軸向平面磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副的製作方法
2024-02-24 18:22:15
專利名稱：軸向平面磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副的製作方法
技術領域：
本發明是一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，廣泛應用於工業機器人伺服驅動、風力發電、水力發電、電動汽車、船艦驅動及其它需要直接驅動的工業傳動領域。
背景技術：
在工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，比如風力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力矩很大的機械功率，工業機器人、雷達跟蹤系統及工具機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，增加電機單位千瓦數的材料消耗並使得工程量巨大；為此，現有公知的普遍方法是藉助機械齒輪變速傳動技術來實現低轉速、大力矩的輸出和恆功率調速範圍的要求，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，傳動力矩、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越性。近年來，隨著風力發電、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製技術理論及其傳動結構，並從實踐上完成了一種新型徑向磁場調製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闢了一個重要的研究方向和未來的應用領域。這種基於磁場調製技術的磁性齒輪結構有一個特點，即是採用磁場調製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製，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。由於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並減少柵齒數量是提高其機械強度和壽命的關鍵環節。近期，本案發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，由於其結構上必須採取偏心，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，而且由於偏心導致輸出機構複雜、效率低下，工藝上也增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，限制了其應用範圍。截止目前為止國內外均還沒有人提出過利用少極差原理並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發明對於工程應用具有重要的現實意義。
發明內容首先，藉助圖1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^、巧表示輸入轉速、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，處於脫開狀態；由嚙合到脫開的過程之間則處於齧出或齧入狀態。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，使兩輪輪齒在進行齧入、嚙合、齧出、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23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1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 iS b2 為iS b2=ni + n2= - Z2+(Zs- Z2)= - Z2+(±bn)。根據上述機械式諧波齒輪傳動技術的原理，本技術發明的目的在於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。本發明的基本構思是，借鑑機械式諧波齒輪傳動中兩傳動輪副錯齒運動的原理，並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並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徵，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為轉子磁碟,項7為輸出軸,項8為機殼；圖中符號標識N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複合剖面圖。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，工作時，輸入軸4帶動凸極式磁導波轉子盤3繞軸線高速旋轉，按照凸極式磁導波轉子盤3凸極區域的直軸氣隙磁密自動排列整合，形成凸極磁導最大、磁密最高、引力最強的異極性磁耦合的吸引狀態，由於定子永磁體2固定且和轉子永磁體5之間固定的少極差原因，該凸極方向的磁場引力將強迫驅使永磁轉子盤旋轉來保持與定子磁場的耦合狀態；對圖2、圖3所示雙波傳動，凸極式磁導波轉子盤3每旋轉一周永磁轉子盤則反向轉過2Zb個永磁轉子的磁極角度，從而實現動力的變速傳動。