一種磁場增強型高轉矩密度永磁式行星齒輪的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種磁場增強型高轉矩密度永磁式行星齒輪，屬于非接觸式傳動領域，本發明解決常規平行軸齒輪轉矩密度和永磁磁鋼利用率較低等問題，同時克服同軸磁齒輪變速比固定，鐵耗較大和運行效率較低的不足。本發明由太陽輪，齒圈以及置于太陽輪和齒圈間的若干行星輪，和行星輪與太陽輪，行星輪與齒圈間的若干導磁塊、隔磁塊組成。加入特殊的導磁塊和隔磁塊結構，為太陽輪與行星輪、行星輪與齒圈相互作用的永磁磁鋼間提供了有效的磁路，直接參與轉矩傳遞的永磁磁鋼數量也成倍增加，有效提高了該永磁式行星齒輪的永磁磁鋼的利用率和轉矩密度。
【專利說明】一種磁場增強型高轉矩密度永磁式行星齒輪
【技術領域】
[0001]本發明屬于動力傳動領域，特別是一種特殊的非接觸式磁齒輪變速機構。
【背景技術】
[0002]傳統的機械式行星齒輪變速結構具有結構簡單、轉矩傳遞密度大優點，但是作為一種接觸式動力合成系統，行星齒輪在高速運行時具有較大的震動和噪聲，嚙合時需要專門的油路潤滑和冷卻，對潤滑要求相對苛刻；另外，運行過程中載荷的變化會對齒輪產生較大的嚙合沖力，從而會造成齒輪面發生點蝕、磨損、出現齒輪裂紋甚至斷齒等故障。
[0003]磁齒輪具有非接觸、無摩擦、無振動、無噪音、免潤滑、免維護等優異特點，在航空航天、電動汽車、工業傳動等領域受到日益重視。
[0004]目前，根據磁齒輪原理提出的平行軸磁齒輪，能實現動力的非接觸式傳遞，但由于轉矩傳遞僅通過相鄰的單塊永磁磁鋼，轉矩密度較低；同軸磁齒輪通過引入調磁鐵心，提高了永磁磁鋼的利用率和轉矩傳遞密度，但由于磁場調制而引起的電機的鐵耗的顯著增加，降低了同軸磁齒輪的整體效率，同時由于中間調磁鐵心固定不動，變速比固定，無法實現不同動力源的動力合成和變速運行。永磁式行星齒輪兼具機械行星齒輪結構特點和平行軸磁齒輪的傳動的特點，該種永磁式行星齒輪不僅可實現轉矩和能量的非接觸式傳遞，而且能實現不同動力源的動力合成和功率傳遞，在混合動力汽車領域具有廣泛的應用前景。但該類結構依然存在永磁磁鋼利用率較低，轉矩密度不高等問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的為了解決上述問題，根據永磁式行星齒輪轉矩傳遞的機理，提出一種磁場增強型高轉矩密度永磁式行星齒輪。
[0006]本發明由太陽輪、太陽輪表貼式永磁磁鋼、行星輪、行星輪表貼式永磁磁鋼、齒圈、齒圈表貼永磁磁鋼、行星架、背鐵、導磁塊和隔磁塊構成。其特征是所述的太陽輪和行星輪間、行星輪和齒圈間加入若干個導磁塊，同時導磁塊間用隔磁塊隔開，太陽輪和行星輪相切的部位設有氣隙，行星輪和齒圈相切的部位設有氣隙。所述導磁塊的數目，其中齒圈與行星輪之間的導磁塊數目為行星輪與太陽輪之間的導磁塊數目的兩倍；所述的隔磁塊數目與導磁塊數目相同，且與導磁塊交替間隔放置。由于導磁塊和隔磁塊交替放置，為太陽輪與行星輪、行星輪與齒圈相互作用的永磁磁鋼間提供了有效的磁路，直接參與轉矩傳遞的永磁磁鋼數量也成倍增加，有效提高了該永磁式行星齒輪的永磁磁鋼的利用率和轉矩密度。
