一种步进式磁性齿轮制造技术

本实用新型专利技术公开了一种步进式磁性齿轮，包括由外至内排列、同轴心的永磁转子、磁调制环、磁阻转子和转轴，所述永磁转子与所述磁调制环之间构成外气隙，所述磁调制环与所述磁阻转子之间构成内气隙，其特征在于，所述永磁转子包括转子铁芯和对称设置在所述转子铁芯内表面的至少一对永磁体，所述磁调制环的内周面均匀分布或者非均匀分布设置有m1组内凸齿组，每一组内凸齿组包括n1个小内凸齿，所述磁阻转子的外周面均匀间隔分布有n2个外凸齿。

A Step-by-Step Magnetic Gear

【技术实现步骤摘要】
一种步进式磁性齿轮
本技术涉及磁性齿轮领域，特别涉及一种步进式磁性齿轮。
技术介绍
谐波齿轮传动最早由苏联工程师于1947年提出，是一种靠中间扰性弹性变形来实现运动或动力传递的传动装置。现有的机械式谐波减速器主要包括以下三个零部件：波发生器、柔轮、刚轮。波发生器通常为椭圆形的凸轮，装入薄壁轴承后，再将它们装入柔轮内。此时柔轮由原来的圆形变成椭圆形，凸轮在柔轮内转动时，迫使柔轮产生连续的弹性变形，使得柔轮齿与钢轮齿的啮入-啮合-啮出-脱开这四种状态循环往复不断地改变原来的啮合状态，发生错齿运动，从而将输入的高速运动变为输出的低速运动。因此与传统的齿轮传动装置相比，谐波齿轮传动具有以下特点：1、结构简单，质量轻、体积小；2、传动比范围大；3、同时啮合的齿数多、运动精度高、承载能力大。同时，机械式谐波减速器也存在一定的不足，例如：柔轮需要连续发生弹性形变，对柔轮的加工材料、加工工艺以及加工精度提出了较高要求。到目前为止，随着磁齿轮技术的不断进步以及高性能稀土永磁材料的出现，磁齿轮越来越受到研究人员的重视，多种新型拓扑结构应运而生，并且已经广泛应用于航空航天、军事、医疗器械、化工设备、潮汐能开发等领域。传统磁性齿轮用永磁体代替了机械轮齿，原理与机械齿轮类似，磁场调制型磁性齿轮利用调制环对齿轮内磁场进行调制从而实现变速传动。目前已有人对谐波式磁性齿轮进行了研究，其结构与机械式谐波齿轮相类似，也存在刚轮、柔轮和波发生器结构，刚轮与柔轮之间的依靠磁极啮合输出力矩，但是加工难度更大，柔轮上磁性材料要求更高。为此，目前有中国专利申请公布号CN102324821A公开了一种同轴磁齿轮，但是该专利的静止磁环是由等距间隔排列的磁环永磁体组成的环形部件，两相邻磁环永磁体之间设置有非导磁块；或者，静止磁环是由等距间隔排列的磁环永磁体组成的环形部件，两相邻磁环永磁体之间设置有导磁块，磁环永磁体沿圆周切向充磁，相邻永磁体充磁方向相反。但是该专利存在以下缺陷：1)运行原理上：现有谐波磁场磁齿轮通过磁调制块将内外转子谐波磁场极对数调整一致，从而内外磁场相互作用输出转矩，依靠内外两层磁钢之间磁动势在不同位置叠加/抵消原理，从而产生输出转矩，磁钢利用率较低，中间磁环加工复杂；2)结构方面也有较大的不同：现有谐波磁场磁齿轮其内外转子上均需要安装永磁体，需要有两套永磁体励磁，否则无法输出转矩，增加了成本；现有磁齿轮磁调制块必须要均匀分布才能连续运行；3)运行方式不同：而现有谐波式磁性齿轮为连续运行方式。
技术实现思路
本技术的目的在于针对现有技术的上述不足和缺陷，提供一种步进式磁性齿轮，以解决上述问题。本技术所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：一种步进式磁性齿轮，包括由外至内排列、同轴心的永磁转子、磁调制环、磁阻转子和转轴，所述永磁转子与所述磁调制环之间构成外气隙，所述磁调制环与所述磁阻转子之间构成内气隙，其特征在于，所述永磁转子包括转子铁芯和对称设置在所述转子铁芯内表面的至少一对永磁体，所述磁调制环的内周面均匀分布或者非均匀分布设置有m1组内凸齿组，每一组内凸齿组包括n1个小内凸齿，所述磁阻转子的外周面均匀间隔分布有n2个外凸齿。在本技术的一个优选实施例中，所述永磁体表贴在所述转子铁芯的内表面上，或者，所述永磁体内嵌在所述转子铁芯的内表面。在本技术的一个优选实施例中，所述磁阻转子由硅钢片叠压而成。在本技术的一个优选实施例中，所述磁调制环上的内凸齿通过轭部连接在一起。一种步进式磁性齿轮，包括由外至内排列、同轴心的磁阻转子、磁调制环、永磁转子和转轴，所述磁阻转子与所述磁调制环之间构成外气隙，所述磁调制环与所述永磁转子之间构成内气隙，其特征在于，所述永磁转子包括转子铁芯和对称设置在所述转子铁芯外表面的至少一对永磁体，所述磁调制环的外周面设置有m2组外凸齿组，每一组外凸齿组包括n3个小外凸齿，所述磁阻转子的内周面均匀间隔分布有n4个内凸齿。