新型徑向磁場(chǎng)的少極差電磁式偏心磁性齒輪副，可廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、電動(dòng)汽車(chē)、船艦驅(qū)動(dòng)等工業(yè)傳動(dòng)領(lǐng)域。其特征是：由定子機(jī)殼4、具有Z1個(gè)嵌線槽的定子鐵芯5和槽中裝有2p1個(gè)定子繞組6所組成的定子，和行星轉(zhuǎn)子鐵芯16及其外圓上分布有2p2個(gè)轉(zhuǎn)子永磁體17所組成的行星轉(zhuǎn)子構(gòu)成一對(duì)磁性齒輪副，極對(duì)數(shù)p1與p2間數(shù)差較小且互素，并由套裝有軸承IV15的偏心輸入軸1將少極差的定子與行星轉(zhuǎn)子連成偏心結(jié)構(gòu)，偏心輸入軸1帶動(dòng)行星轉(zhuǎn)子繞旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)，行星轉(zhuǎn)子的永久磁場(chǎng)通過(guò)徑向偏心的氣隙與定子電磁場(chǎng)耦合，轉(zhuǎn)子永磁體17受定子電磁場(chǎng)作用而驅(qū)使行星轉(zhuǎn)子繞自身軸線反向自轉(zhuǎn)，通過(guò)輸出機(jī)構(gòu)9和輸出軸11將低速自轉(zhuǎn)輸出。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)是一種新型徑向磁場(chǎng)的少極差電磁式偏心磁性齒輪副，是利用電磁式磁性齒輪傳動(dòng)技術(shù)來(lái)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)換的可控變速傳動(dòng)裝置，可直接取代常規(guī)的機(jī)械齒輪傳動(dòng)離合變速系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電、電動(dòng)汽車(chē)、船艦驅(qū)動(dòng)及其它需要直接驅(qū)動(dòng)的工業(yè)傳動(dòng)領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
在工業(yè)應(yīng)用的許多傳動(dòng)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(shì)能轉(zhuǎn)換成高轉(zhuǎn)速的發(fā)電用機(jī)械動(dòng)能，電動(dòng)汽車(chē)和潛艇驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域又需要將驅(qū)動(dòng)電機(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。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(huì)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(dòng)技術(shù)來(lái)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(zhǎng)期以來(lái)機(jī)械齒輪傳動(dòng)技術(shù)的基本形式?jīng)]有變化，即始終是依靠機(jī)械式齒輪副的兩輪齒的嚙合進(jìn)行傳動(dòng)。這就給齒輪傳動(dòng)帶來(lái)了一些不可消除的問(wèn)題，如機(jī)械疲勞、摩擦損耗、震動(dòng)噪音等，盡管可以采用油脂潤(rùn)滑技術(shù)，但以上問(wèn)題依舊無(wú)法根除，導(dǎo)致使用維護(hù)極其繁瑣，常規(guī)高變速比的機(jī)械齒輪變速系統(tǒng)傳動(dòng)效率低、噪聲大、可靠性差。固定傳動(dòng)速比的機(jī)械式齒輪副傳動(dòng)使得需要在更寬轉(zhuǎn)速范圍的多級(jí)、分檔調(diào)速機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無(wú)法適應(yīng)越來(lái)越多的無(wú)級(jí)變速的傳動(dòng)技術(shù)要求，為滿足大范圍變矩變速的使用要求，傳統(tǒng)的做法采用了機(jī)械式離合變速機(jī)構(gòu)，不僅導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且長(zhǎng)久頻繁的離合操作對(duì)系統(tǒng)的可靠性和壽命挑戰(zhàn)極大，也往往使得離合機(jī)構(gòu)的操縱控制復(fù)雜化。