從圖4可知，軸向平面磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副的結構特徵是—、由具有2ps個定子永磁體2的永磁定子盤、和具有個轉子永磁體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P1 為彼此互素的正整數對,形成固定差值的少極差，並滿足以下關係約束Ps古Pr，I Ps-Pr I = I Zb I ;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並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碟6與輸出軸7緊固連接，永磁定子盤的定子端蓋盤I與機殼8定位後緊固連接；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後滾動連接，永磁定子盤的的定子端蓋盤I始終安裝布置於兩轉子的一側，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，即永磁轉子盤分布於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採用凸出外圓表面的扇形葉片結構，轉子波數Zb等於凸出的導磁極片數；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Ii1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iS br滿足約束iS br =T2^-T1=Ii1 n2=-pr(ps-pr);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ir bS滿足約束ir bS=T2 + T1=Ii1 + n2=ps + (ps-pr);以上傳動關係中出現小於零的負數表不輸入和輸出的旋轉方向相反。採用上述技術方案所達到的技術經濟效果與普通機械式齒輪傳動副相比，本發明涉及的軸向平面磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副具有如下明顯的優勢[0015]①高效節能、低炭環保由於消除了普通機械式齒輪傳動的接觸摩擦，傳動損耗僅僅包括一些鐵芯損耗，理論上最高傳動效率可達到98%，比機械齒輪傳動普遍提高8%，屬於高效節能型產品，符合低炭環保經濟特點，廣泛推廣應用可極大地節省能源，降低碳排放。②能量(力矩)密度較高少極差磁場耦合技術使得永磁體的磁場異極性耦合程度比磁場調製式結構的磁性齒輪提高，使磁性材料單位體積傳送的轉矩密度得到提高，本系列新型稀土磁性傳動齒輪所傳送的轉矩密度高於IOOkN. m/m3 ;為磁性齒輪傳動技術應用於需要大力矩的工業化動力傳動及精密傳動領域奠定了基礎。③無回差、無磨損，可靠性高、壽命長由於無機械接觸摩損，不僅消除了機械齒輪因齒隙和磨損而引起的不可避免的齒輪迴差困擾，而且由於少極差磁場耦合使得凸極式磁導波轉子3的凸極波數有限，徹底改進了磁場調製式磁性齒輪的導磁柵齒數結構，大大提高了傳動機構的壽命極限，對於定位精度要求極高且頻繁正反轉的雷達伺服跟蹤系統、工業機器人伺服驅動機構等領域有現實的應用價值。④無汙染、低噪音不存在機械齒輪傳動時因齒部嚙合接觸而產生的噪音，也克服了少極差磁性齒輪因偏心而導致震動的固有缺陷，加之磁性齒輪無需潤滑油脂、清潔、無油汙、防塵、防水等優勢，對於噪音震動要求極高的領域如長期水下航行的核潛艇降低本體噪音具有潛在的軍事應用價值。⑤傳動平穩、緩衝隔離、過載保護轉速傳動比恆定，轉速的動態瞬時穩定度高，運行平穩；在過載時因主、從動輪滑轉而隨時切斷傳動關係，不會損壞負載或者原動機；通過磁場耦合隔離了原動機與負載機械，可緩衝衝擊負荷的影響。⑥加工方便、工藝簡單無需昂貴的機械齒輪加工和檢測設備，也不存在機械齒輪在設計加工上常常需要變位修正的設計加工繁瑣，所有製造工藝技術均為電機工業領域成熟的工藝，一次性設備投資少，主要為裝配作業，便於組織大規模流水線生產。
圖1為波數為bn=+2的機械式諧波齒輪雙波傳動原理圖；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複合剖面圖；圖5為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立體結構複合剖面圖；圖6為軸向平面磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副的永磁轉子盤和輸出軸的立體結構圖；圖7為諧波磁性齒輪副的中置式雙波轉子結構的凸極式磁導波轉子盤與輸入軸立體結構圖；圖8為諧波磁性齒輪副的中置式三波轉子結構的凸極式磁導波轉子盤與輸入軸立體結構圖；圖9為諧波磁性齒輪副的中置式四波轉子結構的凸極式磁導波轉子盤與輸入軸立體結構圖。[0030]以上圖中項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為轉子磁碟,項7為輸出軸，項8為機殼；項9為機械式諧波齒輪的定子剛輪，項10為機械式諧波齒輪的柔輪轉子，項11為機械式諧波齒輪的波發生轉輪。圖中符號標識N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；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。
