CN103023274B - 一种永磁感应式蜗杆蜗轮传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械工程传动技术领域，是一种永磁感应式蜗杆蜗轮传动，主要用于采矿、化工、纸浆、发电、海运等行业的动力传输装置中。蜗杆上布置导电体，蜗轮上布置永磁体，当动力驱动蜗杆或蜗轮旋转时，蜗杆上的导电体切割蜗轮上永磁体的磁力线，在导电体上产生感应电流，感应电流产生的磁场与蜗轮上永磁体产生的磁场相互作用，从而带动蜗轮或蜗杆转动，由于蜗轮轴线与蜗杆轴线在空间交错，互成90o，从而实现了空间互相垂直的两轴间运动和动力的传递。

Description

一种永磁感应式蜗杆蜗轮传动装置

技术领域

本发明涉及机械工程传动技术领域，是一种永磁感应式蜗杆蜗轮传动，主要用于采矿、化工、纸浆、发电、海运等行业的动力传输装置中。

背景技术

在机械工程传动技术领域，蜗杆蜗轮是机械动力传输系统中的重要组成部件，通常用于减速装置中，使用范围广且需求量大，涉及矿山、冶金、航空、兵器、水电、化工、轻纺及交通运输等机械行业的各领域；在传统的机械传动系统中，通常使用的蜗杆蜗轮均为机械啮合式蜗杆蜗轮，根据蜗杆形状的不同，可以分为圆柱蜗杆传动，环面蜗杆传动和锥蜗杆传动等；但当滑动速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重的摩擦与磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化，因此摩擦损失较大，效率低；且当传动具有自锁性时，效率仅为0.4左右；同时由于摩擦与磨损严重，常需耗用有色金属制造蜗轮（或轮圈），以便与钢制蜗杆配对组成减摩性良好的滑动摩擦副。

由于磁力传动是一种非接触式传动，不仅具有缓冲吸振的功能，其最大的特点在于它可将驱动件和从动件完全封闭起来，在没有机械接触情况下，实现力与力矩的传递，因此，在一些大扭矩传动领域，磁力传动已逐步取代机械式传动来传递扭矩，然而，普通的磁力传动并不能实现在空间交错的两轴间传递运动和动力的功能，使其应用范围受到一定限制，由此可见，对磁力传动的类型及结构研究已显得十分重要。

在专利200410023788.4中，公开了一种蜗杆蜗轮，它在已有公知技术的基础上，有润滑油道，将润滑油直接注入到蜗杆蜗轮的摩擦面内部润滑，改变了蜗杆蜗轮摩擦大、损耗大、热量大的突出缺点，但此专利公开的蜗杆蜗轮亦属于传统机械啮合式蜗杆蜗轮，是依靠蜗杆的螺旋齿和蜗轮齿连续不断的机械式啮合来传递动力的；在专利200810202520.5中，公开了一种蜗杆蜗轮式磁力驱动器，它是以蜗杆蜗轮驱动的方式结合磁铁的动力进行驱动的，蜗杆螺旋形的齿牙在转动时会与蜗轮的齿牙产生分离的现象，蜗杆蜗轮的齿牙间有一定的间隙，由于蜗杆蜗轮的齿牙上都装有异性相吸的磁铁，因此蜗杆蜗轮上磁铁的吸力就会带动蜗轮的齿牙追补被分离出来的间隙，从而驱动蜗轮转动，但磁铁安装在螺旋形齿牙上，不仅安装困难、结构复杂，且易产生松动，充磁困难，加工成本高；在“机电集成电磁蜗杆传动输出力矩分析”一文中提到一种机电集成电磁蜗杆传动，它是在蜗轮圆周上均匀分布N极、S极相间的永磁体，蜗杆上环绕螺旋形线圈，当环绕线圈接通三相交流电时，在其周围空间就会形成旋转电磁场，旋转电磁场和永磁体磁场相互作用使得蜗轮转动，但此蜗杆不仅需要开出布线槽，而且需在布线槽内环绕线圈并接通三相交流电，结构复杂；以上所述的三种蜗杆蜗轮传动均与本发明的永磁感应式蜗杆蜗轮传动在原理上存在着本质的区别。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的、可在空间互成90o的两轴间传递运动和动力的永磁感应式蜗杆蜗轮传动机构，避免了传统机械传动中传动不平稳、噪声大、冲击载荷大以及摩擦磨损严重等缺点。

