CN101183823A

CN101183823A - 直线运动磁力传动装置

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Publication number: CN101183823A
Application number: CNA2007101783761A
Authority: CN
Inventors: 赵凌志; 彭燕; 沙次文; 李然; 许玉玉; 刘保林; 李建
Original assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2008-05-21

Abstract

一种直线运动磁力传动装置，由联接架(1)、缸体(2)、磁性活塞(3)和磁性传动环(4)组成；缸体(2)是个中空的圆柱体，不导磁、不导电；磁性活塞(3)的横截面为圆形，同轴布置在缸体(2)内；磁性传动环(4)同轴套在缸体(2)的外表面；不导磁、不导电的联接架(1)将磁性传动环(4)和外部动力源相连接；当外力通过联接架(1)带动磁性传动环(4)往复直线运动时，通过磁力耦合作用，将带动磁性活塞(3)同步往复直线运动，进而驱动缸体(2)内的工作流体流动。本发明采用叠加的柱面永磁阵列磁路结构，实现了非接触直线传动、产生了大的轴向推力，且结构简单，可靠性好，可广泛应用于化工、制药、食品等行业的液体输送装置。

Description

直线运动磁力传动装置

技术领域

本发明涉及一种动力传动装置，特别涉及一种利用磁耦合原理将外部源动力非接触地传递给缸体内磁性活塞，从而实现磁性活塞往复直线运动的动力传递装置。

技术背景

目前，许多机械设备需要在高度真空、高度密封的状态下工作，如纳米材料的制造设备，气体增压风机，柱塞(活塞)泵。在这些设备中，整个系统各传动部位保持持久高度密封是很困难的。现有的传动部位是通过接触式的联轴器将轴与轴连接起来，由于传动轴的转动(平动)和振动，使得整个系统不能保持高度的密封，发生泄漏。同时，密封元件的存在加大了运动的阻力，降低了系统效率。

对于旋转机械，利用磁耦合原理，已实现了主动轴和从动轴之间不通过直接接触便能进行力与力矩的传递，如中国专利2526597Y公开了一种用于旋转气密或液密容器内传递转矩的动力传递装置，美国专利2006/0127253A1公开了一种离心泵的磁传动装置。

对于直线运动的机械，人们也试图利用磁耦合原理，实现非接触的静态密封和柔性直线传动。美国专利2007257562公开了一种带有激磁绕组、磁性电枢和限位弹簧的直线驱动装置，磁性电枢在激磁绕组产生的交变磁场的作用下，借助限位弹簧的回复力，在轴向某一中心点作往复直线运动；磁性电枢由沿轴向先后排列、充磁方向为径向且相反的两个永磁磁块组成。该装置的磁场由电磁体产生，不仅消耗电能，而且外部电源、导线等增大了装置的成本和复杂性。中国专利1603619A公开了一种磁力传动高密封气体增压风机，采用磁力耦合器、自润滑式缸体和感磁活塞，以静密封的形式通过磁力传动实现高密封气体增压输送。但该装置的磁力耦合器和感磁活塞磁力的极性相反，这种磁路结构在气隙比较大时，很难产生大的轴向磁力。

发明内容

为克服现有技术的缺点，本发明提出一种非接触式直线运动磁力传动装置。该装置采用特殊的永磁阵列实现了大气隙、大轴向磁推力的柔性直线传动。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

