一種v型磁極直線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種V型磁極直線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器，可實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的相互轉(zhuǎn)換，以及動(dòng)能的傳遞。該轉(zhuǎn)換器包括旋轉(zhuǎn)單元、直線單元和調(diào)磁機(jī)構(gòu)。所述旋轉(zhuǎn)單元包括轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵芯和永磁體；其中，永磁體采用分段式V型結(jié)構(gòu)，粘貼在轉(zhuǎn)子鐵芯表面。所述直線單元包括動(dòng)子軛和永磁體；所述調(diào)磁機(jī)構(gòu)由導(dǎo)磁的調(diào)磁鐵塊構(gòu)成，固定在旋轉(zhuǎn)單元和直線單元之間。本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)單元采用新型磁極結(jié)構(gòu)，有效降低了轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，減小了轉(zhuǎn)換器的抖動(dòng)和損耗，提高了轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性和能量轉(zhuǎn)換效率；同時(shí)，V型磁極呈中心對(duì)稱，使得軸向磁拉力相互抵消，提高了轉(zhuǎn)換器的工作可靠性和運(yùn)行壽命。
【專利說(shuō)明】一種V型磁極直線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種V型磁極直線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器，適用于非接觸式變速驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合，屬于動(dòng)力傳動(dòng)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、航空、航天等領(lǐng)域，經(jīng)常需要將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，人們開(kāi)發(fā)出各種變換裝置或設(shè)備來(lái)滿足上述要求，例如齒輪齒條、鏈條、鋼絲繩、傳動(dòng)帶、絲桿、曲柄連桿、滑塊機(jī)構(gòu)、凸輪頂桿機(jī)構(gòu)等。在這些變換裝置中，直線運(yùn)動(dòng)部件和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件相互接觸，帶來(lái)了摩擦、振動(dòng)、噪音等問(wèn)題。
[0003]永磁式齒輪齒條是一種非接觸式的傳動(dòng)裝置，具有可靠性好、傳動(dòng)平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)，無(wú)摩擦損耗、無(wú)需潤(rùn)滑、無(wú)油污等特點(diǎn)，逐漸被應(yīng)用到直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的領(lǐng)域。但是，永磁式齒輪齒條所能傳遞的轉(zhuǎn)矩密度較小、能量傳遞效率較低，很難滿足工業(yè)傳動(dòng)的需要。將磁場(chǎng)調(diào)制原理應(yīng)用于永磁齒輪拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可大幅提高永磁齒輪所傳遞的轉(zhuǎn)矩和效率。在此背景下，以永磁式齒輪齒條結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)引入調(diào)磁機(jī)構(gòu)，構(gòu)成了一種新型直線旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器主要是通過(guò)調(diào)磁機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)氣隙磁場(chǎng)的調(diào)制，增加了永磁體利用率，提高了轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩密度和功率。
[0004]采用傾斜永磁體的方法，可消除轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，但永磁體單向傾斜卻會(huì)引起軸向磁拉力，不平衡的軸向力可能會(huì)損壞轉(zhuǎn)軸及設(shè)備，降低轉(zhuǎn)換器的適用壽命。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種V型磁極直線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器，能夠減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的同時(shí)，使轉(zhuǎn)子鐵芯表面的永磁體所受到的軸向力相互抵消，從而提高轉(zhuǎn)換器的可靠性。
