專利名稱：軸向平面磁場的少極差磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種軸向平面磁場的少極差磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副，是利用少極差原理構(gòu)建的磁導(dǎo)交變的諧波式磁性齒輪傳動技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速小力矩機(jī)械能與低轉(zhuǎn)速大力矩機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的變速傳動裝置，可直接取代常規(guī)的機(jī)械式諧波齒輪傳動變速系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人伺服驅(qū)動、風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電、電動汽車、船艦驅(qū)動及其它需要直接驅(qū)動的工業(yè)傳動領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在工業(yè)應(yīng)用的許多傳動領(lǐng)域往往需要實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速大力矩的機(jī)械能與高轉(zhuǎn)速低力矩機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換，比如風(fēng)力發(fā)電和水力發(fā)電領(lǐng)域需要將極低轉(zhuǎn)速且可變的風(fēng)能、水的勢能轉(zhuǎn)換成高轉(zhuǎn)速的發(fā)電用機(jī)械動能，電動汽車和潛艇驅(qū)動領(lǐng)域又需要將原動機(jī)的高速機(jī)械功率變換成轉(zhuǎn)速很低而力矩很大的機(jī)械功率，工業(yè)機(jī)器人、雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)及機(jī)床加工中心也大量使用的高精度伺服減速驅(qū)動機(jī)構(gòu)。按現(xiàn)有常規(guī)的設(shè)計(jì)技術(shù)，極低轉(zhuǎn)速和大力矩會使得電機(jī)體積龐大，增加電機(jī)單位千瓦數(shù)的材料消耗并使得工程量巨大；為此，現(xiàn)有公知的普遍方法是借助機(jī)械齒輪變速傳動技術(shù)來實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速、大力矩的輸出和恒功率調(diào)速范圍的要求，長期以來少齒差齒輪傳動技術(shù)和諧波齒輪傳動技術(shù)是大減速比傳動的首選，少齒差傳動因偏心引發(fā)許多了自轉(zhuǎn)輸出機(jī)構(gòu)的加工精度、噪聲、效率、震動等一系列問題，而諧波傳動又因?yàn)槿彷喌慕惶孀冃蔚膹?qiáng)度、剛度、疲勞而引出傳動系統(tǒng)的可靠性和壽命挑戰(zhàn)問題，傳動力矩、功率和輸入轉(zhuǎn)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(fā)展稀土材料的應(yīng)用有現(xiàn)實(shí)的意義。隨著控制技術(shù)的進(jìn)步，稀土永磁材料在電驅(qū)動領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，稀土永磁材料做成的各類電機(jī)產(chǎn)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(yōu)越性。近年來，隨著風(fēng)力發(fā)電、電動汽車等新能源應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展需求，國內(nèi)外開始在新型磁性傳動技術(shù)上實(shí)現(xiàn)對機(jī)械傳動的技術(shù)突破，2004年英國和丹麥學(xué)者提出了磁場調(diào)制技術(shù)理論及其傳動結(jié)構(gòu)，并從實(shí)踐上完成了一種新型徑向磁場調(diào)制式磁性齒輪的設(shè)計(jì)及樣機(jī)驗(yàn)證工作，克服了以往永磁齒輪傳動扭矩較小的缺點(diǎn)，這給永磁材料在機(jī)械傳動領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了一個重要的研究方向和未來的應(yīng)用領(lǐng)域。這種基于磁場調(diào)制技術(shù)的磁性齒輪結(jié)構(gòu)有一個特點(diǎn)，即是采用磁場調(diào)制原理來對少極數(shù)的主動輪和多極數(shù)的從動輪的不同極數(shù)的永久磁場進(jìn)行調(diào)制，具體在結(jié)構(gòu)上的方法就是在主動輪和從動輪之間加設(shè)了一個具有定向定數(shù)的導(dǎo)磁柵鐵芯做導(dǎo)磁極，從而有目的地隔離兩個不同極數(shù)的傳動輪。由于導(dǎo)磁柵鐵芯的存在使得氣隙磁阻與磁勢交變脈動，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩周期性波動，不僅影響傳動精度，而且傳動比越大導(dǎo)磁柵鐵芯所受的機(jī)械轉(zhuǎn)矩也越大，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也是影響其壽命的主要因素。因此，改進(jìn)導(dǎo)磁柵鐵芯的柵齒結(jié)構(gòu)并減少柵齒數(shù)量是提高其機(jī)械強(qiáng)度和壽命的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。