一种用于正交轴传动的磁阻式磁性面齿轮组制造技术

一种用于正交轴传动的磁阻式磁性面齿轮组，涉及机电传动领域。为了解决目前用于正交轴传动的永磁平面齿轮和锥齿轮存在成本高、结构复杂、制造和装配困难的问题。本实用新型专利技术的用于正交轴传动的磁阻式磁性面齿轮组，其组成包括两个轮，两个轮分别是圆柱轮和平面轮，平面轮水平设置，圆柱轮设置在平面轮上方，且圆柱轮和平面轮的轮轴中心线相正交，圆柱轮和平面轮之间留有气隙；当其中一个轮为主动轮时，另外一个轮为从动轮，主动轮通过磁阻力带动从动轮转动；当其中一个轮为永磁式轮时，另外一个轮为机械式轮。本实用新型专利技术中圆柱轮和平面轮没有直接的机械接触，该齿轮组无磨损、噪音小、传动效率高，具有可靠性高、免维护、过载保护等优点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及机电传动领域，特别涉及一种用于正交轴传动的磁阻式磁性面齿轮组。
技术介绍
正交轴的传动目前多采用锥齿轮和面齿轮。锥齿轮的齿面形状复杂，加工制造困难，不同品牌的锥齿轮参数也不同，并且在制作过程中多采用配对制造，这对锥齿轮的加工制造、检修及维修造成很大麻烦。面齿轮由于加工需要的刀具尺寸与实际啮合的圆柱齿轮相同，加工不同尺寸和参数的面齿轮所需要的刀具数量较多，加工成本较高；另外，面齿轮内径处有根切现象，外径处有尖角现象，因此齿宽不能设计得太长，传动强度受限。近些年来，依靠磁性力进行动力传递的磁性齿轮有了很大的发展。磁性齿轮能够实现无接触传动，避免了主动轴和从动轴间的直接机械接触，可以减小噪音和振动，对工作环境无污染，并且具有过载保护等特点。根据锥齿轮和面齿轮的特点，有人相应地提出了能够实现正交轴传动的永磁平面齿轮和永磁圆锥齿轮。但是由于永磁平面齿轮和锥齿轮结构复杂、制造和装配均较困难，且永磁平面齿轮和锥齿轮上均使用永磁体产生磁场，永磁体的用量较多，成本较高。
技术实现思路
本技术的目的是为了解决目前用于正交轴传动的永磁平面齿轮和锥齿轮存在成本高、结构复杂、制造和装配困难的问题，提供了一种用于正交轴传动的磁阻式磁性面齿轮组。实现上述目的，本技术采取的技术方案是：一种用于正交轴传动的磁阻式磁性面齿轮组，其组成包括两个轮，所述的两个轮分别是圆柱轮和平面轮，所述的平面轮水平设置，所述的圆柱轮设置在平面轮上方，且圆柱轮和平面轮的轮轴中心线相正交，圆柱轮和平面轮之间留有气隙；当其中一个轮为主动轮时，另外一个轮为从动轮，所述的主动轮通过磁阻力带动从动轮转动；当其中一个轮为永磁式轮时，另外一个轮为机械式轮。本技术相对于现有技术的有益效果是：1、由于圆柱轮和平面轮没有直接的机械接触，该齿轮组无磨损、噪音小、传动效率高，具有可靠性高、免维护、过载保护等优点；2、该齿轮组的两个轮子中只有一个轮子装配有永磁体，成本得到极大地降低；3、该齿轮组的轭部（包括圆柱轮轭部和平面轮轭部）可以采用非导磁性材料制成，使齿轮组有较低的转动惯量和较好的快速响应能力，而且有利于降低成本。综上，该齿轮组的结构简单、紧凑，方便装配，适用于对噪声、洁净度和可靠性要求较高以及两个轴系相互隔离的场合。附图说明图1是本技术一种用于正交轴传动的磁阻式磁性面齿轮组总体结构示意图；图2是永磁式圆柱轮的零件分解图；图3是圆柱轮的主视图；图4是磁通集中式圆柱轮的主视图；图5是表贴式圆柱轮结构的主视图；图6是Halbach阵列式圆柱轮的主视图；图7是永磁体内置式圆柱轮的主视图；图8是圆柱轮中心体的主视图；图9是机械式平面轮的零件分解图；图10是机械式平面齿轮的俯视图；图11是图10的左视图；图12是机械式圆柱轮的零件分解图；图13是圆柱齿轮的主视图；图14是图13的左视图；图15是永磁式平面轮的零件分解图；图16是永磁式平面轮的俯视图；图17是磁通集中式平面轮的俯视图；图18是表贴式平面轮的俯视图；图19是Halbach阵列式平面轮的俯视图；图20是图1的俯视图；图21是图1的左视图。