CN201428781Y - 一种高温超导磁悬浮螺旋传动副 - Google Patents

一种高温超导磁悬浮螺旋传动副 Download PDF

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一种高温超导磁悬浮螺旋传动副，其组成是：由螺杆和螺杆上套合的螺母组成，所述的螺杆上螺旋排列有永磁体，使螺杆上沿螺旋线方向的磁场均匀分布，而螺杆上沿螺旋线的侧向和法向磁场分布不均匀，形成螺旋状的永磁轨道；所述的螺母为高温超导螺母，即螺母上设有籽晶面指向螺母内孔径向方向的高温超导体。该装置消除机械摩擦、磨损，减低噪声、传动效率高，使用寿命长。

Description

一种高温超导磁悬浮螺旋传动副
技术领域
本实用新型涉及一种高温超导磁悬浮传动装置。
背景技术
机械螺旋传动副通过螺杆和螺母间的直接配合、接触实现机械传动，该方式广泛应用于各种工业领域。其缺点是：传动时直接接触的螺母与螺杆之间发生有接触的相对运动，从而产生摩擦、磨损、噪声、热量，其传动效率低、使用寿命短。尤其在高速传动过程中，接触处产生大量的热量，形成高温，更容易降低传动副的寿命。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种高温超导磁悬浮螺旋传动副，该装置消除机械摩擦、磨损，减低噪声、传动效率高，使用寿命长。
本实用新型实现其发明目的，所采用的技术方案为：一种高温超导磁悬浮螺旋传动副，其组成是：由螺杆和螺杆上套合的螺母组成，螺杆上螺旋排列有永磁体，使螺杆上沿螺旋线方向的磁场均匀分布，而螺杆上沿螺旋线的侧向和法向磁场分布不均匀，形成螺旋状的永磁轨道；螺母为高温超导螺母，即螺母上设有籽晶面指向螺母内孔径向方向的高温超导体。
本实用新型的工作原理是：高温超导螺母上的超导体与其内套合的螺杆上的螺旋状的永磁轨道产生钉扎作用，在悬浮力的作用下，使高温超导螺母悬浮于螺杆上，并且高温超导螺母可以沿永磁轨道的方向即螺旋线方向无阻力的移动；而在导向力的作用下，高温超导螺母则在垂直于螺旋线的侧向方向(近似于螺杆的轴向方向)不能偏移。也即本实用新型的传动副既能与普通的机械螺母螺杆传动一样，实现螺杆和螺母之间的直接螺旋运动，并间接实现螺母在螺杆轴线上的平移运动。而与机械传动副不同的是：本实用新型的传动副在螺旋传动时螺杆与螺母之间处于悬浮、不接触状态。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
由于传动时，螺杆与螺母之间处于悬浮、不接触状态，二者之间没有摩擦，磨损，一方面使传动副的使用寿命长，另一方面也不消耗传动能量，传动效率高。同时也不会产生直接接触的噪声，噪声低；同时，由于没有摩擦，传动时不产生热量，在高速传动时，传动部位温度也不升高，使本实用新型尤其适用于高速、频繁传动的场合；也适用于高精密加工、无菌实验室、高质量印刷需要对摩擦所导致的微粒和污染进行严格限制的场合。
上述的永磁体的极化方向为螺旋线的侧向方向，且沿螺旋线的侧向方向上相邻的永磁体的极化方向相反。
这样，永磁体的磁力线将更多地聚集在螺杆的外部，而不是汇集在螺杆体内。从而与高温超导块材产生更强的钉扎作用，磁力线的利用率更高，可降低永磁体的用量。
上述的永磁体沿螺旋线侧向方向有间隙，该间隙的宽度为永磁体宽度的0.2-2倍。这样，可方便地综合调节螺旋传动副的传动螺距传动力，以适应不同的传动需要。
上述的永磁体沿螺旋线侧向方向的间隙中设有聚磁铁板。这样，可使螺杆表面聚集的磁力线增多，增加磁场的利用率，提高传动力矩。
上述的高温超导螺母上设置的高温超导体为一块或一块以上的多块，或者为一环或多环，或者布满整个螺母。这样，可以根据传动副的传动力矩要求，调整超导体的数量，既满足传动要求，又节省成本。
实现本实用新型目的的第二种技术方案是：一种高温超导磁悬浮螺旋传动副，其组成是：由螺杆和螺杆上套合的螺母组成，所述的螺母内表面分布有螺旋排列的永磁体，使螺母内表面沿螺旋线方向的磁场均匀分布，而螺母内沿螺旋线的侧向和法向方向的磁场不均匀，形成螺旋状的永磁轨道；所述的螺杆为高温超导螺杆，即螺杆上设有籽晶面指向螺杆的法向方向的高温超导体。
本实用新型此种技术方案的工作原理是：高温超导螺杆上的超导体与其上套合的螺母上的螺旋状的永磁轨道产生钉扎作用，在悬浮力的作用下，使高温超导螺杆与永磁体螺母间处于不接触的悬浮状态，并且高温超导螺杆可以沿螺母的永磁轨道的方向即螺旋线方向无阻力的移动；而在导向力的作用下，高温超导螺杆则在垂直于螺旋线侧向(近似于螺杆的轴向方向)不能偏移。也即本实用新型的传动副既能与普通的机械螺母螺杆传动一样，实现螺杆和螺母之间的直接螺旋运动，并间接实现螺母在螺杆上的轴线平移运动。而与机械传动副不同的是：本实用新型的传动副在螺旋传动时螺杆与螺母之间处于悬浮、不接触状态。