近期，本案發(fā)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(shù)的永久磁場相互作用、相互耦合來達(dá)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，由于其結(jié)構(gòu)上必須采取偏心，再加稀土材料強(qiáng)大的永久磁場增加了軸承的徑向、軸向負(fù)荷，而且由于偏心導(dǎo)致輸出機(jī)構(gòu)復(fù)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(jié)構(gòu)導(dǎo)致系統(tǒng)的剛性震動，難以適應(yīng)減速機(jī)構(gòu)的高轉(zhuǎn)速運(yùn)行，限制了其應(yīng)用范圍。截止目前為止國內(nèi)外均還沒有人提出過利用少極差原理并結(jié)合機(jī)械諧波齒輪傳動技術(shù)原理來改進(jìn)少極差磁性齒輪副的偏心結(jié)構(gòu)，而這樣的技術(shù)研究和結(jié)構(gòu)發(fā)明對于工程應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
發(fā)明內(nèi)容首先，借助圖1來分析傳統(tǒng)的機(jī)械式諧波齒輪傳動的技術(shù)原理，圖中項(xiàng)4為輸入軸，項(xiàng)9為定子剛輪，項(xiàng)10為柔輪轉(zhuǎn)子，項(xiàng)11為波發(fā)生轉(zhuǎn)輪；圖中符號標(biāo)識^、巧表示輸入轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)速，Zs表示機(jī)械式諧波齒輪的定子剛輪9的內(nèi)齒數(shù)，Z2表示機(jī)械式諧波齒輪的柔輪轉(zhuǎn)子10的外齒數(shù)，bn表示機(jī)械式諧波齒輪的波發(fā)生轉(zhuǎn)輪11的波數(shù)。當(dāng)波發(fā)生轉(zhuǎn)輪11裝入柔輪轉(zhuǎn)子10的內(nèi)圓時(shí)，迫使柔輪轉(zhuǎn)子10產(chǎn)生彈性變形，使其長軸處柔輪轉(zhuǎn)子的輪齒插入定子剛輪9的輪齒槽內(nèi)，成為完全嚙合狀態(tài)；而其短軸處兩輪輪齒完全不接觸，處于脫開狀態(tài)；由嚙合到脫開的過程之間則處于嚙出或嚙入狀態(tài)。當(dāng)波發(fā)生轉(zhuǎn)輪11連續(xù)轉(zhuǎn)動時(shí)，迫使柔輪轉(zhuǎn)子10不斷產(chǎn)生變形，使兩輪輪齒在進(jìn)行嚙入、嚙合、嚙出、脫開的過程中不斷改變各自的工作狀態(tài)，產(chǎn)生了所謂的錯齒運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)了主動的波發(fā)生轉(zhuǎn)輪11與被動的柔輪轉(zhuǎn)子10間的運(yùn)動傳遞。諧波齒輪傳動中錯齒是運(yùn)動產(chǎn)生的原因，定子剛輪9的內(nèi)齒數(shù)23與柔輪轉(zhuǎn)子10的外齒數(shù)Z2齒數(shù)差很小，其齒數(shù)差Zs- Z2=±bn決定了波發(fā)生轉(zhuǎn)輪11轉(zhuǎn)一周柔輪轉(zhuǎn)子10變形時(shí)與定子鋼輪同時(shí)嚙合區(qū)域的數(shù)目，即波數(shù)；目前多用雙波和三波傳動。圖1為波數(shù)為bn=+2的機(jī)械式諧波齒輪雙波傳動原理圖；在圖中所示的柔輪轉(zhuǎn)子10旋轉(zhuǎn)輸出的條件下，其傳動比 iS b2 為iS b2=ni + n2= - Z2+(Zs- Z2)= - Z2+(±bn)。根據(jù)上述機(jī)械式諧波齒輪傳動技術(shù)的原理，本技術(shù)發(fā)明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(dǎo)諧波式磁性齒輪副新結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的基本構(gòu)思是，借鑒機(jī)械式諧波齒輪傳動中兩傳動輪副錯齒運(yùn)動的原理，并結(jié)合凸極式同步電機(jī)氣隙磁場在直軸和交軸方向因氣隙磁導(dǎo)變化導(dǎo)致氣隙磁密`波也周期性交變的凸極效應(yīng)理論，將諧波齒輪傳動中高速的波發(fā)生轉(zhuǎn)輪11用具有磁導(dǎo)凸極效應(yīng)的凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤代替，用稀土永磁體N、S磁極取代定子剛輪9的內(nèi)齒和柔輪轉(zhuǎn)子10上的外齒，凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤與帶有磁極的柔輪轉(zhuǎn)子之間、柔輪轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)子的磁極數(shù)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(zhuǎn)的凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤的凸極直軸區(qū)域相互耦合，來驅(qū)動少極差的磁性齒輪副低速旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)無機(jī)械接觸、無摩擦的動力變速變矩傳動。