本發(fā)明涉及一種表貼式永磁面齒輪組，屬于機(jī)電傳動(dòng)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

正交軸的傳動(dòng)目前多采用錐齒輪和面齒輪。錐齒輪的齒面形狀復(fù)雜，加工制造困難，不同品牌的錐齒輪參數(shù)也不同，并且在制作過程中多采用配對(duì)制造，這對(duì)錐齒輪的加工制造、檢修及維修造成很大麻煩。面齒輪由于加工需要的刀具尺寸與實(shí)際嚙合的圓柱齒輪相同，加工不同尺寸和參數(shù)的面齒輪所需要的刀具數(shù)量較多，加工成本較高；另外，面齒輪內(nèi)徑處有根切現(xiàn)象，外徑處有尖角現(xiàn)象，因此齒寬不能設(shè)計(jì)得太長，傳動(dòng)強(qiáng)度受限。

近些年來，依靠磁性力進(jìn)行動(dòng)力傳遞的磁性齒輪有了很大的發(fā)展。磁性齒輪能夠?qū)崿F(xiàn)無接觸傳動(dòng)，避免了主動(dòng)軸和從動(dòng)軸間的直接機(jī)械接觸，可以減小噪音和振動(dòng)，對(duì)工作環(huán)境無污染，并且具有過載保護(hù)等特點(diǎn)。

根據(jù)錐齒輪和面齒輪的特點(diǎn)，有人相應(yīng)地提出了能夠?qū)崿F(xiàn)正交軸傳動(dòng)的永磁平面齒輪和永磁圓錐齒輪。采用多圈磁極耦合的永磁平面齒輪采用了數(shù)量較多的永磁體，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，裝配麻煩；永磁圓錐齒輪的永磁體充磁方式和裝配都比較困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決目前用于正交軸傳動(dòng)的永磁平面齒輪和錐齒輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造和裝配困難等問題，提供了一種用于正交軸傳動(dòng)的表貼式永磁面齒輪組。

實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種用于正交軸傳動(dòng)的表貼式永磁面齒輪組，其包括兩個(gè)輪，所述的兩個(gè)輪均為磁性齒輪，兩個(gè)輪分別是圓柱輪和平面輪，所述的平面輪水平設(shè)置，所述的圓柱輪設(shè)置在平面輪上方，且圓柱輪和平面輪的輪軸中心線相正交，圓柱輪和平面輪之間留有氣隙；當(dāng)其中一個(gè)輪為主動(dòng)輪時(shí)，另外一個(gè)輪為從動(dòng)輪，所述的主動(dòng)輪通過磁性力帶動(dòng)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是：

a)由于兩個(gè)輪沒有直接的機(jī)械接觸，該齒輪組無磨損、噪音小、傳動(dòng)效率高，具有可靠性高、免維護(hù)、過載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)；

b)永磁體（包括瓦片形永磁體和扇形永磁體）形狀和充磁方式簡單，有利于降低成本；

c)該齒輪組的結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，方便裝配。

綜上，本發(fā)明適用于對(duì)噪聲、潔凈度和可靠性要求較高以及兩個(gè)軸系相互隔離的場合。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的用于正交軸傳動(dòng)的表貼式永磁面齒輪組總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圓柱輪的部件分解圖；

圖3是圓柱輪的主視圖；

圖4是圖3的A-A剖視圖；

圖5是圓柱輪的磁鋼主視圖；

圖6是平面輪的零件分解圖；

圖7是平面輪的俯視圖；

圖8是圖7的B-B剖視圖；

圖9是平面輪的磁鋼俯視圖；

圖10是圖1的俯視圖；

圖11是圖1的左視圖；

圖12是瓦片形永磁體采用平行充磁的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13是瓦片形永磁體采用徑向充磁的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：圓柱輪1、平面輪2、前端環(huán)3-1、后端環(huán)3-2、圓柱輪軛部4、軸向中心孔一4-1、鍵槽一4-2、瓦片形永磁體5、瓦片形N極永磁體5-1、瓦片形S極永磁體5-2、保護(hù)套體6、上端環(huán)7、外保護(hù)套8、扇形永磁體9、扇形N極永磁體9-1、扇形S極永磁體9-2、內(nèi)保護(hù)套10、平面輪軛部11、軸向中心孔二11-1、鍵槽二11-2。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：如圖1、圖10和圖11所示，本實(shí)施方式的一種用于正交軸傳動(dòng)的表貼式永磁面齒輪組，其包括兩個(gè)輪，所述的兩個(gè)輪均為磁性齒輪，兩個(gè)輪分別是圓柱輪1和平面輪2，所述的平面輪2水平設(shè)置，所述的圓柱輪1設(shè)置在平面輪2上方，且圓柱輪1和平面輪2的輪軸中心線相正交，圓柱輪1和平面輪2之間留有氣隙（理論上，氣隙越小，能夠傳遞的轉(zhuǎn)矩越大，但應(yīng)結(jié)合實(shí)際安裝空間和所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小綜合決定）；當(dāng)其中一個(gè)輪為主動(dòng)輪時(shí)，另外一個(gè)輪為從動(dòng)輪，所述的主動(dòng)輪通過磁性力帶動(dòng)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。