[0006]技術(shù)方案:一種V型磁極直線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器，其特征在于:包括旋轉(zhuǎn)單元、直線單元和調(diào)磁機(jī)構(gòu)，所述調(diào)磁機(jī)構(gòu)固定設(shè)置在旋轉(zhuǎn)單元和直線單元之間；其中:
[0007]所述旋轉(zhuǎn)單元包括轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵芯和永磁體，轉(zhuǎn)軸穿過(guò)轉(zhuǎn)子鐵芯的軸孔，并與轉(zhuǎn)子鐵芯緊固在一起，永磁體粘貼在轉(zhuǎn)子鐵芯的表面或內(nèi)嵌在轉(zhuǎn)子鐵芯中；其中，所述永磁體包括轉(zhuǎn)子N極永磁體、轉(zhuǎn)子S極永磁體；
[0008]所述旋轉(zhuǎn)單元的每極永磁體沿所述轉(zhuǎn)子鐵芯的圓周設(shè)置，形成多級(jí)環(huán)形永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；每極永磁體沿轉(zhuǎn)軸軸向采用分段式結(jié)構(gòu)設(shè)置，各段永磁體具有相同的圓心角、內(nèi)外徑及軸向長(zhǎng)度，每極永磁體中相鄰的兩段永磁體錯(cuò)開(kāi)設(shè)置，每極永磁體中的每段永磁體的中心點(diǎn)連線成“V”型。
[0009]進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)子N極永磁體和轉(zhuǎn)子S極永磁體為徑向充磁的瓦形永磁體。
[0010]進(jìn)一步的，所述直線單元包括動(dòng)子軛以及沿徑向充磁的動(dòng)子N極永磁體和動(dòng)子S極永磁體，所述動(dòng)子N極永磁體和動(dòng)子S極永磁體沿直線單元運(yùn)動(dòng)方向互相交錯(cuò)粘貼于動(dòng)子軛的表面或內(nèi)嵌在動(dòng)子軛中。
[0011]進(jìn)一步的，所述直線單元包括動(dòng)子軛以及沿徑向充磁的動(dòng)子N極永磁體或動(dòng)子S極永磁體，所述動(dòng)子N極永磁體或動(dòng)子S極永磁體沿直線單元運(yùn)動(dòng)方向粘貼于動(dòng)子軛的表面或內(nèi)嵌在動(dòng)子軛中。
[0012]進(jìn)一步的，所述調(diào)磁機(jī)構(gòu)包括寬度相同并間隔設(shè)置的導(dǎo)磁的調(diào)磁鐵塊，所有調(diào)磁鐵塊靠近所述旋轉(zhuǎn)單元的一端圍繞轉(zhuǎn)子鐵芯呈弧形設(shè)置，所有調(diào)磁鐵塊的端部與轉(zhuǎn)子鐵芯表面的永磁體之間留有內(nèi)氣隙；所述調(diào)磁鐵塊與所述動(dòng)子軛表面的永磁體之間留有寬度一致的外氣隙。
[0013]進(jìn)一步的，所述調(diào)磁鐵塊之間留有間隙，所述間隙中填充非導(dǎo)磁介質(zhì)。
[0014]有益效果:本發(fā)明具有傳統(tǒng)磁力齒輪的優(yōu)點(diǎn):無(wú)摩擦損耗使能量傳遞效率提高，減小噪音和振動(dòng)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和舒適性提高；其次該轉(zhuǎn)換器通過(guò)引入調(diào)磁機(jī)構(gòu)，提高了永磁體的利用率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)氣隙磁場(chǎng)的調(diào)制，提高轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)矩密度和能量轉(zhuǎn)換效率。
[0015]轉(zhuǎn)換器的旋轉(zhuǎn)單元永磁體采用分段式結(jié)構(gòu)，“V”型排列，在不影響氣隙磁密大小的情況下，進(jìn)一步優(yōu)化氣隙磁密波形，從而減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和齒槽轉(zhuǎn)矩，避免轉(zhuǎn)換器運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)大的噪音和振動(dòng)，提高了轉(zhuǎn)換器運(yùn)行的穩(wěn)定性；旋轉(zhuǎn)單元的永磁體采用V型排列，減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的同時(shí)，使單向斜極結(jié)構(gòu)所引起的軸向磁拉力相互抵消，從而提高了轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