以下結(jié)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(dǎo)諧波式磁性齒輪副的工作原理及結(jié)構(gòu)特征，圖中項(xiàng)I為定子端蓋盤，項(xiàng)2為定子永磁體，項(xiàng)3為凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤，項(xiàng)4為輸入軸,項(xiàng)5為轉(zhuǎn)子永磁體,項(xiàng)6為轉(zhuǎn)子磁盤,項(xiàng)7為輸出軸,項(xiàng)8為機(jī)殼；圖中符號標(biāo)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(zhuǎn)速和輸入力矩，n2、T2輸出軸7的輸出轉(zhuǎn)速和輸出力矩，2ps表示定子永磁體2的分布極數(shù)，2pr表不轉(zhuǎn)子永磁體5的分布極數(shù)，Zb表不凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子3的凸極波數(shù)。圖2為中置式波轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的少極差磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副立體結(jié)構(gòu)復(fù)合剖面圖。從圖2、圖3可知，軸向平面磁場的少極差磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副的工作原理與機(jī)械式少齒差諧波齒輪傳動類似永磁定子盤和永磁轉(zhuǎn)子盤之間的凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3會自然驅(qū)使定子永磁體2、轉(zhuǎn)子永磁體5按異極性相互吸引的原理在凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3的呈善形凸出的導(dǎo)磁極片區(qū)域產(chǎn)生磁場耦合，工作時(shí)，輸入軸4帶動凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3繞軸線高速旋轉(zhuǎn)，按照凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3凸極區(qū)域的直軸氣隙磁密自動排列整合，形成凸極磁導(dǎo)最大、磁密最高、引力最強(qiáng)的異極性磁耦合的吸引狀態(tài)，由于定子永磁體2固定且和轉(zhuǎn)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(qiáng)迫驅(qū)使永磁轉(zhuǎn)子盤旋轉(zhuǎn)來保持與定子磁場的耦合狀態(tài)；對圖2、圖3所示雙波傳動，凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3每旋轉(zhuǎn)一周永磁轉(zhuǎn)子盤則反向轉(zhuǎn)過2Zb個永磁轉(zhuǎn)子的磁極角度，從而實(shí)現(xiàn)動力的變速傳動。從圖4可知，軸向平面磁場的少極差磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副的結(jié)構(gòu)特征是—、由具有2ps個定子永磁體2的永磁定子盤、和具有個轉(zhuǎn)子永磁體5的永磁轉(zhuǎn)子盤及具有Zb個凸極波數(shù)的凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3構(gòu)成磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副，定子永磁體2的分布極對數(shù)ps與轉(zhuǎn)子永磁體5的分布極對數(shù)P1 為彼此互素的正整數(shù)對,形成固定差值的少極差，并滿足以下關(guān)系約束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(shù)；
二、軸向平面磁場的少極差磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副的永磁定子盤、永磁轉(zhuǎn)子盤和凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3三者依次沿軸向呈同軸式分布結(jié)構(gòu)，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(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3與輸入軸4緊固連接，永磁轉(zhuǎn)子盤的轉(zhuǎn)子磁盤6與輸出軸7緊固連接，永磁定子盤的定子端蓋盤I與機(jī)殼8定位后緊固連接；永磁定子盤、永磁轉(zhuǎn)子盤和凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)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I始終安裝布置于兩轉(zhuǎn)子的一側(cè)，兩轉(zhuǎn)子盤在裝配上分為兩種結(jié)構(gòu)形式第一，凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3分布在永磁轉(zhuǎn)子盤和永磁定子盤中間的中置式波轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，第二，凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3布置在永磁轉(zhuǎn)子盤外側(cè)，即永磁轉(zhuǎn)子盤分布于永磁定子盤和凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3中間的外置式波轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；兩種分布結(jié)構(gòu)的導(dǎo)磁極片采用凸出外圓表面的扇形葉片結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子波數(shù)Zb等于凸出的導(dǎo)磁極片數(shù)；三、軸向平面磁場的少極差磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副的主動輪為凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子