[0007]進一步地，所述的導磁塊為硅鋼片；所述的隔磁塊為錳鋼非導磁合金；導磁塊與太陽輪的接觸面的弧長為太陽輪表貼式永磁磁鋼一塊的長度；導磁塊與行星輪的接觸面的弧長為行星輪表貼式永磁磁鋼一塊的長度；導磁塊與齒圈的接觸面的弧長為齒圈表貼式永磁磁鋼一塊的長度，相鄰導磁塊間用隔磁塊隔開。
[0008]進一步地，所述齒圈半徑=太陽輪的半徑+2*行星輪的半徑；齒圈表貼式永磁磁鋼的極對數=太陽輪表貼式永磁磁鋼的極對數+2*行星輪表貼式永磁磁鋼的極對數；太陽輪表貼式永磁磁鋼、行星輪表貼式永磁磁鋼和齒圈表貼式永磁磁鋼的數量分別為太陽輪表貼式永磁磁鋼、行星輪表貼式永磁磁鋼和齒圈表貼式永磁磁鋼的極對數的兩倍。
[0009]進一步地，所述的永磁磁鋼為高性能稀土永磁磁鋼，太陽輪表貼式永磁磁鋼每塊的弧長是相等的；行星輪表貼式永磁磁鋼每塊的弧長是相等的；齒圈表貼式永磁磁鋼每塊的弧長是相等的。
[0010]進一步地，所述的齒圈可以通過永磁體間的耦合力驅動行星架，或太陽輪可以通過永磁體間的耦合力驅動行星架，或太陽輪、齒圈共同通過永磁體間的耦合力驅動行星架；行星架固定，太陽輪由行星輪驅動齒圈，或齒圈由行星輪驅動太陽輪。
[0011]進一步地，所述的太陽輪與齒圈的極對數簡化比為a:b，當a、b同為奇數時，行星輪的最大個數=2*齒圈的極對數/b ;當a、b中至少有一個為偶數時，行星輪的最大個數=齒圈的極對數/b ;太陽輪的轉速*太陽輪貼有永磁磁鋼極對數+齒圈轉速*齒圈貼有永磁磁鋼極對數=行星架轉速* (太陽輪貼有永磁磁鋼極對數+齒圈貼有永磁磁鋼極對數)。
[0012]進一步地,太陽輪表貼式永磁磁鋼、行星輪表貼式永磁磁鋼和齒圈表貼式永磁磁鋼的極對數在滿足上文所述的公式的情況下成比例的增加或減少，行星輪的個數根據需要在行星輪的最大個數范圍內增加或減少。
[0013]本發明的有益效果如下:I)這種磁場增強型高轉矩密度永磁式行星齒輪能具有傳統機械行星齒輪實現不同變速比的特點，同時能實現不同動力源的轉矩合成和能量傳遞的特性。2)這種磁場增強型高轉矩密度永磁式行星齒輪同時還具有磁齒輪的非接觸、無摩擦、無振動、無噪音、免潤滑、免維護等特點。3)這種磁場增強型高轉矩密度永磁式行星齒輪與普通的永磁式行星齒輪相比，這種磁場增強型的永磁式行星齒輪變速結構的太陽輪和齒圈的所能承受的最大峰值轉矩提高了 80%，轉矩密度得到了很大的提升，永磁磁鋼的利用率上升。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明橫截面結構示意圖；
圖2為傳統的機械式行星齒輪結構示意圖；
圖3為永磁齒輪變速結構的示意圖；
圖4為一種新型的磁場調節型共軸磁齒輪變速結構的示意圖；
圖5為本發明的導磁塊與隔磁塊的安裝位置；
圖6為傳統的永磁式行星齒輪結構的太陽輪的矩角特性曲線；
圖7為本發明的太陽輪的矩角特性曲線；
圖8為本發明的磁力線分布圖；
圖中:1、太陽輪，2、太陽輪表貼式永磁磁鋼，3、行星輪，4、行星輪表貼式永磁磁鋼，5、齒圈,6、齒圈表貼式永磁磁鋼,7、行星架,8、背鐵,9、導磁塊,10、隔磁塊。
