[发明专利]一种输出推力脉动减小的嵌入式磁力丝杠

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁力丝杠的制造技术，特别涉及到具有螺旋形永磁体和螺旋磁路的磁力丝杠结构。

背景技术

磁力丝杠具有高推力密度、无接触摩擦、维护简单等特点，因此在很多场合如航空航天、海洋发电、人工心脏等领域具有很好的应用前景。目前，对磁力丝杠研究较多的是永磁体径向励磁的N、S极螺旋交替的表贴式磁力丝杠，此结构由磁螺母和磁丝杆构成，磁螺母做旋转运动，磁丝杆做直线运动，两者同时运动。由于丝杠永磁体采用N、S极交替励磁，所以此种结构存在一定的漏磁，从而降低了气隙的磁通密度，并且存在结构装配和螺旋永磁体加工的问题。

文献 IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, 49（6）：2699-2708， 2013 (Design of a Magnetic Lead Screw for Wave Energy Conversion) 介绍了一种永磁体嵌入式磁力丝杠，将轴向励磁且励磁方向相反的螺旋形永磁体放置在螺旋形铁磁材料两侧，磁螺母和磁丝杆均是采用永磁体嵌入式结构。虽然这种结构可以减小永磁体的漏磁，增加气隙磁感应强度，但这种永磁体嵌入式磁力丝杠的加工难度大，并且铁磁材料存在磁饱和现象，可以使部分永磁体产生不可逆退磁。由于磁力丝杠采用螺旋永磁体，然而永磁体机械性能较差，在加工和充磁时都不能承受较大的机械强度，加工难度比较大，从而限制了磁力丝杠的应用进展。

文献 IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION, 30（1）：41-50， 2015 （Magnetic design aspects of the trans-rotary magnetic gear）介绍了永磁体分段磁力丝杠，将分段永磁体依次表贴在电工铁棒表面，形成阶梯型螺旋永磁体结构。虽然这种结构可以降低磁力丝杠的加工难度，但分段式结构推力脉动大，并且机械强度低。

因此，采用有效的办法解决螺旋永磁体的加工困难成为磁力丝杠急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决磁力丝杠永磁体加工困难和永磁体分段式磁力丝杠推力脉动大的问题，提出了一种简单有效、工程上易于执行的磁力丝杠。在保证高推力密度的同时，大大降低了磁力丝杠的加工难度和推力脉动。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：本发明由磁丝杆和磁螺母组成，磁螺母同轴空套在磁丝杆外且两者之间具有气隙，磁丝杆由一个丝杆螺旋电工铁环和若干个圆弧角均是45度的第一圆弧永磁体、第二圆弧永磁体、丝杆圆弧电工铁构成，磁螺母由一个螺母螺旋电工铁环和若干个圆弧角均是45度的第三圆弧永磁体、第四圆弧永磁体、螺母圆弧电工铁构成；每个所述丝杆圆弧电工铁、螺母圆弧电工铁的轴向两侧各紧密贴合一个圆弧永磁体，各形成一组丝杆聚磁模块、一组螺母聚磁模块；多组丝杆聚磁模块沿轴向紧密拼接形成一组丝杆模块集合，多组螺母聚磁模块沿轴向紧密拼接形成一组螺母模块集合，8组丝杆模块集合、8组螺母模块集合各沿圆周方向依次相差45度形成封闭的圆环，相邻的两个丝杆模块集合沿轴向依次地错开，相邻的两个螺母模块集合沿轴向依次地错开；8组丝杆模块集合中的所有丝杆圆弧电工铁、8组螺母模块集合中的所有螺母圆弧电工铁各形成螺旋状；丝杆螺旋电工铁环表贴在由8组丝杆模块集合中所有圆弧电工铁形成的螺旋轨迹的外表面上，螺母螺旋电工铁环表贴在由8组螺母模块集合中所有螺母圆弧电工铁形成的螺旋轨迹的内表面上；第一圆弧永磁体、第二圆弧永磁体励磁方向相反，沿轴向指向丝杆圆弧电工铁；第三圆弧永磁体和第四圆弧永磁体励磁方向相反，沿轴向指向螺母圆弧电工铁。

本发明采用上述技术方案后，具有如下有益效果：

1、本发明采用分段圆弧永磁体和分段圆弧电工铁拼接成螺旋聚磁结构，从而替代现有的整体螺旋形永磁体，因而减小了工艺复杂度和加工成本。并且保证磁力丝杠总的永磁体用量不会增加，从而控制材料成本。

2、本发明采用在螺旋聚磁模块表面放置理想螺旋电工铁环，可以引出理想螺旋形永磁体N、S磁路，因而对磁力丝杠的推力输出的大小和脉动都不会造成较大的影响，能够在减小推力脉动的同时保证推力输出，具有增强磁力丝杠整体的机械强度的特点。