3,從動輪為永磁轉(zhuǎn)子盤,在輸入力矩T1和轉(zhuǎn)速Ii1的輸入狀態(tài)下,其輸出運(yùn)動方式分為第一，永磁定子盤與機(jī)殼8固定而永磁轉(zhuǎn)子盤和輸出軸7旋轉(zhuǎn)輸出力矩T2和轉(zhuǎn)速n2,此時(shí),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(zhuǎn)子盤和輸出軸7固定而永磁定子盤與機(jī)殼8旋轉(zhuǎn)輸出力矩T2和轉(zhuǎn)速n2,此時(shí),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(guān)系中出現(xiàn)小于零的負(fù)數(shù)表不輸入和輸出的旋轉(zhuǎn)方向相反。采用上述技術(shù)方案所達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果與普通機(jī)械式齒輪傳動副相比，本發(fā)明涉及的軸向平面磁場的少極差磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副具有如下明顯的優(yōu)勢[0015]①高效節(jié)能、低炭環(huán)保由于消除了普通機(jī)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(dá)到98%，比機(jī)械齒輪傳動普遍提高8%，屬于高效節(jié)能型產(chǎn)品，符合低炭環(huán)保經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，廣泛推廣應(yīng)用可極大地節(jié)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(shù)使得永磁體的磁場異極性耦合程度比磁場調(diào)制式結(jié)構(gòu)的磁性齒輪提高，使磁性材料單位體積傳送的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩密度高于IOOkN. m/m3 ;為磁性齒輪傳動技術(shù)應(yīng)用于需要大力矩的工業(yè)化動力傳動及精密傳動領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。③無回差、無磨損，可靠性高、壽命長由于無機(jī)械接觸摩損，不僅消除了機(jī)械齒輪因齒隙和磨損而引起的不可避免的齒輪回差困擾，而且由于少極差磁場耦合使得凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子3的凸極波數(shù)有限，徹底改進(jìn)了磁場調(diào)制式磁性齒輪的導(dǎo)磁柵齒數(shù)結(jié)構(gòu)，大大提高了傳動機(jī)構(gòu)的壽命極限，對于定位精度要求極高且頻繁正反轉(zhuǎn)的雷達(dá)伺服跟蹤系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)等領(lǐng)域有現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用價(jià)值。④無污染、低噪音不存在機(jī)械齒輪傳動時(shí)因齒部嚙合接觸而產(chǎn)生的噪音，也克服了少極差磁性齒輪因偏心而導(dǎo)致震動的固有缺陷，加之磁性齒輪無需潤滑油脂、清潔、無油污、防塵、防水等優(yōu)勢，對于噪音震動要求極高的領(lǐng)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(yīng)用價(jià)值。⑤傳動平穩(wěn)、緩沖隔離、過載保護(hù)轉(zhuǎn)速傳動比恒定，轉(zhuǎn)速的動態(tài)瞬時(shí)穩(wěn)定度高，運(yùn)行平穩(wěn)；在過載時(shí)因主、從動輪滑轉(zhuǎn)而隨時(shí)切斷傳動關(guān)系，不會損壞負(fù)載或者原動機(jī)；通過磁場耦合隔離了原動機(jī)與負(fù)載機(jī)械，可緩沖沖擊負(fù)荷的影響。⑥加工方便、工藝簡單無需昂貴的機(jī)械齒輪加工和檢測設(shè)備，也不存在機(jī)械齒輪在設(shè)計(jì)加工上常常需要變位修正的設(shè)計(jì)加工繁瑣，所有制造工藝技術(shù)均為電機(jī)工業(yè)領(lǐng)域成熟的工藝，一次性設(shè)備投資少，主要為裝配作業(yè)，便于組織大規(guī)模流水線生產(chǎn)。

