CN111277074A - 一种永磁体式磁力丝杆 - Google Patents

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Abstract

本发明提出永磁体式磁力丝杆，包括：转子，为圆筒结构，包括转子铁芯；转子铁轭，设置在转子内表面，转子铁轭的螺旋匝之间设置有空隙；转子永磁体，固定在转子铁轭的螺旋匝之间的空隙内，转子永磁体由螺旋形分段永磁体拼接而成；动子，为圆柱结构，套设于转子内同轴放置，并与转子之间设有空隙，包括：动子铁芯；动子铁轭，动子铁轭设置在动子外表面，动子铁轭的螺旋匝之间设置有空隙；动子永磁体，固定在动子铁轭的螺旋匝之间的空隙内，由螺旋形分段永磁体拼接而成。本发明提供的永磁体式磁力丝杆，减少了磁性材料的用量，采用铁轭和永磁体交错的设计使得磁力丝杆的加工和安装更简洁高效，简化了永磁体的安装流程，增强了永磁体的稳定性。

Description

一种永磁体式磁力丝杆
技术领域
本发明涉及机械传动技术领域，特别涉及一种永磁体式磁力丝杆。
背景技术
传统上，将直线运动与旋转运动相互转化可借助机械丝杆实现，机械丝杆的丝杆和螺母之间大多通过滚珠来进行力的传递，这其中存在机械摩擦力，当机械丝杆突然承受较大的力时，容易造成丝杆结构的损坏。磁力丝杆通过磁场耦合，也能够实现直线运动和旋转运动之间的转换，且具有推力密度大、过载自动保护、机械磨损小等优点。传统的磁力丝杆多采用双螺旋磁极结构，磁性材料用量很大，尤其是在长行程的应用中。磁力丝杆的特点决定了其中一部分永磁体会经常处于非工作状态，这无疑降低了磁力丝杆的推力密度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种永磁体式磁力丝杆，以解决传统磁力丝杠材料用量大及装配结构复杂的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提出一种永磁体式磁力丝杆，包括：转子，为圆筒结构，包括：转子铁芯；转子铁轭，所述转子铁轭为螺旋形并设置在所述转子内表面，所述转子铁轭的螺旋匝之间设置有空隙；转子永磁体，粘接在所述转子内表面，并固定在所述转子铁轭的螺旋匝之间的空隙内，构成转子永磁体-转子铁轭双螺旋结构，所述转子永磁体由螺旋形分段永磁体拼接而成，分段永磁体平行充磁，充磁方式由内径面指向外径面；动子，为圆柱结构，套设于所述转子内同轴放置，并与所述转子之间设有空隙，包括：动子铁芯；动子铁轭，所述动子铁轭为螺旋形并设置在所述动子外表面，所述动子铁轭的螺旋匝之间设置有空隙；动子永磁体，粘接在所述动子外表面，并固定在所述动子铁轭的螺旋匝之间的空隙内，构成动子永磁体-动子铁轭双螺旋结构，所述动子永磁体由螺旋形分段永磁体拼接而成，分段永磁体平行充磁，充磁方式由内径面指向外径面。
进一步地，所述转子铁轭和所述动子铁轭螺旋方向相同，螺距相同。
进一步地，所述转子永磁体和所述动子永磁体螺旋方向相同，导程相同。
进一步地，所述转子永磁体的内表面极性和所述动子永磁体的外表面的极性相反，在平衡位置，所述转子永磁体的螺旋径面与所述动子永磁体的螺旋径面对应。
进一步地，所述动子铁轭由分段螺旋的铁轭块拼接于所述动子外表面或者与所述动子铁芯呈一体式结构。
进一步地，所述转子铁轭由分段螺旋的铁轭块拼接所述转子内表面或者与所述转子铁芯呈一体式结构。
进一步地，所述转子永磁体由每段永磁体弧度为45度的螺旋形分段永磁体拼接而成，每匝所述转子永磁体由八片分段永磁体拼接而成。
进一步地，所述动子永磁体由每段永磁体弧度为45度的螺旋形分段永磁体拼接而成，每匝所述动子永磁体由八片分段永磁体拼接而成。
