本發(fā)明屬于彈簧領(lǐng)域，尤其涉及一種無源磁性彈簧。

背景技術(shù)：

彈簧廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備與儀器儀表中，按作用原理分類有機(jī)械式、氣動、液壓、電磁等，按功能分類有線性與恒力。對于磁性彈簧，通過適當(dāng)?shù)拇怕吩O(shè)計(jì)，利用永磁體同性相斥、異性相吸的特性，可構(gòu)成與位移成比例關(guān)系的線性彈簧，或者在一定范圍內(nèi)與位移無關(guān)的恒力彈簧。如專利us9016446披露了可實(shí)現(xiàn)類似功能的磁性彈簧，磁性彈簧利用位于定子和滑塊的磁性區(qū)域調(diào)制磁場特性，允許在運(yùn)動范圍內(nèi)自定義力曲線，還公開了一種磁性彈簧，其滑塊可以相對于定子在軸線上旋轉(zhuǎn)，使得滑塊和定子所在空間的調(diào)制磁場特性的準(zhǔn)線改變，導(dǎo)致彈簧力曲線的改變，優(yōu)選通過旋轉(zhuǎn)滑塊實(shí)現(xiàn)這一過程。然而，由于該方案采用halbach的磁路結(jié)構(gòu)，因此制造工藝復(fù)雜，成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，提供了一種結(jié)構(gòu)緊湊、可有效降低制造難度和成本的無源磁性彈簧。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種無源磁性彈簧，包括定子和動子，所述的定子包括外殼以及位于外殼端部、與動子相對滑動的定子軸端，所述的定子內(nèi)設(shè)有定子永磁體，定子永磁體的磁極方向平行于定子軸向，所述的動子上設(shè)有至少兩個動子永磁體，所述動子永磁體沿動子的軸向布置，所述的動子永磁體中至少有一個與定子永磁體的同極性排列。這樣，定子通過外殼與外界進(jìn)行定位，動子可相對定子滑動，定子上的定子軸端對動子進(jìn)行限位，使得動子可沿軸向來回往復(fù)移動。動子上設(shè)有多個動子永磁體，通過動子永磁體之間同極或異極排布方式，可使磁性彈簧實(shí)現(xiàn)恒力輸出或者線性輸出，整體結(jié)構(gòu)緊湊，可有效降低制造難度，節(jié)約生產(chǎn)成本，并且推力密度高，無需外部激勵，可以取代機(jī)械彈簧或結(jié)構(gòu)笨重的液壓彈簧。

作為優(yōu)選，所述的動子永磁體包括第一動子永磁體和第二動子永磁體，所述動子的兩端分別設(shè)有將第一動子永磁體和第二動子永磁體壓緊的動子軸端。這樣，動子軸端的內(nèi)側(cè)與第一動子永磁體和第二動子永磁體接觸，將第一動子永磁體和第二動子永磁體定位在動子軸端之間。

作為優(yōu)選，所述的動子上設(shè)有導(dǎo)向外套，所述導(dǎo)向外套的端部和動子軸端套接固定，所述的動子永磁體位于導(dǎo)向外套內(nèi)部。導(dǎo)向外套同時(shí)與兩個動子軸端固定，導(dǎo)向外套的表面與動子軸端滑動接觸，兩者構(gòu)成運(yùn)動副，實(shí)現(xiàn)動子的往復(fù)運(yùn)動。導(dǎo)向外套可對動子軸端和動子永磁體起到保護(hù)作用，有效延長使用壽命。

作為優(yōu)選，所述外殼的端部與定子軸端螺紋配合，所述的定子永磁體位于兩個定子軸端之間，定子軸端對定子永磁體夾緊定位。這樣，外殼和定子軸端安裝時(shí)，即可將定子永磁體進(jìn)行夾緊定位，裝配過程較為方便。