具體實(shí)施方式二：如圖1~圖13所示，具體實(shí)施方式一所述的一種用于正交軸傳動(dòng)的表貼式永磁面齒輪組，所述的圓柱輪1包括圓柱輪軛部4和多個(gè)瓦片形永磁體5；所述的圓柱輪軛部4采用導(dǎo)磁性鐵磁材料（如純鐵或低碳鋼）制成（為相鄰磁極提供磁路），圓柱輪軛部4設(shè)有軸向中心孔一4-1，圓柱輪軛部4的軸向中心孔一4-1的內(nèi)壁上沿軸向開設(shè)有用于與軸系一配合的鍵槽一4-2；所述的多個(gè)瓦片形永磁體5包括多個(gè)瓦片形N極永磁體5-1和多個(gè)瓦片形S極永磁體5-2，所述的多個(gè)瓦片形N極永磁體5-1和多個(gè)瓦片形S極永磁體5-2依次交替緊密設(shè)置并均通過粘結(jié)方式固定在圓柱輪軛部4的外圓周面上（形成磁鋼），多個(gè)瓦片形永磁體5的充磁方向一致，并均采用徑向充磁或平行充磁；

所述的平面輪2包括平面輪軛部11和多個(gè)扇形永磁體9；所述的平面輪軛部11采用導(dǎo)磁性鐵磁材料（如純鐵或低碳鋼）制成（為相鄰磁極提供磁路），平面輪軛部11設(shè)有軸向中心孔二11-1，平面輪軛部11的軸向中心孔二11-1的內(nèi)壁上沿軸向開設(shè)有用于與軸系二配合的鍵槽二11-2；所述的多個(gè)扇形永磁體9包括多個(gè)扇形N極永磁體9-1和多個(gè)扇形S極永磁體9-2，所述的多個(gè)扇形N極永磁體9-1和多個(gè)扇形S極永磁體9-2均依次交替緊密豎直設(shè)置并通過粘結(jié)方式固定在平面輪軛部11的上表面的外邊緣處（形成磁鋼），多個(gè)扇形N極永磁體9-1和多個(gè)扇形S極永磁體9-2圍成一個(gè)圓筒狀的永磁體，多個(gè)扇形永磁體9的充磁方向與平面輪2的軸向平行。

具體實(shí)施方式三：如圖2~圖4所示，具體實(shí)施方式二所述的一種用于正交軸傳動(dòng)的表貼式永磁面齒輪組，所述的圓柱輪1還包括前端環(huán)3-1、后端環(huán)3-2和保護(hù)套體6；所述的前端環(huán)3-1和后端環(huán)3-2分別通過粘結(jié)方式固定在瓦片形永磁體5的前后兩個(gè)端面上，所述的保護(hù)套體6緊密套裝在多個(gè)瓦片形永磁體5的外側(cè)，前端環(huán)3-1、后端環(huán)3-2和保護(hù)套體6均采用非導(dǎo)磁性材料（如不銹鋼）制成。

設(shè)置前端環(huán)3-1、后端環(huán)3-2和保護(hù)套體6的作用都是對(duì)圓柱輪1的主體進(jìn)行保護(hù)。對(duì)圓柱輪1的主體部分的保護(hù)結(jié)構(gòu)不局限上述結(jié)構(gòu)，可以多種多樣。

具體實(shí)施方式四：如圖2~圖4所示，具體實(shí)施方式三所述的一種用于正交軸傳動(dòng)的表貼式永磁面齒輪組，所述的前端環(huán)3-1、后端環(huán)3-2和保護(hù)套體6均采用不銹鋼或玻璃絲帶材料制成。使每個(gè)瓦片形永磁體5能夠避免結(jié)構(gòu)損壞、氧化，對(duì)每個(gè)瓦片形永磁體5形成有效保護(hù)。

具體實(shí)施方式五：如圖6~圖8所示，具體實(shí)施方式二所述的一種用于正交軸傳動(dòng)的表貼式永磁面齒輪組，所述的平面輪2還包括上端環(huán)7、外保護(hù)套8和內(nèi)保護(hù)套10；所述的外保護(hù)套8和內(nèi)保護(hù)套10分別緊密套裝在圓筒狀的永磁體的外側(cè)和內(nèi)側(cè)，所述的上端環(huán)7通過粘結(jié)方式固定在圓筒狀的永磁體的上端面，上端環(huán)7、外保護(hù)套8及內(nèi)保護(hù)套10均采用非導(dǎo)磁性材料（如不銹鋼）制成。