行可靠性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為V型磁極直線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為實(shí)施例1的旋轉(zhuǎn)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為實(shí)施例1的直線單元和調(diào)磁機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0020]實(shí)施例1:如圖1所示的一種V型磁極直線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器，包括旋轉(zhuǎn)單元、直線單元和調(diào)磁機(jī)構(gòu)，調(diào)磁機(jī)構(gòu)固定設(shè)置在旋轉(zhuǎn)單元和直線單元之間。
[0021]如圖2所示，旋轉(zhuǎn)單元包括轉(zhuǎn)軸1、轉(zhuǎn)子鐵芯2和永磁體。轉(zhuǎn)軸I穿過(guò)轉(zhuǎn)子鐵芯2的軸孔，并與轉(zhuǎn)子鐵芯2緊固在一起，永磁體粘貼在轉(zhuǎn)子鐵芯2的表面。其中，永磁體包括轉(zhuǎn)子N極永磁體3、轉(zhuǎn)子S極永磁體4,轉(zhuǎn)子N極永磁體3和轉(zhuǎn)子S極永磁體4為徑向充磁的瓦形永磁體。旋轉(zhuǎn)單元的每極永磁體沿轉(zhuǎn)子鐵芯2的圓周設(shè)置，形成多級(jí)環(huán)形永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。每極永磁體沿轉(zhuǎn)軸軸向采用分段式結(jié)構(gòu)設(shè)置，各段永磁體具有相同的圓心角、內(nèi)外徑及軸向長(zhǎng)度，每極永磁體中各段永磁體依次錯(cuò)開(kāi)1.5度粘貼在轉(zhuǎn)子鐵芯2的表面，每極永磁體中的每段永磁體的中心點(diǎn)連線成“V”型。本實(shí)施例中永磁體包括兩對(duì)極永磁體，極弧系數(shù)取0.6。
[0022]如圖3所示,直線單元包括動(dòng)子軛8以及沿徑向充磁的動(dòng)子N極永磁體6和動(dòng)子S極永磁體7，動(dòng)子N極永磁體6和動(dòng)子S極永磁體7沿直線單元運(yùn)動(dòng)方向互相交錯(cuò)粘貼于動(dòng)子軛8的表面。調(diào)磁機(jī)構(gòu)包括寬度相同并間隔設(shè)置的導(dǎo)磁的調(diào)磁鐵塊5，所有調(diào)磁鐵塊5靠近旋轉(zhuǎn)單元的一端圍繞轉(zhuǎn)子鐵芯2呈弧形設(shè)置。調(diào)磁鐵塊靠近直線單元的一端與動(dòng)子軛8表面永磁體平行，所有調(diào)磁鐵塊5的端部與轉(zhuǎn)子鐵芯2表面的永磁體之間留有氣隙，該氣隙稱為內(nèi)氣隙；調(diào)磁鐵塊與所述動(dòng)子軛8表面的永磁體之間留有寬度一致的氣隙，該氣隙稱為外氣隙。調(diào)磁鐵塊5之間留有間隙，該間隙中填充非導(dǎo)磁介質(zhì)。
[0023]實(shí)施例2:與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于:旋轉(zhuǎn)單元中的永磁體內(nèi)嵌在轉(zhuǎn)子鐵芯2中。直線單元包括動(dòng)子軛8和沿徑向充磁的動(dòng)子N極永磁體6 ;動(dòng)子N極永磁體6沿直線單元運(yùn)動(dòng)方向粘貼于動(dòng)子軛8的表面。直線單元中的動(dòng)子N極永磁體6和動(dòng)子S極永磁體7沿直線單元運(yùn)動(dòng)方向互相交錯(cuò)內(nèi)嵌在動(dòng)子軛8中。此外，動(dòng)子軛8中的動(dòng)子N極永磁體6還可以沿直線單元運(yùn)動(dòng)方向內(nèi)嵌在動(dòng)子軛8中。
[0024]此外，動(dòng)子軛8中的動(dòng)子N極永磁體6還可以用動(dòng)子S極永磁體7代替。
[0025]該直線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器由旋轉(zhuǎn)單元上的永磁體產(chǎn)生的磁力線經(jīng)過(guò)內(nèi)氣隙進(jìn)入調(diào)磁鐵塊中，再穿過(guò)調(diào)磁鐵塊和外氣隙，到達(dá)直線單元的永磁體，最后再次經(jīng)過(guò)調(diào)磁鐵塊回到旋轉(zhuǎn)單元的永磁體，從而形成閉合回路。旋轉(zhuǎn)單元和直線單元之間的調(diào)磁機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外氣隙磁場(chǎng)的調(diào)制，進(jìn)而充分利用氣隙磁場(chǎng)諧波，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能量在磁極數(shù)不相等的運(yùn)動(dòng)單元之間的傳遞。表貼在轉(zhuǎn)子鐵芯表面或內(nèi)嵌在轉(zhuǎn)子鐵芯中的永磁體的受力方向與永磁體的傾斜方向垂直，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的永磁體會(huì)受到軸向的拉力。本發(fā)明避開(kāi)了一般永磁轉(zhuǎn)子為減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)而采用的方法:斜永磁體，采用“V”型磁極，在減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的同時(shí)，使單向斜極結(jié)構(gòu)所引起的軸向磁拉力相互抵消。
