CN1010824B - 非接触型直线传动机构 - Google Patents

Abstract

一种非接触型直线传动机构，其固定的导向件是管形件，其旋转的输送件带有隔开的双头螺旋。由双螺旋和磁回路组成的磁路产生一个恒定的磁场。在这种结构中，永久磁铁放在输送件/管中使双螺旋以相反磁性(N-S)相隔连续排列。这种结构很简单、经济，制造也方便。输送件双螺旋的结构可以在由软磁性材料的螺旋之间沿径向或轴向把永久磁铁设在螺旋中。

Description

本发明涉及一种非接触或不接触的直线传动机构，这种机构包含至少一个直线取向的铁磁材料制的固定的管状导向件，在其周边表面设置了铁磁的双螺旋，还有至少一个可沿导向件运动的输送件，它与导向件同轴设置，可作转动，并含有至少一个永久磁铁，所述的导向件的一个螺旋与所述的至少一个输送件的一个磁极相配合。

法国专利FR-A-2206620公开了一种上述的线性传动机构。现在已经出现了数种非接触型线性传动装置。

例如，有一种称为线性电动机的装置，整个导轨或轨道构成其静子，而其转子则装在运载器上。另一种装置是沿其导轨或轨道设有永久磁铁，而运载器上则带有电磁铁，其极性不断地改变，因而拖动运动载器沿着永久磁铁运动。

所有这些传动机构都有缺点，即它们都要消耗大量的电流，特别是它们的静子与转子间有着较大的空隙，而功率的消耗随这一空隙大小的平方而增加。此外，还有较大的能量由于发热而损失掉。

联邦德国专利DE-OS    31    20    328公开了一种线性电动机。其主要零件是一个旋转的圆柱形转子，在其圆柱形表面上按照螺旋形装置磁铁，其北极和南极的结构形式是连续的带或条，从而在圆柱体表面附近形成一种轴向移动的磁场。由于磁极带靠近且连续，故它的磁场大部分在两极间闭合，只有较小的部分穿过次要零件后闭合，并在次要零件中产生较高的涡流，因此，这种电动机不是十分经济。

的。

此外，西德专利34    28    684公开了一种磁性传动装置，其主要零件是一个磁性轮盘，与一个带有齿状凹槽的次要零件相配合。这种磁性机构的效率也相当低，因为其磁路仅仅由轮盘周边上的两个连续磁极在次要零件上方闭合。

在“苏联工程”杂志（Russian    Engineering    Journal）（第53卷，1973年第4期，27～29页，特别参照图2）公开了另一种直线传动机构，它的转动的初级件-导向件是一个在原地转动的圆柱形转子，在其周边设置了一软磁材料的双螺旋，在螺旋间有轴向设置的永久磁铁，可以在比较短的距离内作直线往复运动的软磁材料的次级件/输送件设计成U形，其角边在转子的切线区接近双螺旋，中间只很小的间隙。双螺旋转子的转动产生一个通过螺旋及U件的磁场，对于单一的双螺旋的扇形体，该机构设置多个永久磁铁与U件配合，在U件产生的运动力以及效率较低。另外，在原地转动初级转动（或导向）件，使输送距离较短，因而不适合于用作把重载荷传送通过较长距离的装置。

法国专利FR-A    2206620也公开了一种带有内部的双螺旋的铁磁定子，它包括一个轴向开槽的管，其内有一个可转动的同轴设置的转动的感应器（输送件），它固定在一车辆上并包括至少一个永久磁铁。这种结构中，定子螺旋总是面对转子的一个磁极。导向件（静子）的两个铁磁螺旋以相差180°设置，事实上在对角设置中它们相互相对。在输送件（转子）中，其对角磁极方向的磁铁设置得使转子磁极和定子螺旋总是相对，并隔着一定间隙，并绕着转子周边成对角相对的关系。但是这种结构并不能使使用水泥管和铁磁双螺 旋时，磁回路有什么区别。在任一情况下，定子的南北螺旋以相互独立而相邻的关系延伸，而在螺旋中并不构成直接的磁回路。由于只用几个对角方向的永久磁铁，只能产生较低的磁力，使产生传动力较低。

本发明的目的是提供一种结构简单，工作效率高，操作方便的非接触型线性传动机构。

本发明的目的可以用以下措施来达到：提供一种在本说明书第一段所述的非接触型直线传动机构，其中，所述的转动的输送件也包括围绕芯轴设置的铁磁材料的双螺旋，由该双螺旋与磁性回路组成的磁路产生一个恒定的磁场，所述的永久磁铁在所述的输送件中的设置使双螺旋具有相反的极性。