图中：圆柱轮1、平面轮2、前端环3-1、后端环3-2、圆柱轮主体4、外部保护套5、瓦片形永磁体6、第一型瓦片形永磁体6-1、第二型瓦片形永磁体6-2、第三型瓦片形永磁体6-3、第四型瓦片形永磁体6-4、瓦片形铁芯7、胶体8、圆柱轮轭部9、轴向中心孔一9-1、键槽一9-2、圆柱轮中心体10、中心轴孔一10-1、键连接槽一10-2、通槽10-3、上端环11、外保护套12、胶块13、内保护套14、机械式平面齿轮15、圆柱齿轮16、平面轮主体17、扇形永磁体18、第一型扇形永磁体18-1、第二型扇形永磁体18-2、第三型扇形永磁体18-3、第四型扇形永磁体18-4、扇形铁芯19、平面轮轭部20、矩形永磁体21、第一型矩形永磁体21-1、第二型矩形永磁体21-2。具体实施方式具体实施方式一：如图1、图20及图21所示，本实施方式的一种用于正交轴传动的磁阻式磁性面齿轮组，其组成包括两个轮，所述的两个轮分别是圆柱轮1和平面轮2，所述的平面轮2水平设置，所述的圆柱轮1设置在平面轮2上方，且圆柱轮1和平面轮2的轮轴中心线相正交，圆柱轮1和平面轮2之间留有气隙（理论上，气隙越小，能够传递的转矩越大，但应结合实际安装空间和所需传递的转矩大小综合决定）；当其中一个轮为主动轮时，另外一个轮为从动轮，所述的主动轮通过磁阻力带动从动轮转动；当其中一个轮为永磁式轮时，另外一个轮为机械式轮（这样的结构大大减少了永磁体的用量，能使成本得到降低。两个轮子间的磁性力的本质是磁阻力）。具体实施方式二：如图1、图2、图3、图9、图20及图21所示，具体实施方式一所述的一种用于正交轴传动的磁阻式磁性面齿轮组，当所述的圆柱轮1为永磁式圆柱轮（采用磁通集中式、表贴式、Halbach阵列式、内置式四种结构中的任意一种）时，所述的平面轮2为机械式平面轮；所述的永磁式圆柱轮包括前端环3-1、后端环3-2、圆柱轮主体4及外部保护套5；所述的前端环3-1、后端环3-2和外部保护套5均采用非导磁性材料制成（例如不锈钢或玻璃丝带），前端环3-1和后端环3-2均通过粘结方式固定在圆柱轮主体4的前端面和后端面上，所述的外部保护套5通过粘结方式固定套装在圆柱轮主体4的外部；所述的机械式平面轮包括上端环11、外保护套12、内保护套14、机械式平面齿轮15及多个胶块13；所述的外保护套12和内保护套14分别固定套装在机械式平面齿轮15的齿外侧和内侧，所述的上端环11通过粘结方式固定在机械式平面齿轮15的齿上表面，上端环11、外保护套12及内保护套14均采用非导磁性材料（例如不锈钢或玻璃丝带）制成，机械式平面齿轮15的每相邻两个齿之间的空间采用胶块13进行填充；机械式平面齿轮15采用导磁性铁磁材料（如纯铁或低碳钢）制成（因为机械式平面齿轮15作为系统磁路的一部分）。上端环11、外保护套12、内保护套14以及胶块13的作用都是对机械式平面齿轮15形成有效保护。对机械式平面齿轮15的保护结构并不局限于这种结构，可以多种多样。因为机械式平面齿轮15并不参与实际的机械啮合，机械式平面齿轮15的形状可以做成简单的扇形直齿。前端环3-1、后端环3-2和外部保护套5的作用是保护圆柱轮主体4，防止圆柱轮主体4中的瓦片形永磁体6被氧化和结构受损。胶块13为环氧树脂胶块。本实施方式的效果是：通过机械齿轮构造系统完整磁路，产生磁阻力，并对机械齿轮进行保护。