一種直線運動和旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種直線運動和旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器包括機殼（10）、置于機殼(10)內(nèi)的且與機殼相連的調(diào)磁機構(gòu)、設(shè)置在調(diào)磁機構(gòu)內(nèi)的轉(zhuǎn)子和設(shè)置在調(diào)磁機構(gòu)外部的動子；調(diào)磁機構(gòu)與轉(zhuǎn)子之間構(gòu)成內(nèi)氣隙，調(diào)磁機構(gòu)與動子之間構(gòu)成外氣隙；轉(zhuǎn)子通過軸承與機殼（10）連接，繞軸線自由旋轉(zhuǎn)，動子過導(dǎo)軌或滾輪與機殼（10）連接，沿平面平移運動；其中，調(diào)磁機構(gòu)包括調(diào)磁鐵塊（4）和非導(dǎo)磁填充介質(zhì)（5）；相鄰調(diào)磁鐵塊（4）之間填充非導(dǎo)磁填充介質(zhì)（5），調(diào)磁鐵塊（4）和非導(dǎo)磁材料（5）交錯排列在一起。本發(fā)明既可以實現(xiàn)直線運動和旋轉(zhuǎn)運動的相互轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)直線運動和旋轉(zhuǎn)運動的相對速度，又具有無接觸、噪音小、效率高等優(yōu)點。
【專利說明】一種直線運動和旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種直線運動和旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換器，適用于非接觸式變速驅(qū)動場合，屬于動力傳動【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、航空、航天等領(lǐng)域，經(jīng)常需要將旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動，或?qū)⒅本€運動變成旋轉(zhuǎn)運動。根據(jù)應(yīng)用場合的不同，人們開發(fā)出各種變換裝置或設(shè)備來滿足上述要求，例如齒輪齒條、鏈條、鋼絲繩、傳動帶、絲桿、曲柄連桿、滑塊機構(gòu)、凸輪頂桿機構(gòu)等。在這些變換裝置中，直線運動部件和旋轉(zhuǎn)運動部件相互接觸，帶來了摩擦、振動、噪音等問題，
[0003]永磁齒輪是一種非接觸式的傳動裝置，具有可靠性好、傳動平穩(wěn)、壽命長，無摩擦損耗、無需潤滑、無油污等特點，逐漸被應(yīng)用到直線運動和旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，以替代傳統(tǒng)的變換裝置，如永磁式齒輪齒條結(jié)構(gòu)。盡管永磁式齒輪齒條結(jié)構(gòu)能較好地實現(xiàn)運動形式的轉(zhuǎn)換及運動速度的調(diào)節(jié)，但其所能傳遞的轉(zhuǎn)矩密度較小、效率較低，這一問題限制了永磁式齒輪齒條結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。
[0004]近期，基于磁場調(diào)制原理的永磁齒輪拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)問世，大大提升了永磁齒輪所傳遞的轉(zhuǎn)矩和效率。基于磁場調(diào)制原理的永磁齒輪與傳統(tǒng)永磁齒輪的區(qū)別在于兩個動子間加入了調(diào)磁機構(gòu)，實現(xiàn)了氣隙磁場的調(diào)制，增加了能量轉(zhuǎn)換效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明提出一種直線運動和旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換器，旨在通過引入調(diào)磁機構(gòu)，實現(xiàn)了氣隙磁場的調(diào)制，以增加傳統(tǒng)永磁式齒輪齒條結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩密度，提供能量轉(zhuǎn)換的效率。
[0006]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種直線運動和旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器包括機殼、置于機殼內(nèi)的調(diào)磁機構(gòu)、設(shè)置在調(diào)磁機構(gòu)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子和設(shè)置在調(diào)磁機構(gòu)外部的動子；調(diào)磁機構(gòu)與轉(zhuǎn)子之間構(gòu)成內(nèi)氣隙，調(diào)磁機構(gòu)與動子之間構(gòu)成外氣隙；
