專利名稱：電磁永磁混合齒輪及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電磁永磁混合齒輪及其制作方法，屬于傳動齒輪技術領域。
背景技術：
傳統(tǒng)的齒輪裝置是靠輪齒間的嚙合傳遞動力，屬接觸式傳動。這種齒輪雖然已經是成熟產品，雖然加工精度和性能隨加工設備的進步而不斷提高，但這種齒輪的結構形式和傳動方式，使其存在一些固有的缺點。如輪齒受到彎曲應力和表面接觸應力而引起輪齒疲勞和齒面的磨損，因此工作壽命有限；而且輪齒的嚙合面上必須采取潤滑，又牽涉到對齒輪的潤滑和密封等一系列問題；而且傳動的齒輪在工作中還有振動和噪聲等問題，在某些環(huán)境下使用效果不好。本申請人申請的中國專利電磁齒輪及其制作方法、專利申請?zhí)枮?00610200429.0中公開了一種電磁齒輪，解決了傳統(tǒng)齒輪在使用中的這些問題，但是在研究中發(fā)現(xiàn)，由于電磁齒輪必須依靠電力維持工作，如果采用的電瓶等供電設備因故障無法供電時，電磁齒輪無法正常啟動，這樣就大大限制了電磁齒輪的工作范圍，使其推廣和運用受到一定的限制。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種電磁永磁混合齒輪及其制作方法，本發(fā)明的傳動機理是基于麥克斯韋電磁場理論的電磁學，得到的電磁永磁混合齒輪為非接觸式傳動，具有無需潤滑、無摩擦能耗、無磨損、傳動平穩(wěn)、無振動噪音、清潔無污染等優(yōu)點，以克服傳統(tǒng)齒輪裝置的一些固有缺點，并且本發(fā)明的齒輪裝置可以在零電流的情況下啟動，保障了傳動系統(tǒng)的正常工作。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的電磁永磁混合齒輪制作方法為，在齒輪軸上安裝電磁線圈和導磁極桿，導磁極桿分為N極和S極兩部分，N極和S極兩部分的導磁極桿互相嵌合，圍繞在齒輪軸外側，在齒輪軸上形成沿圓周交錯排列的N極、S極，得到電磁齒輪；將2個電磁齒輪平行放置在一起，留出一個間隙，電磁齒輪上磁極相異的導磁極桿靠在一起，其中一個電磁齒輪轉動時，通過氣隙磁場磁力的耦合作用帶動另一個電磁齒輪轉動。
上述的電磁永磁混合齒輪制作方法，在電磁齒輪的N極與S極之間安裝永磁磁鐵，這樣，即使在電磁線圈未通電之前，通過2個電磁齒輪上永磁磁鐵的磁性，也可啟動電磁齒輪傳遞轉矩，當電磁齒輪轉動起來后，可帶動發(fā)電機工作，給電磁線圈通電，電磁線圈通電后，隨著通電電流的增大使電磁齒輪磁性增大，并調節(jié)電磁線圈的磁場大小，滿足不同負載要求。這樣，即使電磁線圈電源(如電瓶等)缺電，只要用很小的動力，也可啟動電磁齒輪傳動，帶動發(fā)電機工作，同時給電瓶充電，這種裝置可用于如汽車上，只要能推動車輪，就可帶動電磁齒輪傳動。
本發(fā)明的電磁永磁混合齒輪，它包括齒輪軸(9)，在齒輪軸(9)上安裝有導磁套筒(3)，導磁套筒(3)上設有電磁線圈(5)，導磁套筒(3)與電磁線圈(5)之間具有一個間隙；在電磁線圈(5)兩端的齒輪軸(9)上分別安裝有右爪極(1)和左爪極(4)，右爪極(1)和左爪極(4)上環(huán)形設有作為電磁N極、S極的極桿(12)，這里所稱的“極桿”，也可稱為“極爪”、“極齒”或“輪齒”，右爪極(1)和左爪極(4)上的兩兩極桿(12)之間具有一個間隙，并且互相嵌合，在電磁線圈(5)外側交錯排列，形成一個N、S極相間的圓柱體。電磁永磁混合齒輪的N極與S極之間不能接觸，否則電磁永磁混合齒輪上磁通將無法正常工作，因此右爪極(1)和左爪極(4)彼此不接觸，右爪極(1)和左爪極(4)上極桿(12)之間的間隙大小根據實際電磁永磁混合齒輪的大小、規(guī)格來確定，沒有特定的要求，但是為減小漏磁，電磁線圈(5)與導磁套筒(3)及右爪極(1)與左爪極(4)間的間隙應該盡量小，但彼此不能觸碰在一起。
