一种直线运动和旋转运动转换器的制造方法
【专利摘要】本发明提出一种直线运动和旋转运动转换器，该转换器包括机壳（10）、置于机壳(10)内的且与机壳相连的调磁机构、设置在调磁机构内的转子和设置在调磁机构外部的动子；调磁机构与转子之间构成内气隙，调磁机构与动子之间构成外气隙；转子通过轴承与机壳（10）连接，绕轴线自由旋转，动子过导轨或滚轮与机壳（10）连接，沿平面平移运动；其中，调磁机构包括调磁铁块（4）和非导磁填充介质（5）；相邻调磁铁块（4）之间填充非导磁填充介质（5），调磁铁块（4）和非导磁材料（5）交错排列在一起。本发明既可以实现直线运动和旋转运动的相互转换，调节直线运动和旋转运动的相对速度，又具有无接触、噪音小、效率高等优点。
【专利说明】一种直线运动和旋转运动转换器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种直线运动和旋转运动转换器，适用于非接触式变速驱动场合，属于动力传动【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在工农业生产、国防、航空、航天等领域，经常需要将旋转运动变成直线运动，或将直线运动变成旋转运动。根据应用场合的不同，人们开发出各种变换装置或设备来满足上述要求，例如齿轮齿条、链条、钢丝绳、传动带、丝杆、曲柄连杆、滑块机构、凸轮顶杆机构等。在这些变换装置中，直线运动部件和旋转运动部件相互接触，带来了摩擦、振动、噪音等问题，
[0003]永磁齿轮是一种非接触式的传动装置，具有可靠性好、传动平稳、寿命长，无摩擦损耗、无需润滑、无油污等特点，逐渐被应用到直线运动和旋转运动转换领域，以替代传统的变换装置，如永磁式齿轮齿条结构。尽管永磁式齿轮齿条结构能较好地实现运动形式的转换及运动速度的调节，但其所能传递的转矩密度较小、效率较低，这一问题限制了永磁式齿轮齿条结构的应用。
[0004]近期，基于磁场调制原理的永磁齿轮拓扑结构问世，大大提升了永磁齿轮所传递的转矩和效率。基于磁场调制原理的永磁齿轮与传统永磁齿轮的区别在于两个动子间加入了调磁机构，实现了气隙磁场的调制，增加了能量转换效率。
【发明内容】
[0005]发明目的:本发明提出一种直线运动和旋转运动转换器，旨在通过引入调磁机构，实现了气隙磁场的调制，以增加传统永磁式齿轮齿条结构的转矩密度，提供能量转换的效率。
[0006]技术方案:为解决上述技术问题，本发明提供了一种直线运动和旋转运动转换器，该转换器包括机壳、置于机壳内的调磁机构、设置在调磁机构内部的转子和设置在调磁机构外部的动子；调磁机构与转子之间构成内气隙，调磁机构与动子之间构成外气隙；
[0007]转子通过轴承与机壳连接，绕轴线自由旋转，动子过导轨或滚轮与机壳连接，沿平面平移运动；
[0008]其中，调磁机构包括调磁铁块和非导磁填充介质；相邻调磁铁块之间填充非导磁填充介质，调磁铁块和非导磁材料交错排列在一起；
[0009]动子包括动子N极永磁体、动子S极永磁体以及动子轭；相邻的动子N极永磁体之间放置动子S极永磁体，相邻的动子S极永磁体之间放置动子N极永磁体，动子N极永磁体和动子S极永磁体交错排列，粘贴在动子轭表面；
[0010]转子包括转子N极永磁体、转子S极永磁体、转子轭以及转轴；相邻的转子N极永磁体之间放置转子S极永磁体，相邻的转子S极永磁体之间放置转子N极永磁体，转子N极永磁体和转子S极永磁体交错排列，粘贴在转子轭表面；[0011]在靠近转子一侧，调磁机构为半圆型内陷结构，其所在轴线与转子轴线重合，与转子的间隔为内气隙；在靠近动子一侧，调磁机构为平板型结构，其所在平面与动子表面平行，与动子的间隔为外气隙。
[0012]优选的，转子轭、调磁铁块和动子轭3均由导磁材料制成。