[0007]轉(zhuǎn)子通過軸承與機殼連接，繞軸線自由旋轉(zhuǎn)，動子過導(dǎo)軌或滾輪與機殼連接，沿平面平移運動；
[0008]其中，調(diào)磁機構(gòu)包括調(diào)磁鐵塊和非導(dǎo)磁填充介質(zhì)；相鄰調(diào)磁鐵塊之間填充非導(dǎo)磁填充介質(zhì)，調(diào)磁鐵塊和非導(dǎo)磁材料交錯排列在一起；
[0009]動子包括動子N極永磁體、動子S極永磁體以及動子軛；相鄰的動子N極永磁體之間放置動子S極永磁體，相鄰的動子S極永磁體之間放置動子N極永磁體，動子N極永磁體和動子S極永磁體交錯排列，粘貼在動子軛表面；
[0010]轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子N極永磁體、轉(zhuǎn)子S極永磁體、轉(zhuǎn)子軛以及轉(zhuǎn)軸；相鄰的轉(zhuǎn)子N極永磁體之間放置轉(zhuǎn)子S極永磁體，相鄰的轉(zhuǎn)子S極永磁體之間放置轉(zhuǎn)子N極永磁體，轉(zhuǎn)子N極永磁體和轉(zhuǎn)子S極永磁體交錯排列，粘貼在轉(zhuǎn)子軛表面；[0011]在靠近轉(zhuǎn)子一側(cè)，調(diào)磁機構(gòu)為半圓型內(nèi)陷結(jié)構(gòu)，其所在軸線與轉(zhuǎn)子軸線重合，與轉(zhuǎn)子的間隔為內(nèi)氣隙；在靠近動子一側(cè)，調(diào)磁機構(gòu)為平板型結(jié)構(gòu)，其所在平面與動子表面平行，與動子的間隔為外氣隙。
[0012]優(yōu)選的，轉(zhuǎn)子軛、調(diào)磁鐵塊和動子軛3均由導(dǎo)磁材料制成。
[0013]優(yōu)選的,轉(zhuǎn)子N極永磁體、轉(zhuǎn)子S極永磁體、動子N極永磁體和動子S極永磁體分別由釹鐵硼、釤鈷或者其它永磁材料制成。
[0014]優(yōu)選的，轉(zhuǎn)子N極永磁體、轉(zhuǎn)子S極永磁體、動子N極永磁體和動子S極永磁體為一體式結(jié)構(gòu)或分塊式結(jié)構(gòu)。
[0015]優(yōu)選的，轉(zhuǎn)子N極永磁體、轉(zhuǎn)子S極永磁體采用表貼式或內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)固定在轉(zhuǎn)子軛上。
[0016]有益效果:
[0017]I)能夠?qū)崿F(xiàn)直線運動和旋轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)換以及動力傳遞；
[0018]2)無接觸傳動消除了摩損、振動、噪音等問題；
[0019]3)無需潤滑油和定期維護保養(yǎng)；
[0020]4)具有自動過載保護能力，提高了系統(tǒng)的可靠性；
[0021]5)通過引入調(diào)磁鐵塊，提高了裝置的功率密度及能量轉(zhuǎn)換效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的徑向截面示意圖。
[0023]圖2a為本發(fā)明的一種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖，磁鋼粘貼在轉(zhuǎn)子軛表面，轉(zhuǎn)子N極永磁體與S極永磁體間無氣隙。
[0024]圖2b為本發(fā)明的一種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖，磁鋼粘貼在轉(zhuǎn)子軛表面，轉(zhuǎn)子N極永磁體與S極永磁體間無氣隙。
[0025]圖3a為本發(fā)明的一種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖，磁鋼嵌入轉(zhuǎn)子軛內(nèi)部，磁鋼為瓦片型結(jié)構(gòu)。
[0026]圖3b為本發(fā)明的一種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖，磁鋼嵌入轉(zhuǎn)子軛內(nèi)部，磁鋼為矩形結(jié)構(gòu)的
一種放置方法。
[0027]圖3c為本發(fā)明的一種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖，磁鋼嵌入轉(zhuǎn)子軛內(nèi)部，磁鋼為矩形結(jié)構(gòu)的另一種放置方法。
[0028]圖中，動子北極永磁體1、動子南極永磁體2、動子軛3、調(diào)磁鐵塊4、非導(dǎo)磁填充介質(zhì)5、轉(zhuǎn)子北極永磁體6、轉(zhuǎn)子南極永磁體7、轉(zhuǎn)子軛8、轉(zhuǎn)軸9、機殼10。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明做進一步說明。
