CN104129651A - 磁螺母及万向永磁传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁螺母及万向永磁传动装置，包括电动机，丝杠，螺母，轴承和轴承座，所述丝杠与电动机输出轴直接相联，轴承支承于所述丝杠的两端并与轴承座滑动配合，其特征在于：所述磁螺母与所述丝杠相对的外螺纹表面排布有凸出的多个磁极，每个磁极带有圆弧面，磁极的方向为按N、S磁极交错排布；所述丝杠的外径和电机的外径小于磁螺母的最小直径；在转弯处的丝杠两端连接有万向联轴器，可让输送台车通过弯道连续输送。

Description

磁螺母及万向永磁传动装置

技术领域

本发明涉及生产线传送和物料输送技术领域，具体涉及非接触磁力传动和螺旋传输技术，尤其用于装备制造和生产线的连续传动装置。

背景技术

用于装备制造业的机床使用的滑动丝杠和滚珠丝杠的传动，可以把圆周运动与直线运动直接相互转变，简单高效，在机床和设备上得到大量应用。但是滑动丝杠和滚珠丝杠只能做直线传动，不能有任何曲线和弯道。而用于零部件生产和装配的生产线往往是直线和弯道并存的。生产线局部区段即使全部是直线的，其连续传动的长度会大大超出丝杠的最大加工长度范围，由于滑动丝杠和滚珠丝杠传动只能在丝杠的有效部分进行传动，因此滑动丝杠和滚珠丝杠传动距离很短或长度有限，不能用于长距离连续曲线传输。直线电机技术虽然可以长距离连续曲线传输，但需要在整条线路上铺设线圈或永磁体，成本很高，技术复杂程度也较高，而且直线电机的电磁线圈磁路是开放的，对外界有电磁辐射影响，对于没有屏蔽条件的环境会对人体造成辐射影响，使应用条件受到限制。

发明内容

鉴于现有技术所存在的上述不足，本发明旨在提供一种磁螺母及万向永磁传动装置，可以无限长度的直线传动，也能用于直线与曲线并存的生产线和物料输送线。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种磁螺母1，其特征是：磁螺母1由完整的螺套分割成的部分螺套瓣3和向内突出的磁螺纹2组成，螺套瓣3上的磁螺纹2为按螺旋方向排布的永磁体或磁极，磁螺纹2中部带有凹陷的圆弧面5，磁螺纹2的对外磁极方向为按N、S磁极交错排布。

所述螺套瓣3材料为导磁材料，螺套瓣3形状可以是瓦壳形，也可以是平板形，螺套瓣3的底面为圆柱面，也可以是平面，螺套瓣3上还可根据定位需要设置等间距的定位槽4，定位槽4可以是螺旋形的沟槽，也可以是带有一定倾斜角度的斜沟槽。

所述磁螺纹2可以是螺旋形的，也可以是平板形。

所述磁螺纹2由长磁极板7和短磁板8交替排列组成，长磁极板7中部带有圆弧面5，长磁极板7的圆弧面5都高出短磁板8，，相临长磁极板7中间设置短磁板8，磁螺纹2对外磁极方向为按N、S磁极交错排布，包括以下3种结构：

A，长磁极板7为导磁性良好的材料，短磁板8为永磁体，永磁体磁极方向按相同磁极的一面相对间隔排列，即N极对N极，S极对S极；

B，长磁极板7为永磁体，短磁板8为导磁性良好的铁质材料，长磁极板7的对外磁极方向按按N、S磁极交错排布。

C，所述长磁极板7和短磁板8都是永磁体，此时长磁极板7的对外磁极方向为按N、S磁极交错排布，短磁板8的磁场方向为顺磁场方向，即沿轴向或纵向方向与相邻的永磁体所在磁场方向相同。