[0013]优选的,转子N极永磁体、转子S极永磁体、动子N极永磁体和动子S极永磁体分别由钕铁硼、钐钴或者其它永磁材料制成。
[0014]优选的，转子N极永磁体、转子S极永磁体、动子N极永磁体和动子S极永磁体为一体式结构或分块式结构。
[0015]优选的，转子N极永磁体、转子S极永磁体采用表贴式或内嵌式结构固定在转子轭上。
[0016]有益效果:
[0017]I)能够实现直线运动和旋转运动的转换以及动力传递；
[0018]2)无接触传动消除了摩损、振动、噪音等问题；
[0019]3)无需润滑油和定期维护保养；
[0020]4)具有自动过载保护能力，提高了系统的可靠性；
[0021]5)通过引入调磁铁块，提高了装置的功率密度及能量转换效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明的径向截面示意图。
[0023]图2a为本发明的一种转子结构示意图，磁钢粘贴在转子轭表面，转子N极永磁体与S极永磁体间无气隙。
[0024]图2b为本发明的一种转子结构示意图，磁钢粘贴在转子轭表面，转子N极永磁体与S极永磁体间无气隙。
[0025]图3a为本发明的一种转子结构示意图，磁钢嵌入转子轭内部，磁钢为瓦片型结构。
[0026]图3b为本发明的一种转子结构示意图，磁钢嵌入转子轭内部，磁钢为矩形结构的
一种放置方法。
[0027]图3c为本发明的一种转子结构示意图，磁钢嵌入转子轭内部，磁钢为矩形结构的另一种放置方法。
[0028]图中，动子北极永磁体1、动子南极永磁体2、动子轭3、调磁铁块4、非导磁填充介质5、转子北极永磁体6、转子南极永磁体7、转子轭8、转轴9、机壳10。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图，对本发明做进一步说明。
[0030]参见图1，本发明提供的直线运动和旋转运动转换器，该转换器包括机壳10、置于机壳10内的且与机壳相连的调磁机构、设置在调磁机构内的转子和设置在调磁机构外部的动子；调磁机构与转子之间构成内气隙，调磁机构与动子之间构成外气隙。
[0031]转子通过轴承与机壳10连接，绕轴线自由旋转，动子过导轨或滚轮与机壳10连接，沿平面平移运动。[0032]其中，调磁机构包括调磁铁块4和非导磁填充介质5 ;相邻调磁铁块4之间填充非导磁填充介质5，调磁铁块4和非导磁材料5交错排列在一起。
[0033]动子包括动子N极永磁体1、动子S极永磁体2以及动子轭3 ;相邻的动子N极永磁体I之间放置动子S极永磁体2，相邻的动子S极永磁体2之间放置动子N极永磁体1，动子N极永磁体I和动子S极永磁体2交错排列，粘贴在动子轭3表面。
[0034]转子包括转子N极永磁体6、转子S极永磁体7、转子轭8以及转轴9 ;相邻的转子N极永磁体6之间放置转子S极永磁体7,相邻的转子S极永磁体7之间放置转子N极永磁体6,转子N极永磁体6和转子S极永磁体7交错排列,粘贴在转子轭8表面。
[0035]在靠近转子一侧，调磁机构为半圆型内陷结构，其所在轴线与转子轴线重合，与转子的间隔为内气隙；在靠近动子一侧，调磁机构为平板型结构，其所在平面与动子表面平行，与动子的间隔为外气隙。
[0036]转子轭8、调磁铁块4和动子轭3均由导磁材料制成。
[0037]转子N极永磁体6、转子S极永磁体7、动子N极永磁体I和动子S极永磁体2分别由钕铁硼、钐钴或者其它永磁材料制成。
[0038]转子N极永磁体6、转子S极永磁体7、动子N极永磁体I和动子S极永磁体2为一体式结构或分块式结构。
[0039]转子N极永磁体6、转子S极永磁体7采用表贴式或内嵌式结构固定在转子轭8上。
[0040]可见，本发明提出的直线运动和旋转运动转换器为径向结构，其截面由内到外依次为转子、内气隙、调磁机构、外气隙以及动子。转子和动子为可动部分，调磁机构和机壳连接在一起，固定不动。