本发明的技术方案：

一种永磁感应式蜗杆蜗轮传动装置，蜗杆上布置导电体，蜗轮上布置永磁体，当动力驱动蜗杆或蜗轮旋转时，蜗杆上的导电体切割蜗轮上永磁体的磁力线，在导电体上产生感应电流，感应电流产生的磁场与蜗轮上永磁体产生的磁场相互作用，从而带动蜗轮或蜗杆转动，由于蜗轮轴线与蜗杆轴线在空间交错，互成90o，从而实现了空间互相垂直的两轴间运动和动力的传递。

永磁感应式蜗杆蜗轮是一种可以在空间互成90o的两轴间传递运动和动力的传动机构，蜗轮包括永磁体和蜗轮基体，蜗杆由蜗杆基体、导电体端环和导电体或导电体层组成，蜗轮基体的圆周上均匀分布着N极、S极相间的永磁体，蜗杆基体开出螺旋状槽并在内布置导电体或直接包裹导电体层，蜗轮与蜗杆间存在均匀的气隙；当动力驱动蜗轮或蜗杆旋转时，若蜗杆基体开出螺旋状槽并在内布置导电体，蜗杆上的导电体切割永磁体的磁力线，在导电体上产生感应电流，感应电流产生的磁场和永磁体产生的磁场相互作用，从而带动蜗杆或蜗轮转动；若蜗杆基体包裹导电体层，蜗杆上的导电体层切割永磁体的磁力线，在导电体层上产生感应涡流，感应涡流产生的磁场和永磁体产生的磁场相互作用，从而带动蜗杆或蜗轮转动。

所述永磁体按N极、S极相间均匀紧密地镶嵌在蜗轮基体的圆周上，永磁体可根据使用场合的不同，选择多种不同性能的材料，例如钕铁硼、稀土钴、铁氧体等，永磁体的磁路可有多种布置方式，如紧密排布、紧密拼盘式排布或Halbach排布，蜗轮上可布置若干对永磁体与蜗杆上若干螺旋状槽内的导电体进行匹配。

蜗杆基体外表面可开出不同螺距值的螺旋状槽并内置导电体或直接包裹导电体层，导电体和导电体层的材料可选择铜或铝等良导体，且蜗杆基体上可开出不同数目的螺旋状槽，螺旋槽分左旋和右旋两种，螺旋槽的螺距值大于蜗杆基体的长度L，蜗杆基体上的导电体可浇铸在螺旋状槽内，也可通过镶嵌的方式嵌入在螺旋状槽内。

在蜗杆基体的两个端面镶嵌导电体端环，用以连接螺旋状槽内导电体的两端，这样导电体即可形成封闭的感应电流回路，蜗杆基体上也可包裹导电体层，并在蜗杆基体的两个端面镶嵌导电体端环，从而提高传动性能。

本发明的优点：

本发明不仅实现了传统机械啮合式蜗杆蜗轮在空间交错的两轴间传递运动和动力的功能，而且由于无需在蜗轮上加工轮齿，只是均匀镶嵌永磁体，与传统的轮齿加工相比，无需考虑复杂的加工工艺以及加工预留尺寸等问题，蜗杆也无需加工轮齿，故大大节约了制作成本。

本发明中的蜗杆和蜗轮是通过气隙磁场相互作用实现转矩的传递，不仅解决了驱动中密封的问题，而且避免了旋转负载中的对中、减震及过载保护等问题，减少了设备的磨损，从而大大地延长了设备和零部件的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例1总体结构示意图；

图2为本发明实施例1蜗杆螺旋槽左、右旋示意图；

图3为本发明实施例1蜗杆立体示意图；

图4为本发明实施例1蜗杆基体开槽示意图；

图5为本发明实施例2总体结构示意图；

图6为本发明实施例2蜗杆立体示意图；

图7为本发明永磁体磁路布置方式；

图中，                                                -蜗轮，-蜗杆，1-永磁体，2-蜗轮基体，3-蜗杆基体，4-导电体端环，5-导电体，6-导电体层。