作為優(yōu)選，所述的動子上設(shè)有外螺紋，所述動子軸端設(shè)有與外螺紋配合的內(nèi)螺紋，動子的端部設(shè)有向動子中心壓緊動子軸端的鎖緊螺母。動子軸端和動子通過螺紋配合連接，動子軸端又通過鎖緊螺母緊固，可保證動子軸端定位穩(wěn)定可靠。

作為優(yōu)選，所述的第一動子永磁體和第二動子永磁體同極性布置。第一動子永磁體和第二動子永磁體同極性布置時(shí)，磁性彈簧近似為恒力輸出，即恒力磁性彈簧，恒力磁性彈簧可用于平衡z軸運(yùn)動質(zhì)量，可明顯提高運(yùn)動系統(tǒng)的響應(yīng)和穩(wěn)定性。

作為上述方案的替代方案，所述的第一動子永磁體和第二動子永磁體異極性布置。第一動子永磁體和第二動子永磁體異極性布置時(shí)，磁性彈簧近似為線性輸出，即線性磁性彈簧。

作為優(yōu)選，所述的動子上設(shè)有掃氣套，所述的掃氣套位于外殼內(nèi)，所述定子軸端上設(shè)有通氣孔，所述通氣孔上設(shè)有導(dǎo)氣通道，所述導(dǎo)氣通道的出口朝向定子軸端的滑動配合面，所述導(dǎo)氣通道上設(shè)有濾網(wǎng)。這樣，掃氣套在來回移動的過程中，配合導(dǎo)氣通道可提供一定的阻尼，能夠適應(yīng)同時(shí)需要彈力和阻尼的情況。動子在相對定子往復(fù)移動的過程中，掃氣套將對外殼內(nèi)空氣壓縮并吹向定子軸端的滑動配合面，清除定子軸端和動子上的灰塵，保證兩者清潔，從而提高磁性彈簧壽命。

作為優(yōu)選，所述的掃氣套上設(shè)有沿動子軸向布置的通孔，所述的通孔上設(shè)有可開閉的閥板，所述的定子軸端內(nèi)側(cè)設(shè)有可帶動閥板開閉的凸起。在不需要進(jìn)行清灰時(shí)，可推動動子使掃氣套移動至定子軸端位置，閥板和凸起配合，通過轉(zhuǎn)動動子將閥板打開，空氣可在掃氣套兩側(cè)之間正常流動。

本發(fā)明的有益效果是：（1）結(jié)構(gòu)緊湊，簡化生產(chǎn)制造工藝，有效降低生產(chǎn)成本；（2）與機(jī)械彈簧相比，推力密度高、結(jié)構(gòu)緊湊，且不存在金屬疲勞問題，可靠性高，與氣動、液壓或電磁彈簧相比，可省略外部激勵，如壓力泵或電源，且不存在密封問題；（3）在需要時(shí)可進(jìn)行清灰操作，有效提高使用壽命。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的歸一化彈力與位移特性圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例2的歸一化彈力與位移特性圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：定子軸端1，通氣孔1a，導(dǎo)氣通道1b，定子永磁體2，第一動子永磁體3a，第二動子永磁體3b，外殼4，動子5，導(dǎo)向外套6，動子軸端7，鎖緊螺母8，濾網(wǎng)9，掃氣套10，通孔10a，閥板11，凸起12。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。

實(shí)施例1

如圖1所示的實(shí)施例中，一種無源磁性彈簧，包括定子和動子5，定子包括外殼4和兩個定子軸端1，定子軸端分別位于外殼端部，外殼的端部與定子軸端螺紋配合。定子內(nèi)設(shè)有定子永磁體2，定子永磁體的磁極方向平行于定子軸向，定子永磁體位于兩個定子軸端之間，定子軸端對定子永磁體夾緊定位。