中國(guó)是世界上稀土永磁材料最豐富的國(guó)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(dòng)領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，稀土永磁材料做成的各類(lèi)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(lái)，隨著風(fēng)力發(fā)電、電動(dòng)汽車(chē)等新能源應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展需求，國(guó)內(nèi)外開(kāi)始在新型磁性傳動(dòng)技術(shù)上實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)的技術(shù)突破，2004年英國(guó)和丹麥學(xué)者提出了磁場(chǎng)調(diào)制技術(shù)理論及其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，并從實(shí)踐上完成了一種新型徑向磁場(chǎng)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(dòng)扭矩較小的缺點(diǎn)，這給永磁材料在機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)辟了一個(gè)重要的研究方向和未來(lái)的應(yīng)用領(lǐng)域。這種基于磁場(chǎng)調(diào)制技術(shù)的磁性齒輪結(jié)構(gòu)有一個(gè)特點(diǎn)，即是采用磁場(chǎng)調(diào)制原理來(lái)對(duì)主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的不同極數(shù) 的永久磁場(chǎng)進(jìn)行調(diào)制，具體在結(jié)構(gòu)上的方法就是在主動(dòng)輪和從動(dòng)輪之間加設(shè)了一個(gè)具有定向定數(shù)的導(dǎo)磁柵鐵心做導(dǎo)磁極，從而有目的地隔離兩個(gè)不同極數(shù)的傳動(dòng)輪。以上基于磁場(chǎng)調(diào)制技術(shù)而設(shè)計(jì)的磁性齒輪從理論原理到結(jié)構(gòu)方案上存在兩大致命的不足第一，從理論上看，起磁場(chǎng)調(diào)制作用的導(dǎo)磁柵鐵心極(齒)數(shù)必須滿足約束條件，從而導(dǎo)致磁性齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)傳動(dòng)的任意時(shí)刻都只有不到一半的永磁體處于相互磁場(chǎng)I禹合的工作狀態(tài)，有一半以上的永磁體磁極處于閑置的非耦合狀態(tài)，即稀土永磁體磁極的耦合度理論上就低于50% ;第二，從結(jié)構(gòu)上看，加設(shè)導(dǎo)磁柵鐵心必然使磁性齒輪副具有了兩個(gè)氣隙，將必然消耗稀土永磁體的大量磁動(dòng)勢(shì)，如果不加厚磁極厚度則必然導(dǎo)致處于耦合工作狀態(tài)的永磁體磁通量降低，從而影響所傳遞的轉(zhuǎn)矩大小；第三，導(dǎo)磁柵鐵心的存在使得氣隙磁阻與磁勢(shì)交變脈動(dòng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩周期性波動(dòng)，不僅影響傳動(dòng)精度，而且導(dǎo)磁柵鐵心所受的機(jī)械轉(zhuǎn)矩大，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也是影響其壽命的主要因素。所以，要降低磁性齒輪傳動(dòng)技術(shù)的成本并進(jìn)一步提高其傳遞的力矩，就必須從原理上突破磁場(chǎng)調(diào)制技術(shù)的理論約束，并且從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上跳出雙氣隙的結(jié)構(gòu)制約。