新型磁场调制式磁力丝杠的制作方法

本发明涉及一种新型磁场调制式磁力丝杠，属于磁力传动领域。

背景技术：

永磁式磁力丝杠通过磁场耦合，能够实现直线运动和旋转运动的相互转化，具有推力密度大、可靠性高、过载保护等优点，在航空航天、海洋发电、人工心脏等领域具有广阔的应用前景。然而传统永磁式磁力丝杠不适合长行程工作，这是因为在大行程应用中，螺母和螺杆两个部件中的一个必须具有较长的轴向长度，由于磁力丝杠的双边螺旋永磁体结构的限制，非耦合部分的永磁体一直处于闲置状态，导致单位永磁体出力大幅下降，同时，螺旋型永磁体的增多导致系统成本较高。

现有技术中提出了一种磁场调制式磁力丝杠，包括螺母、螺杆和螺旋电工铁环构成，在螺母内表面和螺杆外表面均安装有螺旋永磁体，可通过延长电工铁环的长度使其适用于长行程场合。但此结构中螺母和螺杆均安装有螺旋永磁体，结构较复杂，装配也较困难。因此，以上问题亟需解决。

技术实现要素：

本发明是为了解决现有磁场调制式磁力丝杠结构复杂、单位永磁体出力小、且不适用于长行程应用场合的问题，本发明提供了新型磁场调制式磁力丝杠。

新型磁场调制式磁力丝杠，包括定子、转子和螺旋调磁环，三者同轴设置；

定子和转子均为圆筒形结构，且二者相对设置；

螺旋调磁环位于定子和转子之间，且螺旋调磁环与定子和转子间均留有气隙；

转子受外界驱动力旋转后，转子上的永磁体产生的螺旋磁场经螺旋调磁环进行磁场调节后，在螺旋调磁环与定子间的气隙内产生谐波磁场，该谐波磁场与定子上的永磁体相互作用产生轴向推力，该轴向推力作用在螺旋调磁环上，使螺旋调磁环沿轴向直线运动。

优选的是，定子位于螺旋调磁环外，转子在螺旋调磁环内；该种情况下，

定子包括圆筒形定子轭和n、s极交替排布的环形永磁体，且n、s极交替排布的环形永磁体径向充磁；

n、s极交替排布的环形永磁体设置在圆筒形定子轭的内壁上；

转子包括圆筒形转子轭和n、s极交替排布的螺旋永磁体，且n、s极交替排布的螺旋永磁体径向充磁；

n、s极交替排布的螺旋永磁体缠绕在圆筒形转子轭的外壁上。

优选的是，定子位于螺旋调磁环内，转子在螺旋调磁环外；该种情况下，

定子包括圆筒形定子轭和n、s极交替排布的环形永磁体，且n、s极交替排布的环形永磁体径向充磁；

n、s极交替排布的环形永磁体缠绕在圆筒形定子轭的外壁上；

转子包括圆筒形转子轭和n、s极交替排布的螺旋永磁体，且n、s极交替排布的螺旋永磁体径向充磁；

n、s极交替排布的螺旋永磁体设置在圆筒形转子轭的内壁上。

优选的是，螺旋调磁环和n、s极交替排布的螺旋永磁体的旋向相同，且二者螺距不等，螺旋调磁环中调磁环单体的数量为q，n、s极交替排布的螺旋永磁体的极对数为pi，且q＝pi；

n、s极交替排布的螺旋永磁体的极距t1、螺旋调磁环的螺距t2和n、s极交替排布的环形永磁体的极距t3，满足

q、pi、m、n和k均为整数。

优选的是，螺旋调磁环中相邻的两个调磁环单体之间填充有非导磁材料。

本发明带来的有益效果是，一方面，继承了传统磁力丝杠可靠性高、免维护、自动过载保护等优点；另一方面，通过磁场调制，能够进一步提高磁力丝杠的推力密度；第三方面，取消了现有技术中定子的螺旋永磁体结构，大幅减少了螺旋永磁体的用量，能够有效简化制造工艺、降低成本；第四方面，结构简单。