本发明的直线运动磁力传动装置由联接架、缸体、磁性活塞、磁性传动环组成。缸体是个中空的圆柱体，不导磁、不导电。磁性活塞的横截面为圆形，同轴布置在缸体内；由活塞芯体、内永磁阵列、密封环、卡键和导向环组成。活塞芯体由不导磁、不导由的材料制成。内永磁阵列镶嵌在活塞芯体的外表面，由n(n＞2)个几何结构相同的钕铁硼磁环沿轴向叠加组成，且每个钕铁硼磁环的几何结构和磁化方向具有轴对称性；上下两个端磁环的充磁方向为径向且方向相反；任一轴截面，即RZ平面相邻磁环的磁化方向相差180°/(n-1)；在磁环的外部产生极性沿周向不变的磁场。密封环、卡键和导向环不导磁、不导电，位于内永磁阵列的下面。磁性传动环同轴套在缸体的外表面，由导向套、滚珠、磁套和外永磁阵列组成。磁套不导磁、不导电，其环形内腔内装有外永磁阵列；在磁套内壁和缸体外壁之间的间隙装有套在缸体外壁的不导磁、不导电的导向套，导向套上装有不导磁、不导电的滚珠。外永磁阵列与内永磁阵列相对应，即磁环数和轴向高度与内永磁阵列一致，且其上、下两个端磁环的充磁方向分别与内永磁阵列上、下两个端磁环的相同；由n(n＞2)个几何结构相同的钕铁硼磁环沿轴向叠加组成，且每个钕铁硼磁环的几何结构和磁化方向具有轴对称性；上下两个端磁环的充磁方向为径向且方向相反；任一轴截面，即RZ平面相邻磁环的磁化方向相差180°/(n-1)；在磁环的内部产生极性沿周向不变的磁场。不导磁、不导电的联接架将磁性传动环和外部动力源相连接。当外力通过联接架带动磁性传动环往复直线运动时，内、外永磁阵列产生相对位移，通过磁力耦合作用，异性磁极相互吸引，同性磁极相互排斥，将带动磁性活塞同步往复直线运动，进而驱动缸体内的工作流体流动，从而将外部能量转化为工作流体的能量。

本发明的非接触式直线运动磁力传动装置的主磁路依次经过内永磁阵列、环形气隙和外永磁阵列闭合；整个磁路的磁势是2n个磁环磁势的和；2n个磁环既是磁场激励源，又是磁路的一部分，增加了磁路的总磁势，减小了磁路的磁阻，从而提高了磁耦合强度，增大了轴向磁力。

本发明采用叠加的柱面永磁阵列磁路结构，实现了非接触直线传动、产生了大的轴向推力，且结构简单，可靠性好，可广泛应用于化工、制药、食品等行业的液体输送装置中。

附图说明

图1为本发明具体实施例直线运动磁力传动装置的结构示意图，其中1为联接架；2为缸体；3为磁性活塞，3-1为活塞芯体，3-2为内永磁阵列，3-3为密封环，3-4为卡键，3-5为导向环；4为磁性传动环，4-1为导向套，4-2为滚珠，4-3为磁套，4-4为外永磁阵列。

图2为图1中A-A的剖面图。

图3为与图1相对应的，当内、外永磁阵列发生相对位移时RZ平面的磁力线分布。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例进一步说明本发明。

图1为本发明具体实施例的结构示意图。如图1所示，本发明具体实施例由联接架1、缸体2、磁性活塞3和磁性传动环4组成。缸体2是个中空的圆柱体，不导磁、不导电。磁性活塞3的横截面为圆形，同轴布置在缸体2内；磁性活塞3由活塞芯体3-1、内永磁阵列3-2、密封环3-3、卡键3-4和导向环3-5组成。活塞芯体3-1由不导磁、不导电的材料制成。内永磁阵列3-2镶嵌在活塞芯体3-1的外表面，由5个相同的钕铁硼磁环沿轴向叠加组成，每个钕铁硼磁环的几何结构和磁化方向具有轴对称性；上端磁环的充磁方向背离圆心，下端磁环的充磁方向指向圆心；RZ平面相邻磁环的磁化方向相差180°/(5-1)＝45°；在磁环的外部产生极性沿周向不变的磁场。密封环3-3、卡键3-4和导向环3-5不导磁、不导电，位于内永磁阵列3-2的下面。磁性传动环4同轴套在缸体2的外表面，由导向套4-1、滚珠4-2、磁套4-3和外永磁阵列4-4组成。磁套4-3不导磁、不导电，其环形内腔内装有外永磁阵列4-4；在磁套4-3内壁和缸体2外壁之间的间隙装有套在缸体2外壁的不导磁、不导电的导向套4-1，导向套4-1上装有的不导磁、不导电的的滚珠4-2。外永磁阵列4-4与内永磁阵列3-2相对应，由5个相同的钕铁硼磁环沿轴向叠加组成，每个钕铁硼磁环的磁化方向具有轴对称性，如图2所示，内、外永磁阵列3-2和4-4的下端磁环的充磁方向在360°圆周内具有同一极性，且都是指向圆心；RZ平面内，外永磁阵列4-4相邻磁环的磁化方向相差180°/(5-1)＝45°；在磁环的内部产生极性沿周向不变的磁场。不导磁、不导电的联接架1将磁性传动环4和外部动力源相连接。当外力通过联接架1带动磁性传动环4往复直线运动时，内、外永磁阵列3-2和4-4产生相对位移，通过磁力耦合作用，异性磁极相互吸引，同性磁极相互排斥，将带动磁性活塞3同步往复直线运动，进而驱动缸体2内的工作流体流动，从而将外部能量转化为工作流体的能量。