[0030]參見圖1，本發(fā)明提供的直線運動和旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器包括機殼10、置于機殼10內(nèi)的且與機殼相連的調(diào)磁機構(gòu)、設(shè)置在調(diào)磁機構(gòu)內(nèi)的轉(zhuǎn)子和設(shè)置在調(diào)磁機構(gòu)外部的動子；調(diào)磁機構(gòu)與轉(zhuǎn)子之間構(gòu)成內(nèi)氣隙，調(diào)磁機構(gòu)與動子之間構(gòu)成外氣隙。
[0031]轉(zhuǎn)子通過軸承與機殼10連接，繞軸線自由旋轉(zhuǎn)，動子過導(dǎo)軌或滾輪與機殼10連接，沿平面平移運動。[0032]其中，調(diào)磁機構(gòu)包括調(diào)磁鐵塊4和非導(dǎo)磁填充介質(zhì)5 ;相鄰調(diào)磁鐵塊4之間填充非導(dǎo)磁填充介質(zhì)5，調(diào)磁鐵塊4和非導(dǎo)磁材料5交錯排列在一起。
[0033]動子包括動子N極永磁體1、動子S極永磁體2以及動子軛3 ;相鄰的動子N極永磁體I之間放置動子S極永磁體2，相鄰的動子S極永磁體2之間放置動子N極永磁體1，動子N極永磁體I和動子S極永磁體2交錯排列，粘貼在動子軛3表面。
[0034]轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子N極永磁體6、轉(zhuǎn)子S極永磁體7、轉(zhuǎn)子軛8以及轉(zhuǎn)軸9 ;相鄰的轉(zhuǎn)子N極永磁體6之間放置轉(zhuǎn)子S極永磁體7,相鄰的轉(zhuǎn)子S極永磁體7之間放置轉(zhuǎn)子N極永磁體6,轉(zhuǎn)子N極永磁體6和轉(zhuǎn)子S極永磁體7交錯排列,粘貼在轉(zhuǎn)子軛8表面。
[0035]在靠近轉(zhuǎn)子一側(cè)，調(diào)磁機構(gòu)為半圓型內(nèi)陷結(jié)構(gòu)，其所在軸線與轉(zhuǎn)子軸線重合，與轉(zhuǎn)子的間隔為內(nèi)氣隙；在靠近動子一側(cè)，調(diào)磁機構(gòu)為平板型結(jié)構(gòu)，其所在平面與動子表面平行，與動子的間隔為外氣隙。
[0036]轉(zhuǎn)子軛8、調(diào)磁鐵塊4和動子軛3均由導(dǎo)磁材料制成。
[0037]轉(zhuǎn)子N極永磁體6、轉(zhuǎn)子S極永磁體7、動子N極永磁體I和動子S極永磁體2分別由釹鐵硼、釤鈷或者其它永磁材料制成。
[0038]轉(zhuǎn)子N極永磁體6、轉(zhuǎn)子S極永磁體7、動子N極永磁體I和動子S極永磁體2為一體式結(jié)構(gòu)或分塊式結(jié)構(gòu)。
[0039]轉(zhuǎn)子N極永磁體6、轉(zhuǎn)子S極永磁體7采用表貼式或內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)固定在轉(zhuǎn)子軛8上。
[0040]可見，本發(fā)明提出的直線運動和旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換器為徑向結(jié)構(gòu)，其截面由內(nèi)到外依次為轉(zhuǎn)子、內(nèi)氣隙、調(diào)磁機構(gòu)、外氣隙以及動子。轉(zhuǎn)子和動子為可動部分，調(diào)磁機構(gòu)和機殼連接在一起，固定不動。
[0041]轉(zhuǎn)子側(cè)永磁體可采用表面粘貼式結(jié)構(gòu)或內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)固定在轉(zhuǎn)子軛上，可采用徑向充磁,平行充磁,軸向充磁等充磁方式,也可采用hal Ibach結(jié)構(gòu)永磁體。
[0042]所述的動子側(cè)永磁體也可采用表面粘貼式結(jié)構(gòu)或內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)固定在動子軛上，可采用徑向充磁，也可采用hallbach結(jié)構(gòu)永磁體。
[0043]本發(fā)明的特點體現(xiàn)在，在磁齒輪和磁齒條的基礎(chǔ)上，引入調(diào)磁機構(gòu)對空間磁場進行調(diào)制，利用空間諧波傳遞能量，提高了能量轉(zhuǎn)換效率，增大接觸面積。所述的轉(zhuǎn)子N極永磁體和轉(zhuǎn)子S極永磁體可采用表面粘貼式結(jié)構(gòu)或內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)固定在轉(zhuǎn)子軛上，如圖2和圖3所示。
[0044]轉(zhuǎn)子永磁體極對數(shù)和動子永磁體的極對數(shù)需根據(jù)轉(zhuǎn)速變比來計算確定。
[0045]轉(zhuǎn)子可繞軸線雙向旋轉(zhuǎn)，動子在一定平面上可雙向移動。轉(zhuǎn)子和動子可分別連接至驅(qū)動或被驅(qū)動部件，進行運動形式的轉(zhuǎn)換，力矩傳遞以及速度變換。所述的轉(zhuǎn)換器既可以實現(xiàn)直線運動和旋轉(zhuǎn)運動的相互轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)直線運動和旋轉(zhuǎn)運動的相對速度，又具有無接觸、噪音小、效率高等優(yōu)點。