转子采用一体化集成结构，有利于提高整个机构的机械强度、进一步简化制造工艺。

本发明在整个工作过程中，定子和转子上的永磁体全部进行耦合，没有处于闲置状态的永磁体，并且区别于传统的永磁式磁力丝杠，本发明将螺旋调磁环作为直线运动的执行部件，在长行程应用中可通过增加螺旋调磁环的轴向长度避免永磁体用量的增加。

附图说明

图1为本发明所述的新型磁场调制式磁力丝杠的第一种结构示意图；

图2为图1中定子结构示意图；附图标记100-2-1表示n极环形永磁体，附图标记100-2-2表示s极环形永磁体；

图3是图1中螺旋调磁环主剖视图；

图4是图1中转子结构示意图；附图标记200-2-1表示n极螺旋永磁体，附图标记200-2-2表示s极螺旋永磁体；

图5是图1的主剖视图；

图6是图1中各部件的推力和转矩曲线；

图7为本发明所述的新型磁场调制式磁力丝杠的第二种结构示意图；

图8为图7中定子结构示意图；附图标记100-2-1表示n极环形永磁体，附图标记100-2-2表示s极环形永磁体；

图9为图7中转子结构示意图；附图标记200-2-1表示n极螺旋永磁体，附图标记200-2-2表示s极螺旋永磁体；

图10为图7的主剖视图；

图11为图7中螺旋调磁环主剖视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明为了解决现有磁场调制式磁力丝杠结构复杂、单位永磁体出力小、且不适用于长行程应用场合的问题，提出的新型磁场调制式磁力丝杠，具体参见图1和图7；

所述新型磁场调制式磁力丝杠包括定子100、转子200和螺旋调磁环300，三者同轴设置；

定子100和转子200均为圆筒形结构，且二者相对设置；

螺旋调磁环300位于定子100和转子200之间，且螺旋调磁环300与定子100和转子200间均留有气隙；

转子200受外界驱动力旋转后，转子200上的永磁体产生的螺旋磁场经螺旋调磁环300进行磁场调节后，在螺旋调磁环300与定子100间的气隙内产生谐波磁场，该谐波磁场与定子100上的永磁体相互作用产生轴向推力，该轴向推力作用在螺旋调磁环300上，使螺旋调磁环300沿轴向直线运动。

上述提出的新型磁场调制式磁力丝杠结构简单，在具体应用时，定子100和转子200在轴向进行限位，工作过程中，定子100不动、转子200在受外界驱动后，绕轴向进行旋转，转子200上的永磁体产生的螺旋磁场经螺旋调磁环300进行磁场调节后，在螺旋调磁环300与定子100间的气隙内产生谐波磁场，该谐波磁场与定子100上的永磁体相互作用产生轴向推力，该轴向推力作用在螺旋调磁环300上，使螺旋调磁环300沿轴向直线运动。

整个工作过程中，定子100和转子200上的永磁体全部进行耦合，没有处于闲置状态的永磁体，并且区别于传统的永磁式磁力丝杠，本发明将螺旋调磁环作为直线运动的执行部件，在长行程应用中可通过增加螺旋调磁环的轴向长度避免永磁体用量的增加。

螺旋调磁环300包括由多个调磁环单体300-1形成的螺旋结构，多个调磁环单体300-1沿轴向均布，且相邻的调磁环单体300-1间存在间隔。

本发明并不局限于定子100在螺旋调磁环300外，转子200在螺旋调磁环300内；也可将转子200放在螺旋调磁环300外侧，定子100放在螺旋调磁环300内侧。基于上述说明，本发明所述的新型磁场调制式磁力丝杠具有两种具体实现方式，下面通过两个具体实施例来进行说明。

