CN105006950A - 基于永磁体励磁和电励磁的感应子式磁力丝杠 - Google Patents

Abstract

基于永磁体励磁和电励磁的感应子式磁力丝杠，属于机电传动领域。目的是为了解决现有永磁式磁力丝杠输出力不可调节，系统稳定性不高，限制了其应用场合的问题。两个螺旋型永磁体嵌入机壳内表面上的两条转子永磁体螺纹内，动子轴设置在机壳内，动子轴的前、后伸出轴均伸出机壳的外部，前励磁绕组支撑架固定在动子轴的前过渡轴上，后励磁绕组支撑架固定在动子轴的后过渡轴上，前励磁绕组支撑架与动子轴的前过渡轴围成的半封闭区域中设置前励磁绕组，后励磁绕组支撑架与动子轴的后过渡轴围成的半封闭区域中设置后励磁绕组，机壳与动子轴中段之间留有气隙。本发明用于负载发生波动的场合，能够保证系统的稳定性，可靠性高。

Description

基于永磁体励磁和电励磁的感应子式磁力丝杠

技术领域

本发明涉及一种基于永磁体励磁和电励磁的感应子式磁力丝杠，属于机电传动领域。

背景技术

传统磁力丝杠依靠运动部件之间的机械接触进行力的传递，长时间工作情况下，丝杠的运动精度和可靠性会下降。针对传统机械丝杠存在的问题，近年来国内外学者提出了磁力丝杠作为其替代方案。磁力丝杠的螺母和螺杆间依靠磁性力进行力的传递，能实现无接触传递。目前磁力丝杠的种类主要有感应式、磁阻式和永磁式三种。三种结构的磁力丝杠中，感应式和磁阻式结构的磁力丝杠力密度特别小；永磁式磁力丝杠的力密度最大，其力密度比直线电机的力密度高一个数量级。虽然永磁式磁力丝杠的力密度较大，但在螺母和螺杆相对位置一定的情况下，其输出力密度是不可变化的，若负载发生波动，螺母和螺杆间的相对位置会发生变化，对系统的稳定运行极为不利，限制了其应用场合。因此，如何实现磁力丝杠的输出力可调，提高系统的稳定性是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有永磁式磁力丝杠输出力不可调节，系统稳定性不高，限制了其应用场合的问题，提供了一种基于永磁体励磁和电励磁的感应子式磁力丝杠。

本发明为实现上述目的，采取的技术方案如下：

基于永磁体励磁和电励磁的感应子式磁力丝杠，包括转子部件和动子部件；所述转子部件包括机壳、第一转子螺旋型永磁体和第二转子螺旋型永磁体，所述机壳为圆筒形状；所述动子部件包括动子轴、前励磁绕组支撑架、后励磁绕组支撑架、前励磁绕组及后励磁绕组；所述第一转子螺旋型永磁体和第二转子螺旋型永磁体的充磁方向为径向充磁，且充磁方向相反；机壳的内圆表面沿轴向同步设置有两条转子永磁体螺纹，所述第一转子螺旋型永磁体嵌入其中任意一条转子永磁体螺纹内，所述第二转子螺旋型永磁体嵌入余下一条转子永磁体螺纹内；

所述动子轴由前至后依次由制成一体的前伸出轴、前过渡轴、动子轴中段、后过渡轴和后伸出轴构成，所述前过渡轴和后过渡轴直径相等，所述前伸出轴和后伸出轴直径相等，前伸出轴、前过渡轴及动子轴中段直径依次递增，动子轴设置在机壳内，且动子轴与机壳同轴设置，动子轴的前伸出轴和后伸出轴均伸出机壳的外部，所述前励磁绕组支撑架固定在动子轴的前过渡轴上，所述后励磁绕组支撑架固定在动子轴的后过渡轴上，前励磁绕组支撑架与动子轴的前过渡轴围成的半封闭区域中设置前励磁绕组，后励磁绕组支撑架与动子轴的后过渡轴围成的半封闭区域中设置后励磁绕组，机壳与动子轴中段之间留有气隙。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

