徑向磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副的製作方法

2023-04-24 00:28:06

專利名稱：徑向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：
本發明是一種徑向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I、圖2來分析傳統的機械式諧波齒輪傳動的技術原理，圖中項I為輸入軸，項16為定子剛輪，項17為柔輪轉子，項18為波發生轉輪；圖中符號標識
示輸入轉速、輸出轉速，Zs表示機械式諧波齒輪的定子剛輪16的內齒數，Z2表示機械式諧波齒輪的柔輪轉子17的外齒數，bn表示機械式諧波齒輪的波發生轉輪18的波數。當波發生轉輪18裝入柔輪轉子17的內圓時，迫使柔輪轉子17產生彈性變形，使其長軸處柔輪轉 子的輪齒插入定子剛輪16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18連續轉動時，迫使柔輪轉子17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18與被動的柔輪轉子17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16的內齒數Zs與柔輪轉子17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18轉一周柔輪轉子17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，圖2為波數為bn=+3的機械式諧波齒輪三波傳動原理圖；在圖中所示的柔輪轉子17旋轉輸出的條件下，其傳動比為H1-^n2= - Z2+(Zs- Z2)= - Z2+(土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徑向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18用具有磁導凸極效應的凸極式磁導波轉子代替，用稀土永磁體N、S磁極取代定子剛輪16的內齒和柔輪轉子17上的外齒，凸極式磁導波轉子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，三者同軸安裝結構，彼此間通過徑向氣隙磁場而耦合，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3、圖4和圖5來說明這種徑向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為輸入軸，項2為軸承I,項3為前端蓋,項4為軸承II,項5為凸極式磁導波轉子，項6為定子鐵芯,項7為定子永磁體,項8為轉子永磁體,項9為轉子鐵芯，項10為波轉子端蓋，項11為軸承III,項12為軸承IV,項13為後端蓋,項14為輸出軸，項15為螺栓；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，IipT1表示輸入軸I的輸入轉速和輸入力矩，n2、T2輸出軸14的輸出轉速和輸出力矩，2口3表不定子永磁體7的分布極數，2pr表不轉子永磁體8的分布極數，Zb表不凸極式磁導波轉子5的凸極波數，d表示凸極式磁導波轉子5的凸極直軸，q表示凸極式磁導波轉子5的凸極之間的交軸，Bbd表示凸極直軸d方向的氣隙磁密波，Bbq表示凸極間交軸q方向的氣隙磁密波。圖3為內磁導波轉子結構的諧波磁性齒輪副的雙波傳動工作原理拓撲圖；圖4為外磁導波轉子結構的諧波磁性齒輪副的雙波傳動工作原理拓撲圖；圖5為外磁導波轉子結構的少極差磁導諧波式磁性齒輪副軸向結構全剖面圖。從圖3、圖4可知，徑向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工作時，輸入軸I帶動凸極式磁導波轉子5繞軸線高速旋轉，驅使凸極直軸d方向的定子永磁體7、轉子永磁體8按異極性相互吸引耦合原理，按照d軸方向的直軸氣隙磁密波Bbd自動排列整合,形成d軸方向的凸極磁導最大、直軸磁密最高、弓丨力最強的異極性磁耦合的吸引狀態，由於永磁定子和永磁轉子間固定的少極差原因，而使q 軸方向正好處於空氣磁阻最大、交軸磁密最低Bbd ^ O的同極性磁排斥狀態；對圖3、圖4所示雙波傳動，凸極式磁導波轉子5每旋轉一周永磁轉子則反向轉過2Zb個永磁轉子的磁極角度，從而實現動力的變速傳動。