[0026]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種V型磁極直線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器，其特征在于:包括旋轉(zhuǎn)單元、直線單元和調(diào)磁機(jī)構(gòu)，所述調(diào)磁機(jī)構(gòu)固定設(shè)置在旋轉(zhuǎn)單元和直線單元之間；其中: 所述旋轉(zhuǎn)單元包括轉(zhuǎn)軸(I)、轉(zhuǎn)子鐵芯(2)和永磁體，轉(zhuǎn)軸(I)穿過(guò)轉(zhuǎn)子鐵芯(2)的軸孔，并與轉(zhuǎn)子鐵芯(2)緊固在一起，永磁體粘貼在轉(zhuǎn)子鐵芯(2)的表面或內(nèi)嵌在轉(zhuǎn)子鐵芯(2)中；其中，所述永磁體包括轉(zhuǎn)子N極永磁體(3)、轉(zhuǎn)子S極永磁體(4)； 所述旋轉(zhuǎn)單元的每極永磁體沿所述轉(zhuǎn)子鐵芯(2)的圓周設(shè)置，形成多級(jí)環(huán)形永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；每極永磁體沿轉(zhuǎn)軸軸向采用分段式結(jié)構(gòu)設(shè)置，各段永磁體具有相同的圓心角、內(nèi)外徑及軸向長(zhǎng)度，每極永磁體中相鄰的兩段永磁體錯(cuò)開(kāi)設(shè)置，每極永磁體中的每段永磁體的中心點(diǎn)連線成“V”型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種V型磁極直線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子N極永磁體(3)和轉(zhuǎn)子S極永磁體(4)為徑向充磁的瓦形永磁體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種V型磁極直線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述直線單元包括動(dòng)子軛⑶以及沿徑向充磁的動(dòng)子N極永磁體(6)和動(dòng)子S極永磁體(7)，所述動(dòng)子N極永磁體(6)和動(dòng)子S極永磁體(7)沿直線單元運(yùn)動(dòng)方向互相交錯(cuò)粘貼于動(dòng)子軛(8)的表面或內(nèi)嵌在動(dòng)子軛(8)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種V型磁極直線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述直線單元包括動(dòng)子軛(8)以及沿徑向充磁的動(dòng)子N極永磁體(6)或動(dòng)子S極永磁體(7)，所述動(dòng)子N極永磁體(6)或動(dòng)子S極永磁體(7)沿直線單元運(yùn)動(dòng)方向粘貼于動(dòng)子軛(8)的表面或內(nèi)嵌在動(dòng)子軛(8)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種V型磁極直線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述調(diào)磁機(jī)構(gòu)包括寬度相同并間隔設(shè)置的導(dǎo)磁的調(diào)磁鐵塊(5)，所有調(diào)磁鐵塊(5)靠近所述旋轉(zhuǎn)單元的一端圍繞轉(zhuǎn)子鐵芯(2)呈弧形設(shè)置，所有調(diào)磁鐵塊(5)的端部與轉(zhuǎn)子鐵芯(2)表面的永磁體之間留有內(nèi)氣隙；所述調(diào)磁鐵塊與所述動(dòng)子軛(8)表面的永磁體之間留有寬度一致的外氣隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種V型磁極直線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述調(diào)磁鐵塊(5)之間留有間隙，所述間隙中填充非導(dǎo)磁介質(zhì)。
【文檔編號(hào)】H02K51/00GK104184302SQ201410453864
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】付興賀, 王標(biāo), 林明耀 申請(qǐng)人:東南大學(xué)