1、本发明的基于电励磁的磁阻式磁力丝杠的转子部件和动子部件没有机械接触，系统的可靠性高。

2、电励磁绕组能够对气隙磁场进行调节，所述磁力丝杠的可输出推力能够得到控制，因此，本发明可适用于负载发生波动的场合，譬如直线交通运输领域，能够保证系统的速度和位置的稳定。

3、本发明的基于电励磁的磁阻式磁力丝杠动子上不采用永磁体励磁，其成本较同等性能且尺寸相当的永磁式磁力丝杠下降20-30%。

附图说明

图1是本发明的基于永磁体励磁和电励磁的的感应子式磁力丝杠的主剖视结构示意图；

图2是机壳及在其内圆表面设置有第一转子螺旋型永磁体和第二转子螺旋型永磁体的主剖面结构图；

图3是动子轴及在其外圆表面设置有方形螺纹的示意图。

图中：机壳1、转子永磁体螺纹1-1、动子轴2、前伸出轴2-1、前过渡轴2-2、动子轴中段2-3、后过渡轴2-4、后伸出轴2-5、前励磁绕组支撑架3、后励磁绕组支撑架4、前励磁绕组5、后励磁绕组6、气隙7、方形螺纹8、第一转子螺旋型永磁体9、第二转子螺旋型永磁体10。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1~图3所示，基于永磁体励磁和电励磁的感应子式磁力丝杠，包括转子部件和动子部件；所述转子部件包括机壳1、第一转子螺旋型永磁体9和第二转子螺旋型永磁体10，所述机壳1为圆筒形状；所述动子部件包括动子轴2、前励磁绕组支撑架3、后励磁绕组支撑架4、前励磁绕组5及后励磁绕组6；所述第一转子螺旋型永磁体9和第二转子螺旋型永磁体10的充磁方向为径向充磁，且充磁方向相反；机壳1的内圆表面沿轴向同步设置有两条转子永磁体螺纹1-1，所述第一转子螺旋型永磁体9嵌入其中任意一条转子永磁体螺纹1-1内，所述第二转子螺旋型永磁体10嵌入余下一条转子永磁体螺纹1-1内；

所述动子轴2由前至后依次由制成一体的前伸出轴2-1、前过渡轴2-2、动子轴中段2-3、后过渡轴2-4和后伸出轴2-5构成，所述前过渡轴2-2和后过渡轴2-4直径相等，所述前伸出轴2-1和后伸出轴2-5直径相等，前伸出轴2-1、前过渡轴2-2及动子轴中段2-3直径依次递增，动子轴2设置在机壳1内，且动子轴2与机壳1同轴设置，动子轴2的前伸出轴2-1和后伸出轴2-5均伸出机壳1的外部，所述前励磁绕组支撑架3固定在动子轴2的前过渡轴2-2上，所述后励磁绕组支撑架4固定在动子轴2的后过渡轴2-4上，前励磁绕组支撑架3与动子轴2的前过渡轴2-2围成的半封闭区域中设置前励磁绕组5，后励磁绕组支撑架4与动子轴2的后过渡轴2-4围成的半封闭区域中设置后励磁绕组6，机壳1与动子轴中段2-3之间留有气隙7。

所述机壳1采用钢质材料制成，具有整体强度高的特点。

本实施方式的转子部件通过机壳1与旋转轴承配合，为转子部件的旋转运动提供支撑。

本实施方式的动子部件通过动子轴2两端与直线轴承配合，为动子部件的直线运动提供支撑。

具体实施方式二：如图1所示，具体实施方式一所述基于永磁体励磁和电励磁的感应子式磁力丝杠，所述第一转子螺旋型永磁体9和第二转子螺旋型永磁体10的轴向宽度和螺距均相等，且旋向相同。保证两个磁极的磁场在空间的均匀分布。

