一种马蹄形永磁齿轮及其扭矩传动系统

摘要

一种马蹄形永磁齿轮及其扭矩传动系统，由非铁磁性轮基和马蹄形永磁齿两部分构成，其中：轮基部分，由非铁磁性材料制成，轮基的轮缘沿圆周等间距地开有豁口；马蹄形永磁齿部分，由硬磁材料制成马蹄形永磁体，一端为N极，另一端为S极，形成马蹄形永磁齿结构，在N极和S极之间的凹陷处设有非铁磁性镶嵌物；马蹄形永磁齿异极相邻地镶嵌固定在轮缘圆周上的豁口底部；将上述两个马蹄形永磁齿轮平行对正安装并留有工作气隙，且两个马蹄形永磁齿轮上的马蹄形永磁齿为异极相对应，组成扭矩传动系统；当其中一个马蹄形永磁齿轮转动时，通过相对应马蹄形永磁齿之间的吸力和前方相邻马蹄形永磁齿之间的斥力传递扭矩，带动另一个马蹄形永磁齿轮转动。

说明书

技术领域

本发明属于齿轮扭矩传递机械技术领域。具体地说涉及一种马蹄形永磁齿轮及其扭矩传动系统。

背景技术

当今的动力传动技术中，产生了非齿轮接触的“永磁齿轮”传动技术。如《永磁机构》(北京工业大学出版社)一书中49页联轴节技术和141页永磁扭力阀门技术。这种永磁齿轮技术的优点是内齿与外齿不接触，无摩擦阻力，无磨损，无噪声。这种技术的缺点是只能同轴心转动，不能在两个轮轴之间传递转动扭矩，也没有马蹄形永磁结构齿，因而漏磁较多。

发明内容

本发明的目的在于提供一种马蹄形永磁齿轮及其扭矩传动系统。

为实现上述目的，本发明提出的马蹄形永磁齿轮，由非铁磁性轮基和马蹄形永磁齿两部分构成，其中：

轮基部分，由非铁磁性材料制成，轮基的轮缘沿圆周等间距地开有豁口；

马蹄形永磁齿部分，由硬磁材料制成马蹄形永磁体，一端为N极，另一端为S极，形成马蹄形永磁齿结构，在N极和S极之间的凹陷处设有非铁磁性镶嵌物；马蹄形永磁齿异极相邻地镶嵌固定在轮缘圆周上的豁口底部，组成马蹄形永磁齿轮；

将上述两个马蹄形永磁齿轮平行对正安装并留有工作气隙，且两个马蹄形永磁齿轮上的马蹄形永磁齿为异极相对应，组成扭矩传动系统；

由上述结构，当其中一个马蹄形永磁齿轮转动时，通过相对应马蹄形永磁齿之间的吸力和前方相邻马蹄形永磁齿之间的斥力传递扭矩，带动另一个马蹄形永磁齿轮转动。

所述的马蹄形永磁齿轮及其扭矩传动系统，其中，扭矩传动系统中两个马蹄形永磁齿轮之间的工作气隙其大小为：温度膨胀和转动离心形变时，两个马蹄形永磁齿轮之间不接触。

所述的马蹄形永磁齿轮及其扭矩传动系统，其中，非铁磁性材料为聚胺脂、聚四氟乙烯、铝合金或铜。

所述的马蹄形永磁齿轮及其扭矩传动系统，其中，马蹄形永磁齿从N极与S极的间距为马蹄形永磁齿圆周弧长的50-80％。

由本发明提供的马蹄形永磁齿轮及其扭矩传动系统，两个马蹄形永磁齿轮异极相对应，其中一个轮子转动时，就会带动另一个轮子转动，形成了扭矩的非接触传递。本发明传递扭矩时环保、节能、无轮齿磨损、无噪声、机械振动小、使用寿命长、力学缓冲效果好、造价低。本发明不仅解决了公知技术中存在的缺陷，还提高了永磁齿轮的扭矩，使磁齿轮能广泛地应用到机械传动技术领域。

