[发明专利]一种新型斜向气隙磁场的磁性传动斜齿轮副

说明书

技术领域

本发明是一种新型斜向气隙磁场的磁性传动斜齿轮副，可广泛应用于风力发电、电动汽车、船舰驱动及其它需要直接驱动的工业传动领域。

背景技术

在提高拖动转矩的方法中，机械式齿轮变速传动应用极为广泛，但长期以来其传动基本形式没有变化，即始终是依靠机械式齿轮副的两轮齿的啮合进行传动。这就给齿轮传动带来了一些不可消除的问题，如机械疲劳、摩擦损耗、震动噪音等，尽管可以采用油脂润滑技术，但以上问题依旧无法根除，导致使用维护极其繁琐，而且机械式齿轮传动的理论效率最多也只能达到85％，固定传动速比的机械式齿轮副传动使得需要在更宽转速范围的多级、分档调速机构结构复杂，无法适应越来越多的无级变速的传动技术要求。

我国是世界上稀土永磁材料最丰富的国家，大力发展稀土材料的应用对我国有现实的意义。随着控制技术的进步，稀土永磁材料在电驱动领域已经得到广泛应用，稀土永磁材料做成的各类电机产品，其单位体积材料传送的力矩密度大，能源利用效率高而能耗小，显示出其稀土材料巨大的优越性。稀土永磁材料在机械传动领域的应用，国内外才处于起步阶段，2004年英国工程师从理论和样机的具体实践上完成了一种新型径向磁场磁性齿轮的设计工作，克服了以往永磁齿轮传动扭矩较小的缺点，这给永磁材料在机械传动领域的应用开辟了一个重要的研究方向和未来的应用领域；目前关于传递力矩较大的横向磁场磁性齿轮结构以及综合横向磁场与径向磁场特征的斜向气隙磁场磁性齿轮结构均未见研究成果。

发明内容

针对现有机械式齿轮传动技术存在的问题，本技术发明的目的在于提供一种采用永磁材料制做的、新型斜向气隙磁场的磁性传动斜齿轮副新结构。本发明的基本构思是，利用永磁材料N极与S极异极性相吸引的原理来实现无机械接触、无摩擦的动力变速传动。

以下结合图1来说明这种新型斜向气隙磁场的磁性传动斜齿轮副的结构特征，图中：项1为输入轴，项2为前端盖，项3为定子内锥形铁芯，项4为定子永磁体，项5为从动轮铁磁栅，项6为主动轮永磁体，项7为主动轮锥形铁芯，项8为从动轮后端盖，项9为后端盖，项10为输出轴，项11为滚动轴承，项12为定子机壳；另外，图中字母符号标识：N表示极性N的永磁体，S表示极性S的永磁体，Bg表示经从动轮铁磁栅调磁后的斜向气隙磁场磁通密度，Zg表示从动轮铁磁栅导磁栅齿数，n_r表示主动轮转速，n_g表示从动轮转速，2p_r表示主动轮永磁体分布极数，2p_s表示定子永磁体分布极数。

(一)、新型斜向气隙磁场的磁性传动斜齿轮副由其上分布有2p_r个主动轮永磁体6的外圆锥形主动轮、其上分布有2p_s个定子永磁体4的内圆锥形定子、其上均匀分布有Zg个辐射状导磁栅齿的空心圆锥形从动轮铁磁栅5、前端盖2和后端盖9组成，构成磁性传动斜齿轮副的气隙磁场Bg沿圆锥形状的从动轮铁磁栅5两边的圆锥形空间气隙穿过而形成磁性传动斜齿轮副的斜向磁场；(二)、新型斜向气隙磁场的磁性传动斜齿轮副的定子内孔呈内圆锥形状，主动轮呈外圆锥形状，主动轮的主动轮永磁体6与定子永磁体4之间装配有起调制空间斜向气隙磁场作用的空心圆锥形从动轮铁磁栅5，从动轮铁磁栅5与主动轮永磁体6、定子永磁体4之间均有圆锥形空间斜向气隙，三者之间成同轴线分布；(三)、主动轮上的输入轴1的转速n_r、从动轮上的输出轴10的转速n_g、从动轮铁磁栅5的导磁栅齿数Zg、主动轮永磁体6的极数2p_r、定子永磁体4的极数2p_s满足以下关系约束，定子永磁体4的极对数p_s为正奇数：

Zg＝p_r+p_s；

(四)、通过输入轴1的输入力矩T_r、从输出轴10输出的力矩Tg、磁性传动斜齿轮副的传动效率η满足以下关系约束，传动效率η为大于90％和小于100％之间的正百分数：