一种永磁丝杠传动装置
阅读说明：本技术 一种永磁丝杠传动装置 (Permanent magnet lead screw transmission device ) 是由 杨均悦 葛研军 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种永磁丝杠传动装置,包括永磁丝母总成、永磁丝杠总成、轴承座和导轨；所述的永磁丝母总成包括外轭铁、外永磁体块和外隔离板；所述的永磁丝杠总成包括内转子轭铁、内永磁体块和内隔离板；所述的永磁丝杠总成套装在永磁丝母总成内部,各外永磁体块内表面与各内永磁体块外表面之间存在一层均匀气隙。本发明将现有永磁丝杠的螺旋式结构,简化为由齿形结构与永磁体块的阶梯式分布,可采用铣削、线切割等常用的加工方法实现；丝杠螺距由隔离板长度决定,方便检测,大幅度降低了加工成本。本发明的丝杠与丝母内均安装永磁体块,取代了单侧永磁体式的结构,提高了回路中的磁能积以及气隙中的磁通密度,大幅度增加了丝杠副轴向推力密度。(The invention discloses a permanent magnet lead screw transmission device, which comprises a permanent magnet nut assembly, a permanent magnet lead screw assembly, a bearing seat and a guide rail, wherein the permanent magnet nut assembly is arranged on the bearing seat; the permanent magnet nut assembly comprises an outer yoke iron, an outer permanent magnet block and an outer isolation plate; the permanent magnet screw assembly comprises an inner rotor yoke iron, an inner permanent magnet block and an inner separation plate; the permanent magnet screw assembly is sleeved inside the permanent magnet screw assembly, and a layer of uniform air gap is formed between the inner surface of each outer permanent magnet block and the outer surface of each inner permanent magnet block. The invention simplifies the spiral structure of the existing permanent magnet screw into the step-shaped distribution of a tooth-shaped structure and a permanent magnet block, and can be realized by common processing methods such as milling, linear cutting and the like; the screw pitch of the lead screw is determined by the length of the isolation plate, so that the detection is convenient, and the processing cost is greatly reduced. Permanent magnet blocks are arranged in the screw rod and the screw nut, a single-side permanent magnet structure is replaced, the magnetic energy product in a loop and the magnetic flux density in an air gap are improved, and the axial thrust density of the screw rod on the shaft is greatly increased.)
技术领域
本发明涉及一种传动装置，特别是一种永磁丝杠传动装置。
背景技术
在传统的机械传动领域中，为实现旋转运动转化为直线运动，主要采用机械丝杠或滚珠丝杆等执行机构，其在运行过程中可能产生机械磨损、卡死、过载能力不足、噪音、震动等不可避免的弊端，而永磁丝杠结构形式的提出有效的解决了以上弊端，其利用永磁体之间的磁场吸引力，通过气隙磁场作用，实现了丝杠与丝母之间非接触式动力传递，具有无摩擦、无磨损、无润滑、维修方便及过载保护等优点。但从现有永磁丝杠结构形式分析，仍存在以下不足之处：
