磁性齿轮的发展现状综述.doc

磁性齿轮的发展现状综述摘要:作为一种新型传动方式,磁性齿轮的出现引起了广泛关注。本文首先对磁性齿轮的工作原理进行了简要介绍。磁性齿轮有与机械齿轮类似的传统结构和具有新型结构的磁场调制型磁性齿轮两种。文章分别对两种结构的研究进展进行了介绍,了解这些年来磁性齿轮的发展状况。关键字:磁性齿轮;传统结构;磁场调制型磁性齿轮;发展现状1引言当前在传统传动领域中,应用最广泛的传动机构依然是机械齿轮。但长期以来其传动基本形式没有变化,即始终是依靠两轮轮齿的啮合进行传动。这给机械齿轮传动带来了一些不可消除的缺点:震动、噪音、损耗、周期性的润滑等,这些缺点往往限制了传动系统性能的进一步提高。在这样的环境下,磁性齿轮作为一种可以替代机械齿轮的新型传动机构吸引了研究人员的注意力[1]。磁性齿轮利用磁力传动,是没有机械接触的齿轮啮合结构。正是由于齿轮间的啮合无接触、无摩擦能耗、传动平稳等特点,才体现出了磁齿轮效率高、可靠性高及使用寿命长的优点。其次它无需润滑、清洁、无油污、防尘防水等。还具有过载保护作用,过载时不会损坏减速器,而且在过载时可随时切断传动关系,不仅减速器自身不会损坏,还能保护原动机[2]。2磁性齿轮的工作原理如图2-1为两圆柱体磁环,上面分布磁极,称该对磁环为磁性齿轮。设齿轮1为主动轮,齿轮2为从动轮,齿轮环状柱体表面交替分布着数对N、S磁极,同传统齿轮一样,两轮在圆周上的线速度须保持一致,即分布在两磁性齿轮表面的单个磁极宽度一致,且两相对磁极为异号。图2-1磁性齿轮传动示意图图2-2磁性齿轮工作原理示意图磁性齿轮通过轮缘磁极间产生的磁场相互耦合,产生磁作用力来传递运动。当两轮静止时,在磁场力作用下,同极相斥,异极相吸,在两轮连心线上始终保持N、S相互耦合。如图2-2(a)所示,当传动静止时,磁力分布在两轮连心线上,大小相等,方向相反,磁极间传动扭矩为零;当主动轮发生旋转,设转角为θ1,此时假设从动轮未发生旋转,则力平衡被破坏,从动轮受到一个向上的磁极分力Fst作用,如图2-2(b)所示,该分力对从动轮形成驱动扭矩,使从动轮转动;当齿轮旋转到图2-2(c)所示位置时,即旋转角为θ1'时,此时从动轮受到主动轮S极和N极合力FM的作用,此时的从动轮所受的合力最大,产生的驱动扭矩也最大;如果当从动轮发生旋转到图2-2(d)的位置时,此时的两磁性齿轮处于非稳定的力平衡状态下,从动轮将发生非定向的旋转,这主要取决于主动轮的旋转方向,或按照一定的旋转惯性发生旋转。在一对耦合磁极分离之前,相邻一对磁极会跟进进入耦合,从而保证传动的连续进行。3传统结构磁性齿轮的研究状况传统结构的磁性齿轮的研究虽然有很多创新点,但基本的思想和结构局限于传统机械齿轮的思想和结构中,拓扑结构多为仿照机械齿轮的结构。1987年,,它的永磁体是采用高性能稀土永磁材料NdFeB制造的,该实验样机为渐开线式,传动比为33:1,,其结构如图3-1所示[3]。图3-1渐开线式永磁齿轮图3-2外啮合式磁性齿轮1991年,日本学者Ikuta仿照传统机械齿轮的样式,设计了一种外啮合式磁性齿轮结构,其结构简图如图3-2所示[4]。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