与现有技术相比，本实用新型第二种技术方案的有益效果是：
由于传动时，螺杆与螺母之间处于悬浮、不接触状态，二者之间没有摩擦，磨损，一方面使传动副的使用寿命长，另一方面也不消耗传动能量，传动效率高。同时也不会产生直接接触的噪声，噪声低；同时，由于没有摩擦，传动时不产生热量，在高速传动时，传动部位温度也不升高，使本实用新型尤其适用于高速、频繁传动的场合；也适用于高精密加工、无菌实验室、高质量印刷需要对摩擦所导致的微粒和污染进行严格限制的场合。
上述的永磁体的极化方向为螺旋线的侧向方向，且沿螺旋线的侧向方向上相邻的永磁体的极化方向相反。
这样，永磁体的磁力线将更多地聚集在螺杆的外部，而不是汇集在螺杆体内。从而与高温超导块材产生更强的钉扎作用，磁力线的利用率更高，可降低永磁体的用量。
上述的永磁体沿螺旋线侧向方向的间隙中设有聚磁铁板。这样，可使螺杆表面聚集的磁力线增多，增加磁场的利用率，提高传动力矩。
上述的高温超导螺杆上设置的高温超导体为一块或一块以上的多块，或者为一环或多环，或者布满整个螺母。这样，可以根据传动副的传动力矩要求，调整超导体的数量，既满足传动要求，又节省成本。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的描述。
附图说明
图1是本实用新型实施例一的结构示意图。
图2是本实用新型实施例二的螺母的剖视结构示意图。
图3是本实用新型实施例二的螺杆的结构示意图。
图1、图2中的箭头方向表示永磁体的极化(磁场)方向。
具体实施方式
实施例一
图1示出，本实用新型的一种具体实施方式为：
一种高温超导磁悬浮螺旋传动副，其组成是：由螺杆1和螺杆1上套合的螺母2组成，所述的螺杆1上螺旋排列有永磁体3，使螺杆1上沿螺旋线方向的磁场均匀分布，而螺杆1上沿螺旋线的侧向(与螺旋线垂直，近似于螺杆的轴向方向)和法向(由螺旋线的圆心从内到外的方向)磁场分布不均匀，形成螺旋状的永磁轨道。
实施时，永磁轨道最简单、方便的形成方法是：使永磁体3在螺旋线各处的截面积相等，且磁场强度相同，即可。
螺母2为高温超导螺母，即螺母2上设有籽晶面指向螺母2圆心方向的高温超导体5。
本例中永磁体3的极化方向为螺旋线的侧向方向，且沿螺旋线的侧向方向上相邻的永磁体3的极化方向相反。永磁体3沿螺旋线侧向方向有间隙，该间隙的宽度为永磁体3宽度的0.2-2倍。永磁体3沿螺旋线侧向方向的间隙中设有聚磁铁板4。高温超导螺母2上设置的高温超导体5为一块或两块以上的多块，或者为一环或多环，或者布满整个螺母。
本例的高温超导螺旋副的高温超导体5可以采用现有的各种制冷方式进行制冷。如：将整个螺旋传动副置于有液氮的杜瓦(低温保温容器)容器中，进行冷却；或者将高温超导螺母2制成夹层，或者外包一冷却腔，对夹层或冷却腔中通以低温液氮。也可以采用小型的低温制冷机对高温超导体5进行冷却。
本例的高温超导磁悬浮传动副可以用于各种需要螺旋传动副进行传动的场合。如将永磁体螺杆的一端与旋转机构的输出轴相连，高温超导螺母则与只能沿螺杆轴线方向移动的移动件固定连接。当旋转机构转动时，驱动螺杆在螺母内产生悬浮式的螺旋转动，进而使得螺母及移动件沿螺杆轴线移动。
实施例二
一种高温超导磁悬浮螺旋传动副，其组成是：由螺杆和螺杆上套合的螺母组成，所述的螺母2’内表面分布有螺旋排列的永磁体3’，使螺母2’内表面沿螺旋线方向的磁场均匀分布，而螺母2’内沿螺旋线的侧向和法向方向的磁场不均匀，形成螺旋状的永磁轨道；所述的螺杆1’为高温超导螺杆，即螺杆1’上设有籽晶面指向螺杆1’的法向方向的高温超导体5’。
永磁体3’的极化方向为螺旋线的侧向方向，且沿螺旋线的侧向方向上相邻的永磁体3’的极化方向相反。永磁体3’沿螺旋线侧向方向有间隙’，该间隙’的宽度为永磁体3’宽度的0.2-2倍。永磁体3’沿螺旋线侧向方向的间隙’中设有聚磁铁板4’。高温超导螺杆1’上设置的高温超导体5’为一块或两块以上的多块，或者为一环或多环，或者布满整个螺杆1’。
本例中高温超体螺杆1’上布置的高温超导体5’，在螺杆1’轴向上的分布长度通常小于螺母2’的轴向长度，这样既可减少超导体5’的用量，也可保证超导体5’与螺杆1’上的永磁体发生良好的钉扎作用。
本例的高温超导螺旋副的高温超导体5’可以采用现有的各种制冷方式进行制冷。如：将整个螺旋传动副置于有液氮的杜瓦(低温保温容器)容器中，进行冷却；或者将高温超导螺杆制成夹层，对夹层中通以低温液氮。也可以采用小型的低温制冷机对高温超导体进行冷却。