從圖3、圖4和圖5可知，徑向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7的永磁定子、和具有個轉子永磁體8的永磁轉子及具有Zb個凸極波數的凸極式磁導波轉子5構成磁導諧波式磁性齒輪副，定子永磁體7的分布極對數Ps與轉子永磁體8的分布極對數K為彼此互素的正整數對，並滿足以下關係約束=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；二、徑向磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副的永磁定子、永磁轉子和凸極式磁導波轉子5三者之間呈同心式分布結構，彼此間存在氣隙並通過徑向氣隙磁場而耦合，輸入軸I與凸極式磁導波轉子5緊固連接，前端經軸承I 2、前端蓋3定位固定後與原動機連接，後端經軸承III 11、波轉子端蓋10定位固定後與輸出軸14連接；輸出軸14與永磁轉子的轉子鐵芯9緊固連接，並經軸承IV 12、後端蓋13定位固定後與負載連接；永磁定子的定子鐵芯6安裝布置於兩轉子的最外層，兩轉子在裝配上分為兩種結構形式第一，凸極式磁導波轉子5在永磁轉子之內的內置式波轉子結構，該結構的轉子波數Zb等於凸出的導磁極數；第二，凸極式磁導波轉子5在永磁轉子之外的外置式波轉子結構，該結構的導磁極採用空心爪極結構，其轉子波數Zb等於空心爪極的導磁極數；三、徑向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5，從動輪為永磁轉子，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,永磁定子固定而永磁轉子和輸出軸14旋轉輸出力矩T2和轉速n2,此時,磁性齒輪副的輸出傳動滿足約束=T2^T1=Ii1+ Ii2=-P11+ (ps-pr);第二，永磁轉子和輸出軸14固定而永磁定子旋轉輸出力矩T2和轉速n2，此時，磁性齒輪副的輸出傳動滿足約束+ +(ps-pr);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；四、徑向磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副的定子永磁體7和轉子永磁體8的分布結構均採用N極、S極異極性兩兩相鄰排列的形式安裝，安裝結構上有兩種方式第一，永磁體安裝於鐵芯表面的面磁式結構，第二，永磁體安裝於鐵芯槽內的內埋式結構；五、徑向磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副的永磁定子、永磁轉子和凸極式磁導波轉子5三者之間的氣隙形式分為第一，同心式的連續弧面均勻氣隙結構，即永磁定子內圓、永磁轉子外圓和凸極式磁導波轉子5的內外圓均為同心圓弧面，且所有圓弧表面均為無突變的連續弧面；第二，偏心圓弧式的連續弧面非均勻氣隙結構，即通過將凸極式磁導波轉子5的內外圓弧設置成與永磁定子內圓和永磁轉子外圓不同心的偏心圓弧結構，形成改善氣隙磁密波形的非均勻氣隙結構；第三，對於永磁體內埋式結構的定子鐵芯6內圓和轉子鐵芯9外圓上開槽，就形成了可提高傳動解析度和動態平穩性的鋸齒形非連續弧面的非均勻氣隙結構。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，本發明涉及的徑向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5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I為波數為bn=+2的機械式諧波齒輪雙波傳動原理圖；[0025]圖2為波數為bn=+3的機械式諧波齒輪三波傳動原理圖；圖3為內置波轉子結構的諧波磁性齒輪副的雙波傳動工作原理徑向拓撲圖；圖4為外置波轉子結構的諧波磁性齒輪副的雙波傳動工作原理徑向拓撲圖；圖5為外置波轉子結構的少極差磁導諧波式磁性齒輪副軸向結構全剖面圖；圖6為外置波轉子結構與內埋式永磁極結構的諧波磁性齒輪副的三波傳動工作原理拓撲圖；圖7為三波傳動的諧波磁性齒輪副主要傳動部件的立體結構布置圖；圖8為三波傳動的諧波磁性齒輪副外置波轉子結構的凸極式磁導波轉子5立體結構示意圖；圖9為內埋式永磁極結構的諧波磁性齒輪副的永磁定子立體結構示意圖；圖10為內埋式永磁極結構的諧波磁性齒輪副的永磁轉子立體結構示意圖。