圖1為波數(shù)為bn=+2的機(jī)械式諧波齒輪雙波傳動原理圖；圖2為中置式波轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的少極差磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副立體結(jié)構(gòu)復(fù)合剖面圖；圖5為軸向平面磁場的少極差磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副的永磁定子盤立體結(jié)構(gòu)復(fù)合剖面圖；圖6為軸向平面磁場的少極差磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副的永磁轉(zhuǎn)子盤和輸出軸的立體結(jié)構(gòu)圖；圖7為諧波磁性齒輪副的中置式雙波轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤與輸入軸立體結(jié)構(gòu)圖；圖8為諧波磁性齒輪副的中置式三波轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤與輸入軸立體結(jié)構(gòu)圖；圖9為諧波磁性齒輪副的中置式四波轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤與輸入軸立體結(jié)構(gòu)圖。[0030]以上圖中項(xiàng)I為定子端蓋盤，項(xiàng)2為定子永磁體，項(xiàng)3為凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤，項(xiàng)4為輸入軸，項(xiàng)5為轉(zhuǎn)子永磁體,項(xiàng)6為轉(zhuǎn)子磁盤,項(xiàng)7為輸出軸，項(xiàng)8為機(jī)殼；項(xiàng)9為機(jī)械式諧波齒輪的定子剛輪，項(xiàng)10為機(jī)械式諧波齒輪的柔輪轉(zhuǎn)子，項(xiàng)11為機(jī)械式諧波齒輪的波發(fā)生轉(zhuǎn)輪。圖中符號標(biāo)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(zhuǎn)速和輸入力矩，n2、T2輸出軸7的輸出轉(zhuǎn)速和輸出力矩，2ps表示定子永磁體2的分布極數(shù)，2pr表不轉(zhuǎn)子永磁體5的分布極數(shù)，Zb表不凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子3的凸極波數(shù)；ZS表示機(jī)械式諧波齒輪的定子剛輪9的內(nèi)齒數(shù)，Z2表示機(jī)械式諧波齒輪的柔輪轉(zhuǎn)子10的外齒數(shù)，bn表示機(jī)械式諧波齒輪的波發(fā)生轉(zhuǎn)輪11的波數(shù)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)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(dǎo)諧波式磁性齒輪副的工作原理與機(jī)械式少齒差諧波齒輪傳動類似永磁定子盤和永磁轉(zhuǎn)子盤之間的凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3會自然驅(qū)使定子永磁體2、轉(zhuǎn)子永磁體5按異極性相互吸引的原理在凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3的呈善形凸出的導(dǎo)磁極片區(qū)域 產(chǎn)生磁場耦合，工作時(shí)，輸入軸4帶動凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3繞軸線高速旋轉(zhuǎn)，按照凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3凸極區(qū)域的直軸氣隙磁密自動排列整合，形成凸極磁導(dǎo)最大、磁密最高、引力最強(qiáng)的異極性磁稱合的吸引狀態(tài)，由于定子永磁體2固定且和轉(zhuǎn)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(qiáng)迫驅(qū)使永磁轉(zhuǎn)子盤旋轉(zhuǎn)來保持與定子磁場的耦合狀態(tài)；對圖2、圖3所示雙波傳動，凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3每旋轉(zhuǎn)一周永磁轉(zhuǎn)子盤則反向轉(zhuǎn)過2Zb個永磁轉(zhuǎn)子的磁極角度，從而實(shí)現(xiàn)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(dǎo)諧波式磁性齒輪副的結(jié)構(gòu)特征如下二、由具有2ps個定子永磁體2的永磁定子盤、和具有個轉(zhuǎn)子永磁體5的永磁轉(zhuǎn)子盤及具有Zb個凸極波數(shù)的凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3構(gòu)成磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副，定子永磁體2的分布極對數(shù)ps與轉(zhuǎn)子永磁體5的分布極對數(shù)P1 為彼此互素的正整數(shù)對,形成固定差值的少極差，并滿足以下關(guān)系約束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(shù)；圖4展示了中置式波轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的少極差磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副立體結(jié)構(gòu)復(fù)合剖面圖。