動子上設(shè)有兩個動子軸端7和兩個動子永磁體，動子上設(shè)有外螺紋，動子軸端設(shè)有與外螺紋配合的內(nèi)螺紋。兩個動子永磁體為第一動子永磁體3a和第二動子永磁體3b，動子永磁體沿動子的軸向布置，兩個動子永磁體中均與定子永磁體的同極性排列。兩個動子永磁體套設(shè)在動子上并且位于兩個動子軸端之間，動子軸端將第一動子永磁體和第二動子永磁體壓緊。動子上還設(shè)有導(dǎo)向外套6，導(dǎo)向外套的端部和動子軸端套接固定，導(dǎo)向外套的外表面與定子軸端滑動配合，兩個動子永磁體位于導(dǎo)向外套內(nèi)部。此外，動子的端部設(shè)有向動子中心壓緊動子軸端的鎖緊螺母8，以保證定位緊固可靠。

在實(shí)際運(yùn)行過程中，動子受到動子永磁體和定子永磁體之間磁力作用，動子和定子發(fā)生相對位移時(shí)，動子受到磁力反作用，磁性彈簧近似為恒力輸出，即恒力磁性彈簧，輸出力與動子相對定子的位移特性如圖2所示。

實(shí)施例2

如圖3所示的實(shí)施例中，一種無源磁性彈簧，包括定子和動子5，定子包括外殼4和兩個定子軸端1，定子軸端分別位于外殼端部，外殼的端部與定子軸端螺紋配合。定子內(nèi)設(shè)有定子永磁體2，定子永磁體的磁極方向平行于定子軸向，定子永磁體位于兩個定子軸端之間，定子軸端對定子永磁體夾緊定位。

動子上設(shè)有兩個動子軸端7和兩個動子永磁體，動子上設(shè)有外螺紋，動子軸端設(shè)有與外螺紋配合的內(nèi)螺紋。兩個動子永磁體為第一動子永磁體和第二動子永磁體3b，動子永磁體沿動子的軸向布置，定子永磁體和第二動子永磁體為同極性布置，第一動子永磁體和第二動子永磁體異極性布置。兩個動子永磁體套設(shè)在動子上并且位于兩個動子軸端之間，動子軸端將第一動子永磁體和第二動子永磁體壓緊。動子上還設(shè)有導(dǎo)向外套6，導(dǎo)向外套的端部和動子軸端套接固定，導(dǎo)向外套的外表面與定子軸端滑動配合，兩個動子永磁體位于導(dǎo)向外套內(nèi)部。此外，動子的端部設(shè)有向動子中心壓緊動子軸端的鎖緊螺母8，以保證定位緊固可靠。

在實(shí)際運(yùn)行過程中，動子受到動子永磁體和定子永磁體之間磁力作用，動子和定子發(fā)生相對位移時(shí)，動子受到磁力反作用，磁性彈簧近似為線性輸出，即線性磁性彈簧，輸出力與動子相對定子的位移特性如圖4所示。

實(shí)施例3

本實(shí)施例相對實(shí)施例1、實(shí)施例2的區(qū)別在于，如圖5所示，動子上設(shè)有掃氣套10，掃氣套位于外殼4內(nèi)，定子軸端1上設(shè)有通氣孔1a，通氣孔上設(shè)有導(dǎo)氣通道1b，導(dǎo)氣通道的出口朝向定子軸端的滑動配合面，導(dǎo)氣通道上設(shè)有濾網(wǎng)9。掃氣套上設(shè)有沿動子軸向布置的通孔10a，通孔上設(shè)有可開閉的閥板11，定子軸端內(nèi)側(cè)設(shè)有可帶動閥板開閉的凸起12。當(dāng)需要進(jìn)行掃氣清灰時(shí)，閥板處于關(guān)閉狀態(tài)，動子相對定子移動的過程中，掃氣套將對外殼內(nèi)空氣壓縮，并通過通氣孔和導(dǎo)氣通道，最終吹向定子軸端的滑動配合面，清除定子軸端和動子上的灰塵。當(dāng)不需要進(jìn)行清灰時(shí)，可推動動子使掃氣套移動至定子軸端位置，閥板和凸起配合，通過轉(zhuǎn)動動子將閥板打開，空氣可在掃氣套兩側(cè)之間正常流動。