1、结构复杂，为了实现旋转运动与直线运动转化过程中的螺旋磁场结构形式，将永磁体制作成螺旋形状，使整体结构复杂，制造成本高；
2、轴向力小，现有的磁力丝杠副结构中，一侧为永磁体，另一侧为导体，利用磁阻最小原则驱动丝杠运动，气隙磁场仅由一侧永磁体提供，使丝杠副轴向推力密度受限，无法实现大载荷功率运行。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种既能简化结构，又能实现大载荷功率运行的永磁丝杠传动装置。
本发明采用如下技术方案：
一种永磁丝杠传动装置，包括永磁丝母总成、永磁丝杠总成、轴承座和导轨；所述的轴承座和导轨均固定安装在基础上。
所述的永磁丝母总成包括外轭铁、外永磁体块和外隔离板；所述的外轭铁的中心为圆形通孔，通孔表面为轴向齿形槽结构，且齿形槽沿外轭铁内表面周向均匀分布；所述的外永磁体块的内表面为内凹型周向圆弧曲面，多块外永磁体块采用N极或S极同向的方式安装在外轭铁的内表面齿形槽中，多块外永磁体块的内表面形成圆柱面；同一齿形槽内的相邻外永磁体块之间用外隔离板隔开；相邻两个齿形槽中的外永磁体块的轴向等距离错开，外轭铁内表面展开后、外永磁体块形成等距阶梯型分布；外轭铁外侧与导轨滑动连接，沿导轨作轴向直线运动；
所述的永磁丝杠总成包括内转子轭铁、内永磁体块和内隔离板；所述的内转子轭铁为圆柱型结构，内永磁体块外表面为轴向齿形槽结构，且沿内转子轭铁外表面周向均匀分布；内永磁体块的外表面为外凸型周向圆弧曲面，采用与外永磁体块磁极相反的方向，安装在内转子轭铁的外表面齿形槽中；多块内永磁体块外表面形成圆柱面；同一齿形槽内的相邻内永磁体块之间用内隔离板隔开，相邻两个齿形槽中的内永磁体块之间轴向等距离错开，内转子轭铁外表面展开后、内永磁体块成等距阶梯型分布；内转子轭铁的中心安装旋转轴，所述的旋转轴由轴承座支撑，永磁丝杠总成沿旋转轴旋转；
所述的永磁丝杠总成套装在永磁丝母总成内部，各外永磁体块内表面形成的圆柱面与各内永磁体块外表面形成的圆柱面之间存在一层均匀气隙；
所述的外轭铁的所有外永磁体块内表面形成的圆柱面面积之和与内转子轭铁上相同轴向长度的所有内永磁体块外表面形成的圆柱面面积之和相等；所述的相同轴向长度指外轭铁上安装外永磁体块的最大长度。
进一步地，所述的外永磁体块与内永磁体块在单块完整状态下的轴向长度相等、沿周向的弧长相等；位于外轭铁两端边界处的外永磁体块与位于内转子轭铁两端边界处的内永磁体块的轴向长度不大于单块完整状态下的轴向长度、沿周向的弧长相等；
所述的外隔离板与内隔离板在单块完整状态下的轴向长度相等；位于外轭铁两端边界处的外隔离板与位于内转子轭铁两端边界处的内隔离板的轴向长度不大于单块完整状态下的轴向长度。
进一步地，所述的外永磁体块与外隔离板宽度相等，外隔离板的圆弧表面与外轭铁的齿形槽内圆弧表面在同一圆周面上；所述的外永磁体块的内凹型周向圆弧曲面所构成的圆周直径小于外轭铁的齿形槽内圆弧表面直径；所述的内永磁体块与内隔离板宽度相等，内隔离板所构成的圆弧表面与内转子轭铁的齿形槽外圆弧表面在同一圆周面上；所述的内永磁体块的外凸型周向圆弧曲面所构成的圆周直径大于内转子轭铁的齿形槽外圆弧表面的直径。
进一步地，所述的外隔离板单块完整状态下的轴向长度与外永磁体块单块完整状态下的轴向长度比小于1；所述的内隔离板单块完整状态下的轴向长度与内永磁体块单块完整状态下的轴向长度比小于1。
进一步地，所述的外轭铁的齿形槽槽数与内转子轭铁的齿形槽槽数相等。
进一步地，所述的永磁丝母总成中相邻两个齿形槽中的外永磁体块之间轴向错开的距离与永磁丝杠总成相邻两个齿形槽中的内永磁体块轴向错开的距离相等。
进一步地，所述的外永磁体块单块完整状态下与外隔离板单块完整状态下的轴向长度之和为永磁丝母总成中相邻两个齿形槽中的外永磁体块之间轴向错开的距离与齿槽数量的乘积；内永磁体块单块完整状态下与内隔离板单块完整状态下的轴向长度之和为永磁丝杠总成相邻两个齿形槽中的内永磁体块轴向错开的距离与齿槽数量的乘积。
进一步地，所述的外轭铁和内转子轭铁采用导磁性材料制成；所述的外隔离板与内隔离板采用非导磁性材料制成。
本发明与现有的永磁式丝杠相比，具有如下显而易见的突出实质性特点及显著优点：
1、本发明制造工艺简单，将现有永磁丝杠的螺旋式结构，简化为由齿形结构与永磁体块的阶梯式分布，可采用铣削、线切割等常用的加工方法实现；装配简化，丝杠螺距由隔离板长度决定，方便检测，大幅度降低了加工制造成本；
2、本发明中丝杠与丝母内均安装永磁体块，取代了单侧永磁体式的结构，提高了回路中的磁能积以及气隙中的磁通密度，大幅度增加了丝杠副轴向推力密度，拓展了其应用范围。
附图说明
图1为本发明一个实施例结构示意图。
图2为图1的端面结构示意图。
图3为本发明的应用的结构立体示意图。
图4为本发明外轭铁的结构立体图。
图5为本发明内转子轭铁的结构立体图。
图6为永磁丝母总成沿内表面展开图。
图7为永磁丝杠总成沿外表面展开图。