三、軸向平面磁場的少極差磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副的永磁定子盤、永磁轉(zhuǎn)子盤和凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3三者依次沿軸向呈同軸式分布結(jié)構(gòu)，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(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3與輸入軸4緊固連接，永磁轉(zhuǎn)子盤的轉(zhuǎn)子磁盤6與輸出軸7緊固連接，永磁定子盤的定子端蓋盤I與機(jī)殼8定位后緊固連接；永磁定子盤、永磁轉(zhuǎn)子盤和凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)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I始終安裝布置于兩轉(zhuǎn)子的一側(cè)，兩轉(zhuǎn)子盤在裝配上分為兩種結(jié)構(gòu)形式第一，凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3分布在永磁轉(zhuǎn)子盤和永磁定子盤中間的中置式波轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，第二，凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3布置在永磁轉(zhuǎn)子盤外側(cè)，即永磁轉(zhuǎn)子盤分布于永磁定子盤和凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3中間的外置式波轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；兩種分布結(jié)構(gòu)的導(dǎo)磁極片采用凸出外圓表面的扇形葉片結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子波數(shù)Zb等于凸出的導(dǎo)磁極片數(shù)。四、軸向平面磁場的少極差磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副的主動輪為凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子3,從動輪為永磁轉(zhuǎn)子盤，在輸入力矩T1和轉(zhuǎn)速Ii1的輸入狀態(tài)下,其輸出運(yùn)動方式分為第一，永磁定子盤與機(jī)殼8固定而永磁轉(zhuǎn)子盤和輸出軸7旋轉(zhuǎn)輸出力矩T2和轉(zhuǎn)速n2,此時(shí),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(zhuǎn)子盤和輸出軸7固定而永磁定子盤與機(jī)殼8旋轉(zhuǎn)輸出力矩T2和轉(zhuǎn)速n2,此時(shí),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(guān)系中出現(xiàn)小
于零的負(fù)數(shù)表不輸入和輸出的旋轉(zhuǎn)方向相反。五、軸向平面磁場的少極差磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副的凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3采用導(dǎo)磁的實(shí)心鋼材加工成凸出外圓表面的扇形葉片結(jié)構(gòu)，其凸出的導(dǎo)磁極片數(shù)等于轉(zhuǎn)子波數(shù)Zb,凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3導(dǎo)磁極區(qū)域開設(shè)有數(shù)條徑向分布的隔磁條形孔，凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3面向永磁定子和永磁轉(zhuǎn)子之間的氣隙為距離相等的均勻氣隙；凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤與輸入軸立體結(jié)構(gòu)圖，圖8展示了諧波磁性齒輪副的中置式三波轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤與輸入軸立體結(jié)構(gòu)圖，圖9展示了諧波磁性齒輪副的中置式四波轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤與輸入軸立體結(jié)構(gòu)圖。六、軸向平面磁場的少極差磁導(dǎo)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(gòu)成,定子永磁體2和分布方式采用N極、S極異極性兩兩相鄰排列的形式安裝，安裝結(jié)構(gòu)上有兩種形式第一，永磁體安裝于定子端蓋盤I的一側(cè)平面而直接面對軸向平面氣隙的面磁式結(jié)構(gòu)，第二，永磁體安裝于定子端蓋盤I專門開設(shè)的磁極槽內(nèi)而非直接面對軸向平面氣隙的隱極內(nèi) 埋式結(jié)構(gòu)；定子端蓋盤I和機(jī)殼8采用導(dǎo)磁的材料鋼板經(jīng)機(jī)械切削加工成型；定子端蓋盤I和機(jī)殼8采用螺栓固定成整體結(jié)構(gòu)。圖5展示了軸向平面磁場的少極差磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副的永磁定子盤立體結(jié)構(gòu)復(fù)合剖面圖。