設(shè)置上端環(huán)7、外保護(hù)套8、內(nèi)保護(hù)套10的作用都是對(duì)平面輪2主體進(jìn)行保護(hù)。對(duì)平面輪2的主體部分的保護(hù)結(jié)構(gòu)并不局限于上述結(jié)構(gòu)，可以多種多樣。

具體實(shí)施方式六：如圖6~圖8所示，具體實(shí)施方式五所述的一種用于正交軸傳動(dòng)的表貼式永磁面齒輪組，所述的上端環(huán)7、外保護(hù)套8和內(nèi)保護(hù)套10均采用不銹鋼或玻璃絲帶材料制成。使每個(gè)扇形永磁體9能夠避免結(jié)構(gòu)損壞、氧化，對(duì)每個(gè)扇形永磁體9形成有效保護(hù)。

具體實(shí)施方式七：如圖4和圖8所示，具體實(shí)施方式二所述的一種用于正交軸傳動(dòng)的表貼式永磁面齒輪組，所述的圓柱輪1的多個(gè)瓦片形永磁體5的極對(duì)數(shù)與平面輪2的多個(gè)扇形永磁體9極對(duì)數(shù)，應(yīng)滿足如下關(guān)系式：

式中，和分別為圓柱輪1和平面輪2的轉(zhuǎn)速， rad/s；為傳動(dòng)比。

本實(shí)施方式的有益效果是：可使齒輪組在運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)矩和傳動(dòng)比保持恒定，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的平穩(wěn)傳遞。

具體實(shí)施方式八：如圖4及圖8所示，具體實(shí)施方式二所述的一種用于正交軸傳動(dòng)的表貼式永磁面齒輪組，所述的多個(gè)瓦片形永磁體5的厚度與多個(gè)扇形永磁體9的厚度均相等，多個(gè)瓦片形永磁體5的軸向長度與多個(gè)扇形永磁體9的徑向長度相等，多個(gè)瓦片形永磁體5與多個(gè)扇形永磁體9的極弧系數(shù)均小于1（此時(shí)，相鄰永磁體之間通過灌膠進(jìn)行隔離），且多個(gè)瓦片形永磁體5與多個(gè)扇形永磁體9的極弧系數(shù)相同。

本實(shí)施方式的有益效果是：避免永磁體在運(yùn)行過程中被退磁，防止齒輪組失效。

具體實(shí)施方式九：如圖1、圖10及圖11所示，具體實(shí)施方式二所述的一種用于正交軸傳動(dòng)的表貼式永磁面齒輪組，所述的圓柱輪1的前后兩個(gè)端面與平面輪2的內(nèi)外兩條圓弧線對(duì)齊（相切）設(shè)置。

本實(shí)施方式的有益效果是：確保耦合區(qū)域盡量大，能傳遞更大的轉(zhuǎn)矩。

工作原理：

圓柱輪1上的多個(gè)瓦片形N極永磁體5-1和多個(gè)瓦片形S極永磁體5-2產(chǎn)生的磁場與平面輪2上的多個(gè)扇形N極永磁體9-1和多個(gè)扇形S極永磁體9-2產(chǎn)生的磁場耦合，主磁通依次經(jīng)過多個(gè)瓦片形N極永磁體5-1→多個(gè)扇形S極永磁體9-2→平面輪軛部11→多個(gè)扇形N極永磁體9-1→氣隙→多個(gè)瓦片形S極永磁體5-2→圓柱輪軛部4→多個(gè)瓦片形N極永磁體5-1形成閉合回路。由于多個(gè)永磁體（包括多個(gè)扇形N極永磁體9-1、多個(gè)扇形S極永磁體9-2、多個(gè)瓦片形N極永磁體5-1和多個(gè)瓦片形S極永磁體5-2）之間產(chǎn)生的磁性力，主動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)從動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)。當(dāng)從動(dòng)輪上有負(fù)載時(shí)，兩個(gè)輪子在耦合區(qū)域，固定在圓柱輪軛部4的外圓周面上的多個(gè)瓦片形永磁體5的外圓周面的中心與由多個(gè)扇形永磁體9組成的圓筒狀的永磁體的外圓周面的中心并不是正對(duì)的，會(huì)錯(cuò)開一定的角度，負(fù)載越大，錯(cuò)開的角度也越大。當(dāng)圓環(huán)狀的永磁體的外圓周面的中心與圓筒狀的永磁體的外圓周面的中心錯(cuò)開90°電角度時(shí)，能夠傳遞的轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大，當(dāng)負(fù)載超過此時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，兩個(gè)輪將產(chǎn)生“相對(duì)滑動(dòng)”，齒輪組不能正常工作，也即發(fā)生了過載保護(hù)。