【具體實施方式】
[0015]以下結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。
[0016]圖1所示，磁場增強型永磁式行星齒輪變速結構包括太陽輪1、太陽輪表貼式永磁磁鋼2、行星輪3、行星輪表貼式永磁磁鋼4、齒圈5、齒圈表貼式永磁磁鋼6、行星架7、背鐵8、導磁塊9和隔磁塊10。太陽輪表貼式永磁磁鋼2、行星輪表貼式永磁磁鋼4和齒圈表貼式永磁磁鋼6貼在由硅鋼片疊壓而成的被鐵8表面，且沿各自所在的圓徑向充磁，并按極性N、S、N、S的順序排列。四個永磁行星輪3可以自轉，并且可以自轉的同時帶動行星架7 —起公轉。
[0017]圖2所示，為了增加永磁磁鋼的利用率，在太陽輪I和行星輪3間，行星輪3和齒圈5間安裝導磁塊9。導磁塊9的材料為硅鋼片，導磁塊9的弧長對應行星輪表貼式永磁磁鋼4 一極的弧長，在相鄰的兩個導磁塊9間用隔磁塊10進行隔磁。導磁塊9和隔磁塊10都固定在行星架7上隨行星架7轉動。
[0018]本發明所舉實施例中齒圈5內部貼有14極對數的永磁磁鋼、行星輪3表面貼有4對永磁磁鋼、太陽輪I表面貼有6對永磁磁鋼。4個行星輪3圍繞太陽輪I旋轉；太陽輪I與每個行星輪3間的導磁塊9為I極對數，導磁塊9間用隔磁塊10隔開；每個行星輪3與齒圈5間的導磁塊9為2極對數，導磁塊9間用隔磁塊10隔開。當太陽輪I單獨輸入時，機構減速比為太陽輪I的極對數/(太陽輪I的極對數+齒圈5的極對數)，即6/(6+14) =3:10；當齒圈5單獨輸入時，機構減速比為齒圈5的極對數/(太陽輪I的極對數+齒圈5的極對數)，即14/(6+14)=7:10 ;當太陽輪I和齒圈5共同輸入時，太陽輪I的轉速*太陽輪表貼式永磁磁鋼2的極對數+齒圈3轉速*齒圈表貼式永磁磁鋼6的極對數=行星架7的轉速* (太陽輪表貼式永磁磁鋼2的極對數+齒圈表貼式永磁磁鋼6的極對數)，行星架7的輸出轉矩為(太陽輪I轉速*太陽輪I輸入轉矩+齒圈5轉速*齒圈5輸入轉矩)/行星架7轉速。齒圈5為一個環狀結構，內圈貼有14對永磁磁鋼，它由輸入軸支撐旋轉；太陽輪I表貼6對永磁磁鋼,它由另一個輸入軸支撐旋轉；行星輪3表貼4對永磁磁鋼，它由行星軸支撐旋轉，行星軸固定在行星架7上，行星架7由輸出軸支撐旋轉；導磁塊9與隔磁塊10固定在行星架7上隨行星架7旋轉。扭矩通過原動機連接太陽輪I單獨輸入時，太陽輪I逆時針旋轉，通過永磁磁鋼間的無接觸的扭矩帶動行星輪3順時針旋轉，行星輪3旋轉帶動行星架7逆時針旋轉輸出轉矩；扭矩通過原動機連接齒圈5單獨輸入時，齒圈5逆時針旋轉，通過永磁磁鋼間的無接觸的扭矩帶動行星輪5逆時針旋轉，行星輪5旋轉帶動行星架7逆時針旋轉輸出轉矩。扭矩通過2個原動機分別連接從太陽輪I和齒圈5共同輸入時，太陽輪I和齒圈5旋轉，通過永磁磁鋼間的無接觸的扭矩帶動行星輪3旋轉，扭矩在行星輪合成通過行星架7輸出實現太陽輪I和齒圈5共同輸入。
【權利要求】