七、軸向平面磁場的少極差磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副的永磁轉(zhuǎn)子盤由轉(zhuǎn)子磁盤6和轉(zhuǎn)子永磁體5構(gòu)成，轉(zhuǎn)子永磁體5和分布方式采用N極、S極異極性兩兩相鄰排列的形式安裝，安裝結(jié)構(gòu)上有三種形式第一，對于中置式波轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，永磁體安裝于轉(zhuǎn)子磁盤6靠近凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3的一側(cè)平面而直接面對軸向平面氣隙的單側(cè)面磁式結(jié)構(gòu)；第二，對于外置式波轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，永磁體安裝于轉(zhuǎn)子磁盤6的兩側(cè)平面而直接面對軸向平面氣隙的雙側(cè)面磁式結(jié)構(gòu)；第三，對于兩種波轉(zhuǎn)子布置結(jié)構(gòu)，永磁體安裝于轉(zhuǎn)子磁盤6專門開設(shè)的磁極槽內(nèi)而非直接面對軸向平面氣隙的隱極內(nèi)埋式結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)子磁盤6采用導(dǎo)磁的材料鋼板經(jīng)機(jī)械切削加工成型；轉(zhuǎn)子磁盤6和輸出軸7采用緊配合連接成整體結(jié)構(gòu)。圖6展示了軸向平面磁場的少極差磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副的永磁轉(zhuǎn)子盤和輸出軸的立體結(jié)構(gòu)圖。以上所述的僅是本技術(shù)發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本技術(shù)發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干結(jié)構(gòu)變形和改進(jìn)(如將本發(fā)明涉及的磁性齒輪副進(jìn)行多極直軸串聯(lián)即可構(gòu)成多級變速傳動系統(tǒng))，這些也應(yīng)該視為本技術(shù)發(fā)明的保護(hù)范圍，這些都不會影響本技術(shù)發(fā)明實(shí)施的效果和實(shí)用性。
權(quán)利要求1.軸向平面磁場的少極差磁導(dǎo)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Zp1 個轉(zhuǎn)子永磁體(5)的永磁轉(zhuǎn)子盤及具有Zb個凸極波數(shù)的凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤(3)構(gòu)成磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副，定子永磁體(2)的分布極對數(shù)Ps與轉(zhuǎn)子永磁體(5)的分布極對數(shù)!^為彼此互素的正整數(shù)對，形成固定差值的少極差，并滿足以下關(guān)系約束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(shù)； 二、軸向平面磁場的少極差磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副的永磁定子盤、永磁轉(zhuǎn)子盤和凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤(3)三者依次沿軸向呈同軸式分布結(jié)構(gòu)，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(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤(3)與輸入軸(4)緊固連接，永磁轉(zhuǎn)子盤的轉(zhuǎn)子磁盤(6)與輸出軸(7)緊固連接，永磁定子盤的定子端蓋盤(I)與機(jī)殼(8)定位后緊固連接；永磁定子盤、永磁轉(zhuǎn)子盤和凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)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(I)始終安裝布置于兩轉(zhuǎn)子的一側(cè)，兩轉(zhuǎn)子盤在裝配上分為兩種結(jié)構(gòu)形式第一，凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤(3)分布在永磁轉(zhuǎn)子盤和永磁定子盤中間的中置式波轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，第二，凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤(3)布置在永磁轉(zhuǎn)子盤外側(cè)，即永磁轉(zhuǎn)子盤分布于永磁定子盤和凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤(3)中間的外置式波轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；兩種分布結(jié)構(gòu)的導(dǎo)磁極片采用凸出外圓表面的扇形葉片結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子波數(shù)Zb等于凸出的導(dǎo)磁極片數(shù)； 