[0041]转子侧永磁体可采用表面粘贴式结构或内嵌式结构固定在转子轭上，可采用径向充磁,平行充磁,轴向充磁等充磁方式,也可采用hal Ibach结构永磁体。
[0042]所述的动子侧永磁体也可采用表面粘贴式结构或内嵌式结构固定在动子轭上，可采用径向充磁，也可采用hallbach结构永磁体。
[0043]本发明的特点体现在，在磁齿轮和磁齿条的基础上，引入调磁机构对空间磁场进行调制，利用空间谐波传递能量，提高了能量转换效率，增大接触面积。所述的转子N极永磁体和转子S极永磁体可采用表面粘贴式结构或内嵌式结构固定在转子轭上，如图2和图3所示。
[0044]转子永磁体极对数和动子永磁体的极对数需根据转速变比来计算确定。
[0045]转子可绕轴线双向旋转，动子在一定平面上可双向移动。转子和动子可分别连接至驱动或被驱动部件，进行运动形式的转换，力矩传递以及速度变换。所述的转换器既可以实现直线运动和旋转运动的相互转换，调节直线运动和旋转运动的相对速度，又具有无接触、噪音小、效率高等优点。
[0046]以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
【权利要求】
1.一种直线运动和旋转运动转换器，其特征在于:该转换器包括机壳(10)、置于机壳(10)内的且与机壳相连的调磁机构、设置在调磁机构内的转子和设置在调磁机构外部的动子；调磁机构与转子之间构成内气隙，调磁机构与动子之间构成外气隙； 转子通过轴承与机壳(10)连接，绕轴线自由旋转，动子过导轨或滚轮与机壳(10)连接，沿平面平移运动； 其中，调磁机构包括调磁铁块(4)和非导磁填充介质(5);相邻调磁铁块(4)之间填充非导磁填充介质(5)，调磁铁块(4)和非导磁材料(5)交错排列在一起； 动子包括动子N极永磁体(I)、动子S极永磁体(2)以及动子轭(3);相邻的动子N极永磁体(I)之间放置动子S极永磁体(2)，相邻的动子S极永磁体(2)之间放置动子N极永磁体(I)，动子N极永磁体(I)和动子S极永磁体(2 )交错排列，粘贴在动子轭(3 )表面； 转子包括转子N极永磁体(6)、转子S极永磁体(7)、转子轭(8)以及转轴(9);相邻的转子N极永磁体(6)之间放置转子S极永磁体Cl)，相邻的转子S极永磁体(7)之间放置转子N极永磁体(6 ),转子N极永磁体(6 )和转子S极永磁体(7 )交错排列,粘贴在转子轭(8 )表面； 在靠近转子一侧，调磁机构为半圆型内陷结构，其所在轴线与转子轴线重合，与转子的间隔为内气隙；在靠近动子一侧，调磁机构为平板型结构，其所在平面与动子表面平行，与动子的间隔为外气隙。
2.根据权利要求1所述的直线运动和旋转运动转换器，其特征在于:转子轭(8)、调磁铁块(4)和动子轭(3)均由导磁材料制成。
3.根据权利要求1所述的直线运动和旋转运动转换器，其特征在于:转子N极永磁体(6)、转子S极永磁体(7)、动子N极永磁体(I)和动子S极永磁体(2)分别由钕铁硼、钐钴或者其它永磁材料制成。
4.根据权利要求1所述的直线运动和旋转运动转换器，其特征在于:转子N极永磁体(6)、转子S极永磁体(7)、动子N极永磁体(I)和动子S极永磁体(2)为一体式结构或分块式结构。
5.根据权利要求1所述的直线运动和旋转运动转换器，其特征在于:转子N极永磁体(6)、转子S极永磁体(7)采用表贴式或内嵌式结构固定在转子轭(8)上。
【文档编号】H02K49/10GK103475185SQ201310461434
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】付兴贺, 李红艳, 林明耀, 赵博 申请人:东南大学