进一步地，所述动子永磁体和所述转子永磁体的磁性材料为钕铁硼混合物。
本发明提供的永磁体式磁力丝杆，减少了磁性材料的用量，并具有传统磁力丝杆自动过载保护、摩擦损耗小、可靠性高等优点。本发明提供的永磁体式磁力丝杆可以将大推力、低线速度的直线运动转换为低转矩、高转速的旋转运动。此外，本发明提供的永磁体式磁力丝杠在结构上采用铁轭和永磁体交错的设计使得磁力丝杆的加工和安装更简洁高效，并简化了永磁体的安装流程，增强了永磁体的稳定性。永磁体部件采用钕铁硼材料加工制作，剩磁大，矫顽力大，所以本发明提供的永磁体式磁力丝杆不易发生退磁。
附图说明
下面结合附图对发明作进一步说明：
图1为本发明实施例提供的永磁体式磁力丝杆的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的永磁体式磁力丝杆的剖面结构示意图；
图3为本发明实施例提供的动子单片永磁体的侧视结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的永磁体式磁力丝杆作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，本发明提供的永磁体式磁力丝杆，减少了磁性材料的用量，并具有传统磁力丝杆自动过载保护、摩擦损耗小、可靠性高等优点。本发明提供的永磁体式磁力丝杆可以将大推力、低线速度的直线运动转换为低转矩、高转速的旋转运动。此外，本发明提供的永磁体式磁力丝杠在结构上采用铁轭和永磁体交错的设计使得磁力丝杆的加工和安装更简洁高效，并简化了永磁体的安装流程，增强了永磁体的稳定性。永磁体部件采用钕铁硼材料加工制作，剩磁大，矫顽力大，所以本发明提供的永磁体式磁力丝杆不易发生退磁。
图1为本发明实施例提供的永磁体式磁力丝杆的结构示意图；图2为本发明实施例提供的永磁体式磁力丝杆的剖面结构示意图。参照图1以及图2，本发明提供一种永磁体式磁力丝杆，包括：转子1，为圆筒结构，包括：转子铁芯11；转子铁轭12，与转子铁芯11呈一体式结构或拼接于转子1内表面，转子铁轭12的螺旋匝之间设置有空隙；转子永磁体13，粘接在所述转子1内表面，并固定在所述转子铁轭12的螺旋匝之间的空隙内，构成转子永磁体-转子铁轭双螺旋结构，所述转子永磁体13由螺旋形分段永磁体拼接而成，分段永磁体平行充磁，充磁方式由内径面指向外径面；动子2，为圆柱结构，套设于所述转子1内同轴放置，并与转子1之间设有空隙，包括：动子铁芯21；动子铁轭22，与所述动子铁芯21呈一体式结构或拼接于动子2外表面，所述动子铁轭22的螺旋匝之间设置有空隙；动子永磁体23，粘接在所述动子2外表面，并固定在所述动子铁轭22的螺旋匝之间的空隙内，构成动子永磁体-动子铁轭双螺旋结构，所述动子永磁体23由螺旋形分段永磁体拼接而成，分段永磁体平行充磁，充磁方式由内径面指向外径面。
动子永磁体的螺旋方向和转子永磁体的螺旋方向一致；动子永磁体在空间激发螺旋形空间磁场，转子永磁体在空间激发螺旋形空间磁场，在转子与动子之间的气隙内，两个磁场极性相反，在转子和动子之间产生吸引力，将二者偶合在一起。动子受力进行直线运动时，在磁场的耦合作用下，转子将沿其永磁体螺旋方向产生旋转运动，实现直线运动到旋转运动的转换，反之亦然。
动子铁轭的螺旋形状和动子永磁体的螺旋形状一致，二者紧密贴合，形成双螺旋结构；转子铁轭的螺旋形状和转子永磁体的螺旋形状一致，二者紧密贴合，形成双螺旋结构。所述转子永磁体的内表面极性和所述动子永磁体的外表面的极性相反，在平衡位置，所述转子永磁体的螺旋径面与所述动子永磁体的螺旋径面对应。
所述转子铁轭和所述动子铁轭螺旋方向相同，螺距相同。所述转子永磁体和所述动子永磁体螺旋方向相同，导程相同。