具体实施方式三：如图4所示，具体实施方式二所述的一种用于正交轴传动的磁阻式磁性面齿轮组，所述的圆柱轮主体4采用磁通集中式结构，圆柱轮主体4包括圆柱轮轭部9、多个瓦片形永磁体6及多个瓦片形铁芯7；所述的多个瓦片形永磁体6包括多个第一型瓦片形永磁体6-1及多个第二型瓦片形永磁体6-2；所述的圆柱轮轭部9设有轴向中心孔一9-1，圆柱轮轭部9的轴向中心孔一9-1的内壁上沿轴向开设有用于与轴系一配合的键槽一9-2；所述的多个第一型瓦片形永磁体6-1、多个瓦片形铁芯7及多个第二型瓦片形永磁体6-2均通过粘结方式固定在圆柱轮轭部9的外圆周面上，且多个第一型瓦片形永磁体6-1、多个瓦片形铁芯7及多个第二型瓦片形永本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于正交轴传动的磁阻式磁性面齿轮组，其特征在于：其组成包括两个轮，所述的两个轮分别是圆柱轮（1）和平面轮（2），所述的平面轮（2）水平设置，所述的圆柱轮（1）设置在平面轮（2）上方，且圆柱轮（1）和平面轮（2）的轮轴中心线相正交，圆柱轮（1）和平面轮（2）之间留有气隙；当其中一个轮为主动轮时，另外一个轮为从动轮，所述的主动轮通过磁阻力带动从动轮转动；当其中一个轮为永磁式轮时，另外一个轮为机械式轮。

【技术特征摘要】
1.一种用于正交轴传动的磁阻式磁性面齿轮组，其特征在于：其组成包括两个轮，所述的两个轮分别是圆柱轮（1）和平面轮（2），所述的平面轮（2）水平设置，所述的圆柱轮（1）设置在平面轮（2）上方，且圆柱轮（1）和平面轮（2）的轮轴中心线相正交，圆柱轮（1）和平面轮（2）之间留有气隙；当其中一个轮为主动轮时，另外一个轮为从动轮，所述的主动轮通过磁阻力带动从动轮转动；当其中一个轮为永磁式轮时，另外一个轮为机械式轮。2.根据权利要求1所述的一种用于正交轴传动的磁阻式磁性面齿轮组，其特征在于：当所述的圆柱轮（1）为永磁式圆柱轮时，所述的平面轮（2）为机械式平面轮；所述的永磁式圆柱轮包括前端环（3-1）、后端环（3-2）、圆柱轮主体（4）及外部保护套（5）；所述的前端环（3-1）、后端环（3-2）和外部保护套（5）均采用非导磁性材料制成，前端环（3-1）和后端环（3-2）均通过粘结方式固定在圆柱轮主体（4）的前端面和后端面上，所述的外部保护套（5）通过粘结方式固定套装在圆柱轮主体（4）的外部；所述的机械式平面轮包括上端环（11）、外保护套（12）、内保护套（14）、机械式平面齿轮（15）及多个胶块（13）；所述的外保护套（12）和内保护套（14）分别固定套装在机械式平面齿轮（15）的齿外侧和内侧，所述的上端环（11）通过粘结方式固定在机械式平面齿轮（15）的齿上表面，上端环（11）、外保护套（12）及内保护套（14）均采用非导磁性材料制成，机械式平面齿轮（15）的每相邻两个齿之间的空间采用胶块（13）进行填充；机械式平面齿轮（15）采用导磁性铁磁材料制成。3.根据权利要求2所述的一种用于正交轴传动的磁阻式磁性面齿轮组，其特征在于：所述的圆柱轮主体（4）采用磁通集中式结构，圆柱轮主体（4）包括圆柱轮轭部（9）、多个瓦片形永磁体（6）及多个瓦片形铁芯（7）；所述的多个瓦片形永磁体（6）包括多个第一型瓦片形永磁体（6-1）及多个第二型瓦片形永磁体（6-2）；所述的圆柱轮轭部（9）设有轴向中心孔一（9-1），圆柱轮轭部（9）的轴向中心孔一（9-1）的内壁上沿轴向开设有用于与轴系一配合的键槽一（9-2）；所述的多个第一型瓦片形永磁体（6-1）、多个瓦片形铁芯（7）及多个第二型瓦片形永磁体（6-2）均通过粘结方式固定在圆柱轮轭部（9）的外圆周面上，且多个第一型瓦片形永磁体（6-1）、多个瓦片形铁芯（7）及多个第二型瓦片形永磁体（6-2）依次按照第一型瓦片形永磁体（6-1）、瓦片形铁芯（7）及第二型瓦片形永磁体（6-2）的排列顺序循环排列设置围成一个圆环形状，多个第一型瓦片形永磁体（6-1）及多个第二型瓦片形永磁体（6-2）均采用切向充磁，且每相邻设置的两个瓦片形永磁体（6）的充磁方向相反，所述的多个瓦片形铁芯（7）均采用导磁性铁磁材料制成；每个瓦片形铁芯（7）与相邻设置的第一型瓦片形永磁体（6-1）或第二型瓦片形永磁体（6-2）构成一个极距一。