上述的電磁永磁混合齒輪，在右爪極(1)上安裝隔磁環(huán)(2)，左爪極(4)的極桿(12)固定在隔磁環(huán)(2)上，固定更加牢固。
上述的電磁永磁混合齒輪，在隔磁環(huán)(2)上套有環(huán)形磁鋼(17)，在環(huán)形磁鋼(17)外套有隔磁的磁鋼套圈(18)，在電磁齒輪上安裝上永磁的環(huán)形磁鋼(17)，提高電磁齒輪的使用性能。
上述的電磁永磁混合齒輪，電磁線圈(5)的構造包括導磁架(13)、線圈(14)和線圈架(15)，在導磁架(13)上套有線圈架(15)，線圈架(15)上安裝有線圈(14)。
上述的電磁永磁混合齒輪，在齒輪軸(9)外套有箱體(6)，齒輪軸(9)的一端通過軸承(7)安裝在箱體(6)上，電磁線圈(5)固定在箱體(6)上，電磁線圈(5)不隨齒輪軸(9)轉動，可減小轉動慣量。
本發(fā)明從傳動機理到結構形式完全不同于傳統(tǒng)的齒輪，克服了傳統(tǒng)齒輪的一些固有缺點。本發(fā)明的傳動機理是基于麥克斯韋電磁場理論的電磁學。申請人在磁性物理學對材料微觀理化結構和相互作用機理的研究的基礎上，以及在對磁性材料的設計與加工方式的探索的基礎上，將新技術、新材料、新工藝應用于磁領域，研究出本發(fā)明的電磁永磁混合齒輪。本發(fā)明具有許多常規(guī)齒輪傳動不具備的優(yōu)點首先是磁力齒輪為圓柱體，不需要加工輪齒，從而也就沒有傳統(tǒng)齒輪的一些固有缺陷；由于磁力齒輪是非接觸傳動，故而無需潤滑、無摩擦能耗、無磨損、傳動平穩(wěn)、無振動噪音、清潔無污染；此外，它的啟動力矩較低、在傳動系統(tǒng)中具有過載保護作用、能適應不對稱性、使用維護也很方便。因此本發(fā)明的電磁永磁混合齒輪是一種無污染的環(huán)保型產品。這些優(yōu)點使磁力齒輪具有很好的應用前景。同時本發(fā)明利用通電線圈來產生磁場，即磁場的強弱可以通過改變線圈電流的大小來調節(jié)，從而使作用轉矩可調，如果采用合適的控制系統(tǒng)，那么，電磁永磁混合齒輪還可隨負載的變化自動調節(jié)傳動轉矩，使系統(tǒng)傳動平穩(wěn)，節(jié)約能耗。而且在電磁齒輪的基礎上加入永磁磁鐵，利用永磁磁鐵使齒輪恒帶有一定的磁性，即使電磁線圈電源(如電瓶等)缺電，只要用很小的動力，也可啟動電磁齒輪傳動，帶動發(fā)電機工作，同時給電瓶充電，從而提供電磁線圈的工作電力，適用于汽車等設備上，只要能推動車輪，就可帶動電磁齒輪傳動。