具體實施方式
以下結合附圖及具體實施方式
對本發明做進一步的說明一、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，工作時，輸入軸4帶動凸極式磁導波轉子盤3繞軸線高速旋轉，按照凸極式磁導波轉子盤3凸極區域的直軸氣隙磁密自動排列整合，形成凸極磁導最大、磁密最高、引力最強的異極性磁稱合的吸引狀態，由於定子永磁體2固定且和轉子永磁體5之間固定的少極差原因，該凸極方向的磁場引力將強迫驅使永磁轉子盤旋轉來保持與定子磁場的耦合狀態；對圖2、圖3所示雙波傳動，凸極式磁導波轉子盤3每旋轉一周永磁轉子盤則反向轉過2Zb個永磁轉子的磁極角度，從而實現動力的變速傳動。從圖4 圖9可以看出軸向平面磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副的結構特徵如下二、由具有2ps個定子永磁體2的永磁定子盤、和具有個轉子永磁體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P1 為彼此互素的正整數對,形成固定差值的少極差，並滿足以下關係約束Ps古Pr，I Ps-Pr I = I Zb I ;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；圖4展示了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複合剖面圖。三、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並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碟6與輸出軸7緊固連接，永磁定子盤的定子端蓋盤I與機殼8定位後緊固連接；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後滾動連接，永磁定子盤的的定子端蓋盤I始終安裝布置於兩轉子的一側，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，即永磁轉子盤分布於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採用凸出外圓表面的扇形葉片結構，轉子波數Zb等於凸出的導磁極片數。四、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Ii1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iS br滿足約束iS br =T2^-T1=Ii1 n2=-pr(ps-pr);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ir bS滿足約束ir bS=T2 + T1=Ii1 + n2=ps + (ps-pr);以上傳動關係中出現小
於零的負數表不輸入和輸出的旋轉方向相反。五、軸向平面磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副的凸極式磁導波轉子盤3採用導磁的實心鋼材加工成凸出外圓表面的扇形葉片結構，其凸出的導磁極片數等於轉子波數Zb,凸極式磁導波轉子盤3導磁極區域開設有數條徑向分布的隔磁條形孔，凸極式磁導波轉子盤3面向永磁定子和永磁轉子之間的氣隙為距離相等的均勻氣隙；凸極式磁導波轉子盤3與輸入軸4緊固連接。圖7展示了諧波磁性齒輪副的中置式雙波轉子結構的凸極式磁導波轉子盤與輸入軸立體結構圖，圖8展示了諧波磁性齒輪副的中置式三波轉子結構的凸極式磁導波轉子盤與輸入軸立體結構圖，圖9展示了諧波磁性齒輪副的中置式四波轉子結構的凸極式磁導波轉子盤與輸入軸立體結構圖。六、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由定子端蓋盤I和定子永磁體2構成,定子永磁體2和分布方式採用N極、S極異極性兩兩相鄰排列的形式安裝，安裝結構上有兩種形式第一，永磁體安裝於定子端蓋盤I的一側平面而直接面對軸向平面氣隙的面磁式結構，第二，永磁體安裝於定子端蓋盤I專門開設的磁極槽內而非直接面對軸向平面氣隙的隱極內 埋式結構；定子端蓋盤I和機殼8採用導磁的材料鋼板經機械切削加工成型；定子端蓋盤I和機殼8採用螺栓固定成整體結構。圖5展示了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立體結構複合剖面圖。七、軸向平面磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副的永磁轉子盤由轉子磁碟6和轉子永磁體5構成，轉子永磁體5和分布方式採用N極、S極異極性兩兩相鄰排列的形式安裝，安裝結構上有三種形式第一，對於中置式波轉子結構，永磁體安裝於轉子磁碟6靠近凸極式磁導波轉子盤3的一側平面而直接面對軸向平面氣隙的單側面磁式結構；第二，對於外置式波轉子結構，永磁體安裝於轉子磁碟6的兩側平面而直接面對軸向平面氣隙的雙側面磁式結構；第三，對於兩種波轉子布置結構，永磁體安裝於轉子磁碟6專門開設的磁極槽內而非直接面對軸向平面氣隙的隱極內埋式結構；轉子磁碟6採用導磁的材料鋼板經機械切削加工成型；轉子磁碟6和輸出軸7採用緊配合連接成整體結構。圖6展示了軸向平面磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副的永磁轉子盤和輸出軸的立體結構圖。以上所述的僅是本技術發明的優選實施方式，對於本領域的技術人員來說，在不脫離本技術發明原理的前提下，還可以作出若干結構變形和改進(如將本發明涉及的磁性齒輪副進行多極直軸串聯即可構成多級變速傳動系統)，這些也應該視為本技術發明的保護範圍，這些都不會影響本技術發明實施的效果和實用性。
