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无接触永磁传动机构
http://yuanci.wang网址;http://www.n50m.com    文章来源;磁铁  作者;luoye78          2015-10-02 22:37:24

无接触永磁传动机构

1 常见变速传动方式
现有的变速传动装置多以直接接触的机械齿轮结构为基础。典型的有圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和行星齿轮减速器等等。近些年学者们花了很大的精力致力于无级变速的研究,但对改变传动机理做进一步探讨的内容不是很多。现在比较常见的无级变速方式有齿轮式无级变速器、金属带式无级变速器等等.这些结构仍然不能克服传统机械传动的缺陷;另外还有基于液、气压传动理论,以液、气体为传动媒质而设计的变速传动方式,如双斜盘同步旋转内功率分流液压无级变速器.此种装置的传动机理与以往的直接接触的有所区别,它是靠液、气体为媒质而实现的动力传动,具有运动平稳、噪声小、摩擦小等优点,从而大大减弱了直接接触传动机构伴随的弊端。但是此种结构也有它自身的缺陷,各个阀的动作能量消耗、液体的流动、泄露都会造成传动效率的降低,并且加工难度大,制造成本高。再有一种就是基于电磁理论而发展起来的变速传动方式.传动机理是借助磁场利用磁场力,无需机械式的直接接触就能实现变速传动。这种方式可分为电励磁式和永磁体励磁式、电励磁式的磁感应强度受励磁电流和线圈匝数的控制,又因励磁电流的无限性,所以能实现较大的传动转矩,并且具有运动平稳、无噪声、摩擦小、过载保护等优点,故发展比较成熟,在很多场合都有实际应用的例子;但是也有励磁损耗问题存在,影响了整体效率。而永磁体励磁传动方式的磁感应强度受永磁材料性能和结构尺寸影响,在尺寸一定的情况下,受永磁材料性能的制约,导致此种方式不能实现较大的传动转矩,因此永磁体励磁变速传动方式实际应用的例子比较少见,但此种方式没有励磁损耗问题存在,对整体效率的提高很有益处,有研究的必要。
2 磁性传动机构发展
国外发展:关于磁性传动机构应用于变速装置的研究虽然不多,但早在20世纪60年代初期,国外就研制出了小型磁力驱动实验装置,1974年德国已有永磁连轴节问世,其在仪器仪表、石油、化工等领域都已有广泛的应用.在1981年,日本学者S1Oshima首先发明了永磁齿轮,并申请了专利,但之后没有得到实际的应用。到了80年代末期,随着微型机械的研究热潮,人们开始研究用于微型机械的永磁传动机构。
同样还是来自日本的两位学者K1Tsurunoto和S1Kikuchi提出了一种使用永磁铁制作的渐开线磁性齿轮,是由永磁材料SmCo5制成,在丙烯酸制成的圆盘上按渐开线排列,并且研究了齿轮齿数、模数、压力角、传动比、中心距、气隙等参数对永磁齿轮传递力矩的影响,并对永磁齿轮进行了相应的优化.直到1991年,日本学者IKuta提出了一种新型的传动方式,即无接触永磁传动。它是由多个沿径向充磁的扇形或环形永磁体按照N极和S极相间排列围成的圆柱体;总结了无接触磁性齿轮的基本特点,提出影响平稳传动的因素并进行了矩角特性试验等.学者们根据他做的工作发现,虽这种齿轮具有传递转矩小,不能应用于大转矩场合的缺点,但由于无接触磁性齿轮具有向非导磁材料组成的封闭空间传递动力的特性,可以广泛应用于医疗器械和微型传动等领域。到目前,相关的研究也越来越多,期刊上针对永磁齿轮的研究的文章很多,只不过都是针对某种特殊结构的永磁齿轮的研究。
关于永磁传动的研究我国起步较晚,而对于永磁齿轮的研究就更少了。20世纪90年代末,合肥工业大学汽车与工程学院的赵韩教授领导的小组开始了对稀土永磁齿轮的研究,并针对永磁传动机构的磁场以及转矩计算做了很多工作.21世纪初,中国科学院电工所的研究人员,也对永磁齿轮做了相关的研究,并进行了大量针对具体结构的实验分析;根据无接触磁性齿轮具有向非导磁材料组成的封闭空间传递动力的特性,中国科学院电工所和中国医学科学院两家科研机构共同提出了“体外永磁传动可植入式动力瓣人工心脏”课题的研究,目标是将永磁齿轮成功作为人工心脏的驱动装置,与此同时,国内一些科研人员也针对特殊结构的永磁齿轮进行相关的研究工作。
3 永磁齿轮工作原理及基本结构
永磁齿轮工作原理是基于磁阻最小原则。图4所示为轴向充磁的一对永磁齿轮,当两轮都处于静止时,则会有一对极正对,因为这样使磁阻最小,这时,不产生磁力力矩;而当两个永磁齿轮其中一个扭动一个小转角时,齿轮间将产生磁力力矩,另一齿轮将在力矩作用下随之转动;当转过一定的角度时,下一对轮起主导作用,这样一一对应,又因为两轮的极数不等,从而实现变速和转动连续。
永磁齿轮基本结构与传动类型:永磁齿轮是利用磁场的相互作用设计的一种新型的传动机构,是磁力机械的一个重要研究领域,它的传动与机械齿轮传动类似,也是利用两个齿数不同的机械齿轮传动时,能实现变转速的原理设计变速机构,不同的是永磁齿轮没有可见的齿结构,取而代之的是交替充磁的磁极。
按制造工艺划分永磁齿轮常见的基本结构形态有两种,1)采用粘结型磁钢的环形或圆柱形齿轮。2)采用烧结性磁钢的凸极型齿轮。
按充磁方向划分永磁齿轮常见的基本结构形态也有两种:1)径向充磁永磁齿轮,此种永磁齿轮也是较常见的一种结构;2)轴向充磁永磁齿轮,关于探讨此种结构的文章不多。
永磁齿轮的常见传动方式:采用径向交替充磁的圆环体或圆柱体形式的永磁齿轮(其中内啮合传动的大齿轮必须是圆环体)同机械齿轮传动相似,也分为外啮合传动、内啮合传动、齿轮齿条传动、交错轴传动等。而采用轴向充磁侧向啮合的永磁齿轮与机械齿轮有所不同,因永磁齿轮并没有可见的齿结构,转动时不会发生机械干涉,这一点是机械齿轮不具备的。
4 结 论
无接触永磁齿轮变速传动与机械齿轮传动相比有着无摩擦损耗、传递效率高、无噪音、无需润滑、无冲击等诸多优点。这些优点无论是对于能源的节约还是对环境的保护都是有利的,在当今能源枯竭的时代,可以说有着非常好的发展前景;虽然传递转矩小一直是阻碍其发展的最大难关,并导致了目前很少有人对其进行研究,但相信随着永磁材料的发展和对传动具体结构合理化设计的深入,特别是永磁材料的发展,能为无接触永磁齿轮变速传动方式在更多领域推广起着决定性的推动作用。


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