新概念的磁性齿轮传动技术课件

新概念的磁性齿轮传动技术卢敏

一、现有技术的齿轮变速机构自动变速器的组成包括行星齿轮机构和换挡执行机构两部分，行星齿轮机构的作用是提供几个不同的传动比供选择，而换挡执行机构的作用是实现档位的变换。

二、新型磁性齿轮传动概念1991年日本学者KojiIkuta提出了最早期的新型磁性齿轮传动技术，如图所示，开创了利用稀土永磁材料于机械传动领域的研究方向，该结构的磁性传动直接采用常规齿轮的外啮合结构，利用N/S极异极性相吸引的原理实现无接触、无摩擦的传动。但该外啮合结构的齿轮存在磁极耦合面积小、藕荷的磁极数少而且气隙曲率变差太大等致命缺点，无法实现工程上所需要的大力矩传递。因此，该结构齿轮只能在一些弱信号领域应用。缺陷1:外啮合结构使磁极耦合极对数=1，磁藕合面积最小缺陷2:外啮合结构使磁轮副气隙曲率变差太大，磁通量小二、新型磁性齿轮传动概念2004年英国和丹麦的学者K.Atallah、D.Howe和S.D.Calverley提出了磁场调制理论，并在2006年基于磁场调制技术具体完成了一种新型径向磁场磁性齿轮样机的设计工作，克服了以往永磁齿轮传动扭矩较小的缺点，传动比为10.5的样机传递的扭矩达到了120N.m，这给永磁材料在机械传动领域的应用开辟了一个重要的研究方向和未来的应用领域。缺陷3:导磁栅铁心受扭矩强度大缺陷2:内外双气隙，使耦合磁通量Φ减少缺陷1:内外磁极耦合度Ω%=1/(2+1/p1)

＜50%新型磁性齿轮传动+永磁复合电机概念2008年国内的上海大学的杜世勤、江建中等老师首次把基于磁场调制技术的英国人发明的径向磁场结构的磁性齿轮新结构介绍到国内，并在承接的国家“863”高科技项目(2007AA05Z233)中首次提出把磁性齿轮传动技术与永磁电机融为一体的设计方案并试制出首台复合电机的原形样机。两种基于磁场调制技术的新型磁性传动齿轮副(a)横向磁场的磁性齿轮副(b)磁性齿轮传动原理动画(c)斜向磁场的磁性齿轮副图5两种基于磁场调制技术的新概念磁性传动齿轮副Y轴转动一圈，通过导磁栅铁心的磁场旋转7.5圈——等效于传动比(a)双磁场耦合型偏心齿轮副(b)单磁场感应式偏心齿轮副(c)对称偏心平衡结构的少极差盘形齿轮副图7两种基于少极差磁场耦合技术的异步感应式磁性传动齿轮副两种少极差磁场耦合技术的新型磁性传动齿轮副优势1：双磁场结构的磁场耦合度60%＜Ω%＜90%，磁极藕荷面积大大提高优势2：单气隙结构，气隙磁通量大大提高优势3：首次引入异步感应式转矩，减少的稀土磁钢消耗在新能源、电动汽车及其它工业领域的未来应用潜力和空间无回差、无磨损的少极差磁性齿轮减速器是替代目前靠进口的工业机器人RV减速机构的理想技术高效节能：由于消除了普通机械式齿轮传动副的接触摩擦,传动损耗仅仅包括一些铁心损耗,理论上最高传动效率可达到98%，比机械齿轮传动普遍提高10%，完全属于高效节能型产品特征，大规模推广应用节能效果十分显著；转矩密度高：横向磁场结构使单位磁性材料体积传送的转矩密度高，为普通电机的10倍：研究表明，稀土永磁无刷电机在自然冷却、强制风冷、水冷却的条件下，其传送的转矩密度可分别达到10kN.m/m3、20kN.m/m3、30kN.m/m3，横向磁通稀土永磁电机传送的转矩密度可达40～80kN.m/m3，本系列新型稀土磁性传动齿轮所传送的转矩密度高于100kN.m/m3；异步感应式少极差磁性齿轮具有恒功率变速变矩能力和手段：改变调节主动轮盘和从动轮盘之间的气隙δ长度，即可调节气隙磁场大小从而在一定转速范围实现无级变速的传动要求，进而可直接取消常规机械变速系统常见的换档离合机构，这对混合动力汽车、电动汽车以及电动摩托车的无级变速实现具有实用价值。可靠性高、寿命长、震动小、噪声低、无磨损、无回差：由于无机械齿轮传动的机械接触摩损，无需润滑，清洁、无油污、防尘防水等；同时，也不存在因齿部啮合接触而产生的震动和噪音，对于长期水下航行的潜舰降低本体噪音具有重要意义，同时是取代工业机器人传统RV伺服减速机构的理想替代技术；具有过载保护作用：在过载时因主、从动轮滑转而随时切断传动关系，不会损坏负载或者原动机；同时，转速传动比恒定，转速的动态瞬时稳定度高，运行平稳；少极差偏心盘形磁性齿轮的传动比可设计得更大，一级磁性齿轮副的传动比就可以达到100以上，两级少极差磁性齿轮副串联可以达到1000以上，没有磁场调制技术的磁性齿轮副的磁场调制导磁栅铁芯的机械强度制约；结构简单、紧凑，体积小、重量轻，比机械式齿轮副减轻重量可以达到35%以上；工艺简单：不存在机械齿轮在设计加工上常常需要变位修正的设计加工繁琐，无需昂贵的机械齿轮加工和检测设备，一次性设备投资少，主要为装配作业，对零部件的加工精度等级容忍度比较宽松，便于组织大规模流水线生产。

