[发明专利]永磁齿轮的阻尼系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁齿轮无接触传动装置，特别涉及在永磁齿轮传动过程中抑制从动齿轮相对主动齿轮的转速波动的阻尼系统。

背景技术

永磁齿轮是利用永磁体的同极性相斥、异极性相吸的原理来工作的，它与传统机械齿轮的形状不同，没有轮齿，而是由多个磁体按照N极和S极相间排列的顺序围成的圆柱或圆环体，磁体径向进行磁化。当一对永磁齿轮工作时，这对齿轮空间上彼此分离，它们之间的力矩传动是依靠这对齿轮所产生的磁场之间的耦合作用。

永磁齿轮采用磁场耦合进行传递动力，具有很多优点：

1、能够实现无接触传动。永磁齿轮的传动是利用了空间磁场的耦合作用来工作的，因此它能实现传统齿轮无法实现的无接触传动。

2、结构简单，加工方便。主动齿轮和从动齿轮都是简单的圆柱或圆环体，不需要加工轮齿。在微机械领域中，如果加工小直径的齿轮，一般需要加工是齿轮直径几分之一甚至十分之一高度的轮齿，这大大增加了加工的难度。同时，轮齿越小，它所能承受的负载强度越小。而采用永磁齿轮则只需要加工出简单的圆柱体就行。因此，永磁齿轮易于实现微小加工。

3、永磁齿轮是无接触传动，因此无需润滑，所以清洁、无摩擦、无油污、防尘防水。

4、永磁齿轮启动力矩比较低，并且具有过载保护能力。

永磁齿轮的这些特点使它在医疗器械、石油、化工、食品加工、仪器仪表、航空航天、海洋、核物理、激光等领域具有极大的应用前景。

但是，相对传统的机械齿轮而言，永磁齿轮除了存在传动力矩小等缺点之外，还有一个十分严重的缺点，它就是永磁齿轮传动机构转速的稳定性问题。

对于永磁齿轮传动机构而言，转速的稳定性是一个十分重要的性能指标。一般齿轮机构保证了在传动过程中，主、从动齿轮平均速度上满足传动比关系。但除了渐开线齿轮外，一般都不能满足瞬时速度始终保持传动比的关系。对依靠磁场耦合的永磁齿轮在传动中会出现速度波动进而影响传动性能的现象，甚至导致从动齿轮失步而永磁齿轮不能工作的情况。

永磁齿轮机构通过磁力转矩的作用把两个齿轮联系起来，转速波动的一个重要原因在于在主、从动齿轮同步转动过程中，从动轮所受的力矩不是恒定不变的，而是在一个固定力矩上下不断波动。如果从动轮承载一个恒定负载，则从动齿轮会产生转速的波动。在恒定负载下，永磁齿轮的主动齿轮和从动齿轮磁极轴线夹角随着主动齿轮的旋转而有所波动，夹角时而增大，时而减小，由于主动齿轮是匀速转动，所以从动轮的转动就将时而加速，时而减速，但就平均速度来说，从动齿轮也将以和主动齿轮同样的转速转动，从而实现定传动比传动。如果从动齿轮承载一个非恒定负载，则从动齿轮的转速波动还有可能会更大。一旦从动齿轮的转速波动达到某一数值，从动齿轮将会与主动齿轮失步，永磁齿轮将不能传递转矩。故对于此种机构在传动过程中的速度波动加以限制非常必要。

虽然永磁磁体本身对其转速的波动有一定的阻尼作用，但是由于磁性材料的导电性较差，阻尼作用非常微弱。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种用于永磁齿轮传动机构的阻尼系统。

本发明通过在永磁齿轮传动机构上增加阻尼系统来抑制在传动过程中从动齿轮相对主动齿轮的转速波动，增加永磁齿轮传动机构转速的稳定性，减少从动齿轮与主动齿轮在正常传动时失步的可能性。

本发明的阻尼系统由固定在主动齿轮和从动齿轮之间的磁极表面上的导电的非导磁金属材料层组成。所述的金属材料层全部或部分覆盖主动齿轮和从动齿轮的磁极表面。例如：对于外啮合永磁齿轮，所述的金属材料层分别固定在主动齿轮和从动齿轮的圆柱或圆环体表面。对于内啮合永磁齿轮，所述的金属材料层分别固定在外齿轮圆环体的内表面和内齿轮的圆柱或圆环体的表面。对于永磁齿轮-齿条传动，所述的金属材料层分别固定在永磁齿轮的圆柱或圆环体的表面和永磁齿条靠近永磁齿轮一侧的平面上。

这些导电的、有一定厚度的非导磁金属材料层必须与永磁齿轮成为一个整体，它们之间不能有相对运动。

本发明的阻尼系统的工作原理以及功能是：

当主动齿轮旋转时，从动齿轮在主动齿轮所产生的磁场的作用下也开始沿着与主动齿轮旋转方向相反的方向做旋转运动(对于永磁齿轮-齿条传动则做直线运动)。如果主动齿轮与从动齿轮的转速一致，主动齿轮所产生的磁场与从动齿轮以及固定在它表面的金属材料层没有相对运动，因此不会在所述的金属材料层内感应涡流；同时，从动齿轮所产生的磁场与主动齿轮以及固定在它表面的所述的金属材料层也没有相对运动，因此也不会在所述的金属材料层内感应涡流。