權利要求1.軸向平面磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副，其特徵是 一、由具有2ps個定子永磁體(2)的永磁定子盤、和具有Zp1 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!^為彼此互素的正整數對，形成固定差值的少極差，並滿足以下關係約束Ps古Pr，I Ps-Pr I = I Zb I ;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並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碟(6)與輸出軸(7)緊固連接，永磁定子盤的定子端蓋盤(I)與機殼(8)定位後緊固連接；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後滾動連接，永磁定子盤的的定子端蓋盤(I)始終安裝布置於兩轉子的一側，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，即永磁轉子盤分布於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採用凸出外圓表面的扇形葉片結構，轉子波數Zb等於凸出的導磁極片數； 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Ii1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iS br滿足約束iS br =T2^-T1=Ii1 n2=-pr(ps-pr);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ir bS滿足約束ir bS=T2 + T1=Ii1 + n2=ps + (ps-pj ;以上傳動關係中出現小於零的負數表示輸入和輸出的旋轉方向相反。
2.根據權利要求1所述的一種軸向平面磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副，其特徵是凸極式磁導波轉子盤(3)採用導磁的實心鋼材加工成凸出外圓表面的扇形葉片結構，其凸出的導磁極片數等於轉子波數Zb，凸極式磁導波轉子盤(3)導磁極區域開設有數條徑向分布的隔磁條形孔，凸極式磁導波轉子盤(3)面向永磁定子和永磁轉子之間的氣隙為距離相等的均勻氣隙；凸極式磁導波轉子盤(3)與輸入軸(4)緊固連接。
3.根據權利要求1所述的一種軸向平面磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副，其特徵是永磁定子盤由定子端蓋盤(I)和定子永磁體(2)構成,定子永磁體(2)和分布方式採用N極、S極異極性兩兩相鄰排列的形式安裝，安裝結構上有兩種形式第一，永磁體安裝於定子端蓋盤(I)的一側平面而直接面對軸向平面氣隙的面磁式結構，第二，永磁體安裝於定子端蓋盤(I)專門開設的磁極槽內而非直接面對軸向平面氣隙的隱極內埋式結構；定子端蓋盤⑴和機殼⑶採用導磁的材料鋼板經機械切削加工成型；定子端蓋盤⑴和機殼(8)採用螺栓固定成整體結構。
4.根據權利要求1所述的一種軸向平面磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副，其特徵是永磁轉子盤由轉子磁碟(6)和轉子永磁體(5)構成，轉子永磁體(5)和分布方式採用N極、S極異極性兩兩相鄰排列的形式安裝，安裝結構上有三種形式第一，對於中置式波轉子結構， 永磁體安裝於轉子磁碟(6)靠近凸極式磁導波轉子盤(3)的一側平面而直接面對軸向平面氣隙的單側面磁式結構；第二，對於外置式波轉子結構，永磁體安裝於轉子磁碟(6)的兩側平面而直接面對軸向平面氣隙的雙側面磁式結構；第三，對於兩種波轉子布置結構，永磁體安裝於轉子磁碟(6)專門開設的磁極槽內而非直接面對軸向平面氣隙的隱極內埋式結構;轉子磁碟(6)採用導磁的材料鋼板經機械切削加工成型;轉子磁碟(6)和輸出軸(7)採用緊配合連接成整體結構。
專利摘要軸向平面磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副，可廣泛應用於風力發電、電動汽車、船艦驅動等工業傳動領域。其特徵是由具有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。
文檔編號H02K51/00GK202906721SQ20122045635
公開日2013年4月24日 申請日期2012年9月8日 優先權日2012年9月8日
發明者盧敏, 胡捷, 餘虹錦 申請人:餘虹錦