三、軸向平面磁場的少極差磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副的主動輪為凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子(3)，從動輪為永磁轉(zhuǎn)子盤，在輸入力矩T1和轉(zhuǎn)速Ii1的輸入狀態(tài)下,其輸出運(yùn)動方式分為第一，永磁定子盤與機(jī)殼(8)固定而永磁轉(zhuǎn)子盤和輸出軸(7)旋轉(zhuǎn)輸出力矩T2和轉(zhuǎn)速n2,此時(shí)，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(zhuǎn)子盤和輸出軸(7)固定而永磁定子盤與機(jī)殼(8)旋轉(zhuǎn)輸出力矩T2和轉(zhuǎn)速n2,此時(shí),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(guān)系中出現(xiàn)小于零的負(fù)數(shù)表示輸入和輸出的旋轉(zhuǎn)方向相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軸向平面磁場的少極差磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副，其特征是凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤(3)采用導(dǎo)磁的實(shí)心鋼材加工成凸出外圓表面的扇形葉片結(jié)構(gòu)，其凸出的導(dǎo)磁極片數(shù)等于轉(zhuǎn)子波數(shù)Zb，凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤(3)導(dǎo)磁極區(qū)域開設(shè)有數(shù)條徑向分布的隔磁條形孔，凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤(3)面向永磁定子和永磁轉(zhuǎn)子之間的氣隙為距離相等的均勻氣隙；凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤(3)與輸入軸(4)緊固連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軸向平面磁場的少極差磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副，其特征是永磁定子盤由定子端蓋盤(I)和定子永磁體(2)構(gòu)成,定子永磁體(2)和分布方式采用N極、S極異極性兩兩相鄰排列的形式安裝，安裝結(jié)構(gòu)上有兩種形式第一，永磁體安裝于定子端蓋盤(I)的一側(cè)平面而直接面對軸向平面氣隙的面磁式結(jié)構(gòu)，第二，永磁體安裝于定子端蓋盤(I)專門開設(shè)的磁極槽內(nèi)而非直接面對軸向平面氣隙的隱極內(nèi)埋式結(jié)構(gòu)；定子端蓋盤⑴和機(jī)殼⑶采用導(dǎo)磁的材料鋼板經(jīng)機(jī)械切削加工成型；定子端蓋盤⑴和機(jī)殼(8)采用螺栓固定成整體結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軸向平面磁場的少極差磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副，其特征是永磁轉(zhuǎn)子盤由轉(zhuǎn)子磁盤(6)和轉(zhuǎn)子永磁體(5)構(gòu)成，轉(zhuǎn)子永磁體(5)和分布方式采用N極、S極異極性兩兩相鄰排列的形式安裝，安裝結(jié)構(gòu)上有三種形式第一，對于中置式波轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)， 永磁體安裝于轉(zhuǎn)子磁盤(6)靠近凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤(3)的一側(cè)平面而直接面對軸向平面氣隙的單側(cè)面磁式結(jié)構(gòu)；第二，對于外置式波轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，永磁體安裝于轉(zhuǎn)子磁盤(6)的兩側(cè)平面而直接面對軸向平面氣隙的雙側(cè)面磁式結(jié)構(gòu)；第三，對于兩種波轉(zhuǎn)子布置結(jié)構(gòu)，永磁體安裝于轉(zhuǎn)子磁盤(6)專門開設(shè)的磁極槽內(nèi)而非直接面對軸向平面氣隙的隱極內(nèi)埋式結(jié)構(gòu);轉(zhuǎn)子磁盤(6)采用導(dǎo)磁的材料鋼板經(jīng)機(jī)械切削加工成型;轉(zhuǎn)子磁盤(6)和輸出軸(7)采用緊配合連接成整體結(jié)構(gòu)。
專利摘要軸向平面磁場的少極差磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副，可廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、電動汽車、船艦驅(qū)動等工業(yè)傳動領(lǐng)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(zhuǎn)子永磁體6的永磁轉(zhuǎn)子盤及具有Zb個凸極波數(shù)的凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3構(gòu)成磁導(dǎo)諧波式磁性齒輪副，極對數(shù)ps與pr為彼此互素的正整數(shù)對，形成固定差值的少極差，永磁定子盤、永磁轉(zhuǎn)子盤和凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3三者依次沿軸向呈同軸式分布結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)的凸極式磁導(dǎo)波轉(zhuǎn)子盤3的凸極直軸區(qū)域相互耦合，來驅(qū)動少極差的磁性齒輪副低速旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)無機(jī)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(yōu)先權(quán)日2012年9月8日
發(fā)明者盧敏, 胡捷, 余虹錦 申請人:余虹錦