本發(fā)明涉及的是永磁磁極相間排列對稱布置雙磁輪非接觸前進驅(qū)動裝置，屬于機電一體化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

背景技術(shù)中，永磁輪上的永磁鐵為齒條狀，并且排列順序一致，在仿真實驗中得出的數(shù)據(jù)與理論計算中相差較大。齒條狀永磁鐵的四個頂角對力產(chǎn)生影響，導(dǎo)致永磁輪受力不穩(wěn)定。

現(xiàn)有的傳動裝置中已有雙齒輪齒條傳動，但是現(xiàn)有的齒輪齒條結(jié)構(gòu)不能完全消除傳動鏈中的豎直分力，不能滿足要求，齒輪齒條式傳動有摩擦，油污，磨損，發(fā)熱，噪聲等缺點，不適用于無塵，恒溫，無噪聲等工作空間。磁懸浮技術(shù)已被廣泛的應(yīng)用于社會的各個領(lǐng)域，并且具有可以在無塵，恒溫，無噪聲等工作空間工作的優(yōu)點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明提供永磁磁極相間排列對稱布置雙磁輪非接觸前進驅(qū)動裝置，其目的是解決傳統(tǒng)齒輪齒條存在的豎直分力，同時解決永磁輪受力不均勻的問題。

技術(shù)方案：本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

永磁磁極相間排列對稱布置雙磁輪非接觸前進驅(qū)動裝置，其特征在于：該裝置包括導(dǎo)軌和永磁輪，兩個永磁輪分布于導(dǎo)軌的上方和下方，且永磁輪與導(dǎo)軌不接觸，導(dǎo)軌的上下兩側(cè)為齒形為圓柱狀或徑向截面為弧形的齒條，在永磁輪上沿圓周方向設(shè)置有多個永磁鐵，多個永磁鐵呈相間式排列，即兩個相鄰的永磁鐵充磁方向相反，兩個永磁輪對稱于導(dǎo)軌兩側(cè)排列。

導(dǎo)軌的每個凸齒的直徑方向的截面為半圓形且半徑大小相同，相鄰的凸齒之間形成的凹槽槽寬與凸齒齒寬相同。

永磁鐵為8塊，8塊永磁鐵均勻的沿永磁輪圓周方向分布。

永磁鐵呈圓柱狀，圓柱狀的永磁鐵的軸向方向與導(dǎo)軌的圓柱狀或半圓柱狀的齒的軸心平行。

永磁鐵為徑向充磁。

圓柱狀或半圓柱狀的齒均勻分布于導(dǎo)軌兩側(cè)。

下方的永磁輪靜止時最上方的永磁塊與各自所對應(yīng)的導(dǎo)軌的凸齒成一定偏轉(zhuǎn)角度β，而上方的永磁輪靜止時最下方永磁塊與各自所對應(yīng)的導(dǎo)軌的凸齒成一定偏轉(zhuǎn)角度α,兩個驅(qū)動輪的偏轉(zhuǎn)角度方向相同，其作用是減小滑差。

優(yōu)點及效果：本發(fā)明提供永磁磁極相間排列對稱布置雙磁輪非接觸前進驅(qū)動裝置，永磁鐵均勻鑲嵌在永磁輪凹槽內(nèi)，永磁輪經(jīng)傳動單元與伺服電機連接，永磁輪上方為一呈圓狀且不具有永磁體的固定鐵制導(dǎo)軌，當電機帶動永磁輪轉(zhuǎn)動時，永磁鐵與導(dǎo)軌凸齒相互吸引，產(chǎn)生向前的驅(qū)動力。由于導(dǎo)軌固定，驅(qū)動裝置將會帶動所在系統(tǒng)做直線運動，通過控制伺服電機旋轉(zhuǎn)速度及轉(zhuǎn)向可控制系統(tǒng)的運動速度及方向。由于使用了上下對稱的兩塊永磁鐵，使其整體受力使徑向方向的受力能相互抵消，真正的實現(xiàn)徑向方向無力的情況。相間排列的永磁鐵優(yōu)點在于能夠有效地消除磁鐵之間的干擾力，使永磁輪受力均勻。本發(fā)明通過優(yōu)化永磁輪及導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，可提高裝置的驅(qū)動特性，與以往的類似發(fā)明相比較由于本發(fā)明改變了導(dǎo)軌的形狀能完全消除齒條狀導(dǎo)軌的尖端受力，同時將排列順序一致的永磁鐵變成相間排列，兩個相鄰永磁鐵充磁方向相反，可有效消除相鄰導(dǎo)軌凸齒間的磁力干擾。

在前進驅(qū)動裝置中，永磁永磁輪與導(dǎo)軌凸齒之間會產(chǎn)生很大的豎直方向的干擾力，而水平方向的驅(qū)動力卻很小，所以針對這一現(xiàn)象，考慮通過改善驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)加以克服豎直方向的干擾力對驅(qū)動裝置在運行過程中的干擾，以及增強水平驅(qū)動力的大小。