图3为与图1相对应的，当内、外永磁阵列3-2和4-4发生相对位移时RZ平面的磁力线分布。可以看出，除端部漏磁外，主磁路依次经过内永磁阵列3-2、环形气隙和外永磁阵列4-4闭合；整个磁路的磁势是10个磁环磁势的和。当钕铁硼永磁材料的Hc＝1100kA/m、Br＝1.4T，每个磁环的径向厚度为20mm，轴向长度为20mm；内永磁阵列3-2的内直径为200mm，内、外永磁阵列3-2和4-4间的环形气隙为15mm；且内、外永磁阵列3-2和4-4发生相对轴向位移为30mm时，产生的轴向推力为12167N。

Claims

1.一种直线运动磁力传动装置，其特征在于该磁力传动装置包括联接架(1)、缸体(2)、磁性活塞(3)和磁性传动环(4)；缸体(2)是个中空的圆柱体，不导磁、不导电；磁性活塞(3)的横截面为圆形，同轴布置在缸体(2)内；磁性传动环(4)同轴套在缸体(2)的外表面；不导磁、不导电的联接架(1)将磁性传动环(4)和外部动力源相连接；当外力通过联接架(1)带动磁性传动环(4)往复直线运动时，通过磁力耦合作用，磁性传动环(4)将带动磁性活塞(3)同步往复直线运动，进而驱动缸体(2)内的工作流体流动。

2.按照权利要求1所述的磁力传动装置，其特征在于：磁性活塞(3)由活塞芯体(3-1)、内永磁阵列(3-2)，密封环(3-3)、卡键(3-4)和导向环(3-5)组成；活塞芯体(3-1)不导磁、不导电；内永磁阵列(3-2)镶嵌在活塞芯体(3-1)的外表面，由n(n＞2)个几何结构相同的钕铁硼磁环沿轴向叠加组成，且每个钕铁硼磁环的几何结构和磁化方向具有轴对称性；任一轴截面上，内永磁阵列(3-2)相邻磁环的磁化方向相差180°/(n-1)，且其上、下两个端磁环的充磁方向为径向且方向相反，在磁环的外部产生极性沿周向不变的磁场；密封环(3-3)、卡键(3-4)和导向环(3-5)不导磁、不导电，位于内永磁阵列(3-2)的下面。

3.按照权利要求1所述的磁力传动装置，其特征在于：磁性传动环(4)由导向套(4-1)、滚珠(4-2)、磁套(4-3)和外永磁阵列(4-4)组成；磁套(4-3)不导磁、不导电，其环形内腔内装有外永磁阵列(4-4)；导向套(4-1)不导磁、不导电，装在磁套(4-3)内壁和缸体(2)外壁之间的间隙内；滚珠(4-2)不导磁、不导电，装在导向套(4-1)上；外永磁阵列(4-4)与内永磁阵列(3-2)相对应，即磁环数和轴向高度与内永磁阵列(3-2)一致，且其上、下两个端磁环的充磁方向分别与内永磁阵列(3-2)上、下两个端磁环的相同；外永磁阵列(4-4)由n(n＞2)个几何结构相同的钕铁硼磁环沿轴向叠加组成，且每个钕铁硼磁环的几何结构和磁化方向具有轴对称性，其上、下两个端磁环的充磁方向为径向且方向相反，任一轴截面内，相邻磁环的磁化方向相差180°/(n-1)，在磁环的内部产生极性沿周向不变的磁场。

4.按照权利要求2和3所述的磁力传动装置，其特征在于：主磁路依次经过内永磁阵列(3-2)、环形气隙和外永磁阵列(4-4)闭合；整个磁路的磁势是2n个磁环磁势的和；2n个磁环既是磁场激励源，又是磁路的一部分。