实施例一：定子100位于螺旋调磁环300外，转子200在螺旋调磁环300内。

参见图1说明具体实施例一，本实施例一所述的新型磁场调制式磁力丝杠，包括定子100、转子200和螺旋调磁环300，三者同轴设置；

定子100和转子200均为圆筒形结构，且二者相对设置；

螺旋调磁环300位于定子100和转子200之间，且螺旋调磁环300与定子100和转子200间均留有气隙；

定子100位于螺旋调磁环300外，转子200在螺旋调磁环300内；

转子200受外界驱动力旋转后，转子200上的永磁体产生的螺旋磁场经螺旋调磁环300进行磁场调节后，在螺旋调磁环300与定子100间的气隙内产生谐波磁场，该谐波磁场与定子100上的永磁体相互作用产生轴向推力，该轴向推力作用在螺旋调磁环300上，使螺旋调磁环300沿轴向直线运动。

其中，定子100和转子200上的永磁体可采用钕铁硼材料实现。

具体应用时,转子200受外界驱动力后，在螺旋调磁环300内旋转,定子100位于螺旋调磁环300外不动,转子200上的永磁体产生的螺旋磁场经螺旋调磁环300进行磁场调节后，在螺旋调磁环300与定子100间的气隙内产生谐波磁场，该谐波磁场与定子100上的永磁体相互作用产生轴向推力，该轴向推力作用在螺旋调磁环300上，使螺旋调磁环300沿轴向直线运动。

参见图2，说明本优选实施方式，本优选实施方式中，定子100包括圆筒形定子轭100-1和n、s极交替排布的环形永磁体100-2，且n、s极交替排布的环形永磁体100-2径向充磁；

n、s极交替排布的环形永磁体100-2设置在圆筒形定子轭100-1的内壁上。

本优选实施方式中,圆筒形定子轭100-1内壁上设置的所有永磁体,均为环形结构,且相邻的永磁体的极性相反,这样做的效果可简化定子100结构，降低装配难度。

参见图4，说明本优选实施方式，本优选实施方式中，转子200包括圆筒形转子轭200-1和n、s极交替排布的螺旋永磁体200-2，且n、s极交替排布的螺旋永磁体200-2径向充磁；

n、s极交替排布的螺旋永磁体200-2缠绕在圆筒形转子轭200-1的外壁上。

参见图5，说明本优选实施方式，本优选实施方式中，螺旋调磁环300和n、s极交替排布的螺旋永磁体200-2的旋向相同，且二者螺距不等，螺旋调磁环300中调磁环单体300-1的数量为q，n、s极交替排布的螺旋永磁体200-2的极对数为pi，且q＝pi；

n、s极交替排布的螺旋永磁体200-2的极距t1、螺旋调磁环300的螺距t2和n、s极交替排布的环形永磁体100-2的极距t3，满足

q、pi、m、n和k均为整数。

本实施方式中，螺旋调磁环300包括多个调磁环单体300-1，且调磁环单体300-1的数量为q。

参见图3和图5，说明本优选实施方式，本优选实施方式中，螺旋调磁环300中的调磁环单体300-1采用dt40电工纯铁导磁材料实现。

螺旋调磁环300包括由多个调磁环单体300-1形成的螺旋结构，多个调磁环单体300-1沿轴向均布，且相邻的调磁环单体300-1间存在间隔。

参见图3和图5，说明本优选实施方式，本优选实施方式中，螺旋调磁环300中相邻的两个调磁环单体300-1间填充有非导磁材料300-2。

优选的是，非导磁材料300-2可为聚乙烯高分子材料。

参见图2和图4，说明本优选实施方式，本优选实施方式中，圆筒形定子轭100-1和圆筒形转子轭200-1均由导磁材料制成，且该导磁材料可采用dt40电工纯铁导磁材料实现。

验证试验：实施例一中，令m，n，k均为1，t1为8mm，t2为10mm，则t3为6.67mm。

此处将定子100设在螺旋调磁环300外侧，转子200设在螺旋调磁环300内侧；环形永磁体安装于定子轭内表面，螺旋永磁体安装于转子轭外表面。

螺旋调磁环300被约束为只沿轴向运动，则转子200的旋转运动可以通过磁场调制作用转化为螺旋调磁环300的直线运动。

将定子100和螺旋调磁环300固定，旋转转子200，各部件所受推力和转矩如图6所示。定子100、转子200和螺旋调磁环300三个部件所受的推力具有同样的周期，则转子200的旋转运动能够转换为螺旋调磁环300的直线运动。由于定子100只安装了环形永磁体100-2，所以不受转矩作用。

