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什么是磁性齿轮

发布时间:2017/02/17 技术资料 标签:磁力齿轮浏览次数:273

磁性齿轮令人惊讶地是未知的,并且仅在少数利基应用中使用。然而,它们的流行度正在上升,它们是传递机械能,转换旋转扭矩和RPM的最滑溜的解决方案之一。迟早,你一定会绊倒他们在某个地方,所以让我们检查他们看看他们是什么,他们有什么好。

什么是磁力齿轮?

传统齿轮(图像源)

在传统齿轮使用机械互锁齿的配合表面的情况下,磁性齿轮采用交变磁场来传递转矩。长期以来,磁齿轮在工程上只起了次要的作用。它们相对较高的价格,直接反映了他们对稀土如钕,复杂组件的依赖,以及它们在高转矩下滑动的倾向,并没有将它们精确地推入聚光灯。磁性齿轮的可实现的转矩密度实际上远低于它们的机械对应部件中的一个,但是在正侧上,如果超过其指定的转矩,它们也不会遭受不可修复的损坏。目前,增加磁齿轮中的扭矩是许多研究计划的主题,并且磁齿轮正在进入更多的应用。

3D打印,磁性齿轮通用法拉利 CC-BY

因为磁性齿轮不是机械互锁的,在任何转子之间没有物理接触,所以它们不经受机械磨损。大多数常规齿轮类型,例如齿轮和甚至蜗轮,可简单地通过用永磁体的交替磁极替换切割的齿来复制为磁齿轮。3D打印的磁性“齿轮”组件在右边是一个很好的例子。

然而,在工业应用中,术语磁性齿轮通常意味着性能更好的同轴型,您可以在下面的动画中看到。它在结构上非常类似于应变波齿轮(即,也在下面示出的谐波驱动齿轮),并且允许高齿轮比以及相当高的扭矩。这种类型的齿轮依赖于磁场的灵活性,而不是灵活的花键。点击下面不同齿轮的动画,看看它们如何工作的细节:

当同心的,磁性齿轮的内部快速旋转磁环旋转时,其迫使由嵌入非磁性托盘中的铁磁性钢片组成的调制器环与外部环的交变磁场啮合。内圈和外圈均由强永磁体组装而成,内圈和外圈的极对数以及铁片数量决定了齿轮比。由于所有环之间的小空气间隙,没有摩擦考虑。这种齿轮的实际实现可以变化,并且调制器环可以用作定子或者可以直接附接到输出轴,然后外部磁体环用作定子。

磁齿轮箱,UNC海岸研究所研究原型(视频源)

同轴磁齿轮可以非常高效,几乎免维护,具有非常低的扭矩波动,并找到应用程序是这些因素是一个问题。在低速下,它们实现99.9%的效率。磁齿轮的高齿轮比使得它们对于加速非常缓慢的输入力(例如海洋波浪力)是有意义的,这是UNC海岸研究所已经探索的应用。同样的好处也使它们对风力涡轮机很有趣。

磁齿轮的另一应用是船舶推进,其中它们用于将较高的输入RPM从发动机降低到传动轴所需的低RPM和高扭矩。今年早些时候,劳斯莱斯,ATB劳伦斯斯科特和磁齿轮箱制造商Magnomatics宣布他们计划开发一种用于船舶的磁齿轮推进系统。磁齿轮密封输入和输出力的能力在实验室和医疗环境中也是有用的。

印刷,磁性齿轮由CMR,如此视频中演示

当然,磁性齿轮也有缺点。如上所述,最大扭矩对于一些应用可能不够,并且它们昂贵并且通常比常规齿轮重。此外,在非常高的RPM下,由于由调制器中的滞后和增加的涡流引起的增加的损耗,它们失去了效率的优势。然而,大多数这些限制正在通过正在进行的研究缓慢地消除。通过CMR的  可编程磁体  允许强的,精细间距的磁结构,这可以允许将来具有更高转矩密度的更小,更有效的磁齿轮。此外,对齿轮的要求正在改变。尽管在工业应用中更多的扭矩可能总是更好,但是交互式机器人应用需要提供并确保人类用户的安全的机制。

磁齿轮也可以制造而不需要重型齿轮切割机械,这使得它们对DIY项目特别有意义。一个体面的同心磁力齿轮可以由一堆永久磁铁,易于获得的硬件和3D打印部件组装而成。我们的读者如何看待,你会使用磁性齿轮做项目吗?你在这里错过的应用程序中遇到磁齿轮吗?让我们知道,并在评论中分享您的想法!

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