此外，本发明的直线传动机构可以把双螺旋设置在输送件/转子上，并且在输送件/转子中永久磁铁的设计使双螺旋以相反的磁性（N-S）隔开，而由双螺旋和磁回路组成磁路内产生一固定的磁场。

由于这种结构使具有N-S磁性的窄的转子双螺旋对着一个很窄的静子双螺旋，后者构成了一个磁回路，因此形成很密的磁通，因此效率高，另外，这种结构通过在铁磁转子螺旋之间轴向设置永久磁铁，或直接在转子螺旋内径向设置永久磁铁使在转子中包含了大量高效磁性材料，因而可以产生现有的直线传动机构达不到高的运动推力。

导向件的外形也可以是波形或波纹状的，并在输送方向上具有连 续的波峰和波谷。这种结构形式的优点是：由于靠近螺旋的波峰顶部基本上平行于螺旋的周边表面，并且基本上沿着与螺旋相同的轴向移动，因此可获得最佳的磁通。

另外，导向件可以带有与输送件双螺旋基本上成直角的肋，肋的底部对着一个螺旋而且仅留下有限的空隙。

肋可以固定到或焊到光滑的支撑构件上。导向件也可由多个独立的L形元件组成，在所有情况下轴向相对的L形角边可以用例如焊接或其它方法固定成一整体，并使其角边基本上是蜗杆的径向。另外，导向件也可由多个独立的U形元件构成，其角边则沿轴向顺序叠加。导向件也可由中心边径向向里的多个T形元件排列构成。这类带肋的导件件的焊接构件或制造特别有利而且经济。

显然，波形的导向件也可由多个独立的元件或零件焊接而成。或者，导向件都可以是由L形或U形条材焊成环形管的结构形式。

在本发明的另一个实施例中，输送件的两个螺旋围绕一个软磁性芯轴，而它们的极性相反。为了达到这一目的，螺旋中径向排列的磁铁的安装总是保持一个螺旋的南极和另一个螺旋的北极朝外，因此，它们可分别称为北极螺旋和南极螺旋。这种结构产生磁通如下：先从北极流出，越过输送件螺旋与导向件之间的空隙，而后进入导向件中的一个肋内，并在下一个肋流出，然后越过下一个空隙并进入下一个输送件螺旋的南极。输送件螺旋内磁极则通过软磁性芯轴接通，从而形成封闭的完整磁路。输送件螺旋与导向件之间有预定的间隙，按照本发明，它们可用电动机驱动，而且按照一个最佳的实施例，输送件螺旋安装在运载器上。输送件螺旋的旋转产生一个驱动运载器的恒定磁场。在这个实施例中，由于导向件固定在轨道上，或者当用于悬浮 车时固定到支撑型材上，故在任何情况下，形成蜗杆输送件螺旋旋转，从而沿着导轨驱动装有蜗杆的运载器。

按照第二种实施例，输送件螺旋可用软磁材料来制造，而芯轴则是非磁性材料的。永久磁铁置于螺旋间的空隙中，其方向基本上是轴向的。例如，一个空隙中放入的磁铁，其北极指向输送方向，而另一个空隙中的磁铁则是南极指向输送方向。所以，一个螺旋总是位于相同两极的中间，也就是说，在所有情况下，南极螺旋位于两个南极之间。于是，在这种螺旋中，磁力线高度集中，使其效率大大提高。

这种直线传动机构的输送件的双头螺旋如果连续沿一个方向旋转，则该线性传动机构就在一个方向上连续进行输送运动。但是，当输送件螺旋以顺时针方向和逆时针方向交替旋转时，就会产生特别适用于机床结构的往复运动。

输送件螺旋可通过电动机以熟知的方式进行驱动。但是，也可通过已知的传动零件将例如运载器或机床中转动部件的旋转运动传给输送件。

本发明还可以在双头螺旋输送件上设置一个由非磁性钢制的保险螺旋，这是一个消极螺旋，只有不到一圈，最多为两圈。保险螺旋径向凸出并深入到导向件中，与导向件的径向肋相配合起摩擦制动的作用。因此，当转子过载时，后者就不能滑过，因为保险螺旋被贴到导向件的肋上而制住滑动。导向件的肋与保险螺旋之间的距离必须保证当加载约为90%时，在磁场中断或解除前一刹间转子能够通过保险螺旋与导向件的肋相接触。

