一种不对称转子直线旋转运动转换器制造技术

本发明专利技术公开了一种不对称转子直线旋转运动转换器，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子铁芯和永磁磁极；其中，永磁磁极由钕铁硼和铁氧体两种材料的永磁体拼接而成，并采用分段式结构粘贴于转子铁芯表面。所述直线单元包括动子轭和永磁磁极，其中，沿径向充磁的N极和S极永磁体交错粘贴于动子轭表面；所述调磁机构由导磁的调磁铁块构成。本发明专利技术的旋转单元采用新型的永磁转子结构，有效降低了转矩脉动，减小转换器的抖动和损耗，提高转换器的运动稳定性和能量转换效率。另外，低成本和高成本的永磁材料搭配使用，降低了转换器的制造成本，提高了性价比。

【技术实现步骤摘要】
一种不对称转子直线旋转运动转换器
本专利技术涉及一种不对称转子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

技术介绍
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。随着磁场调制原理应用于永磁齿轮拓扑结构，永磁齿轮所传递的转矩和效率都有了很大提高。在此背景下，经永磁式齿轮齿条变换的新拓扑结构引入调磁机构，构成了直线旋转转换器，该转换器主要是通过调磁机构实现气隙磁场的调制，提高了转矩密度和传输功率。传统的永磁转子采用高性能的永磁材料，获得高磁能密度，同时也使转子的转矩脉动增大，导致转换器的振动加剧，噪音变大，运行效率降低。将剩磁密度较低的永磁体与高剩磁密度的永磁体拼接，使气隙磁密的波形更接近正弦波，符合转换器稳定运行的要求，同时降低了永磁体的成本。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述现有技术，提出一种不对称转子直线旋转运动转换器，能够增加传统永磁式齿轮齿条结构的转矩密度，提高能量转换的效率，同时减小转矩脉动。技术方案：一种不对称转子直线旋转运动转换器，包括旋转单元、直线单元以及调磁机构，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、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，永磁体贴在转子铁芯的表面或内嵌在转子铁芯中；其中，永磁体包括圆心角、内外径和轴向长度均相等的钕铁硼材料的N极永磁体和S极永磁体，还包括圆心角、内外径和轴向长度均相等的铁氧体材料的N极永磁体和S极永磁体；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；旋转单元的每个N极永磁体由一块钕铁硼材料的N极永磁体和两块铁氧体材料的N极永磁体拼接而成，其中两块铁氧体材料的N极永磁体沿转子铁芯的圆周方向分别设置在钕铁硼材料的N极永磁体的两侧；旋转单元的每个S极永磁体由一块钕铁硼材料的S极永磁体和两块铁氧体材料的S极永磁体拼接而成，其中两块铁氧体材料的S极永磁体沿转子铁芯的圆周方向分别设置在钕铁硼材料的S极永磁体的两侧；所述转子铁芯表面的永磁体沿转轴轴向采用分段式结构设置；每段永磁体中的每极永磁体对应的圆心角、内外径和轴向长度均相等，每一极永磁体中铁氧体材料的永磁体和钕铁硼材料的永磁体的圆心角比为1∶15-20；相邻两段永磁体中相邻的两个N极永磁体沿同一转轴方向依次错位相同角度，相邻两段永磁体中相邻的两个S极的永磁体沿同一转轴方向依次错位相同角度；其中，相邻两极永磁体中，各段永磁体错位方向一致；所述直线单元包括动子轭、N极永磁体以及S极永磁体，所述N极永磁体和S极永磁体沿直线单元运动方向互相交错设置，并粘贴于动子轭的表面或内嵌在动子轭中。进一步的，所述钕铁硼材料的N极永磁体和S极永磁体，以及铁氧体材料的N极永磁体和S极永磁体均为径向充磁的瓦形永磁体。进一步的，所述调磁机构包括导磁的调磁铁块，所述每块调磁铁块的宽度相同；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对应极的永磁体之间留有内气隙；所有调磁铁块靠近直线单元的一端与所述动子轭表面留有宽度一致的外气隙。进一步的，所述的调磁铁块之间留有间隙，所述间隙中填充非导磁介质。