在本技术的一个优选实施例中，所述永磁体表贴在所述转子铁芯的外表面上，或者，所述永磁体内嵌在所述转子铁芯的外表面。在本技术的一个优选实施例中，所述磁阻转子由硅钢片叠压而成。在本技术的一个优选实施例中，所述磁调制环上的外凸齿通过轭部连接在一起。由于采用了如上的技术方案，本技术的有益效果：1、本技术依靠不同转子位置磁阻不同，从而输出转矩，内部磁场仅由一个转子产生，因此本技术调速比远超过现有谐波磁场此齿轮；2、本技术需要单边安装永磁体，永磁转子上磁极数较少，最低可以为2，降低了磁性齿轮的加工难度和生产成本；3、本技术磁阻转子运行时为“步进式”运行，而现有谐波式磁性齿轮为连续运行方式，本技术能够提高控制精度。4、本技术工作时两个转子均不发生弹性形变，磁性齿轮加工难度小。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本技术实施例1的结构示意图。图2是图1的组装后的剖面图。图3是图2的齿分组后的结构示意图。图4是本技术实施例2的结构示意图。图5是本技术实施例3的结构示意图。图6是本技术实施例1的磁性齿轮内部电磁场分布情况的示意图。图7是本技术实施例1的谐波式磁性齿轮输出转速结果。图8是本技术实施例1的谐波式磁性齿轮输出转矩结果。具体实施方式为了使本技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本技术。实施例1参见图1至图3所示的一种步进式磁性齿轮，包括由外至内排列、同轴心的永磁转子10、磁调制环20、磁阻转子30和转轴。永磁转子10与磁调制环20之间构成外气隙41，磁调制环20与磁阻转子30之间构成内气隙42。磁阻转子30由硅钢片叠压而成。永磁转子10包括转子铁芯11和一对对称设置在转子铁芯11内表面的永磁体12。磁调制环20的内周面均匀分布或者非均匀分布设置有m1组内凸齿组，每一组内凸齿组包括n1个小内凸齿21，磁调制环20上的内凸齿21通过轭部22连接在一起。磁阻转子30的外周面均匀间隔分布n2个外凸齿31。磁调制环20为谐波式磁性齿轮磁路重要组成部分，其上小齿齿数以及小齿分布是谐波式磁性齿轮的重要参数，影响谐波式磁性齿轮输出力矩的大小以及转速传递比。总体来讲，转速比越大，磁性齿轮输出力矩越小。本实施例中，永磁体12极对数为2，磁阻转子30的外周面均匀间隔分布50个外凸齿31，50个外凸齿31的齿距角为7.2°，磁调制环20的内周面均匀分布或者非均匀分布共有48个小内凸齿21，每四个小内凸齿21为一组内凸齿组，共12组。如图3所示，当磁调制环20第1组内凸齿组中心线与磁阻转子30的50个外凸齿31中的若干外凸齿中心线之间为严格的“齿对齿”关系时，磁调制环20第2组内凸齿组中心线与磁阻转子30的50个外凸齿31中的下若干个外凸齿中心线之间夹角为1.2°，以此类推，磁调制环20第3组内凸齿组中心线与磁阻转子30的50个外凸齿31中的下若干个外凸齿中心线之间夹角本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种步进式磁性齿轮，包括由外至内排列、同轴心的永磁转子、磁调制环、磁阻转子和转轴，所述永磁转子与所述磁调制环之间构成外气隙，所述磁调制环与所述磁阻转子之间构成内气隙，其特征在于，所述永磁转子包括转子铁芯和对称设置在所述转子铁芯内表面的至少一对永磁体，所述磁调制环的内周面均匀分布或者非均匀分布设置有m1组内凸齿组，每一组内凸齿组包括n1个小内凸齿，所述磁阻转子的外周面均匀间隔分布有n2个外凸齿。

【技术特征摘要】
1.一种步进式磁性齿轮，包括由外至内排列、同轴心的永磁转子、磁调制环、磁阻转子和转轴，所述永磁转子与所述磁调制环之间构成外气隙，所述磁调制环与所述磁阻转子之间构成内气隙，其特征在于，所述永磁转子包括转子铁芯和对称设置在所述转子铁芯内表面的至少一对永磁体，所述磁调制环的内周面均匀分布或者非均匀分布设置有m1组内凸齿组，每一组内凸齿组包括n1个小内凸齿，所述磁阻转子的外周面均匀间隔分布有n2个外凸齿。2.如权利要求1所述的一种步进式磁性齿轮，其特征在于，所述永磁体表贴在所述转子铁芯的内表面上，或者，所述永磁体内嵌在所述转子铁芯的内表面。3.如权利要求1所述的一种步进式磁性齿轮，其特征在于，所述磁阻转子由硅钢片叠压而成。4.如权利要求1所述的一种步进式磁性齿轮，其特征在于，所述磁调制环上的内凸齿通过轭部...

【专利技术属性】
技术研发人员：于文魁，李鑫，李映光，
申请(专利权)人：上海鑫国动力科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31