附图说明

图1为本发明的马蹄形永磁齿轮总体结构示意图。

图2为图1中沿A-A线剖面马蹄形永磁齿轮结构示意图。

图3为本发明的马蹄形永磁齿轮转动力矩传递示意图。

图4为图3中沿B-B线剖面示意图。

具体实施方式

本发明提出的马蹄形永磁齿轮，由非铁磁性轮基和马蹄形永磁齿两部分构成，其中：

轮基部分，由非铁磁性材料(如聚胺脂、聚四氟乙烯、铝合金或铜等非导磁性材料)制成轮基。在轮基的轮缘沿圆周等间距地开有豁口，用于固定后述的马蹄形永磁齿。在轮基的中央设有转动轴安装孔。

马蹄形永磁齿部分，由硬磁材料(如钕铁硼永磁材料)制成马蹄形永磁体，一端为N极，另一端为S极，形成马蹄形永磁齿结构，在N极和S极之间的凹陷处设有非铁磁性镶嵌物。

将马蹄形永磁齿异极相邻地镶嵌固定在轮缘圆周上的豁口底部，组成马蹄形永磁齿轮。马蹄形永磁齿的N极与S极的间距最佳值为马蹄形永磁齿圆周弧长的50-80％。

在具体设计时，两个相邻的马蹄形永磁齿的间距，要综合考虑转动扭矩，振动频率，咬合精度等因素。由于该些设计因素为齿轮设计时公知的因素，并且也不是本发明要讨论的重点，因此不作详细描述。

将上述两个马蹄形永磁齿轮平行对正安装，即组成本发明的扭矩传动系统。安装时两个马蹄形永磁齿轮上的马蹄形永磁齿为异极相对应。当其中一个马蹄形永磁齿轮在电机的驱动下转动时，通过相对应齿之间的吸力和前方相邻齿之间的斥力传递扭矩，带动另一个齿轮转动。两个马蹄形永磁齿轮之间的气隙要尽可能小，其设计原则是温度膨胀和转动离心形变时，两个马蹄形永磁齿轮之间不接触。

以下所述内容是结合附图对本发明作的详细说明，而不应被理解为对本发明的限定。

请参阅图1，是本发明总体结构示意图。从图中可以看出，在轮基1的轮缘圆周豁口内镶嵌有马蹄形永磁体齿2，该马蹄形永磁齿为暗齿，其表面与轮缘光滑过渡，但此处磁场强度在非铁磁性轮缘上凸显出来，形成永磁“磁场齿”2c。在轮基1的中心设有轮轴孔3。轮基1由非铁磁性材料制成。马蹄形永磁齿2由硬磁材料制成。

结合图2描述马蹄形永磁齿2的结构。将马蹄形永磁齿镶嵌固定在轮缘豁口的底面，其中一端2a为S极，另一端2b为N极。S极端2a和N极端2b表面与轮缘光滑过渡，两端之间设有非铁磁性镶嵌物5，两端的最佳间距约为该齿2圆周弧长的50-80％。S极端2a与N极端2b之间形成的磁通示意曲线2c。马蹄形永磁体在轮缘上等间距且异极相间隔排列。永磁齿的轮缘长度和间距不能简单确定，要综合考虑转动扭矩、振动频率、咬合精度等等。

请参阅图3，是本发明马蹄形永磁齿磁齿轮转动扭矩传递示意图。从图中可以看出，当主动轮6在电机7的驱动下转动时，将与从动轮8之间发生位移。由此主动轮6的马蹄形永磁齿2与对应的从动轮8的马蹄形永磁齿2’之间产生吸力，与前方相邻的从动轮永磁齿之间产生斥力，因此传递了扭矩。

结合图4描述两个马蹄形永磁齿轮之间的对应关系。电机7安装在主动轮6的轮轴孔3内，主动轮6的马蹄形永磁齿S极2a与N极2b相对应于从动轮8的马蹄形永磁齿S极2’a与N极2’b，这种异极对应关系，气隙越小，吸力越大，故两者的间隙要尽可能小，其设计原则是在温度膨胀与转动离心形变时，两者不得发生接触碰撞。

本发明具有如下优点：

1、齿轮之间无磨损、使用寿命长、安全可靠。

2、力学缓冲效果好。

3、加工制造工艺简单。

4、轮体质量轻、惯性小。

5、综合经济效果好。