以上圖中項I為輸入軸,項2為軸承I,項3為前端蓋,項4為軸承II,項5為凸極式磁導波轉子，項6為定子鐵芯,項7為定子永磁體,項8為轉子永磁體,項9為轉子鐵芯，項10為波轉子端蓋，項11為軸承III，項12為軸承IV，項13為後端蓋，項14為輸出軸，項15為螺栓；項16為機械式諧波齒輪的定子剛輪，項17為機械式諧波齒輪的柔輪轉子，項18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，IipT1表不輸入軸I的輸入轉速和輸入力矩，n2、T2輸出軸14的輸出轉速和輸出力矩，2ps表不定子永磁體7的分布極數,2pr表不轉子永磁體8的分布極數，Zb表不凸極式磁導波轉子5的凸極波數，d表示凸極式磁導波轉子5的凸極直軸，q表示凸極式磁導波轉子5的凸極之間的交軸，Bbd表示凸極直軸d方向的氣隙磁密波，Bbq表示凸極間交軸q方向的氣隙磁密波，Zs表不機械式諧波齒輪的定子剛輪16的內齒數,Z2表不機械式諧波齒輪的柔輪轉子17的外齒數，bn表示機械式諧波齒輪的波發生轉輪18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—、從圖3、圖4可知,徑向磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副的工作原理為工作時，輸入軸I帶動凸極式磁導波轉子5繞軸線高速旋轉，驅使凸極直軸d方向的定子永磁體7、轉子永磁體8按異極性相互吸引耦合原理，按照d軸方向的直軸氣隙磁密波Bbd自動排列整合，形成d軸方向的凸極磁導最大、直軸磁密最高、引力最強的異極性磁稱合的吸引狀態，由於永磁定子和永磁轉子間固定的少極差原因，而使q軸方向正好處於空氣磁阻最大、交軸磁密最低Bbd ^ O的同極性磁排斥狀態；對圖3、圖4所示雙波傳動，凸極式磁導波轉子5每旋轉一周永磁轉子則反向轉過2Zb個永磁轉子的磁極角度，從而實現動力的變速傳動。從圖3、圖4和圖5可以看出徑向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7的永磁定子、和具有個轉子永磁體8的永磁轉子及具有Zb個凸極波數的凸極式磁導波轉子5構成磁導諧波式磁性齒輪副，定子永磁體7的分布極對數Ps與轉子永磁體8的分布極對數K為彼此互素的正整數對，並滿足以下關係約束1 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；圖3、圖4展示了兩種結構形式的雙波傳動方式的諧波磁性齒輪副工作原理徑向拓撲圖。三、徑向磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副的永磁定子、永磁轉子和凸極式磁導波轉子5三者之間呈同心式分布結構，彼此間存在氣隙並通過徑向氣隙磁場而耦合，輸入軸I與凸極式磁導波轉子5緊固連接，前端經軸承I 2、前端蓋3定位固定後與原動機連接，後端經軸承III 11、波轉子端蓋10定位固定後與輸出軸14連接；輸出軸14與永磁轉子的轉子鐵芯9緊固連接，並經軸承IV 12、後端蓋13定位固定後與負載連接；永磁定子的定子鐵芯6安裝布置於兩轉子的最外層，兩轉子在裝配上分為兩種結構形式第一，凸極式磁導波轉子5在永磁轉子之內的內置式波轉子結構，該結構的轉子波數Zb等於凸出的導磁極數，圖2展示了內置波轉子結構的諧波磁性齒輪原理圖；第二，凸極式磁導波轉子5在永磁轉子之外的外置式波轉子結構，該結構的導磁極採用空心爪極結構，其轉子波數Zb等於空心爪極的導磁極數；圖3、圖6分別展示了外置波轉子結構的諧波磁性齒輪原理圖，圖5展示了外置波轉子結構的諧波磁性齒輪軸向結構全剖面圖，圖7展示出圖6所示實施案例的主要傳動部件的立體結構布置圖，圖8展示出圖6所示實施案例的凸極式磁導波轉子5的空心爪極立體結構示意圖。 四、徑向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5，從動輪為永磁轉子，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,永磁定子固定而永磁轉子和輸出軸14旋轉輸出力矩T2和轉速n2,此時,磁性齒輪副的輸出傳動滿足約束=T2^T1=Ii1+ Ii2=-P11+ (ps-pr);第二，永磁轉子和輸出軸14固定而永磁定子旋轉輸出力矩T2和轉速n2，此時，磁性齒輪副的輸出傳動滿足約束+ +(ps-pr);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。