对于带有双头螺旋且径向排列磁铁的结构，在芯轴上的磁性螺旋之间设置保险螺旋是有利的，而且可以节约空间。但是，在轴向排列 磁铁的情况下，就不可能了。这时最好将保险螺旋安置在芯轴上极性螺旋部分之外的部位。如果该部位的芯轴直径与螺旋部分的外径相等时，便可获得较高的强度，这样，保险螺旋的高度基本上只等于导向件件肋的高度。

本发明的传动机构与一般的线性电动机相比有大的优点，其输送件蜗杆可由在理想状态下工作的普通电动机来驱动，这时，静子与转子的空隙最小，其功率消耗保持恒定且与空隙大小无关。

本发明的直线传动机构实际上可在任意方向作传送运动，因此其使用性能最佳，而且十分经济。因此可以用它以最佳的方式进行水平输送，例如：用在悬浮车、闸门、机床或其他机器上，这些机器的内部或外部要求有相对的运动。

本发明的传动机构用于垂直运输也是十分有利的，因为同以普通方式工作的带有运送缆索的载人或载货的电梯或升降机相比，它不需要附加的地面和地下的传动机构。因此，例如要进行地下工作时，它不需要沉重的缆索或钢索就能够通过很深的地道。而现在，这种工作必须分段进行几次往复运输，每一段上都要有一种新的完整的运输系统，成本很高。

下面将结合非限定实施例及附图详细说明本发明，附图中：

图1为本发明线性传动机构的第一实施例，它有一个双头螺旋输送件和一个作为导向件的波纹管。

图2为沿图1中Ⅱ-Ⅱ截面的剖视图，示出了磁铁在螺旋中的排列。

图3为另一种采用软磁性材料的螺旋，并且沿轴向在螺旋中放入磁铁的输送件双头螺旋的实施例。

图4为本发明线性传动机构另一实施例的部分剖面图，它带有与图3一样的双头螺旋，并且有L形元件组成的结构。

图5为本发明线性传动机构另一个实施例的部分剖面图，这种传动机构带有一个径向排列磁铁的输送件双头螺旋和一个由U形元件组成的带肋导向件以及一个保险螺旋。

图6为与图5一样的剖面图，但其输送件双头螺旋中的磁铁是轴向排列的。

按照图1，本发明非接触型线性传动机构第一个实施例包括一个构成蜗杆的双头螺旋1，它主要包括一个软磁芯轴5和两个围绕芯轴5等距离排列的、用永久磁性材料制成或由永久磁铁块组成的螺旋3、4。它们的极性是从第一个螺旋到下一个螺旋方向正好相反，从而形成了北极螺旋3和南极螺旋4。这样，沿着纵向，北极和南极总是交替出现。

在第一个实施例中，螺旋3和4可以完全用软磁性材料制造，但也可以在非磁性材料中嵌入径向排列的小磁铁棒来形成带软磁芯轴的双头螺旋。嵌入磁铁棒的方法可采用各种熟知的工艺，例如铸造、烧结等。

围绕着输送件双头螺旋1装有一个实际上与其同轴的波纹管，沿其轴向有波峰11和波谷12，其间距和斜率与双头螺旋1的螺旋3、4相同。在这种结构中，输送件双头螺旋与波纹管相互间的关系使每个输送件螺旋都面对着波纹管的一个平顶的波峰。

正如图2可以看到的细节那样，波纹管10上带有一个能放入输送件双头螺旋1的支撑或固定零件（图中未表示出）的缝隙状的轴向开口13。

图3示出一种输送件双头螺旋，其中，螺旋3、4用软磁性材料制成，并围绕着一个非磁性芯轴5。正如图4所详细表示那样，永久磁铁14在螺旋3、4之间的空间内轴向地排列，其极性交替变化，使得在所有情况下，带北极指向的空间与带南极指向的空间交替排列。因此，螺旋两侧的极性总是相同，从而使螺旋也带有相同的极性，结果形成了高度密集的磁力线7，其形状大致如图4的虚线所示。

图4仅示出其极小部分细节的一个实施例中，导向件2由带肋的管件15构成。在这种结构中，径向的肋17是L形元件16的一部分，它们焊在一起组成一个环形管。

在图5所示的实施例中，磁铁14以与图1、2同样的方法径向设置在输送件双螺旋中。导向件2按照图4所示实施例同样的方法由U形元件构成，这些U形元件按轴向顺序，将它们的角边相叠地焊在一起。于是，在所有情况下，焊在一起的角边便成了所制导向件2的肋17。