附圖1為本發(fā)明的結構示意圖；附圖2為齒輪軸上右爪極和左爪極的安裝示意圖；附圖3為右爪極的結構示意圖；附圖4為附圖3的右視圖；附圖5為附圖4中B向示意圖；附圖6為左爪極的結構示意圖；附圖7為附圖6的左視圖；附圖8為附圖7中A向示意圖；附圖9為電磁線圈的結構示意圖；附圖10為本發(fā)明傳動的磁通原理圖；附圖11為電磁永磁混合齒輪的使用示意圖；附圖12為電磁永磁混合齒輪的磁極分布圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施例1采用完全不導磁的材料制作齒輪軸(9)，齒輪軸(9)在傳遞動力時要轉動，要承受轉矩，但不導磁。在齒輪軸(9)上分別安裝右爪極(1)和左爪極(4)，右爪極(1)(N極，如圖3所示)和左爪極(3)(S極，如圖6所示)，它們在結構上有差異，但相同點是一端都為環(huán)形設置的數(shù)個極桿(12)，沿圓周均布；右爪極(1)的一端為環(huán)狀，將各自的所有極桿(12)連成一體。右爪極(1)和左爪極(4)上極桿的長度相等、軸向各截面的幾何尺寸相同(軸向截面形狀可為矩形或梯形等)、數(shù)目相等，右爪極(1)和左爪極(4)的極桿(12)互相嵌合，在齒輪外緣平行于軸線交錯排列，形成一個N極、S極相間的圓柱體。其中，左爪極(4)的右端通過隔磁環(huán)(2)套在右爪極(1)上，如圖6～8所示，左爪極(4)的左端為環(huán)狀，懸空無支承，左爪極(4)極桿(12)的截面形狀與幾何尺寸與右爪極(1)的相同，所有極桿(12)的一端與一個環(huán)圈相連，極桿(12)的另一端彎曲后與另一環(huán)圈相連，該環(huán)圈套在隔磁環(huán)(2)上，并在隔磁環(huán)(2)上套有一個永磁的環(huán)形磁鋼(17)，在環(huán)形磁鋼(17)外套上不導磁的磁鋼套圈(18)。導磁套筒(3)安裝在齒輪軸(9)上，隨齒輪軸(9)一起轉動。在導磁套筒(3)和右爪極(1)、左爪極(4)之間形成一個環(huán)形空間，如圖2所示，電磁線圈(5)從左爪極(4)的左端安裝進上述環(huán)形空間，在齒輪軸(9)外套有箱體(6)，齒輪軸(9)的一端通過軸承(7)安裝在箱體(6)上，電磁線圈(5)通過螺釘固定在箱體(6)上，不隨齒輪軸(9)一起轉動，可減小轉動慣量，同時，為減小漏磁，電磁線圈(5)與導磁套筒(3)及右爪極(1)、左爪極(4)間的間隙應該盡量小，但彼此不能觸碰在一起。其中，右爪極(1)、左爪極(4)、導磁套筒(3)均由導磁性能良好的軟磁材料制成；隔磁環(huán)(2)、齒輪軸(9)由完全不導磁的材料制成。最后在箱體(6)安裝軸承(7)的一端安裝好悶蓋(8)，箱體(6)另一端安裝箱蓋(10)和透蓋(11)，保證箱體(6)內的密封性。
電磁線圈(5)由導磁架(13)、線圈(14)和線圈架(15)組成。線圈(14)繞在線圈架(15)上，線圈架(15)套在導磁架(13)上。線圈(14)由普通銅線繞制而成，纏繞的圈數(shù)根據齒輪傳遞轉矩的大小而定，線圈(14)的兩個線頭置于同一端經箱體(6)壁上的孔引出，與電源及控制裝置相連，根據負載的變化控制電流或電壓的大小。線圈架(15)的厚度應很薄，線圈架(15)和導磁架(13)均由導磁性能良好的材料制成。
在電磁齒輪的齒輪軸(9)上安裝永磁的環(huán)形磁鋼(17)，可以在電磁線圈(5)未通電之前，通過2個齒輪上環(huán)形磁鋼(17)的磁性，啟動齒輪裝置，并傳遞一定的轉矩，齒輪裝置啟動后可帶動發(fā)電裝置產生電流輸入電磁線圈(5)，隨著電磁線圈(5)中的電流增加，極桿(12)的磁通密度也隨之增加，齒輪裝置的傳遞轉矩相應提高，這樣即使在電磁線圈(5)未通電之前，通過2個齒輪上環(huán)形磁鋼(17)的永磁磁性，也可啟動齒輪裝置傳遞轉矩，當齒輪裝置轉動起來后，可帶動發(fā)電機工作，給電磁線圈(5)通電，電磁線圈(5)通電后，隨著電流的增大使電磁齒輪的磁性增大，并調節(jié)電磁線圈(5)的磁場大小，即可滿足不同負載要求。