五、徑向磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副的定子永磁體7和轉子永磁體8的分布結構均採用N極、S極異極性兩兩相鄰排列的形式安裝，安裝結構上有兩種方式第一，永磁體安裝於鐵芯表面的面磁式結構，第二，永磁體安裝於鐵芯槽內的內埋式結構；圖3、圖4、圖5展示的是永磁體安裝於鐵芯表面的面磁式結構，圖6、圖7展示了永磁體安裝於鐵芯槽內的內埋式結構，圖9、圖10分別是圖6實施案例的永磁體內埋式永磁定子和永磁轉子的立體結構示意圖。六、徑向磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副的永磁定子、永磁轉子和凸極式磁導波轉子5三者之間的氣隙形式分為第一，按圖3所示和圖4、圖6虛線圓弧形成的的同心式的連續弧面均勻氣隙結構，即永磁定子內圓、永磁轉子外圓和凸極式磁導波轉子5的內外圓均為同心圓弧面，且所有圓弧表面均為無突變的連續弧面；第二，按圖4實線所示的外置波轉子5內外圓弧偏心的連續弧面非均勻氣隙結構，即通過將凸極式磁導波轉子5的內外圓弧設置成與永磁定子內圓和永磁轉子外圓不同心的偏心圓弧結構，形成改善氣隙磁密波形的非均勻氣隙結構；第三，如圖6所示，對於永磁體內埋式結構的定子鐵芯6內圓和轉子鐵芯9外圓上開槽，就形成了可提高傳動解析度和動態平穩性的鋸齒形非連續弧面的非均勻氣隙結構，圖9、圖10分別展示了這種鋸齒形非連續弧面的非均勻氣隙結構的永磁定子的定子鐵芯6的內圓和永磁轉子的轉子鐵芯9的外圓開槽結構。七、徑向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5採用導磁的實心鋼材加工成型，其空心爪極的導磁極數或實心的凸極極數Zb等於轉子波數，凸極式磁導波轉子5導磁極區域開設有數條徑向分布的隔磁槽，隔磁槽的最小寬度兩倍於最大氣隙長度，凸極式磁導波轉子5面向永磁定子和永磁轉子的圓弧面分為兩種形式第一、同心圓弧，第二、偏心圓弧；凸極式磁導波轉子5的導磁極也分為兩種結構形式第一、與旋轉中心軸線平行的直向形式導磁極，圖8展示了直向形式導磁極的波轉子結構，第二、與旋轉中心軸線空間呈斜向形式導磁極，斜極極距等於一個永磁轉子永磁極的極間距離；凸極式磁導波轉子5通過止口定位並用螺栓15與輸入軸I緊固連接。八、徑向磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副的定子鐵芯6和轉子鐵芯9採用導磁材料矽鋼板經衝壓加工成型，並經疊壓焊接成一個整體，分別裝入定子永磁體7和轉子永磁體8就分別構成永磁定子和永磁轉子部件,永磁體排列方式為N極、S極異極性兩兩相鄰排列的形式，圖9、圖10分別展示出永磁體內埋式永磁定子和永磁轉子的立體結構示意圖。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.徑向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(7)的永磁定子、和具有Zp1 個轉子永磁體(8)的永磁轉子及具有Zb個凸極波數的凸極式磁導波轉子(5)構成磁導諧波式磁性齒輪副，定子永磁體(7)的分布極對數Ps與轉子永磁體(8)的分布極對數!^為彼此互素的正整數對，並滿足以下關係約束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； 二、徑向磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副的永磁定子、永磁轉子和凸極式磁導波轉子(5)三者之間呈同心式分布結構，彼此間存在氣隙並通過徑向氣隙磁場而耦合，輸入軸(I)與凸極式磁導波轉子(5)緊固連接，前端經軸承I (2)、前端蓋(3)定位固定後與原動機連接，後端經軸承III (11)、波轉子端蓋(10)定位固定後與輸出軸(14)連接；輸出軸(14)與永磁轉子的轉子鐵芯(9)緊固連接，並經軸承IV(12)、後端蓋(13)定位固定後與負載連接；永磁定子的定子鐵芯(6)安裝布置於兩轉子的最外層，兩轉子在裝配上分為兩種結構形式第一，凸極式磁導波轉子(5)在永磁轉子之內的內置式波轉子結構，該結構的轉子波數Z