1.一種磁場增強型高轉矩密度永磁式行星齒輪，包括太陽輪(I)、太陽輪表貼式永磁磁鋼(2)、行星輪(3)、行星輪表貼式永磁磁鋼(4)、齒圈(5)、齒圈表貼式永磁磁鋼(6)、行星架(7)、背鐵(8)、導磁塊(9)和隔磁塊(10)，其特征在于:太陽輪(I)位于齒輪的中心，行星輪⑶均勻分布在太陽輪⑴的外圍，太陽輪⑴和行星輪⑶相切的部位設有氣隙，每個行星輪(3)之間設有行星架(4)，齒圈(5)位于齒輪的最外層，行星輪(3)和齒圈(5)相切的部位設有氣隙，太陽輪(I)、行星輪(3)和齒圈(5)的表面分別貼有太陽輪表貼式永磁磁鋼(2)、行星輪表貼式永磁磁鋼(4)和齒圈表貼式永磁磁鋼(6)，太陽輪(I)與行星輪(3)間、行星輪⑶與齒圈(5)間設有導磁塊(9)，行星輪(3)與齒圈(5)間的導磁塊(9)數目為太陽輪⑴與行星輪⑶間的導磁塊(9)數目的兩倍，相鄰導磁塊(9)間用隔磁塊(10)隔開，導磁塊(9)與行星架(7)間也用隔磁塊(10)隔開，隔磁塊(10)的總數與導磁塊(9)的總數相同，隔磁塊(10)與導磁塊(9)交替間隔放置； 所述太陽輪(I)、行星輪(3)、齒圈(5)的半徑滿足如下關系:齒圈(5)半徑=太陽輪(1)的半徑+2*行星輪(3)的半徑； 所述太陽輪表貼式永磁磁鋼(2)、行星輪表貼式永磁磁鋼(4)和齒圈表貼式永磁磁鋼(6)的極對數滿足如下關系:齒圈表貼式永磁磁鋼(6)的極對數=太陽輪表貼式永磁磁鋼(2)的極對數+2*行星輪表貼式永磁磁鋼(4)的極對數； 所述太陽輪表貼式永磁磁鋼(2)、行星輪表貼式永磁磁鋼(4)和齒圈表貼式永磁磁鋼(6)的數量分別為太陽輪表貼式永磁磁鋼(2)、行星輪表貼式永磁磁鋼(4)和齒圈表貼式永磁磁鋼(6)的極對數的兩倍。
2.根據權利要求1所述的一種磁場增強型高轉矩密度永磁式行星齒輪，其特征在于:若所述太陽輪⑴與齒圈(5)的極對數簡`化比為a:b，當a、b同為奇數時，行星輪(3)的最大個數=2*齒圈(5)的極對數/b;當a、b中至少有一個為偶數時，行星輪(3)的最大個數=齒圈(5)的極對數/b。
3.根據權利要求1所述的一種磁場增強型高轉矩密度永磁式行星齒輪，其特征是:所述太陽輪表貼式永磁磁鋼(2)每塊的弧長是相等的；行星輪表貼式永磁磁鋼(4)每塊的弧長是相等的；齒圈表貼式永磁磁鋼(6)每塊的弧長是相等的。
4.根據權利要求3所述的一種磁場增強型高轉矩密度永磁式行星齒輪，其特征是:所述導磁塊(9)與太陽輪(I)的接觸面的弧長為太陽輪表貼式永磁磁鋼(2) —塊的長度；所述導磁塊(9)與行星輪(3)的接觸面的弧長為行星輪表貼式永磁磁鋼(4) 一塊的長度；所述導磁塊(9)與齒圈(5)的接觸面的弧長為齒圈表貼式永磁磁鋼(6) —塊的長度。
5.根據權利要求1所述的一種磁場增強型高轉矩密度永磁式行星齒輪，其特征在于:所述太陽輪表貼式永磁磁鋼(2)、行星輪表貼式永磁磁鋼(4)和齒圈表貼式永磁磁鋼(6)為稀土永磁塊；所述導磁塊(9)為硅鋼片；所述隔磁塊(10)為錳鋼非導磁合金。
【文檔編號】H02K49/00GK103715860SQ201310696345
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月18日 優先權日:2013年12月18日
【發明者】朱孝勇, 孔繁塵, 全力, 李淵 申請人:江蘇大學