這樣，即使電磁線圈電源(如電瓶等)缺電，只要用很小的動力，也可啟動電磁齒輪傳動，帶動發(fā)電機工作，同時給電瓶充電，這種裝置可用于如汽車上，只要能推動車輪，就可帶動電磁齒輪傳動，從而啟動電磁齒輪正常的工作。而且在傳動結束后，隨著電磁線圈(5)中的電流減少，齒輪裝置的傳遞轉矩相應減小，由于2個電磁齒輪上永磁磁鐵的磁性作用，當齒輪裝置過載時主從動齒輪相對打滑，對傳動系統(tǒng)起到過載保護作用。
電磁永磁混合齒輪安裝好以后，首先轉動主動齒輪，帶動發(fā)電裝置產生的電流將電磁線圈(5)通電，在電磁線圈(5)內產生磁通，使其右端為N極，左端為S極。導磁套筒(3)被磁活，磁通沿軸向經右爪極(1)的圓環(huán)到右極爪(1)的極桿(12)，使極桿(12)帶N極磁性；電磁線圈(5)左端的磁通經導磁架(13)到左爪極(4)的極桿(12)，使極桿(12)帶S極性。由于右爪極(1)和左爪極(4)的極桿(12)相互嵌合，所以，在電磁永磁混合齒輪的圓周上形成N、S相間的磁性分布，如圖12所示。
工作原理一對電磁永磁混合齒輪工作時構成外嚙合齒輪傳動如圖11所示，由于電磁線圈(5)的作用，兩齒輪外緣均勻相間分布著N極和S極，因異性相吸、同性相斥的緣故在靜止時保持兩個極性靠在一起(不相接觸)，當主動齒輪轉動時，由于兩極性的耦合帶動從動齒輪轉動。主、從動齒輪的兩個異性極桿(12)之間的間隙，構成傳遞動力的氣隙磁場。在其它條件相同時，氣隙高度直接影響齒輪傳遞磁轉矩的大小。當電磁線圈(5)通有電流時，導磁套筒(3)被磁活，磁通沿軸向經右爪極(1)的圓環(huán)到右極爪(1)的極桿(12)(N極)，然后磁通經氣隙磁場到從動齒輪的極桿(12)(S極)，再由氣隙磁場返回，經主動齒輪的左爪極(4)的圓環(huán)、導磁架(13)，再經導磁套筒(3)，回到右爪極(N極)，從而形成閉合的齒輪主磁通路徑，如圖10所示。
本發(fā)明的實施例2設計一對直齒圓柱齒輪，傳動比為1∶1，基本參數(shù)如下右爪極(1)、左爪極(4)和導磁套筒(3)的材料均選用10號鋼，齒輪軸(9)、隔磁環(huán)(2)材料選用不銹鋼。主、從動輪的右爪極(1)、左爪極(4)的極桿(12)數(shù)均為6，右爪極(1)和左爪極(4)的外徑D1＝83mm，內徑D2＝66mm，極桿長度L＝39mm，氣隙磁場高度tg＝0.5mm，電磁線圈(5)采用的銅線直徑d＝0.77mm，纏繞層數(shù)m＝4，線圈單位長度匝數(shù)n＝20匝/cm。先制作齒輪軸(9)，然后在齒輪軸(9)上分別安裝右爪極(1)和左爪極(4)，右爪極(1)和左爪極(4)的極桿(12)互相嵌合，在齒輪外緣平行于軸線交錯排列，形成一個N極、S極相間的圓柱體。其中，左爪極(4)的右端通過隔磁環(huán)(2)套在右爪極(1)上，左爪極(4)的左端為環(huán)狀，懸空無支承。將導磁套筒(3)安裝在齒輪軸(9)上，在導磁套筒(3)和右爪極(1)、左爪極(4)之間形成一個環(huán)形空間，按照現(xiàn)有技術制作好電磁線圈(5)，將電磁線圈(5)從左爪極(4)的左端安裝進上述環(huán)形空間，然后在齒輪軸(9)外套上一個箱體(6)，將齒輪軸(9)的一端通過軸承(7)安裝在箱體(6)上，電磁線圈(5)通過螺釘固定在箱體(6)上，不隨齒輪軸(9)一起轉動，在箱體(6)安裝軸承(7)的一端安裝好悶蓋(8)，箱體(6)另一端安裝箱蓋(10)和透蓋(11)，齒輪軸(9)穿過箱蓋(10)和透蓋(11)，保證箱體(6)內的密封性。
