[发明专利]一种永磁体表嵌式磁力丝杠及其加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高推力密度磁力丝杠的制造技术，特别涉及到螺旋磁路的等效技术和分段永磁体的组装方法。

背景技术

磁力丝杠作动系统的研究在国内外尚处于起步阶段。磁力丝杠具有高推力密度、无接触摩擦、维护简单等特点，通过磁场耦合来实现将旋转运动转化为直线运动，反之亦然。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充磁的N、S极螺旋交替的表贴式磁力丝杠，而此种结构存在磁力丝杠装配和螺旋永磁体加工的问题。

文献IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION,30(1)：41-50，2015(Magnetic design aspects of the trans-rotary magnetic gear)介绍了一种分段式永磁体磁力丝杠，将径向充磁的分段圆弧永磁体表贴在电工铁棒上。虽然这种结构可以减小磁力丝杠永磁体的加工难度，但所介绍的表贴式永磁体磁力丝杠，由于采用分段圆弧永磁体，推力波动会明显增加。为了减小推力波动，采用减小分段永磁体弧度，即增加了分段永磁体个数的方法，这样增加了磁力丝杠的加工复杂度。由于磁力丝杠采用分段永磁体，分段永磁体在表贴到电工铁棒上时，存在拼接精度低和机械强度低的缺点。

中国发明专利申请号201610218576.4公开了一种永磁体分段式磁力丝杠的加工方法，对分段永磁体轴向两侧，按照计算的角度进行斜平面车削处理。并且对背离气隙的一面(即贴近电工铁棒的一面)做削平处理，从而实现螺旋形磁路的近似等效。虽然此方法，可以实现螺旋形磁路，并且降低加工难度。但是，削平处理后的分段永磁体，在径向方向上，永磁体的厚度不一致，会导致气隙磁场的畸变，从而影响推力的稳定性。并且在拼接精度和机械强度上，还存在一定的缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了解决整体螺旋形永磁体加工困难和分段永磁体的组装问题，提出了一种简单有效，工程上易于执行的方法。采用本发明提出的加工方法，在保证高推力密度和低推力波动的同时，极大的降低了磁力丝杠的加工难度，并且提高机械强度和拼接精度。

本发明适用于航空航天、人工心脏泵、海洋发电等领域。相比与传统的直线电机，由于磁力丝杠是磁力传动，所以具有无需润滑，过负载能力强和清洁度高等优点。尤其在电动舵机领域，对于负载变化大且温差、环境恶劣的高空间飞行器应用领域而言，在高温环境下，润滑油易氧化蒸发，润滑难导致机械磨损和机械卡死等问题，产生的振动、冲击、变形等因素对作动系统影响严重，直接威胁到飞行器的性能和飞行员的生命。无需润滑的磁力丝杠可以同时解决以上问题。

本发明的具有以下技术方案：

一种分段永磁体表嵌式磁力丝杠，包括磁丝杆，磁螺母，两者同轴并且之间具有气隙；

所述磁螺母空套在磁丝杆外部，磁丝杆电工铁棒外表面和磁螺母电工铁环内表面分别表嵌有分段永磁体；磁螺母相对磁丝杆做旋转运动，磁丝杆相对磁螺母做直线运动，且磁螺母的轴向长度小于磁丝杆的轴向长度；

所述磁丝杆包括电工铁棒和第一永磁体a、第一永磁体b，电工铁棒表面沿圆周方向，与永磁体等厚度，相等弧度间隔切割有齿的形状，并且形成了固定路径，使得分段永磁体可以表嵌入固定路径中；磁丝杆电工铁棒的外表面上表嵌多个紧密排列的第一永磁体a、第一永磁体b；所述第一永磁体a、第一永磁体b，为轴向两侧斜切割的分段永磁体，拼接后可以引出螺旋磁路；拼接完成后，由于磁丝杆上所需永磁体个数较多，同时在电工铁棒的端部削切有限位器装置。

所述磁螺母包括螺母电工铁环和第二永磁体a，第二永磁体b，螺母电工铁环内侧表面沿圆周方向，与永磁体等厚度，相等弧度间隔切割有齿状结构，并且形成了固定路径，使得分段永磁体可以表嵌入固定路径中；磁螺母电工铁环内表面上表嵌有多个紧密排列的第二永磁体a，第二永磁体b；所述第二永磁体a，第二永磁体b，为轴向两侧斜切割的分段永磁体。由于磁螺母是空套在磁丝杆上的，所以第二永磁体a，第二永磁体b的半径尺寸要大于第一永磁体a、第一永磁体b。拼接后可以引出螺旋磁路，与磁丝杆的螺旋形磁路耦合，实现动能传输。