具体实施方式三：如图1和图2所示，具体实施方式二所述基于永磁体励磁和电励磁的感应子式磁力丝杠，所述两条转子永磁体螺纹1-1的深度和螺距均相等，其螺距等于第一转子螺旋型永磁体9或第二转子螺旋型永磁体10的螺距，且两条转子永磁体螺纹1-1的深度等于第一转子螺旋型永磁体9或第二转子螺旋型永磁体10的径向厚度。保证第一转子螺旋型永磁体9和第二转子螺旋型永磁体10能够安装在转子上。

具体实施方式四：如图1和图3所示，具体实施方式三所述基于永磁体励磁和电励磁的感应子式磁力丝杠，所述动子轴中段2-3的外圆表面沿轴向设置有方形螺纹8，所述方形螺纹8的螺距等于其中任意一条转子永磁体螺纹1-1螺距的二倍，方形螺纹8的轴向宽度等于其中任意一条转子永磁体螺纹1-1的螺距。保证电励磁所形成的感应子磁场和永磁体磁场的极距相等。

具体实施方式五：如图1和图2所示，具体实施方式四所述基于永磁体励磁和电励磁的感应子式磁力丝杠，嵌入机壳1的内圆表面的其中任意一条转子永磁体螺纹1-1内的第一转子螺旋型永磁体9以及嵌入机壳1的内圆表面的余下一条转子永磁体螺纹1-1内的第二转子螺旋型永磁体10与设置在机壳1的内圆表面的方形螺纹8之间均留有所述气隙7。动子和转子间没有机械接触，保证系统的精度。

具体实施方式六：如图1和图2所示，具体实施方式一所述基于永磁体励磁和电励磁的感应子式磁力丝杠，所述第一转子螺旋型永磁体9和第二转子螺旋型永磁体10均采用钕铁硼或钐钴材质制成。稀土永磁材料能够形成幅值较高的气隙磁场，提高输出力密度。

工作原理：

如图1~图3所示，机壳1及其内圆表面设置的第一转子螺旋型永磁体9和第二转子螺旋型永磁体10相当于螺母，产生永磁磁场；动子轴2、前励磁绕组5和后励磁绕组6组合相当于螺杆，在气隙7中产生单极性感应子磁场。

在永磁磁场（由永磁螺母产生）和感应子磁场（由前、后励磁绕组通电产生）的相互作用下，螺母和螺杆之间将产生磁性转矩和磁性力，当螺母转动一周，螺杆将沿运动方向移动一个转子螺距（两个动子螺距）。与以往结构不同的是，该磁力丝杠的动子增加了励磁绕组。也就是说，为了使电磁力可控，在永磁体磁势源的基础上增设了电励磁磁势源，使得该磁力丝杠的磁动势可控（增磁或去磁），从而实现了对磁力丝杠气隙磁场的调节；在负载波动时，通过对励磁电流进行合理控制，能够保证螺杆与螺母的实时同步运行。同时，为了减小电励磁回路的磁阻，在传统永磁式磁力丝杠中的表贴式磁极之间增加了螺旋状的齿结构，从而提高电励磁部分对磁力丝杠输出推力的调节能力。在该结构的磁力丝杠中，电励磁绕组产生的磁通在动子轴表面的方形螺纹和第一转子螺旋型永磁体9及第二转子螺旋型永磁体10所对应的磁阻不同，方形螺纹所对应的磁阻比机壳1的内圆表面沿轴向同步设有的两条转子永磁体螺纹1-1所对应的磁阻要小，故方形螺纹所对应的气隙7磁密要大于所述两条转子永磁体螺纹1-1所对应的气隙磁密，则气隙磁场可看作是一恒定磁场和一交变磁场所叠加形成的单极性磁场。

Claims (6)