实施例二：定子100位于螺旋调磁环300内，转子200在螺旋调磁环300外。

参见图7说明具体实施例二，本实施例二所述的新型磁场调制式磁力丝杠，包括定子100、转子200和螺旋调磁环300，三者同轴设置；

定子100和转子200均为圆筒形结构，且二者相对设置；

螺旋调磁环300位于定子100和转子200之间，且螺旋调磁环300与定子100和转子200间均留有气隙；

定子100位于螺旋调磁环300内，转子200在螺旋调磁环300外；

转子200受外界驱动力旋转后，转子200上的永磁体产生的螺旋磁场经螺旋调磁环300进行磁场调节后，在螺旋调磁环300与定子100间的气隙内产生谐波磁场，该谐波磁场与定子100上的永磁体相互作用产生轴向推力，该轴向推力作用在螺旋调磁环300上，使螺旋调磁环300沿轴向直线运动。

其中，定子100和转子200上的永磁体可采用钕铁硼材料实现。

具体应用时,转子200受外界驱动力后，在螺旋调磁环300外旋转,定子100位于螺旋调磁环300内不动,转子200上的永磁体产生的螺旋磁场经螺旋调磁环300进行磁场调节后，在螺旋调磁环300与定子100间的气隙内产生谐波磁场，该谐波磁场与定子100上的永磁体相互作用产生轴向推力，该轴向推力作用在螺旋调磁环300上，使螺旋调磁环300沿轴向直线运动。

参见图8，说明本优选实施方式，本优选实施方式中，定子100包括圆筒形定子轭100-1和n、s极交替排布的环形永磁体100-2，且n、s极交替排布的环形永磁体100-2径向充磁；

n、s极交替排布的环形永磁体100-2缠绕在圆筒形定子轭100-1的外壁上。

参见图9，说明本优选实施方式，本优选实施方式中，转子200包括圆筒形转子轭200-1和n、s极交替排布的螺旋永磁体200-2，且n、s极交替排布的螺旋永磁体200-2径向充磁；

n、s极交替排布的螺旋永磁体200-2设置在圆筒形转子轭200-1的内壁上。

本优选实施方式中,圆筒形定子轭100-1内壁上设置的所有永磁体,均为环形结构,且相邻的永磁体的极性相反,这样做的效果可简化定子100结构，降低装配难度。

参见图10，说明本优选实施方式，本优选实施方式中，螺旋调磁环300和n、s极交替排布的螺旋永磁体200-2的旋向相同，且二者螺距不等，螺旋调磁环300的调磁环单体300-1数为q，n、s极交替排布的螺旋永磁体200-2的极对数为pi，且q＝pi；

n、s极交替排布的螺旋永磁体200-2的极距t1、螺旋调磁环300的螺距t2和n、s极交替排布的环形永磁体100-2的极距t3，满足

q、pi、m、n和k均为整数。

参见图7、图10和图11，说明本优选实施方式，本优选实施方式中，螺螺旋调磁环300中的调磁环单体300-1采用dt40电工纯铁导磁材料实现。

螺旋调磁环300包括由多个调磁环单体300-1形成的螺旋结构，多个调磁环单体300-1沿轴向均布，且相邻的调磁环单体300-1间存在间隔。

参见图10和图11，说明本优选实施方式，本优选实施方式中，螺旋调磁环300中相邻的两个调磁环单体300-1间填充有非导磁材料300-2。

本优选实施方式中，可由非导磁材料300-2填充在相邻的两个调磁环单体300-1之间，以增加螺旋调磁环300整体强度，保证螺旋调磁环300在轴向力作用下不变形。

优选的是，非导磁材料300-2为聚乙烯高分子材料。

参见图8和图9，说明本优选实施方式，本优选实施方式中，圆筒形定子轭100-1和圆筒形转子轭200-1均由导磁材料制成，且该导磁材料可采用dt40电工纯铁导磁材料实现。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其它的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例。