在输送件双头螺旋1的极性螺旋3、4之间有一个用非磁性钢制的保险螺旋20，该螺旋只有1-2圈，它径向凸出伸入到异形零件2或15的肋17之间，而且在它与肋17相配合的制动面积上带有闸衬21。保险螺旋20可用例如焊接方法固定在输送件螺旋1的大体上为棒状的软磁性芯轴5上。

最后，图6示出了另一个实施例，其双头螺旋1的结构基本上与图3相同，即带有轴向装配的磁铁14。跟图5所示的实施例一样，导向件2、15由U形元件焊成，这种装置也带有保险螺旋20，但它位于输送件双头螺旋1的极性螺旋3、4的芯部外，例如在转子的 一端。为此，芯轴5设有台阶22，其直径较大，大致等于极性螺旋3、4的直径。在保险螺旋20的有效制动面积上也带有一个闸衬21。在本实施例中，它基本上复盖了保险螺旋的整个有效端面，而在图5的实施例中，闸衬仅占螺旋的轴向制动面积的一部分。在所有情况，保险螺旋20都与肋17相对而隔开，即使在达到最大负荷的90%，保险螺旋20与肋17相接触并开始制动时，也不会过早地中断磁场。

Claims (13)

1、非接触型直线传动机构，包括至少一个直线取向的铁磁材料制的固定的管状导向件，在其周边表面设置了铁磁的双螺旋，还有至少一个可沿导向件活动的输送件，它与导向件同轴设置可作转动，并含有至少一个永久磁铁，所述的导向件的一个螺旋与所述的至少一个输送件的一个磁极相配合，其特征在于：所述的转动的输送件(1)也包括围绕芯轴(5)设置的铁磁材料的双螺旋(1或3，4)，由该双螺旋(1或3，4)与磁性回路组成的磁路产生一个恒定的磁场(7)，所述的永久磁铁(14)在所述的输送件(1)中的设置使双螺旋(3，4)具有相反的极性。

2、根据权利要求1的直线传动机构，其特征在于所述导向件（2）具有波纹形，其波峰（11）和波谷（12）在输送方向上连续排列，其间距与螺旋（3，4）的间距相同。

3、根据权利要求1的直线传动机构，其特征在于所述导向件（2）包括指向所述输送件（1）的双螺旋（3，4）并与双螺旋（3，4）大致成直角的肋（17），其间距与双螺旋（3，4）的间距相同。

4、根据权利要求2的直线传动机构，其特征在于所述波峰（11）的顶部基本上与螺旋（3、4）的周边表面平行，并且其缩小到与螺旋（3，4）的轴向跨度相同。

5、根据权利要求1的直线传动机构，其特征在于所述导向件（2）的双螺旋（11，17）以与所述输送件（1）的螺旋（3，4）大致相同的方向倾斜。

6、根据权利要求3的直线传动机构，其特征在于所述导向件（2）的每条肋（17）形成L形元件的一个角边，并依次与相邻的另一L形元件的一个角边相焊接。

7、根据权利要求3的直线传动机构，其特征在于所述导向件（2）的每条肋（17）由两个U形元件（18）的角边形成，这些角边分别由外侧伸出的平的部分叠加而成，它们沿输送方向一个接一个地相叠加而且不可拆卸。

8、根据权利要求6或7的直线传动机构，其特征在于所述的导向件（2）由带肋管（15）构成，而所述的L形元件（16）或U形元件（18）则通过焊成内螺旋的肋（17）以形成环形管。

9、根据权利要求1的直线传动机构，其特征在于所述的磁铁（14）在所述输送件（1）的螺旋（3，4）内径向排列，所述芯轴（5）由软磁材料制成。

10、根据权利要求1的直线传动机构，其特征在于螺旋（3，4）由软磁材料制成，而芯轴（5）则由非磁材料制成，并且磁铁（14）在螺旋（3，4）之间的空隙内轴向排列。

11、根据权利要求1的直线传动机构，其特征在于在所述双螺旋输送件（1）上至少设有一个用非磁性钢制成的保险螺旋（20），该螺旋（20）至多只有两圈，伸入到异形管件（10，16，18）中，并位于肋（11，17）的上方，与异形管件（10，16，18）的肋（11，17）相配合。

12、根据权利要求11的直线传动机构，其特征在于所述的保险螺旋（20）位于芯轴（5）上带有径向磁铁（14）的极性螺旋（3，4）之间。

13、根据权利要求11的直线传动机构，其特征在于磁铁是轴向排列的，所述的保险螺旋（20）位于芯轴（5）上的极性螺旋（3，4）区域之外。

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