權利要求
1.一種電磁永磁混合齒輪制作方法，其特征在于在齒輪軸上安裝電磁線圈和導磁極桿，導磁極桿分為N極和S極兩部分，N極和S極兩部分的導磁極桿互相嵌合，圍繞在齒輪軸外側，在齒輪軸上形成沿圓周交錯排列的N極、S極，得到電磁齒輪；將2個電磁齒輪平行放置在一起，留出一個間隙，電磁齒輪上磁極相異的導磁極桿靠在一起，其中一個電磁齒輪轉動時，通過氣隙磁場磁力的耦合作用帶動另一個電磁齒輪轉動。
2.根據權利要求1所述的電磁永磁混合齒輪制作方法，其特征在于在電磁齒輪的N極與S極之間安裝永磁磁鐵，在電磁線圈未通電之前，通過2個電磁齒輪上永磁磁鐵的磁性，啟動電磁齒輪傳遞轉矩，當電磁齒輪轉動起來后，可帶動發(fā)電機工作，給電磁線圈通電，電磁線圈通電后，隨著通電電流的增大使電磁齒輪磁性增大，調節(jié)電磁線圈的磁場，滿足不同負載要求。
3.如權利要求1所述的電磁永磁混合齒輪，它包括齒輪軸(9)，其特征在于在齒輪軸(9)上安裝有導磁套筒(3)，導磁套筒(3)上設有電磁線圈(5)，導磁套筒(3)與電磁線圈(5)之間具有一個間隙；在電磁線圈(5)兩端的齒輪軸(9)上分別安裝有右爪極(1)和左爪極(4)，右爪極(1)和左爪極(4)上環(huán)形設有作為電磁N極、S極的極桿(12)，右爪極(1)和左爪極(4)上的兩兩極桿(12)之間具有一個間隙，并且互相嵌合，在電磁線圈(5)外側交錯排列，形成一個N、S極相間的圓柱體。
4.根據權利要求3所述的電磁永磁混合齒輪，其特征在于在右爪極(1)上安裝隔磁環(huán)(2)，左爪極(4)的極桿(12)固定在隔磁環(huán)(2)上。
5.根據權利要求4所述的電磁永磁混合齒輪，其特征在于在隔磁環(huán)(2)上套有環(huán)形磁鋼(17)，在環(huán)形磁鋼(17)外套有隔磁的磁鋼套圈(18)。
6.根據權利要求3所述的電磁永磁混合齒輪，其特征在于電磁線圈(5)的構造包括導磁架(13)、線圈(14)和線圈架(15)，在導磁架(13)上套有線圈架(15)，線圈架(15)上安裝有線圈(14)。
7.根據權利要求3所述的電磁永磁混合齒輪，其特征在于在齒輪軸(9)外套有箱體(6)，齒輪軸(9)的一端通過軸承(7)安裝在箱體(6)上，電磁線圈(5)固定在箱體(6)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電磁永磁混合齒輪及其制作方法，在齒輪軸上安裝電磁線圈和導磁極桿，導磁極桿分為N極和S極兩部分，N極和S極兩部分的導磁極桿互相嵌合，圍繞在齒輪軸外側，在齒輪軸上形成沿圓周交錯排列的N極、S極，得到電磁齒輪；將2個電磁齒輪平行放置在一起，留出一個間隙，一個電磁齒輪轉動時，通過氣隙磁場磁力的耦合作用帶動另一個電磁齒輪轉動。本發(fā)明具有許多常規(guī)齒輪不具備的優(yōu)點磁力齒輪為圓柱體，不需要加工輪齒，制作簡單；非接觸傳動，無需潤滑、無摩擦能耗、無磨損、傳動平穩(wěn)、無振動噪音、清潔無污染；還有啟動力矩較低、具有過載保護作用、能適應不對稱性、使用維護方便等優(yōu)點。
文檔編號F16H55/00GK1844710SQ200610200480
公開日2006年10月11日 申請日期2006年5月22日 優(yōu)先權日2006年5月22日
發(fā)明者陳海虹, 陳倫軍 申請人:貴州大學