新概念磁性齿轮传动技术的优势三、关于稀土磁性材料3.1我国稀土资源非常丰富品种全、质量高、得天独厚！2005年世界稀土资源分布状况3.2我国钕铁硼永磁产量占绝对优势1996年2008年46000吨总产量:58400吨烧结钕铁硼产量分布三、关于稀土磁性材料三、关于稀土磁性材料3.3永磁材料的种类及其特性稀土材料:退磁曲线即回复线，磁性能稳定！！钕-铁-硼铝镍钴铁氧体1、铝镍钴2、铁氧体3、稀土永磁永磁材料种类1.剩余磁感应强度高2.热稳定性好3.机械强度好1.剩余磁感应强度高2.矫顽磁场强度高3.最大磁能积高4.价格高5.机械性能较差1.剩余磁感应强度小2.矫顽磁场强度大3.最大磁能积较小4.机械强度差5.价格低廉钐钴年份序号专利注册名称专利类型专利申请号发明主要内容备注2010年1新型复合励磁方式的永磁式无刷单相同步发电机发明ZL201010558832.7永磁+电励磁的混合励磁方式新型ZL201020624321.6已授权证书2一种复合励磁方式的永磁无刷单相同步发电机新结构新型ZL201020624325.4已授权证书3一种新型结构的永磁式交流同步发电机发明ZL201010558835.01双定子+空心转子结构2永磁+电励磁的混合励磁方式

新型ZL201020624307.6已授权证书4一种新型结构的复合励磁无刷单相同步发电机发明ZL201010563229.8新型ZL201020629876.X已授权证书5一种复合励磁方式的永磁有刷交流同步发电机发明ZL201010578049.7混合励磁方式新型ZL201020647085.X已授权证书6一种同步发电机永磁转子的混合式冷却散热结构新型ZL201020647083.0水冷散热结构已授权证书2011年1一种新型横向磁场的磁性传动齿轮副发明ZL201110142746.2基于磁场调制技术的新型结构磁性齿轮副新型ZL201120177813.X已授权证书2一种新型斜向磁场的磁性传动斜齿轮副发明ZL201110170001.7新型ZL201120210494.82011-12取证3一种双鼠笼结构的气隙磁场调制式永磁电机发明ZL201110196671.6新概念的直驱永磁电机新型ZL201120245151.52012-01取证4直驱式磁性传动与双定子结构的复合永磁电机发明ZL201110263096.7新概念的直驱永磁电机新型ZL201120327120.42012-03取证5新型径向磁场的感应式异步永磁耦合器新型ZL201120367834.8新型永磁耦合结构6新型斜向磁场的锥形内转子异步永磁耦合调速器新型ZL201120339108.52012-04取证7新型横向磁场的少极差磁性传动偏心盘形齿轮副发明ZL201110277432.3少极差磁场耦合的磁性齿轮副新型ZL201120350893.42012-06取证8横向磁场的异步感应式少极差磁性传动偏心齿轮副发明ZL201110280089.8少极差磁场感应式磁性齿轮副新型ZL201120353364.X2012-06取证9少极差偏心盘形磁齿轮的行星轮平衡对称布置新结构新型ZL201120369245.3少极差磁性齿轮2012-06取证10新型径向磁场的少极差磁场耦合式磁性传动偏心齿轮副发明ZL201110355864.1少极差磁场耦合的磁性齿轮副新型ZL201120444409.42012-06取证11径向磁场的少极差磁场感应式磁性传动偏心齿轮副发明ZL201110357874.9少极差磁场感应式磁性齿轮副新型ZL201120446815.42012-06取证四、关于作者专利申请及授权情况表：五、关于下一阶段的工作任务目标：1、样机试制、试验论证、成果鉴定阶段：2、项目融资、建设及产业化实施阶段：PCT专利申请：2012年1月样机试制：2011年10月～2012年3月试验论证：2012年3月～2012年4月成果公开：参加2012年4月的重庆市高新技术交易会成果鉴定：2012年底申报重庆市科技成果奖成果发布：5～8篇科技论文(国内外权威期刊发布)项目融资：2011年10月～2012年4月公司组建：2012年4月～2012年6月系列化开发：2012年全年初步完成两大系列产品市场推广：2012年底取得突破批量生产：2013年起项目目标：3年内形成年产能10万台套永磁驱动产品、

年销售收入过亿元的高科技生产型企业产品结构：永磁耦合调速器系列——等速磁性传动

磁性齿轮变速器系列——变速磁性传动

直驱式磁性传动复合永磁电机系列结束语技术创新是社会发展的源动力，也是企业发展壮大的根本之道；期望与行业里有志之士合作，共同来推动本新概念磁性传动技术的产业化作者联系方