近期，本案專(zhuān)利技術(shù)人之一也提出過(guò)新型橫向和徑向磁場(chǎng)的少極差磁場(chǎng)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(gè)傳動(dòng)輪副上的兩種不同極數(shù)的永久磁場(chǎng)相互作用、相互耦合來(lái)達(dá)到傳遞力矩和變速傳動(dòng)的目的，但是這種少極差雙永磁耦合變速的概念，由于稀土材料的永久磁場(chǎng)無(wú)法調(diào)節(jié)使其不能實(shí)現(xiàn)離合控制，更不能隨負(fù)載大小來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)力矩大小，只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的變速傳動(dòng)的目的，截止目前為止國(guó)內(nèi)外均還沒(méi)有人提出過(guò)利用電磁場(chǎng)原理來(lái)改進(jìn)少極差偏心磁性齒輪副的工作原理和具體應(yīng)用結(jié)構(gòu)，而這樣的技術(shù)研究和結(jié)構(gòu)專(zhuān)利技術(shù)對(duì)于既需要離合功能又要實(shí)現(xiàn)變速變矩目的應(yīng)用場(chǎng)合卻恰恰具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有機(jī)械式齒輪傳動(dòng)技術(shù)存在的問(wèn)題以及目前公知的、基于磁場(chǎng)調(diào)制技術(shù)的磁性傳動(dòng)齒輪副的致命缺陷以及之前公布的少極差雙永久磁場(chǎng)耦合式磁性齒輪存在的不足，本技術(shù)專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供一種磁場(chǎng)可調(diào)可控的新型徑向磁場(chǎng)的少極差電磁式偏心磁性齒輪副新結(jié)構(gòu)。本專(zhuān)利技術(shù)的基本構(gòu)思是，借鑒機(jī)械齒輪傳動(dòng)領(lǐng)域的新型少齒差行星齒輪傳動(dòng)的原理以及直流電機(jī)定子電流勵(lì)磁原理，將輸入給偏心結(jié)構(gòu)的行星輪的公轉(zhuǎn)通過(guò)轉(zhuǎn)子永久磁場(chǎng)與定子電磁場(chǎng)相互異極性耦合吸引的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)行星輪的自轉(zhuǎn)，經(jīng)輸出結(jié)構(gòu)將行星輪自轉(zhuǎn)輸出，從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)機(jī)械接觸、無(wú)摩擦的、勵(lì)磁電流可隨負(fù)載大小調(diào)節(jié)的且可實(shí)現(xiàn)離合功能的動(dòng)力變速變矩傳動(dòng)。以下結(jié)合圖I、圖2來(lái)說(shuō)明這種新型徑向磁場(chǎng)的少極差電磁式偏心磁性齒輪副的工作原理及結(jié)構(gòu)特征，圖中項(xiàng)I為偏心輸入軸，項(xiàng)2為軸承I，項(xiàng)3為前端蓋，項(xiàng)4為定子機(jī)殼，項(xiàng)5為定子鐵芯，項(xiàng)6為定子繞組，項(xiàng)7為引出線，項(xiàng)8為后端蓋輸出轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)，項(xiàng)9為輸出機(jī)構(gòu)，項(xiàng)10為軸承II，項(xiàng)11為輸出軸，項(xiàng)12為軸承III，項(xiàng)13為行星轉(zhuǎn)子軸承蓋，項(xiàng)14為拉緊螺釘，項(xiàng)15為軸承IV，項(xiàng)16為行星轉(zhuǎn)子鐵芯，項(xiàng)17為轉(zhuǎn)子永磁體，項(xiàng)18為外部電源；圖中符號(hào)標(biāo)識(shí)N表不極性為N的永磁體，S表不極性為S的永磁體，a表不行星轉(zhuǎn)子鐵芯16與定子的偏心距，e表示定子與行星轉(zhuǎn)子之間的最小氣隙的長(zhǎng)度，D1表示定子鐵芯5的內(nèi)徑，D2表不行星轉(zhuǎn)子的外徑，T1表不偏心輸入軸I的輸入轉(zhuǎn)速和輸入力矩，n2> T2表不輸出軸11的輸出轉(zhuǎn)速和輸出力矩，Zp1表不定子繞組6建立的定子電磁場(chǎng)的極數(shù),2p2表不轉(zhuǎn)子永磁體17的分布極數(shù)，Z1表不定子鐵芯5內(nèi)圓均布的嵌線槽的槽數(shù)，U表不外部電源18供給的端電壓，I表示外部電源18提供的勵(lì)磁電流。 