一种不对称转子直线旋转运动转换器，其特征在于：包括旋转单元、直线单元以及调磁机构，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、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，永磁体贴在转子铁芯的表面或内嵌在转子铁芯中；其中，永磁体包括钕铁硼材料的N极永磁体和S极永磁体，还包括铁氧体材料的N极永磁体和S极永磁体；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；旋转单元的每个N极永磁体由一块钕铁硼材料的N极永磁体和两块铁氧体材料的N极永磁体拼接而成，其中两块铁氧体材料的N极永磁体沿转子铁芯的圆周方向分别设置在钕铁硼材料的N极永磁体的两侧；旋转单元的每个S极永磁体由一块钕铁硼材料的S极永磁体和两块铁氧体材料的S极永磁体拼接而成，其中两块铁氧体材料的S极永磁体沿转子铁芯的圆周方向分别设置在钕铁硼材料的S极永磁体的两侧；所述转子铁芯表面的永磁体沿转轴轴向采用分段式结构设置；每段永磁体中的每极永磁体对应的圆心角、内外径和轴向长度均相等，每一极永磁体中铁氧体材料的永磁体和钕铁硼材料的永磁体的圆心角比为1∶15-20；相邻两段永磁体中相邻的两个N极永磁体沿转轴轴向相互对齐，相邻两段永磁体中相邻的两个S极永磁体沿转轴轴向相互对齐；沿转轴轴向的分段式结构中，相邻的两个N极永磁体沿同一母线居中对齐，圆心角大小依次递增；沿转轴轴向的分段式结构中，相邻的两个S极永磁体沿同一母线居中对齐，相邻的两个S极永磁体的圆心角大小依次递增；相邻两段永磁体中相邻的两个N极永磁体沿同一转轴方向依次错位相同角度，相邻两段永磁体中相邻的两个S极的永磁体沿同一转轴方向依次错位相同角度；其中，相邻两极永磁体中，各段永磁体错位方向一致；所述直线单元包括动子轭、N极永磁体以及S极永磁体，所述N极永磁体和S极永磁体沿直线单元运动方向互相交错设置，并粘贴于动子轭的表面或内嵌在动子轭中。进一步的，所述钕铁硼材料的N极永磁体和S极永磁体，以及铁氧体材料的N极永磁体和S极永磁体均为径向充磁的瓦形永磁体。进一步的，所述调磁机构包括导磁的调磁铁块，所述每块调磁铁块的宽度相同；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对应极的永磁体之间留有内气隙；所有调磁铁块靠近直线单元的一端与所述动子轭表面留有宽度一致的外气隙。进一步的，所述的调磁铁块之间留有间隙，所述间隙中填充非导磁介质。有益效果：本专利技术提出了一种不对称转子直线旋转运动转换器，采用价格便宜的铁氧体永磁体材料替代部分高性能的钕铁硼永磁体材料，铁氧体材料的永磁体和钕铁硼材料的永磁体的圆心角比为1∶15-20，这样不会对气隙磁密的大小产生太大的影响，同时还降低了电机的制造成本。旋转单元的每个N极永磁体由一块钕铁硼材料的N极永磁体和两块铁氧体材料的N极永磁体拼接而成，其中两块铁氧体材料的N极永磁体沿永磁转子圆周方向分别设置在钕铁硼材料的N极永磁体的两侧，永磁转子的每个S极永磁体结构与每个N极永磁体相似。采用这样的永磁转子结构，使每段对应的气隙磁密呈阶梯状，更接近正弦波；当此结构的永磁转子应用于三相交流电机中，使反电动势更接近正弦，便于电机采用正弦波控制。在第一种结构中，由于转子铁芯表面的永磁体沿转轴轴向采用分段式结构设置，相邻两段永磁体中相邻的两个N极永磁体沿同一转轴方向依次错位相同角度，相邻两段永磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不对称转子直线旋转运动转换器，其特征在于：包括旋转单元、直线单元以及调磁机构，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(1)、转子铁芯(2)和永磁体，转轴(1)穿过转子铁芯(2)的轴孔，并与转子铁芯(2)紧固在一起，永磁体贴在转子铁芯(2)的表面或内嵌在转子铁芯(2)中；其中，永磁体包括圆心角、内外径和轴向长度均相等的钕铁硼材料的N极永磁体(4)和S极永磁体(7)，还包括圆心角、内外径和轴向长度均相等的铁氧体材料的N极永磁体(3)和S极永磁体(6)；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；旋转单元的每个N极永磁体由一块钕铁硼材料的N极永磁体(4)和两块铁氧体材料的N极永磁体(3)拼接而成，其中两块铁氧体材料的N极永磁体(3)沿转子铁芯(2)的圆周方向分别设置在钕铁硼材料的N极永磁体(4)的两侧；旋转单元的每个S极永磁体由一块钕铁硼材料的S极永磁体(7)和两块铁氧体材料的S极永磁体(6)拼接而成，其中两块铁氧体材料的S极永磁体(6)沿转子铁芯(2)的圆周方向分别设置在钕铁硼材料的S极永磁体(7)的两侧；所述转子铁芯(2)表面的永磁体沿转轴轴向采用分段式结构设置；每段永磁体中的每极永磁体对应的圆心角、内外径和轴向长度均相等，每一极永磁体中铁氧体材料的永磁体和钕铁硼材料的永磁体的圆心角比为1∶15‑20；相邻两段永磁体中相邻的两个N极永磁体沿同一转轴方向依次错位相同角度，相邻两段永磁体中相邻的两个S极的永磁体沿同一转轴方向依次错位相同角度；其中，相邻两极永磁体中，各段永磁体错位方向一致；所述直线单元包括动子轭(12)、N极永磁体(10)以及S极永磁体(11)，所述N极永磁体(10)和S极永磁体(11)沿直线单元运动方向互相交错设置，并粘贴于动子轭(12)的表面或内嵌在动子轭(12)中。...