所述磁螺纹2和螺套瓣3外部设置保持架6，保持架6为非导磁的材料，保持架6上等间距开设倾斜的定位槽4。

所述磁螺纹2外部设置保持架6，保持架6为非导磁的材料，保持架6上等间距开设倾斜的定位槽4，保持架6内部可以设置贯通的通槽9。

一种万向永磁传动装置，包括磁螺母1、导轨10、电机11、丝杠12、轴承21和轴承座13，所述丝杠12与电机11输出轴相联，丝杠12的两端由轴承座13内的轴承20支承并与轴承座滑动配合，其特征在于：

所述丝杠由绕其圆周表面向外凸出并顺其轴线方向螺旋排布的外螺纹结构构成，所述外螺纹为单头或多头，所述丝杠为导磁性材料；

导轨10上的输送台车14设置定位支架16，定位支架16上安装导向轮15，定位支架16上固定安装所述的磁螺母1，导向轮15与导轨10将磁螺母1与丝杠12保持同轴设置，丝杠12的外径小于所述磁螺母1的内径，之间保持一定的磁力间隙；

所述电机11与所述磁螺母1之间保持一定的间距。

前述的电机11、丝杠12及两端的轴承座13和轴承21构成直线传动单元。当直线传动单元总长很短时，多个很短的直线传动单元可以顺次连接构成需要的曲线。

所述丝杠12或磁螺母1外部设置保护套。

所述的丝杠12两端由万向联轴器18连接，由转角轴座17和轴承21支承，多段丝杠由万向联轴器18沿曲线方向连接成需要的曲线。

所述电机11也可以是其它原动机和传动部件。传动部件与磁螺母在直线段和通过曲线段时不发生干涉。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

一、传动效率高。本发明的万向永磁传动装置采用永久强磁体进行无接触传动，传动副之间没有机械摩擦，几乎没有电磁阻力和涡流损耗等能量损耗，丝杠与磁螺母组成的传动副的传动效率超过99.5％，在保证推力足够的前提下，只要不滑脱，磁隙很大时仍然能保持近乎100％的传动效率，节能省电。

二、适合各种复杂曲线的传动。永磁丝杠与磁螺母之间无接触传动，允许有磁隙存在，因此既可以直线传动又可以在弯曲的曲线上传动，适合做成连续或闭合曲线的生产线、装配线、展台等。

三、成本相对较低。具有同类功能的直线电机技术需要在整条线路上铺设线圈，成本很高，技术复杂程度也较高。本发明相比直线电机技术简单，成本较低。

四、传动力均匀平稳无波动。像滚珠丝杠的螺旋传动一样，传动的力量均匀，具有良好的稳定性，不发生接触，几乎感觉不到波动，振动小，噪音低。

五、动力适应性强。本发明只要提供旋转动力就可以实现连续曲线驱动，所以除了采用电力驱动以外，还可以使用柴油机、汽油机、气动马达、液压马达等多种原动机驱动。通过齿轮、链轮、皮带轮等传动部件传输到丝杠上，进行传输。

附图说明

图1是本发明的圆弧底瓦壳式磁螺母的立体结构示意图；

图2是本发明的圆弧底磁螺纹的立体结构示意图；

图3是本发明的平底磁螺母的立体结构示意图；

图4是本发明的平底磁螺纹的立体结构示意图；

图5是敞口式保持架的立体结构示意图；

图6是本发明的带有保持架的磁螺母的立体结构示意图；

图7是本发明的带有长磁极板的平面式磁螺母的立体结构示意图；

图8是本发明的短磁极的立体结构示意图；

图9是与螺套瓣连为一体的保持架的立体结构示意图；

图10是本发明的带有一体式保持架的磁螺母的立体结构示意图；

图11是可连续直线传动的螺旋传动装置的立体结构示意图；

图12是图11的剖示图；

图13是曲线螺旋传动装置弯道处的立体结构示意图；

图14是图13的局部剖示放大图。

图中，1-磁螺母，2-磁螺纹，3-螺套瓣，4-定位槽，5-凹圆弧面，6-保持架，7-长磁极板，8-短磁极，9-通槽，10-导轨，11-电机，12-轴承座，13-丝杠，14-台车，15-导向轮，16-定位支架，17-转角轴座，18-万向联轴器，19-十字轴，20-铰接轴，21-轴承