從圖I的徑向結(jié)構(gòu)工作原理拓?fù)鋱D與圖2的軸向結(jié)構(gòu)全剖面圖可知，新型徑向磁場(chǎng)的少極差電磁式偏心磁性齒輪副的工作原理與機(jī)械式的K-H-V型少齒差行星齒輪類(lèi)似工作時(shí)，電壓為U的外部電源18提供的電流I通過(guò)定子繞組6建立起極數(shù)為2Pl的定子電磁場(chǎng)，偏心輸入軸I帶動(dòng)行星轉(zhuǎn)子鐵芯16繞旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)，偏心公轉(zhuǎn)的行星轉(zhuǎn)子鐵芯16上的轉(zhuǎn)子永磁體17與定子電磁場(chǎng)通過(guò)偏心徑向氣隙而磁場(chǎng)耦合驅(qū)使行星轉(zhuǎn)子繞自身軸線反向自轉(zhuǎn)，再通過(guò)圖中虛線框所示的輸出機(jī)構(gòu)9將行星轉(zhuǎn)子的低速自轉(zhuǎn)輸出；當(dāng)外部電源18被切斷后，由于定子電磁場(chǎng)消失，偏心輸入軸I僅能驅(qū)動(dòng)行星轉(zhuǎn)子公轉(zhuǎn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)行星轉(zhuǎn)子的自轉(zhuǎn)，對(duì)外不輸出低速自轉(zhuǎn)力矩，從而實(shí)現(xiàn)了電控離合功能；負(fù)載大小變化時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)外部電源18提供的定子勵(lì)磁電流I的大小實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載力矩的隨動(dòng)跟蹤調(diào)整。 新型徑向磁場(chǎng)的少極差電磁式偏心磁性齒輪副的結(jié)構(gòu)特征是一、新型徑向磁場(chǎng)的少極差電磁式偏心磁性齒輪副由定子機(jī)殼4、具有Z1A嵌線槽的定子鐵本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.新型徑向磁場(chǎng)的少極差電磁式偏心磁性齒輪副，其特征是 新型徑向磁場(chǎng)的少極差電磁式偏心磁性齒輪副由定子機(jī)殼(4)、具有Z1個(gè)嵌線槽的定子鐵芯(5)和槽中裝有2Pl個(gè)定子繞組(6)所組成的定子，和行星轉(zhuǎn)子鐵芯(16)及其外圓上分布有2p2個(gè)轉(zhuǎn)子永磁體(17)所組成的行星轉(zhuǎn)子構(gòu)成一對(duì)磁性齒輪副，行星轉(zhuǎn)子的永久磁場(chǎng)通過(guò)徑向偏心的氣隙與定子繞組(6)中的電流I產(chǎn)生的電磁場(chǎng)I禹合，形成磁性齒輪副的徑向磁場(chǎng)；定子繞組￠)的分布極數(shù)2Pl與轉(zhuǎn)子永磁體(17)的分布極數(shù)2p2之間極數(shù)差較小，極對(duì)數(shù)P1和P2為彼此互素的正整數(shù)對(duì)，并滿足以下關(guān)系約束=P1 > P2,且I彡P(guān)1-P2< 4 ;新型徑向磁場(chǎng)的少極差電磁式偏心磁性齒輪副的定子與行星轉(zhuǎn)子呈偏心分布結(jié)構(gòu)，由套裝有軸承I (2)、軸承III (12)和軸承IV(15)的偏心輸入軸(I)將少極差的磁性齒輪副連接成偏心結(jié)構(gòu)；其中，行星轉(zhuǎn)子鐵芯(16)與旋轉(zhuǎn)中心的偏心距a、定子與行星轉(zhuǎn)子之間的最小氣隙的長(zhǎng)度e、定子鐵芯(5)的內(nèi)徑D1、行星轉(zhuǎn)子的外徑 D2、以及極對(duì)數(shù)？1和？2滿足以下結(jié)構(gòu)關(guān)系約束(D「2Xe) +D2 = P1+ p2, a = 0. 5X (D「D2_2Xe)； 新型徑向磁場(chǎng)的少極差電磁式偏心磁性齒輪副由螺栓將前端蓋(3)、后端蓋(8)與定子機(jī)殼(4)緊固裝配為整體結(jié)構(gòu)，在偏心輸入軸(I)輸入力矩T1和轉(zhuǎn)速I(mǎi)i1的輸入狀態(tài)下，其輸出結(jié)構(gòu)方式為定子機(jī)殼(4)固定而輸出軸(11)旋轉(zhuǎn)輸出力矩T2和轉(zhuǎn)速n2,此時(shí),磁性齒輪副...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：盧敏，胡捷，余虹錦，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：余虹錦，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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