【技术特征摘要】
1.一种不对称转子直线旋转运动转换器，其特征在于：包括旋转单元、直线单元以及调磁机构，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(1)、转子铁芯(2)和永磁体，转轴(1)穿过转子铁芯(2)的轴孔，并与转子铁芯(2)紧固在一起，永磁体贴在转子铁芯(2)的表面或内嵌在转子铁芯(2)中；其中，永磁体包括钕铁硼材料的N极永磁体(4)和S极永磁体(7)，还包括铁氧体材料的N极永磁体(3)和S极永磁体(6)；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；旋转单元的每个N极永磁体由一块钕铁硼材料的N极永磁体(4)和两块铁氧体材料的N极永磁体(3)拼接而成，其中两块铁氧体材料的N极永磁体(3)沿转子铁芯(2)的圆周方向分别设置在钕铁硼材料的N极永磁体(4)的两侧；旋转单元的每个S极永磁体由一块钕铁硼材料的S极永磁体(7)和两块铁氧体材料的S极永磁体(6)拼接而成，其中两块铁氧体材料的S极永磁体(6)沿转子铁芯(2)的圆周方向分别设置在钕铁硼材料的S极永磁体(7)的两侧；所述转子铁芯(2)表面的永磁体沿转轴轴向采用分段式结构设置；每段永磁体中的每极永磁体对应的圆心角、内外径和轴向长度均相等，每一极永磁体中铁氧体材料的永磁体和钕铁硼材料的永磁体的圆心角比为1:15-20；相邻两段永磁体中相邻的两个N极永磁体沿转轴轴向相互对齐，相邻两段永磁体中相邻的两个S极永磁体沿转轴轴向相互对齐；沿转轴轴向的...

【专利技术属性】
技术研发人员：付兴贺，王标，林明耀，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32