[0046]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不以上述實施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書中記載的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種直線運動和旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換器，其特征在于:該轉(zhuǎn)換器包括機殼(10)、置于機殼(10)內(nèi)的且與機殼相連的調(diào)磁機構(gòu)、設(shè)置在調(diào)磁機構(gòu)內(nèi)的轉(zhuǎn)子和設(shè)置在調(diào)磁機構(gòu)外部的動子；調(diào)磁機構(gòu)與轉(zhuǎn)子之間構(gòu)成內(nèi)氣隙，調(diào)磁機構(gòu)與動子之間構(gòu)成外氣隙； 轉(zhuǎn)子通過軸承與機殼(10)連接，繞軸線自由旋轉(zhuǎn)，動子過導(dǎo)軌或滾輪與機殼(10)連接，沿平面平移運動； 其中，調(diào)磁機構(gòu)包括調(diào)磁鐵塊(4)和非導(dǎo)磁填充介質(zhì)(5);相鄰調(diào)磁鐵塊(4)之間填充非導(dǎo)磁填充介質(zhì)(5)，調(diào)磁鐵塊(4)和非導(dǎo)磁材料(5)交錯排列在一起； 動子包括動子N極永磁體(I)、動子S極永磁體(2)以及動子軛(3);相鄰的動子N極永磁體(I)之間放置動子S極永磁體(2)，相鄰的動子S極永磁體(2)之間放置動子N極永磁體(I)，動子N極永磁體(I)和動子S極永磁體(2 )交錯排列，粘貼在動子軛(3 )表面； 轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子N極永磁體(6)、轉(zhuǎn)子S極永磁體(7)、轉(zhuǎn)子軛(8)以及轉(zhuǎn)軸(9);相鄰的轉(zhuǎn)子N極永磁體(6)之間放置轉(zhuǎn)子S極永磁體Cl)，相鄰的轉(zhuǎn)子S極永磁體(7)之間放置轉(zhuǎn)子N極永磁體(6 ),轉(zhuǎn)子N極永磁體(6 )和轉(zhuǎn)子S極永磁體(7 )交錯排列,粘貼在轉(zhuǎn)子軛(8 )表面； 在靠近轉(zhuǎn)子一側(cè)，調(diào)磁機構(gòu)為半圓型內(nèi)陷結(jié)構(gòu)，其所在軸線與轉(zhuǎn)子軸線重合，與轉(zhuǎn)子的間隔為內(nèi)氣隙；在靠近動子一側(cè)，調(diào)磁機構(gòu)為平板型結(jié)構(gòu)，其所在平面與動子表面平行，與動子的間隔為外氣隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線運動和旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換器，其特征在于:轉(zhuǎn)子軛(8)、調(diào)磁鐵塊(4)和動子軛(3)均由導(dǎo)磁材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線運動和旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換器，其特征在于:轉(zhuǎn)子N極永磁體(6)、轉(zhuǎn)子S極永磁體(7)、動子N極永磁體(I)和動子S極永磁體(2)分別由釹鐵硼、釤鈷或者其它永磁材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線運動和旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換器，其特征在于:轉(zhuǎn)子N極永磁體(6)、轉(zhuǎn)子S極永磁體(7)、動子N極永磁體(I)和動子S極永磁體(2)為一體式結(jié)構(gòu)或分塊式結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線運動和旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換器，其特征在于:轉(zhuǎn)子N極永磁體(6)、轉(zhuǎn)子S極永磁體(7)采用表貼式或內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)固定在轉(zhuǎn)子軛(8)上。
【文檔編號】H02K49/10GK103475185SQ201310461434
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】付興賀, 李紅艷, 林明耀, 趙博 申請人:東南大學(xué)