在原驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)中，鐵制導(dǎo)軌齒條固定，伺服電機帶動永磁永磁輪在導(dǎo)軌齒條正下方移動，以此可知，此時永磁永磁輪在豎直方向上只受向上的磁力，為了解決這一問題，設(shè)計了如圖1所示的非接觸驅(qū)動裝置，鐵質(zhì)導(dǎo)軌齒條固定，兩伺服電機分別與兩永磁永磁輪直連，對稱布置在導(dǎo)軌齒條上下的兩個位置，條形永磁體均勻的鑲嵌在永磁輪的凹槽內(nèi)，其中導(dǎo)軌齒間距與兩永磁輪槽間距相同，兩永磁輪上永磁體與導(dǎo)軌凸齒相對，但在水平方向存在一定的距離差。

本發(fā)明通過提出新型驅(qū)動實現(xiàn)方法及相應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)，提高驅(qū)動效率，能完全消除傳動鏈中的間隙，降低了運營成本且節(jié)能環(huán)保，尤其長距離輸送時，由于導(dǎo)軌為鐵質(zhì)部件不含有永磁鐵部分，低成本的優(yōu)點愈發(fā)明顯。同時為無塵車間輸送系統(tǒng)驅(qū)動方式提供了新的方案。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)立體圖；

圖3代表的是永磁鐵為長方體時的仿真數(shù)據(jù)；

圖4為半圓柱狀永磁鐵仿真數(shù)據(jù)；

圖5為半圓柱狀永磁鐵實驗數(shù)據(jù)。

具體實施方式：下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明：

永磁磁極相間排列對稱布置雙磁輪非接觸前進驅(qū)動裝置，該裝置包括導(dǎo)軌1和永磁輪2，兩個永磁輪2分布于導(dǎo)軌1的上方和下方，且永磁輪2與導(dǎo)軌1不接觸，導(dǎo)軌1的上下兩側(cè)為齒形為圓柱狀或徑向截面為弧形的齒條，在永磁輪2上沿圓周方向設(shè)置有多個永磁鐵3，多個永磁鐵3呈相間式排列，即兩個相鄰的永磁鐵3充磁方向相反，兩個永磁輪2對稱于導(dǎo)軌1兩側(cè)排列。

導(dǎo)軌1的每個凸齒的直徑方向的截面為半圓形且半徑大小相同，相鄰的凸齒之間形成的凹槽槽寬與凸齒齒寬相同。

永磁鐵3為8塊，8塊永磁鐵3均勻的沿永磁輪2圓周方向分布。

永磁鐵3呈圓柱狀，圓柱狀的永磁鐵3的軸向方向與導(dǎo)軌1的圓柱狀或半圓柱狀的齒的軸心平行。

永磁鐵3為徑向充磁。

圓柱狀或半圓柱狀的齒均勻分布于導(dǎo)軌1兩側(cè)。

該裝置還包括伺服電機5，伺服電機通過傳動單元連接永磁輪，導(dǎo)軌為鐵質(zhì)導(dǎo)軌；永磁輪上的永磁鐵呈圓柱狀，相比于以前的齒條狀，圓狀永磁鐵使其受力更穩(wěn)定。兩個永磁輪相對于鐵質(zhì)導(dǎo)軌呈對稱式排列，使y方向受力為零，y方向就是圖1中的豎直方向。下方的永磁輪靜止時最上方的永磁塊與各自所對應(yīng)的導(dǎo)軌1的凸齒成一定偏轉(zhuǎn)角度β，而上方的永磁輪靜止時最下方永磁塊與各自所對應(yīng)的導(dǎo)軌1的凸齒成一定偏轉(zhuǎn)角度α,兩個驅(qū)動輪的偏轉(zhuǎn)角度方向相同（如圖1所示，都是順時針偏轉(zhuǎn)或都是逆時針偏轉(zhuǎn)?。?，其作用是減小滑差。該角度是這樣形成的，以下方的永磁輪為例，從離最上方的永磁塊最近的導(dǎo)軌1的凸齒的中心引一條垂直線至驅(qū)動輪2的軸線所在平面形成交點一，然后從該交點一引一斜線至驅(qū)動輪2最上方的永磁塊3的中心，這條斜線與垂直線之間的夾角就是偏轉(zhuǎn)角度β，上方的同理。