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步详细介绍。

本发明的磁螺母1主要包括磁螺纹2和螺套瓣3，如图1至图4所示，所述螺套瓣3材料为导磁材料，螺套瓣3形状可以是瓦壳形，也可以是平板形，螺套瓣3的底面为圆柱面，也可以是平面的。螺套瓣3上设置磁螺纹2，磁螺纹2截面可以是矩形，也可以是梯形，本实施例以矩形截面为例更简便。磁螺纹2形状可以是螺旋形的，也可以更为简单的做成平板形的，如图4所示，磁螺纹2的中部带有凹陷的圆弧面5，如圆柱面。磁螺纹2的对外磁极方向为按N、S磁极交错排布。为保持一定等分距离，螺套瓣3上设置等距的定位槽4，定位槽4可以是螺旋形的沟槽，也可以是带有一定倾斜角度的斜沟槽，定位槽4与螺套瓣3的纵向成一定倾斜角度A，0＜A＜90，磁螺纹2固定在定位槽4内保持等间距排列。

如图5和图6所示，永磁体1的外部可以设置保持架6，保持架6为非导磁的材料，如铝、不锈钢、非金属材料，上面等间距开设倾斜的定位槽4。磁螺纹2安装并固定在定位槽4内保持等间距排列。保持架6的中部也可以带有圆弧面5，与磁螺纹2的圆弧面5最好吻合，以保持整齐。保持架6底部开口一侧套在铁质螺套瓣3和磁螺纹2外部。有了保持架6的定位，螺套瓣3上也可以不必设置定位槽4了。

如图7所示，磁螺纹2由长磁极板7短磁板8交替排列组成。短磁板8为永磁体，磁极方向可以按磁极方向相同的一面相对间隔排列，即N极对N极，S极对S极，顺次排列，相临短磁板8中间设置导磁性良好的长磁极板7，长磁极板7中部带有圆弧面5，如图4所示的形状，这样制作更简便。长磁极板7的凹陷弧面都高出短磁板8，形成的对外磁极为按N、S磁极交错排布的磁极。

如图8所示，更为简单的，前述的较低位置的短磁板8可以是平板形状的，两端小平面可以是斜面，让整体两端平齐。

如图9所示，短磁板8和长磁极板7的外部可以安装保持架6，保持架6中部带有圆弧面5，保持架6为非导磁的材料，保持架6内等间距设置定位槽4，中部可以设置贯通的通槽9。这种保持架相当于把前述的保持架6和螺套瓣3做成一个整体结构。

如图10所示，定位槽4内安装长磁极板7，长磁极板7和保持架6的圆弧面5吻合。通槽9内间隔长磁极板7安装短磁板8。短磁板8的磁场通过长磁极板7导向外部，对外形成磁极方向按N、S磁极交错排布的磁极。

如图7所示，前述的短磁板8与长磁极板7的材质互换，长磁极板7为永磁体，短磁板8为导磁性良好的铁质材料。长磁极板7的凹陷弧面都高出短磁板8，此时长磁极板7的对外磁极方向为按N、S磁极交错排布。磁螺纹2的对外磁极也为按N、S磁极交错排布的磁极。

如图7所示，前述的短磁板8和长磁极板7都是永磁体，此时长磁极板7的对外磁极方向为按N、S磁极交错排布，短磁板8的磁场方向为顺磁场方向，即沿轴向或纵向方向与相邻的永磁体所在磁场方向相同。

现举例说明本发明在连续生产线中的典型应用：

在实际生产线中往往要求输送物料的台车即可以沿直线行驶，也可以转弯通过弯道后继续沿直线行驶，也会根据动作需要而沿空间曲线输送。本发明的永磁螺旋传动装置可以通过无接触的螺旋传动实现这样的功能。现列举典型的实施例进行说明。

实施例1：直线传动

如图11和图12所示，本发明所述的万向永磁传动装置，主要包括磁螺母1、导轨10、电机11、丝杠12、轴承座13和轴承20，所述丝杠12与电机11的输出轴相联，固定在轴承座13上，丝杠12的两端由和轴承座13内的轴承20支承并可以灵活转动。

