一种v型磁极直线旋转运动转换器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种V型磁极直线旋转运动转换器，可实现直线运动和旋转运动的相互转换，以及动能的传递。该转换器包括旋转单元、直线单元和调磁机构。所述旋转单元包括转轴、转子铁芯和永磁体；其中，永磁体采用分段式V型结构，粘贴在转子铁芯表面。所述直线单元包括动子轭和永磁体；所述调磁机构由导磁的调磁铁块构成，固定在旋转单元和直线单元之间。本发明的旋转单元采用新型磁极结构，有效降低了转换器的转矩脉动，减小了转换器的抖动和损耗，提高了转换器的稳定性和能量转换效率；同时，V型磁极呈中心对称，使得轴向磁拉力相互抵消，提高了转换器的工作可靠性和运行寿命。
【专利说明】一种V型磁极直线旋转运动转换器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种V型磁极直线旋转运动转换器，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]永磁式齿轮齿条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相互转换的领域。但是，永磁式齿轮齿条所能传递的转矩密度较小、能量传递效率较低，很难满足工业传动的需要。将磁场调制原理应用于永磁齿轮拓扑结构，可大幅提高永磁齿轮所传递的转矩和效率。在此背景下，以永磁式齿轮齿条结构为基础引入调磁机构，构成了一种新型直线旋转转换器，该转换器主要是通过调磁机构实现气隙磁场的调制，增加了永磁体利用率，提高了转换机构的转矩密度和功率。
[0004]采用倾斜永磁体的方法，可消除转换结构的转矩脉动，但永磁体单向倾斜却会引起轴向磁拉力，不平衡的轴向力可能会损坏转轴及设备，降低转换器的适用寿命。
【发明内容】
[0005]发明目的:针对上述现有技术，提出一种V型磁极直线旋转运动转换器，能够减小转矩脉动的同时，使转子铁芯表面的永磁体所受到的轴向力相互抵消，从而提高转换器的可靠性。
[0006]技术方案:一种V型磁极直线旋转运动转换器，其特征在于:包括旋转单元、直线单元和调磁机构，所述调磁机构固定设置在旋转单元和直线单元之间；其中:
[0007]所述旋转单元包括转轴、转子铁芯和永磁体，转轴穿过转子铁芯的轴孔，并与转子铁芯紧固在一起，永磁体粘贴在转子铁芯的表面或内嵌在转子铁芯中；其中，所述永磁体包括转子N极永磁体、转子S极永磁体；
[0008]所述旋转单元的每极永磁体沿所述转子铁芯的圆周设置，形成多级环形永磁转子结构；每极永磁体沿转轴轴向采用分段式结构设置，各段永磁体具有相同的圆心角、内外径及轴向长度，每极永磁体中相邻的两段永磁体错开设置，每极永磁体中的每段永磁体的中心点连线成“V”型。
[0009]进一步的，所述转子N极永磁体和转子S极永磁体为径向充磁的瓦形永磁体。
[0010]进一步的，所述直线单元包括动子轭以及沿径向充磁的动子N极永磁体和动子S极永磁体，所述动子N极永磁体和动子S极永磁体沿直线单元运动方向互相交错粘贴于动子轭的表面或内嵌在动子轭中。
[0011]进一步的，所述直线单元包括动子轭以及沿径向充磁的动子N极永磁体或动子S极永磁体，所述动子N极永磁体或动子S极永磁体沿直线单元运动方向粘贴于动子轭的表面或内嵌在动子轭中。
[0012]进一步的，所述调磁机构包括宽度相同并间隔设置的导磁的调磁铁块，所有调磁铁块靠近所述旋转单元的一端围绕转子铁芯呈弧形设置，所有调磁铁块的端部与转子铁芯表面的永磁体之间留有内气隙；所述调磁铁块与所述动子轭表面的永磁体之间留有宽度一致的外气隙。
[0013]进一步的，所述调磁铁块之间留有间隙，所述间隙中填充非导磁介质。
[0014]有益效果:本发明具有传统磁力齿轮的优点:无摩擦损耗使能量传递效率提高，减小噪音和振动使系统的稳定性和舒适性提高；其次该转换器通过引入调磁机构，提高了永磁体的利用率，同时实现气隙磁场的调制，提高转换器的转矩密度和能量转换效率。
[0015]转换器的旋转单元永磁体采用分段式结构，“V”型排列，在不影响气隙磁密大小的情况下，进一步优化气隙磁密波形，从而减小转矩脉动和齿槽转矩，避免转换器运行过程中出现大的噪音和振动，提高了转换器运行的稳定性；旋转单元的永磁体采用V型排列，减小转矩脉动的同时，使单向斜极结构所引起的轴向磁拉力相互抵消，从而提高了转换器的运行可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为V型磁极直线旋转运动转换器的结构示意图；
[0017]图2为实施例1的旋转单元的结构示意图；
[0018]图3为实施例1的直线单元和调磁机构的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
[0020]实施例1:如图1所示的一种V型磁极直线旋转运动转换器，包括旋转单元、直线单元和调磁机构，调磁机构固定设置在旋转单元和直线单元之间。