图中，1、外轭铁，2、外永磁体块，3、外隔离板，4、内转子轭铁，5、内永磁体块，6、内隔离板，7、轴承座，8、导轨。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步地说明。如图1-7所示，一种永磁丝杠传动装置，包括永磁丝母总成、永磁丝杠总成、轴承座7和导轨8；所述的轴承座7和导轨8均固定安装在基础上。
所述的永磁丝母总成包括外轭铁1、外永磁体块2和外隔离板3；所述的外轭铁1的中心为圆形通孔，通孔表面为轴向齿形槽结构，且齿形槽沿外轭铁1内表面周向均匀分布；所述的外永磁体块2的内表面为内凹型周向圆弧曲面，多块外永磁体块2采用N极或S极同向的方式安装在外轭铁1的内表面齿形槽中，多块外永磁体块2的内表面形成圆柱面；同一齿形槽内的相邻外永磁体块2之间用外隔离板3隔开；相邻两个齿形槽中的外永磁体块2的轴向等距离错开，外轭铁1内表面展开后、外永磁体块2形成等距阶梯型分布；外轭铁1外侧与导轨8滑动连接，沿导轨8作轴向直线运动；
所述的永磁丝杠总成包括内转子轭铁4、内永磁体块5和内隔离板6；所述的内转子轭铁4为圆柱型结构，内永磁体块5外表面为轴向齿形槽结构，且沿内转子轭铁4外表面周向均匀分布；内永磁体块5的外表面为外凸型周向圆弧曲面，采用与外永磁体块磁极相反的方向，安装在内转子轭铁4的外表面齿形槽中；多块内永磁体块5外表面形成圆柱面；同一齿形槽内的相邻内永磁体块5之间用内隔离板6隔开，相邻两个齿形槽中的内永磁体块5之间轴向等距离错开，内转子轭铁4外表面展开后、内永磁体块5成等距阶梯型分布；内转子轭铁4的中心安装旋转轴，所述的旋转轴由轴承座7支撑，永磁丝杠总成沿旋转轴旋转；
所述的永磁丝杠总成套装在永磁丝母总成内部，各外永磁体块2内表面形成的圆柱面与各内永磁体块5外表面形成的圆柱面之间存在一层均匀气隙；
所述的外轭铁1的所有外永磁体块2内表面形成的圆柱面面积之和与内转子轭铁4上相同轴向长度的所有内永磁体块5外表面形成的圆柱面面积之和相等；所述的相同轴向长度指外轭铁1上安装外永磁体块2的最大长度。
进一步地，所述的外永磁体块2与内永磁体块5在单块完整状态下的轴向长度相等、沿周向的弧长相等；位于外轭铁1两端边界处的外永磁体块2与位于内转子轭铁4两端边界处的内永磁体块5的轴向长度不大于单块完整状态下的轴向长度、沿周向的弧长相等；
所述的外隔离板3与内隔离板6在单块完整状态下的轴向长度相等；位于外轭铁1两端边界处的外隔离板3与位于内转子轭铁4两端边界处的内隔离板6的轴向长度不大于单块完整状态下的轴向长度。
进一步地，所述的外永磁体块2与外隔离板3宽度相等，外隔离板3的圆弧表面与外轭铁1的齿形槽内圆弧表面在同一圆周面上；所述的外永磁体块2的内凹型周向圆弧曲面所构成的圆周直径小于外轭铁1的齿形槽内圆弧表面直径；所述的内永磁体块5与内隔离板6宽度相等，内隔离板6所构成的圆弧表面与内转子轭铁4的齿形槽外圆弧表面在同一圆周面上；所述的内永磁体块5的外凸型周向圆弧曲面所构成的圆周直径大于内转子轭铁4的齿形槽外圆弧表面的直径。
进一步地，所述的外隔离板3单块完整状态下的轴向长度与外永磁体块2单块完整状态下的轴向长度比小于1；所述的内隔离板6单块完整状态下的轴向长度与内永磁体块5单块完整状态下的轴向长度比小于1。
进一步地，所述的外轭铁1的齿形槽槽数与内转子轭铁4的齿形槽槽数相等。
进一步地，所述的永磁丝母总成中相邻两个齿形槽中的外永磁体块2之间轴向错开的距离与永磁丝杠总成相邻两个齿形槽中的内永磁体块5轴向错开的距离相等。
进一步地，所述的外永磁体块2单块完整状态下与外隔离板3单块完整状态下的轴向长度之和为永磁丝母总成中相邻两个齿形槽中的外永磁体块2之间轴向错开的距离与齿槽数量的乘积；内永磁体块5单块完整状态下与内隔离板6单块完整状态下的轴向长度之和为永磁丝杠总成相邻两个齿形槽中的内永磁体块5轴向错开的距离与齿槽数量的乘积。
进一步地，所述的外轭铁1和内转子轭铁4采用导磁性材料制成；所述的外隔离板3与内隔离板6采用非导磁性材料制成。
本发明的工作原理如下：
本发明中外轭铁1内的外永磁体块2沿齿形槽成阶梯状分布，模拟机械丝杠副中丝母的螺纹结构；内转子轭铁4内的内永磁体块5也沿齿形槽成阶梯状分布，模拟机械丝杠副中丝杠的螺纹结构；永磁丝母总成可沿导轨8作轴向直线移动，永磁丝杠总成由轴承座7固定，可沿永磁丝杠总成的中心旋转崭转动。永磁丝母总成与永磁丝杠总成之间保持一均匀气隙。
本发明装配完成后，由于气隙两侧的永磁体块磁极相反，在磁场吸引的作用下，其按磁阻最小原则，保持一固定相对平衡位置，形成内外永磁体块稳定的磁场回路；当永磁丝杠总成在驱动力矩作用下发生旋转，破坏了初始位置的磁场回路，永磁丝母总成在磁场力的作用下发生移动，由于受到导轨8限制，其只能沿轴向直线移动至新的磁阻最小平衡位置，从而实现了利用磁场将永磁丝杠总成的回转运动转化为永磁丝母总成的直线运动。
由于永磁丝杠总成与永磁丝母总成中的永磁体块对应排列，可实现与机械丝杠相同的传动形式，其螺距＝永磁体块的轴向长度+隔离板的轴向长度。
本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。
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