1.一种基于永磁体励磁和电励磁的感应子式磁力丝杠，包括转子部件和动子部件；所述转子部件包括机壳（1）、第一转子螺旋型永磁体（9）和第二转子螺旋型永磁体（10），所述机壳（1）为圆筒形状；所述动子部件包括动子轴（2）、前励磁绕组支撑架（3）、后励磁绕组支撑架（4）、前励磁绕组（5）及后励磁绕组（6）；其特征是：所述第一转子螺旋型永磁体（9）和第二转子螺旋型永磁体（10）的充磁方向为径向充磁，且充磁方向相反；机壳（1）的内圆表面沿轴向同步设置有两条转子永磁体螺纹（1-1），所述第一转子螺旋型永磁体（9）嵌入其中任意一条转子永磁体螺纹（1-1）内，所述第二转子螺旋型永磁体（10）嵌入余下一条转子永磁体螺纹（1-1）内；

所述动子轴（2）由前至后依次由制成一体的前伸出轴（2-1）、前过渡轴（2-2）、动子轴中段（2-3）、后过渡轴（2-4）和后伸出轴（2-5）构成，所述前过渡轴（2-2）和后过渡轴（2-4）直径相等，所述前伸出轴（2-1）和后伸出轴（2-5）直径相等，前伸出轴（2-1）、前过渡轴（2-2）及动子轴中段（2-3）直径依次递增，动子轴（2）设置在机壳（1）内，且动子轴（2）与机壳（1）同轴设置，动子轴（2）的前伸出轴（2-1）和后伸出轴（2-5）均伸出机壳（1）的外部，所述前励磁绕组支撑架（3）固定在动子轴（2）的前过渡轴（2-2）上，所述后励磁绕组支撑架（4）固定在动子轴（2）的后过渡轴（2-4）上，前励磁绕组支撑架（3）与动子轴（2）的前过渡轴（2-2）围成的半封闭区域中设置前励磁绕组（5），后励磁绕组支撑架（4）与动子轴（2）的后过渡轴（2-4）围成的半封闭区域中设置后励磁绕组（6），机壳（1）与动子轴中段（2-3）之间留有气隙（7）。

2.根据权利要求1、2或3所述基于永磁体励磁和电励磁的感应子式磁力丝杠，其特征是：所述第一转子螺旋型永磁体（9）和第二转子螺旋型永磁体（10）的轴向宽度和螺距均相等，且旋向相同。

3.根据权利要求2所述基于永磁体励磁和电励磁的感应子式磁力丝杠，其特征是：所述两条转子永磁体螺纹（1-1）的深度和螺距均相等，其螺距等于第一转子螺旋型永磁体（9）或第二转子螺旋型永磁体（10）的螺距，且两条转子永磁体螺纹（1-1）的深度等于第一转子螺旋型永磁体（9）或第二转子螺旋型永磁体（10）的径向厚度。

4.根据权利要求3所述基于永磁体励磁和电励磁的感应子式磁力丝杠，其特征是：所述动子轴中段（2-3）的外圆表面沿轴向设置有方形螺纹（8），所述方形螺纹（8）的螺距等于其中任意一条转子永磁体螺纹（1-1）螺距的二倍，方形螺纹（8）的轴向宽度等于其中任意一条转子永磁体螺纹（1-1）的螺距。

5.根据权利要求4所述基于永磁体励磁和电励磁的感应子式磁力丝杠，其特征是：嵌入机壳（1）的内圆表面的其中任意一条转子永磁体螺纹（1-1）内的第一转子螺旋型永磁体（9）以及嵌入机壳（1）的内圆表面的余下一条转子永磁体螺纹（1-1）内的第二转子螺旋型永磁体（10）与设置在机壳（1）的内圆表面的方形螺纹（8）之间均留有所述气隙（7）。

6.根据权利要求1所述基于永磁体励磁和电励磁的感应子式磁力丝杠，其特征是：所述第一转子螺旋型永磁体（9）和第二转子螺旋型永磁体（10）均采用钕铁硼或钐钴材质制成。