[0021]如图2所示，旋转单元包括转轴1、转子铁芯2和永磁体。转轴I穿过转子铁芯2的轴孔，并与转子铁芯2紧固在一起，永磁体粘贴在转子铁芯2的表面。其中，永磁体包括转子N极永磁体3、转子S极永磁体4,转子N极永磁体3和转子S极永磁体4为径向充磁的瓦形永磁体。旋转单元的每极永磁体沿转子铁芯2的圆周设置，形成多级环形永磁转子结构。每极永磁体沿转轴轴向采用分段式结构设置，各段永磁体具有相同的圆心角、内外径及轴向长度，每极永磁体中各段永磁体依次错开1.5度粘贴在转子铁芯2的表面，每极永磁体中的每段永磁体的中心点连线成“V”型。本实施例中永磁体包括两对极永磁体，极弧系数取0.6。
[0022]如图3所示,直线单元包括动子轭8以及沿径向充磁的动子N极永磁体6和动子S极永磁体7，动子N极永磁体6和动子S极永磁体7沿直线单元运动方向互相交错粘贴于动子轭8的表面。调磁机构包括宽度相同并间隔设置的导磁的调磁铁块5，所有调磁铁块5靠近旋转单元的一端围绕转子铁芯2呈弧形设置。调磁铁块靠近直线单元的一端与动子轭8表面永磁体平行，所有调磁铁块5的端部与转子铁芯2表面的永磁体之间留有气隙，该气隙称为内气隙；调磁铁块与所述动子轭8表面的永磁体之间留有宽度一致的气隙，该气隙称为外气隙。调磁铁块5之间留有间隙，该间隙中填充非导磁介质。
[0023]实施例2:与实施例1的区别仅在于:旋转单元中的永磁体内嵌在转子铁芯2中。直线单元包括动子轭8和沿径向充磁的动子N极永磁体6 ;动子N极永磁体6沿直线单元运动方向粘贴于动子轭8的表面。直线单元中的动子N极永磁体6和动子S极永磁体7沿直线单元运动方向互相交错内嵌在动子轭8中。此外，动子轭8中的动子N极永磁体6还可以沿直线单元运动方向内嵌在动子轭8中。
[0024]此外，动子轭8中的动子N极永磁体6还可以用动子S极永磁体7代替。
[0025]该直线旋转运动转换器由旋转单元上的永磁体产生的磁力线经过内气隙进入调磁铁块中，再穿过调磁铁块和外气隙，到达直线单元的永磁体，最后再次经过调磁铁块回到旋转单元的永磁体，从而形成闭合回路。旋转单元和直线单元之间的调磁机构实现了内外气隙磁场的调制，进而充分利用气隙磁场谐波，实现机械能量在磁极数不相等的运动单元之间的传递。表贴在转子铁芯表面或内嵌在转子铁芯中的永磁体的受力方向与永磁体的倾斜方向垂直，在旋转过程中的永磁体会受到轴向的拉力。本发明避开了一般永磁转子为减小转矩脉动而采用的方法:斜永磁体，采用“V”型磁极，在减小转矩脉动的同时，使单向斜极结构所引起的轴向磁拉力相互抵消。
[0026]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种V型磁极直线旋转运动转换器，其特征在于:包括旋转单元、直线单元和调磁机构，所述调磁机构固定设置在旋转单元和直线单元之间；其中: 所述旋转单元包括转轴(I)、转子铁芯(2)和永磁体，转轴(I)穿过转子铁芯(2)的轴孔，并与转子铁芯(2)紧固在一起，永磁体粘贴在转子铁芯(2)的表面或内嵌在转子铁芯(2)中；其中，所述永磁体包括转子N极永磁体(3)、转子S极永磁体(4)； 所述旋转单元的每极永磁体沿所述转子铁芯(2)的圆周设置，形成多级环形永磁转子结构；每极永磁体沿转轴轴向采用分段式结构设置，各段永磁体具有相同的圆心角、内外径及轴向长度，每极永磁体中相邻的两段永磁体错开设置，每极永磁体中的每段永磁体的中心点连线成“V”型。
2.根据权利要求1所述的一种V型磁极直线旋转运动转换器，其特征在于:所述转子N极永磁体(3)和转子S极永磁体(4)为径向充磁的瓦形永磁体。
3.根据权利要求1所述的一种V型磁极直线旋转运动转换器，其特征在于:所述直线单元包括动子轭⑶以及沿径向充磁的动子N极永磁体(6)和动子S极永磁体(7)，所述动子N极永磁体(6)和动子S极永磁体(7)沿直线单元运动方向互相交错粘贴于动子轭(8)的表面或内嵌在动子轭(8)中。
4.根据权利要求1所述的一种V型磁极直线旋转运动转换器，其特征在于:所述直线单元包括动子轭(8)以及沿径向充磁的动子N极永磁体(6)或动子S极永磁体(7)，所述动子N极永磁体(6)或动子S极永磁体(7)沿直线单元运动方向粘贴于动子轭(8)的表面或内嵌在动子轭(8)中。
5.根据权利要求1所述的一种V型磁极直线旋转运动转换器，其特征在于:所述调磁机构包括宽度相同并间隔设置的导磁的调磁铁块(5)，所有调磁铁块(5)靠近所述旋转单元的一端围绕转子铁芯(2)呈弧形设置，所有调磁铁块(5)的端部与转子铁芯(2)表面的永磁体之间留有内气隙；所述调磁铁块与所述动子轭(8)表面的永磁体之间留有宽度一致的外气隙。
6.根据权利要求3或4所述的一种V型磁极直线旋转运动转换器，其特征在于:所述调磁铁块(5)之间留有间隙，所述间隙中填充非导磁介质。
【文档编号】H02K51/00GK104184302SQ201410453864
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】付兴贺, 王标, 林明耀 申请人:东南大学