CN105071632A - 基于电励磁的磁阻式磁力丝杠 - Google Patents

Abstract

基于电励磁的磁阻式磁力丝杠，属于机电传动领域。目的是为解决现有永磁式磁力丝杠输出力不可调节，轻载场合系统成本较高问题。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，动子轴设置在机壳内，且二者同轴设置，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轻载场合，具有可靠性高，稳定性好，成本低的特点。

Description

基于电励磁的磁阻式磁力丝杠

技术领域

本发明涉及一种基于电励磁的感磁阻式磁力丝杠，属于机电传3R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。而且永磁式磁力丝杠主要采用永磁体进行励磁，材料成本较高，在负载较轻的场合，系统所需成本较高。因此，如何降低轻载场合磁力丝杠的成本，并实现磁力丝杠的输出力可调，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，轻载场合系统成本较高的问题，提供了一种基于电励磁的磁阻式磁力丝杠。

本发明为实现上述目的，采取的技术方案如下：

基于电励磁的磁阻式磁力丝杠，包括转子部件和动子部件；所述转子部件包括机壳，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轻载场合，譬如流水线上的直线往复运动机构；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由于没有采用永磁体材料，成本较永磁式磁力丝杠下降很多，成本较同等性能且尺寸相当的磁力丝杠减少50%-60%。

附图说明

图1是本发明的基于电励磁的磁阻式磁力丝杠的结构示意图；

图2是机壳及其在内圆表面设置有方形螺纹的结构示意图；

图3是动子轴及其在动子轴中段的外圆表面设置有方形螺纹的结构示意图。

图中：机壳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。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1~图3所示，基于电励磁的磁阻式磁力丝杠，包括转子部件和动子部件；所述转子部件包括机壳1，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。机壳1采用钢质材料制成，具有强度好的特点。

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的前伸出轴2-1和后伸出轴2-5分别与直线轴承配合，为动子部件的直线运动提供支撑。

具体实施方式二：如图1~图3所示，具体实施方式一所述基于电励磁的磁阻式磁力丝杠，所述机壳1的内圆表面以及动子轴中段2-3的外圆表面分别沿轴向设置有方形螺纹8，设置在机壳1的内圆表面的方形螺纹8与设置在动子轴中段2-3的外圆表面的方形螺纹8之间留有所述气隙7。机壳1的内圆表面以及动子轴中段2-3的外圆表面分别沿轴向设置有方形螺纹8，不仅方便加工，更重要的是在前、后磁绕组通电状态下，能产生矩形波交替磁场，并且吸引力大，保证螺杆和螺母实时同步运行。

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电励磁的磁阻式磁力丝杠，所述设置在机壳1的内圆表面的方形螺纹8的轴向宽度等于螺距的一半。这样可以使气隙磁场中的交变分量正负半周对称，形成稳定的推力。

具体实施方式四：如图1~图3所示，具体实施方式二所述基于电励磁的磁阻式磁力丝杠，设置在动子轴中段2-3的外圆表面的方形螺纹8的螺距等于设置在机壳1的内圆表面的方形螺纹8的螺距，设置在动子轴中段2-3的外圆表面的方形螺纹8的轴向宽度等于设置在机壳1的内圆表面的方形螺纹8的螺距的二分之一。可使机壳1内圆表面的方形螺纹8与动子轴中段2-3的外圆表面的方形螺纹8对应，保证动、转子的同步运行。

工作原理：

如图1~图3所示，动子轴2、前励磁绕组5和后励磁绕组6组合后相当于螺杆，在气隙7中产生单极性感应子磁场。在前励磁绕组5和后励磁绕组6通电产生感应子磁场的作用下，相当于螺母的机壳1和螺杆之间将产生磁性转矩和磁性力，其本质是磁阻转矩和磁阻力。当螺母转动一周，螺杆将沿运动方向移动一个转子螺距。与永磁式结构不同的是，该磁力丝杠的励磁源是可调节的，动子轴2的两端增加了两个励磁绕组，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。

由于本发明的基于电励磁的磁阻式磁力丝杠只采用电励磁，且为单边励磁，能够输出的力密度要远小于永磁式磁力丝杠的输出力密度，因此主要适用于轻载场合。

Claims (4)

1.一种基于电励磁的磁阻式磁力丝杠，包括转子部件和动子部件；所述转子部件包括机壳（1），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所述基于电励磁的磁阻式磁力丝杠，其特征是：所述机壳（1）的内圆表面以及动子轴中段（2-3）的外圆表面分别沿轴向设置有方形螺纹（8），设置在机壳（1）的内圆表面的方形螺纹（8）与设置在动子轴中段（2-3）的外圆表面的方形螺纹（8）之间留有所述气隙（7）。

3.根据权利要求2所述基于电励磁的磁阻式磁力丝杠，其特征是：所述设置在机壳（1）的内圆表面的方形螺纹（8）的轴向宽度等于螺距的一半。

4.根据权利要求2所述基于电励磁的磁阻式磁力丝杠，其特征在于，设置在动子轴中段（2-3）的外圆表面的方形螺纹（8）的螺距等于设置在机壳（1）的内圆表面的方形螺纹（8）的螺距，设置在动子轴中段（2-3）的外圆表面的方形螺纹（8）的轴向宽度等于设置在机壳（1）的内圆表面的方形螺纹（8）的螺距的二分之一。