在本发明实施例中，所述动子铁轭可以通过一体加工的方式设置在动子外表面，也可以单独加工成分段螺旋状铁轭块，通过拼接的方式固定在动子外表面，最终组成螺旋形动子铁轭。转子铁轭可以通过一体加工的方式设置在转子内表面，也可以单独加工成分段螺旋状铁轭块，通过拼接的方式固定在转子内表面，最终组成螺旋形转子铁轭。
本发明实施例通过在永磁体之间放置铁轭，从而达到减少磁性材料用量并简化安装的目的。
图3为本发明实施例提供的动子单片永磁体的侧视结构示意图。参照图3，所述转子永磁体由每段永磁体弧度为45度的螺旋形分段永磁体拼接而成，每匝所述转子永磁体由八片分段永磁体拼接而成，沿径向平行充磁，磁性材料为钕铁硼混合物；所述动子永磁体由每段永磁体弧度为45度的螺旋形分段永磁体拼接而成，每匝所述动子永磁体由八片分段永磁体拼接而成，沿径向平行充磁，磁性材料为钕铁硼混合物。
转子永磁体、动子永磁体、转子铁轭、动子铁轭的螺旋倾斜角度相同，倾斜方向一致，其倾斜角度的计算公式：
tanα＝τ/4R
R表示永磁体螺旋或铁轭螺旋的半径，τ表示永磁体或铁轭的一个导程的长度，α表示永磁体或铁轭的螺旋倾斜角度。
动子永磁体的宽度和转子永磁体的宽度相同、厚度相同；动子铁轭的宽度和转子铁轭的宽度相同、厚度相同。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种永磁体式磁力丝杆，其特征在于，包括：
转子，为圆筒结构，包括：
转子铁芯；
转子铁轭，所述转子铁轭为螺旋形并设置在所述转子内表面，所述转子铁轭的螺旋匝之间设置有空隙；
转子永磁体，粘接在所述转子内表面，并固定在所述转子铁轭的螺旋匝之间的空隙内，构成转子永磁体-转子铁轭双螺旋结构，所述转子永磁体由螺旋形分段永磁体拼接而成，分段永磁体平行充磁，充磁方式由内径面指向外径面；
动子，为圆柱结构，套设于所述转子内同轴放置，并与所述转子之间设有空隙，包括：
动子铁芯；
动子铁轭，所述动子铁轭为螺旋形并设置在所述动子外表面，所述动子铁轭的螺旋匝之间设置有空隙；
动子永磁体，粘接在所述动子外表面，并固定在所述动子铁轭的螺旋匝之间的空隙内，构成动子永磁体-动子铁轭双螺旋结构，所述动子永磁体由螺旋形分段永磁体拼接而成，分段永磁体平行充磁，充磁方式由内径面指向外径面。
2.如权利要求1所述的永磁体式磁力丝杆，其特征在于，所述转子铁轭和所述动子铁轭螺旋方向相同，螺距相同。
3.如权利要求1所述的永磁体式磁力丝杆，其特征在于，所述转子永磁体和所述动子永磁体螺旋方向相同，导程相同。
4.如权利要求1所述的永磁体式磁力丝杆，其特征在于，所述转子永磁体的内表面极性和所述动子永磁体的外表面的极性相反，在平衡位置，所述转子永磁体的螺旋径面与所述动子永磁体的螺旋径面对应。
5.如权利要求1所述的永磁体式磁力丝杆，其特征在于，所述动子铁轭由分段螺旋的铁轭块拼接于所述动子外表面或者与所述动子铁芯呈一体式结构。
6.如权利要求1所述的永磁体式磁力丝杆，其特征在于，所述转子铁轭由分段螺旋的铁轭块拼接所述转子内表面或者与所述转子铁芯呈一体式结构。
7.如权利要求1所述的永磁体式磁力丝杆，其特征在于，所述转子永磁体由每段永磁体弧度为45度的螺旋形分段永磁体拼接而成，每匝所述转子永磁体由八片分段永磁体拼接而成。
8.如权利要求1所述的永磁体式磁力丝杆，其特征在于，所述动子永磁体由每段永磁体弧度为45度的螺旋形分段永磁体拼接而成，每匝所述动子永磁体由八片分段永磁体拼接而成。
9.如权利要求1所述的永磁体式磁力丝杆，其特征在于，所述动子永磁体和所述转子永磁体的磁性材料为钕铁硼混合物。
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