4.根据权利要求2所述的一种用于正交轴传动的磁阻式磁性面齿轮组，其特征在于：所述的圆柱轮主体（4）采用表贴式结构，圆柱轮主体（4）包括圆柱轮轭部（9）、多个胶体（8）及多个瓦片形永磁体（6）；所述的多个瓦片形永磁体（6）包括多个第一型瓦片形永磁体（6-1）及多个第二型瓦片形永磁体（6-2）；所述的圆柱轮轭部（9）设有轴向中心孔一（9-1），圆柱轮轭部（9）的轴向中心孔一（9-1）的内壁上沿轴向开设有用于与轴系一配合的键槽一（9-2）；所述的多个第一型瓦片形永磁体（6-1）及多个第二型瓦片形永磁体（6-2）依次交替且等间距设置并均通过粘结方式固定在圆柱轮轭部（9）的外圆周面上，多个第一型瓦片形永磁体（6-1）及多个第二型瓦片形永磁体（6-2）的充磁方向一致，并均采用径向充磁或平行充磁；每相邻两个瓦片形永磁体（6）的充磁方向相反，每相邻两个瓦片形永磁体（6）之间的空间均采用胶体（8）进行填充，多个瓦片形永磁体（6）的极弧系数均小于1，圆柱轮轭部（9）采用导磁性铁磁材料制成。5.根据权利要求2所述的一种用于正交轴传动的磁阻式磁性面齿轮组，其特征在于：所述的圆柱轮主体（4）采用Halbach阵列式结构，圆柱轮主体（4）包括圆柱轮轭部（9）及多个瓦片形永磁体（6）；所述的多个瓦片形永磁体（6）包括多个第一型瓦片形永磁体（6-1）、多个第二型瓦片形永磁体（6-2）、多个第三型瓦片形永磁体（6-3）及多个第四型瓦片形永磁体（6-4）；所述的圆柱轮轭部（9）设有轴向中心孔一（9-1），圆柱轮轭部（9）的轴向中心孔一（9-1）的内壁上沿轴向开设有用于与轴系一配合的键槽一（9-2）；所述的多个第一型瓦片形永磁体（6-1）、多个第二型瓦片形永磁体（6-2）、多个第三型瓦片形永磁体（6-3）及多个第四型瓦片形永磁体（6-4）均通过粘结方式固定在圆柱轮轭部（9）的外圆周面上，且多个第一型瓦片形永磁体（6-1）、多个第二型瓦片形永磁体（6-2）、多个第三型瓦片形永磁体（6-3）及多个第四型瓦片形永磁体（6-4）依次按照第一型瓦片形永磁体（6-1）、第二型瓦片形永磁体（6-2）、第三型瓦片形永磁体（6-3）及第四型瓦片形永磁体（6-4）的排列顺序循环排列设置形成圆环状的永磁体，多个第一型瓦片形永磁体（6-1）及多个第三型瓦片形永磁体（6-3）均采用切向充磁，且每相邻设置的第一型瓦片形永磁体（6-1）与第三型瓦片形永磁体（6-3）的充磁方向相反，所述的多个第二型瓦片形永磁体（6-2）及第四型瓦片形永磁体（6-4）均采用径向或平行充磁，且每相邻设置的第二型瓦片形永磁体（6-2）与第四型瓦片形永磁体（6-4）的充磁方向相反。6.根据权利要求2所述的一种用于正交轴传动的磁阻式磁性面齿轮组，其特征在于：所述的圆柱轮主体（4）采用永磁体内置式结构，圆柱轮主体（4）包括多个硅钢片、多个胶体（8）及多个矩形永磁体（21）；所述的多个矩形永磁体（21）包括多...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐永向，高放，邹继斌，王骞，赵博，王宝超，江善林，赵猛，李勇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：新型
国别省市：黑龙江;23