具体实施方式

本发明实施例1的总体结构示意图如图1、图3所示，主要包括蜗轮和蜗杆两部分，蜗轮与蜗杆间存在均匀的气隙，蜗轮包括永磁体1和蜗轮基体2，蜗杆由蜗杆基体3、导电体端环4和导电体5组成，沿着蜗轮基体2的圆周方向均匀镶嵌着N、S极相间的永磁体1，永磁体1的磁路可有多种布置方式，如紧密排布、紧密拼盘式排布或Halbach排布，蜗杆基体3的外表面需开左旋或右旋的螺旋状槽，内置导电体5，并在蜗杆基体3的两端面镶嵌导电体端环4，用以连接蜗杆表面上螺旋状槽内导电体5的两端，使导电体5可以形成封闭的感应电流回路。

实施例1工作原理：当动力驱动蜗轮或蜗杆旋转时，蜗杆上的导电体5切割永磁体1的磁力线，在导电体5上产生感应电流，感应电流产生的磁场和永磁体1产生的磁场相互作用，从而带动以导电体5为轮齿的蜗杆或以永磁体1为轮齿的蜗轮运动，从而实现空间互相垂直两轴间的运动和动力传递。

本发明实施例2的总体结构示意图如图5、图6所示，主要包括蜗轮和蜗杆两部分，蜗轮与蜗杆间存在均匀的气隙，蜗轮包括永磁体1和蜗轮基体2，蜗杆由蜗杆基体3、导电体端环4和导电体层6组成，蜗轮基体2的圆周方向均匀镶嵌着N、S极相间的永磁体1，永磁体1的磁路可有多种布置方式，如紧密排布、紧密拼盘式排布或Halbach排布，蜗杆基体3外表面布置一定厚度h的导电体层6，并在蜗杆基体3两端布置导电体端环4。

实施例2工作原理：当蜗轮或蜗杆由外部驱动带动旋转时，蜗杆上的导电体层6切割永磁体1的磁力线，在导电体层6上产生感应涡流，感应涡流产生的磁场和永磁体1产生的磁场相互作用，从而驱动以导电体层6为轮齿的蜗杆或以永磁体1为轮齿的蜗轮转动，从而实现空间互相垂直两轴间的运动和动力传递。

Claims (3)

1.一种永磁感应式蜗杆蜗轮传动装置，其特征在于：蜗杆为环面蜗杆，其上布置导电体，蜗轮上布置永磁体，当动力驱动蜗杆或蜗轮旋转时，蜗杆上的导电体切割蜗轮上永磁体的磁力线，在导电体上产生感应电流，感应电流产生的磁场与蜗轮上永磁体产生的磁场相互作用，从而带动蜗轮或蜗杆转动。

2.如权利要求1所述的一种永磁感应式蜗杆蜗轮传动装置，其特征在于：蜗轮包括永磁体和蜗轮基体，环面蜗杆由蜗杆基体、导电体端环和导电体组成，或由蜗杆基体、导电体端环和导电体层组成，蜗轮基体的圆周上均匀分布着N极、S极相间的永磁体，蜗杆基体开出螺旋状槽并在内布置导电体或在蜗杆基体直接包裹导电体层，蜗杆基体的两个端面镶嵌导电体端环，形成封闭的感应电流回路；蜗轮与蜗杆间存在均匀的气隙；蜗轮轴线与蜗杆轴线在空间交错，互成90o；当动力驱动蜗杆或蜗轮旋转时，蜗杆基体上的导电体或导电体层切割蜗轮基体上永磁体的磁力线，在导电体上产生感应电流，感应电流产生的磁场与蜗轮上永磁体产生的磁场相互作用，从而带动蜗轮或蜗杆转动；所述螺旋槽分左旋和右旋两种，螺旋槽为多线螺纹，其导程大于蜗杆基体的长度L，导电体浇铸在螺旋状槽内或通过镶嵌的方式嵌入在螺旋状槽内。

3.如权利要求2所述的一种永磁感应式蜗杆蜗轮传动装置，其特征在于：所述永磁体按N极、S极相间均匀紧密地镶嵌在蜗轮基体的圆周上，永磁体的磁路为紧密排布、紧密拼盘式排布或Halbach。