Claims (10)

1、一种高温超导磁悬浮螺旋传动副，其组成是：由螺杆(1)和螺杆(1)上套合的螺母(2)组成，所述的螺杆(1)上螺旋排列有永磁体(3)，使螺杆(1)上沿螺旋线方向的磁场均匀分布，而螺杆(1)上沿螺旋线的侧向和法向磁场分布不均匀，形成螺旋状的永磁轨道；所述的螺母(2)为高温超导螺母，即螺母(2)上设有籽晶面指向螺母(2)内孔径向方向的高温超导体(5)。
2、根据权利要求1所述的一种高温超导磁悬浮螺旋传动副，其特征在于：所述的永磁体(3)的极化方向为螺旋线的侧向方向，且沿螺旋线的侧向方向上相邻的永磁体(3)的极化方向相反。
3、根据权利要求1所述的一种高温超导磁悬浮螺旋传动副，其特征在于：所述的永磁体(3)沿螺旋线侧向方向有间隙，该间隙的宽度为永磁体(3)宽度的0.2-2倍。
4、根据权利要求3所述的一种高温超导磁悬浮螺旋传动副，其特征在于：所述的永磁体(3)沿螺旋线侧向方向的间隙中设有聚磁铁板(4)。
5、根据权利要求1所述的一种高温超导磁悬浮螺旋传动副，其特征在于：所述的高温超导螺母(2)上设置的高温超导体(5)为一块或两块以上的多块，或者为一环或多环，或者布满整个螺母。
6、一种高温超导磁悬浮螺旋传动副，其组成是：由螺杆(1’)和螺杆(1’)上套合的螺母(2’)组成，所述的螺母(2’)内表面分布有螺旋排列的永磁体(3’)，使螺母(2’)内表面沿螺旋线方向的磁场均匀分布，而螺母(2’)内沿螺旋线的侧向和法向方向的磁场不均匀，形成螺旋状的永磁轨道；所述的螺杆(1’)为高温超导螺杆，即螺杆(1’)上设有籽晶面指向螺杆(1’)的法向方向的高温超导体(5’)。
7、根据权利要求6所述的一种高温超导磁悬浮螺旋传动副，其特征在于：所述的永磁体(3’)的极化方向为螺旋线的侧向方向，且沿螺旋线的侧向方向上相邻的永磁体(3’)的极化方向相反。
8、根据权利要求6所述的一种高温超导磁悬浮螺旋传动副，其特征在于：所述的永磁体(3’)沿螺旋线侧向方向有间隙，该间隙的宽度为永磁体(3’)宽度的0.2-2倍。
9、根据权利要求8所述的一种高温超导磁悬浮螺旋传动副，其特征在于：所述的永磁体(3’)沿螺旋线侧向方向的间隙中设有聚磁铁板(4’)。
10、根据权利要求6所述的一种高温超导磁悬浮螺旋传动副，其特征在于：所述的高温超导螺杆(1’)上设置的高温超导体(5’)为一块或两块以上的多块，或者为一环或多环，或者布满整个螺杆(1’)。
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