CN104184299A - 一种轴向的直线旋转变换器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种轴向的直线旋转变换器，可以传递转矩和机械能量，实现直线运动和旋转运动的相互转换。该变换器包括旋转单元、直线单元和调磁机构。所述旋转单元包括转子轭和永磁体，其中永磁体沿轴向充磁，沿圆周粘贴于转子轭表面。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，各个调磁铁块间隔放置，所有调磁铁块固定在一起，放置在旋转单元和直线单元的一侧，与永磁体间留有一定的气隙间隔该变换器将调磁机构放置在运动部件之外，大大简化了***的机械结构，安装方便。同时，变换器利用磁场调制原理，提高了转矩密度和能量传递效率，使直线运动和旋转运动的相互转化在工业传动领域有广阔的应用前景。

Description

一种轴向的直线旋转变换器

技术领域

本发明涉及一种轴向的直线旋转变换器，适用于非接触式不同轴的变速驱动场合，属于动力传动技术领域。

背景技术

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。

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，但其所能传递的转矩密度较小、能量传递效率也较低，无法满足工业传动的需要。磁场调制原理的提出为提高永磁齿轮的转矩密度和效率提供了新思路。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种提高永磁齿轮的转矩密度和效率的轴向的直线旋转变换器。

技术方案：一种轴向的直线旋转变换器，包括旋转单元、直线单元和调磁机构；所述旋转单元采用盘式结构并固定在旋转轴上，包括转子轭和转子永磁体；所述转子永磁体包括沿圆周粘贴于转子轭表面的转子N极永磁体和转子S极永磁体，所述转子N极永磁体和转子S极永磁体沿轴向充磁并相互交错设置；

所述直线单元包括动子轭和沿轴向充磁的动子永磁体，所述动子永磁体相互间隔并沿直线单元运动方向粘贴于动子轭的表面；

所述调磁机构包括宽度相同并间隔设置在同一平面上的调磁铁块，相邻调磁铁块之间留有间隙；

所述直线单元设置在旋转单元的盘式结构圆周一侧，所述调磁机构设置在旋转单元和直线单元所在平面的一侧；调磁铁块靠近旋转单元的一端与转子轭表面的永磁体之间留有内气隙，调磁铁块靠近直线单元的一端与动子轭表面的永磁体之间的留有外气隙。

进一步的，所述相邻的调磁铁块之间填充非导磁介质。

进一步的，所述旋转单元中转子永磁体整体成圆环形设置，所述调磁机构靠近旋转单元的一端与转子永磁体靠近转轴的内侧对齐；所述调磁机构靠近直线单元的一端与直线单元中动子永磁体的远离旋转单元的外侧对齐。

进一步的，所述动子永磁体包括沿轴向充磁的动子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极永磁体相互交错设置，相邻的动子N极永磁体和动子S极永磁体之间留有间隙。

有益效果：本发明在结构上的非接触式磁力传动避免了摩擦，进而消除了摩擦损耗，使能量传递效率提高；非接触式磁力传动还能有效减小噪音和振动，使***的稳定性提高。

本发明提出的轴向直线旋转变换器，其旋转单元上沿轴向充磁的永磁体产生的磁力线沿轴向经过内气隙进入调磁铁块中，在调磁铁块中变为径向磁路，再沿轴向经过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。旋转单元产生的主磁场谐波经过调磁铁块变为与直线单元主磁场谐波次数相同的谐波，进而与直线单元主磁场相互作用产生稳定的同步转矩；直线单元主磁场谐波经过调磁铁块变为与旋转单元主磁场谐波次数相同的谐波，进而与旋转单元主磁场相互作用产生稳定的同步转矩；这样变换器通过调磁机构实现了对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，以及机械能量形式的转换；同时提高了永磁体的利用率。其次，本发明提出将调磁铁块间隔放置，所有调磁铁块固定在一起，放置在旋转单元和直线单元的一侧，与永磁体间留有一定的气隙间隔，可简化变换器的结构，同时方便调磁铁块的安装。

