磁體5按異極性相互吸引的原理在凸極式磁導波轉子盤3的呈善形凸出的導磁極片區域產生磁場耦合，工作吋本文檔來自技高網...
【技術保護點】
軸向平面磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副，其特征是：一、由具有2ps個定子永磁體(2)的永磁定子盤、和具有2pr個轉子永磁體(5)的永磁轉子盤及具有Zb個凸極波數的凸極式磁導波轉子盤(3)構成磁導諧波式磁性齒輪副，定子永磁體(2)的分布極對數ps與轉子永磁體(5)的分布極對數pr為彼此互素的正整數對，形成固定差值的少極差，并滿足以下關系約束：ps≠pr？，︱ps？pr︱=︱Zb︱；Zb=±2為雙波傳動方式，Zb=±3為三波傳動方式，Zb=±4為四波傳動方式，Zb=±k為k波傳動方式，k為正整數；二、軸向平面磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副的永磁定子盤、永磁轉子盤和凸極式磁導波轉子盤(3)三者依次沿軸向呈同軸式分布結構，彼此間存在平面氣隙并通過軸向平面磁場而耦合；凸極式磁導波轉子盤(3)與輸入軸(4)緊固連接，永磁轉子盤的轉子磁盤(6)與輸出軸(7)緊固連接，永磁定子盤的定子端蓋盤(1)與機殼(8)定位后緊固連接；永磁定子盤、永磁轉子盤和凸極式磁導波轉子盤(3)三者彼此之間通過軸承定位后滾動連接，永磁定子盤的的定子端蓋盤(1)始終安裝布置于兩轉子的一側，兩轉子盤在裝配上分為兩種結構形式：第一，凸極式磁導波轉子盤(3)分布在永磁轉子盤和永磁定子盤中間的中置式波轉子結構，第二，凸極式磁導波轉子盤(3)布置在永磁轉子盤外側，即永磁轉子盤分布于永磁定子盤和凸極式磁導波轉子盤(3)中間的外置式波轉子結構；兩種分布結構的導磁極片采用凸出外圓表面的扇形葉片結構，轉子波數Zb等于凸出的導磁極片數；三、軸向平面磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副的主動輪為凸極式磁導波轉子(3)，從動輪為永磁轉子盤，在輸入力矩T1和轉速n1的輸入狀態下，其輸出運動方式分為：第一，永磁定子盤與機殼(8)固定而永磁轉子盤和輸出軸(7)旋轉輸出力矩T2和轉速n2，此時，磁性齒輪副的傳動比滿足約束：；第二，永磁轉子盤和輸出軸(7)固定而永磁定子盤與機殼(8)旋轉輸出力矩T2和轉速n2，此時，磁性齒輪副的傳動比滿足約束：；以上傳動關系中出現小于零的負數表示輸入和輸出的旋轉方向相反。FDA0000211560071.jpg,FDA0000211560072.jpg,FDA0000211560073.jpg,FDA0000211560074.jpg...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：盧敏，胡捷，余虹錦，
申請(專利權)人：余虹錦，
類型：發明
國別省市：
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