所述丝杠12由绕其圆周表面向外凸出并顺其轴线方向螺旋排布的外螺纹结构构成，丝杠12为单头或多头，头数最好为偶数，丝杠12材料为导磁性材料。丝杠12的的螺纹部分截面可以是矩形截面，也可以是梯形截面，也可以是其他截面。

丝杠12的外部对称设置2个前述的磁螺母1，所述磁螺母1内部为与所述丝杠12相对的外螺纹表面相对排布的向内凸出的永磁体，磁极的方向为对外磁极方向按N、S磁极交错排布。

如图12所示，磁螺母1的磁螺纹2中部的凹陷的圆柱面5与丝杠12的外螺纹同轴，丝杠12外螺纹的外径小于磁螺纹2中部圆柱面5的直径，之间保持一定的磁力间隙。

所述电机11与所述磁螺母1之间也需保持一定的间距，以免发生干涉。

工作原理：由于丝杠12外螺纹和磁螺母1的磁螺纹2之间相互吸引的磁力很大，很难发生相对偏移，其中一条螺旋线会沿着另一条螺旋线移动，当丝杠12的外螺纹旋转时，磁螺母1就会沿着导轨限定的方向运动，实现无接触的螺旋传动。2个磁螺母1对称分布在丝杠12的两侧可以抵消掉径向吸力，而只有轴向推力。

实施例中导轨10截面为工字形，顶部为T字形，输送台车14两侧底部设置定位支架16，定位支架16上安装导向轮15，定位支架16上固定安装磁螺母1，导向轮15分为竖直导向轮和水平导向轮将输送台车14定位在导轨10上，并使磁螺母1与丝杠12保持同轴设置，可沿导轨10灵活滑动。

电机11旋转带动丝杠12转动，通过丝杠12与磁螺母1之间的磁力将输送台车14沿导轨10的纵向推动，当磁螺母1超越丝杠12后，磁螺母1继续越过轴承座13、电机11，由于磁螺母1的长度大于轴承座13、电机11的总长度，磁螺母1会始终与前面及后面的丝杠12保持磁力传动，从而继续传动到下一段丝杠12上，继续按前述方式螺旋传动，从而实现物料的连续直线输送。

上述永磁螺旋传动装置，由于磁力传动部分相对面积很大，磁力巨大，传动时转子和定子之间没有接触，因而没有摩擦产生，也不产生高频电磁损耗，传动效率接近100％。

丝杠12和磁螺母1同轴设置，实际应用也可能偏心，也可能互成角度。这主要是由装配误差或转弯时造成的。

实施例2：曲线传动

前述的电机11、丝杠12及两端的轴承座13和轴承21构成直线传动单元。当直线传动单元很短时，多个很短的直线传动单元可以顺次连接构成需要的曲线，按前述方式可以实现曲线传输。每段线段都可以单独控制，实现不同的速度和动作。

本发明还提供一种同步曲线传动结构。

如图13所示，当导轨10为弯道时，而且在弯道不需要复杂的动作控制时，可在相临的丝杠12两端设置万向联轴器18。多个长度较短的丝杠12被万向联轴器18连接成连续线段，构成连续曲线。

如图14所示，相临的丝杠12由转角轴座17连接，转角轴座17的内部安装轴承21，丝杠12的两端由相临的转角轴座17内的轴承21支撑，可以灵活转动。在相临的丝杠12之间设置万向联轴器18，每个万向联轴器18由十字轴19和两个铰接轴20组成。万向联轴器18也可以是其他类型的柔性联轴器，种类很多不再赘述。

曲线传动的螺旋传动装置的丝杠12的外径要比直线传动的丝杠12的外径要小，使丝杠1与磁螺母1之间存在间隙更大，在转弯过程中不会发生干涉碰撞，以便顺畅通过弯道。

所述丝杠12或磁螺母1外部设置保护套，如丝杠外部包裹不锈钢圆柱套筒，即可防尘防碰，又可防止腐蚀性介质侵蚀，可用于有防腐要求的环境场所。

所述电机11也可以是其它原动机和传动部件，例如用锥齿轮将外部动力传入丝杠12转动，或者由链条将外部动力传入带动丝杠12转动。传动机构应与磁螺母1在直线段和通过曲线段时不发生干涉。