附图说明

图1为直线旋转变换器的结构示意图；

图2为旋转单元和直线单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

实施例1：如图1所示，一种轴向的直线旋转变换器包括旋转单元、直线单元和调磁机构。本实施例中的旋转单元采用盘式结构，包括转子轭1和转子永磁体。其中转子永磁体为五对极，极弧系数为0.6，并沿轴向充磁。转子N极永磁体2和转子S极永磁体3相互交错，沿圆周粘贴于转子轭1的表面。直线单元包括动子轭7和沿轴向充磁的动子永磁体。其中，动子永磁体包括相互交错并粘贴于动子轭7表面的动子N极永磁体5和动子S极永磁体6，相邻的动子N极永磁体5和动子S极永磁体6之间留有间隙。调磁铁块4间隔放置，所有调磁铁块固定在一起，放置在旋转单元和直线单元的一侧，与永磁体间留有一定的气隙间隔。旋转单元上的永磁体、调磁铁块4、气隙、直线单元的永磁体共同构成闭合磁路。其中，调磁铁块靠近旋转单元的一端与转子轭1表面对应极的永磁体的内侧对齐，其靠近旋转单元的端部与转子轭1表面的永磁体之间的气隙为内气隙；调磁铁块靠近直线单元的一端与动子轭7表面永磁体的外侧对齐，其靠近直线单元的端部与动子轭7表面的永磁体之间的气隙为外气隙。

本发明提出的轴向的直线旋转变换器，其旋转单元上沿轴向充磁的永磁体产生的磁力线沿轴向经过内气隙进入调磁铁块中，在调磁铁块中变为径向磁路，再沿轴向经过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。旋转单元产生的主磁场谐波经过调磁铁块变为与直线单元主磁场谐波次数相同的谐波，进而与直线单元主磁场相互作用产生稳定的同步转矩；直线单元主磁场谐波经过调磁铁块变为与旋转单元主磁场谐波次数相同的谐波，进而与旋转单元主磁场相互作用产生稳定的同步转矩；这样变换器通过调磁机构实现了对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，以及机械能量形式的转换。

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。

Claims (4)

1.一种轴向的直线旋转变换器，其特征在于，包括旋转单元、直线单元和调磁机构；所述旋转单元采用盘式结构并固定在旋转轴上，包括转子轭(1)和转子永磁体；所述转子永磁体包括沿圆周粘贴于转子轭(1)表面的转子N极永磁体(2)和转子S极永磁体(3)，所述转子N极永磁体(2)和转子S极永磁体(3)沿轴向充磁并相互交错设置；

所述直线单元包括动子轭(7)和沿轴向充磁的动子永磁体，所述动子永磁体相互间隔并沿直线单元运动方向粘贴于动子轭(7)的表面；

所述调磁机构包括宽度相同并间隔设置在同一平面上的调磁铁块(4)，相邻调磁铁块(4)之间留有间隙；

所述直线单元设置在旋转单元的盘式结构圆周一侧，所述调磁机构设置在旋转单元和直线单元所在平面的一侧；调磁铁块(4)靠近旋转单元的一端与转子轭(1)表面的永磁体之间留有内气隙，调磁铁块(4)靠近直线单元的一端与动子轭(7)表面的永磁体之间的留有外气隙。

2.根据权利要求1所述的一种轴向的直线旋转变换器，其特征在于：所述相邻的调磁铁块(4)之间填充非导磁介质。

3.根据权利要求1所述的一种轴向的直线旋转变换器，其特征在于：所述旋转单元中转子永磁体整体成圆环形设置，所述调磁机构靠近旋转单元的一端与转子永磁体靠近转轴的内侧对齐；所述调磁机构靠近直线单元的一端与直线单元中动子永磁体的远离旋转单元的外侧对齐。

4.根据权利要求1所述的一种轴向的直线旋转变换器，其特征在于：所述动子永磁体包括沿轴向充磁的动子N极永磁体(5)和动子S极永磁体(6)；所述动子N极永磁体(5)和动子S极永磁体(6)相互交错设置，相邻的动子N极永磁体(5)和动子S极永磁体(6)之间留有间隙。