導(dǎo)軌的凸齒為半圓狀，其凸齒之間形成的凹槽槽寬與凸齒齒寬相同，導(dǎo)軌凸齒凸出于導(dǎo)軌的高度與永磁輪中永磁鐵凸出于永磁輪的高度相同，且導(dǎo)軌凸齒的軸向厚度與永磁輪中永磁鐵的軸向厚度相同（導(dǎo)軌凸齒的軸向厚度可以與導(dǎo)軌厚度相同，永磁輪中永磁鐵的軸向厚度可以與永磁輪的軸向厚度相同，如圖2所示的那樣。），使永磁鐵與鐵質(zhì)導(dǎo)軌產(chǎn)生的吸引力主要作用于導(dǎo)軌凸齒上，減小鐵質(zhì)導(dǎo)軌1的凸齒與永磁輪上永磁鐵工作時產(chǎn)生的水平滑差，便于永磁輪水平方向移動。

永磁輪主體材料為鋁合金，制造時，在永磁輪外圓周表面均勻相間布置凹槽，在槽內(nèi)鑲嵌圓狀永磁鐵。

如圖1所示，兩個驅(qū)動輪2、3分別設(shè)置在鐵質(zhì)導(dǎo)軌1上、下方，兩者互不接觸且相對于齒條對稱，使兩者在不吸合的情況下，產(chǎn)生最大的驅(qū)動力。鐵質(zhì)導(dǎo)軌1為呈圓狀且不帶有永磁鐵的鐵制部件。

導(dǎo)軌凸齒為半圓柱狀，其凹槽槽寬與凸齒齒寬相同，而導(dǎo)軌寬度與正下方的永磁輪等寬。

永磁輪主體材料為不導(dǎo)磁鋁制合金，在永磁輪外圓周表面均勻相間布置凹槽，在槽內(nèi)鑲嵌圓狀永磁鐵。鐵質(zhì)導(dǎo)軌1的齒間距與永磁輪槽間距相等。本發(fā)明中的永磁輪經(jīng)傳動軸與伺服電機5直連或通過聯(lián)軸器及軸承座連接，此方式用于驅(qū)動力較大或是剛度要求高的場合，系統(tǒng)工作時永磁輪上永磁鐵與導(dǎo)軌凸齒存在水平滑差，在有效產(chǎn)生驅(qū)動力的同時可起到過載保護的作用。

永磁輪與導(dǎo)軌在垂直方向留有一定的間隙，通過磁鐵與導(dǎo)軌凸齒的相互吸引提供牽引力。由于永磁輪與導(dǎo)軌無接觸，故該裝置具有較長的使用壽命。

本發(fā)明的永磁磁極相間排列對稱布置雙磁輪非接觸前進驅(qū)動裝置可用于永磁懸浮無塵傳送系統(tǒng)。圖中，導(dǎo)軌1為導(dǎo)磁材料，是固定的在運行路徑上方的，可按實際需求進行軌道鋪設(shè)。導(dǎo)軌的齒為圓狀或半圓狀，其凹槽槽寬與凸齒齒寬相同，而導(dǎo)軌寬度與正下方的永磁輪等寬。永磁輪由非磁性鋁合金材料制造，由伺服電機帶動傳動軸進行旋轉(zhuǎn)，在永磁輪的外圓周表面等間距鑲嵌有永磁鐵，其間距與上方導(dǎo)軌齒寬相同，且永磁鐵與導(dǎo)軌凸齒對應(yīng)。永磁輪與導(dǎo)軌間存在一定的間隙，避免二者的接觸。當伺服電機帶動永磁輪旋轉(zhuǎn)時，通過永磁鐵組與導(dǎo)軌間的吸引力實現(xiàn)驅(qū)動。由于導(dǎo)軌固定，驅(qū)動裝置將會帶動所在系統(tǒng)做直線運動，通過控制伺服電機旋轉(zhuǎn)速度及轉(zhuǎn)向可進一步控制系統(tǒng)的運動速度及方向。當然也可以反過來執(zhí)行，即使驅(qū)動裝置固定，導(dǎo)軌移動。

如圖1所示：上永磁輪旋轉(zhuǎn)方向為順時針，下永磁輪為逆時針，兩者前進方向均為水平向右。圖中：α=β，氣隙L₁=L₂，力Fx₁=Fx₂，力Fy₁=Fy₂；因為兩永磁輪y方向力大小相同方向相反，所以Fy=Fy1-Fy2=0。X方向力大小相同方向相反，因此，Fx=Fx₁+Fx₂=2Fx₁=2Fx₂。

圖3代表的是永磁鐵為長方體時的仿真數(shù)據(jù)，圖4為半圓柱狀永磁鐵仿真數(shù)據(jù)，圖5為半圓柱狀永磁鐵實驗數(shù)據(jù)。圖4，圖5相比可以確定仿真結(jié)果是正確的。圖3，圖4對比可證明半圓柱狀永磁鐵的受力更加穩(wěn)定。

本發(fā)明基于直線驅(qū)動原理，維護方便，結(jié)構(gòu)簡單，環(huán)保節(jié)能，低成本。