上述两种实施例组合实施可形成各种立体空间曲线传动系统，与现有其他传动系统互为补充。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁螺母1，其特征是：磁螺母1由完整的螺套分割成的部分螺套瓣3和向内突出的磁螺纹2组成，螺套瓣3上的磁螺纹2为按螺旋方向排布的永磁体或磁极，磁螺纹2中部带有凹陷的圆弧面5，磁螺纹2的对外磁极方向为按N、S磁极交错排布。

2.根据根据权利要求1所述的磁螺母1，其特征是：所述螺套瓣3材料为导磁材料，螺套瓣3形状可以是瓦壳形，也可以是平板形，螺套瓣3的底面为圆柱面，也可以是平面，螺套瓣3上还可根据定位需要设置等间距的定位槽4，定位槽4可以是螺旋形的沟槽，也可以是带有一定倾斜角度的斜沟槽。

3.根据根据权利要求1所述的磁螺母1，其特征是：所述磁螺纹2可以是螺旋形的，也可以是平板形。

4.根据根据权利要求1所述的磁螺母1，其特征是：所述磁螺纹2由长磁极板7和短磁板8交替排列组成，长磁极板7中部带有圆弧面5，长磁极板7的圆弧面5都高出短磁板8，，相临长磁极板7中间设置短磁板8，磁螺纹2对外磁极方向为按N、S磁极交错排布，包括以下3种结构：

A，长磁极板7为导磁性良好的材料，短磁板8为永磁体，永磁体磁极方向按相同磁极的一面相对间隔排列，即N极对N极，S极对S极；

B，长磁极板7为永磁体，短磁板8为导磁性良好的铁质材料，长磁极板7的对外磁极方向按按N、S磁极交错排布。

C，所述长磁极板7和短磁板8都是永磁体，此时长磁极板7的对外磁极方向为按N、S磁极交错排布，短磁板8的磁场方向为顺磁场方向，即沿轴向或纵向方向与相邻的永磁体所在磁场方向相同。

5.根据根据权利要求1或2所述的磁螺母1，其特征是：所述磁螺纹2和螺套瓣3外部设置保持架6，保持架6为非导磁的材料，保持架6上等间距开设倾斜的定位槽4。

6.根据根据权利要求1或4所述的磁螺母1，其特征是：所述磁螺纹2外部设置保持架6，保持架6为非导磁的材料，保持架6上等间距开设倾斜的定位槽4，保持架6内部可以设置贯通的通槽9。

7.一种万向永磁传动装置，包括磁螺母1、导轨10、电机11、丝杠12、轴承21和轴承座13，所述丝杠12与电机11输出轴相联，丝杠12的两端由轴承座13内的轴承20支承并与轴承座滑动配合，其特征在于：

所述丝杠由绕其圆周表面向外凸出并顺其轴线方向螺旋排布的外螺纹结构构成，所述外螺纹为单头或多头，所述丝杠为导磁性材料；

导轨10上的输送台车14设置定位支架16，定位支架16上安装导向轮15，定位支架16上固定安装所述的磁螺母1，导向轮15与导轨10将磁螺母1与丝杠12保持同轴设置，丝杠12的外径小于所述磁螺母1的内径，之间保持一定的磁力间隙；

所述电机11与所述磁螺母1之间保持一定的间距。

8.根据权利要求7所述的万向永磁传动装置，其特征在于：所述丝杠12或磁螺母1外部设置保护套。

9.根据权利要求7或8所述的万向永磁传动装置，其特征在于：所述的丝杠12两端由万向联轴器18连接，由转角轴座17和轴承21支承，多段丝杠由万向联轴器18沿曲线方向连接成需要的曲线。

10.根据权利要求7或8或9所述的万向永磁传动装置，其特征在于：所述电机11也可以是其它原动机和传动部件。