b等於凸出的導磁極數；第二，凸極式磁導波轉子(5)在永磁轉子之外的外置式波轉子結構，該結構的導磁極採用空心爪極結構，其轉子波數Zb等於空心爪極的導磁極數； 三、徑向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(5)，從動輪為永磁轉子，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，永磁定子固定而永磁轉子和輸出軸(14)旋轉輸出力矩T2和轉速n2,此時,磁性齒輪副的輸出傳動滿足約束T2+ T1=Ii1+ Ii2=-P11 + (ps-pj ;第二,永磁轉子和輸出軸(14)固定而永磁定子旋轉輸出力矩T2和轉速n2，此時，磁性齒輪副的輸出傳動滿足約束T2+ T1=Ii1^n2=Ps+ (ps-pr)；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； 四、徑向磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副的定子永磁體(X)和轉子永磁體(8)的分布結構均採用N極、S極異極性兩兩相鄰排列的形式安裝，安裝結構上有兩種方式第一，永磁體安裝於鐵芯表面的面磁式結構，第二，永磁體安裝於鐵芯槽內的內埋式結構； 五、徑向磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副的永磁定子、永磁轉子和凸極式磁導波轉子(5)三者之間的氣隙形式分為第一，同心式的連續弧面均勻氣隙結構，即永磁定子內圓、永磁轉子外圓和凸極式磁導波轉子(5)的內外圓均為同心圓弧面，且所有圓弧表面均為無突變的連續弧面；第二，偏心圓弧式的連續弧面非均勻氣隙結構，即通過將凸極式磁導波轉子(5)的內外圓弧設置成與永磁定子內圓和永磁轉子外圓不同心的偏心圓弧結構，形成改善氣隙磁密波形的非均勻氣隙結構；第三，對於永磁體內埋式結構的定子鐵芯(6)內圓和轉子鐵芯(9)外圓上開槽，就形成了可提高傳動解析度和動態平穩性的鋸齒形非連續弧面的非均勻氣隙結構。
2.根據權利要求I所述的一種徑向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(5)採用導磁的實心鋼材加工成型，其空心爪極的導磁極數或實心的凸極極數Zb等於轉子波數，凸極式磁導波轉子(5)導磁極區域開設有數條徑向分布的隔磁槽，隔磁槽的最小寬度兩倍於最大氣隙長度，凸極式磁導波轉子(5)面向永磁定子和永磁轉子的圓弧面分為兩種形式第一、同心圓弧，第二、偏心圓弧；凸極式磁導波轉子(5)的導磁極也分為兩種結構形式第一、與旋轉中心軸線平行的直向形式導磁極，第二、與旋轉中心軸線空間呈斜向形式導磁極，斜極極距等於一個永磁轉子永磁極的極間距離；凸極式磁導波轉子(5)通過止口定位並用螺栓(15)與輸入軸(I)緊固連接。
3.根據權利要求I所述的一種徑向磁場的少極差磁導諧波式磁性齒輪副，其特徵是定子鐵芯(6)和轉子鐵芯(9)採用導磁材料矽鋼板經衝壓加工成型，並經疊壓焊接成一個整體，分別裝入定子永磁體(7)和轉子永磁體(8)就分別構成永磁定子和永磁轉子部件，永磁體排列方式為N極、S極異極性兩兩相鄰排列的形式。
專利摘要徑向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。其特徵是由定子鐵芯6與2ps個定子永磁體7所組成的永磁定子，和裝有2pr個轉子永磁體8的永磁轉子及具有Zb個凸極波數的凸極式磁導波轉子5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，永磁定子、永磁轉子和凸極式磁導波轉子5三者之間同軸安裝且彼此間通過徑向氣隙磁場而耦合，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5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H02K51/00GK202602516SQ20122013970
公開日2012年12月12日 申請日期2012年4月5日 優先權日2012年4月5日
發明者盧敏, 胡捷, 餘虹錦 申請人:餘虹錦