一种表贴式磁力丝杠及其加工方法技术

本发明专利技术公开了一种表贴式磁力丝杠及其加工方法，属于磁力丝杠领域，磁丝杆由分段永磁体、电工铁棒和限位器构成，磁螺母由分段永磁体和电工铁环构成。在磁丝杆中，分段永磁体表贴在电工铁棒的外表面；在磁螺母中，分段永磁体表贴在电工铁环的内表面。该方法把磁丝杆分段永磁体的内径削平，电工铁棒外表面根据分段永磁体的尺寸车削为轴向截面为正多变形的电工铁棒，同时在电工铁棒的端部安装限位器；磁螺母分段永磁体外径削平，电工铁环根据分段永磁体的尺寸凿钻一个轴向截面为正多边形孔的电工铁环；通过永磁体和铁磁材料之间的相互配合，能够有效的降低螺旋永磁体的加工难度和磁力丝杠的组装难度，并且提升推力密度和机械强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高推力密度磁力丝杠的制造技术，特别涉及到螺旋磁路的等效技术和磁力丝杠组装的方法。
技术介绍
磁力丝杠作动系统的研究在国内外尚处于起步阶段。磁力丝杠具有高推力密度、无接触摩擦、维护简单等特点，通过磁场耦合来实现将旋转运动转化为直线运动，反之亦然。因此在很多场合如航空航天、海洋发电、人工心脏等领域具有很好的应用前景。目前，对磁力丝杠研究较多的是永磁体径向充磁的N、S极螺旋交替的表贴式磁力丝杠，而此种结构存在磁力丝杠装配和螺旋永磁体加工的问题。文献IEEETRANSACTIONSONENERGYCONVERSION，30(1)：41-50，2015(Magneticdesignaspectsofthetrans-rotarymagneticgear)介绍了一种分段式永磁体磁力丝杠，将径向充磁的分段圆弧永磁体表贴在电工铁棒上。虽然这种结构可以减小磁力丝杠永磁体的加工难度，但所介绍的表贴式永磁体磁力丝杠，由于采用分段圆弧永磁体，推力波动会明显增加。为了减小推力波动，采用减小分段永磁体弧度，即增加了分段永磁体个数的方法，这样增加了磁力丝杠的加工复杂度。由于磁力丝杠采用分段永磁体，分段永磁体在表贴到电工铁棒上时，存在拼接精度低和机械强度低的缺点。文献IEEETRANSACTIONSONMAGNETISC，50(11)：8205004，2014(Electromagneticleadscrewforpotentialwaveenergyapplication)介绍了一种电磁型磁力丝杠，将电工铁棒，制作成螺旋形槽的结构，在槽中绕制线圈，在线圈中通入直流电，从而获得螺旋形磁路。虽然这种结构可以减小磁力丝杠永磁体的加工难度，但所介绍的电磁型磁力丝杠。由于采用电励磁的方式，磁感应强度会明显下降。产生的推力密度不足永磁型磁力丝杠的四分之一。因此，采用有效的办法解决螺旋永磁体的等效和磁力丝杠的组装就具有重要的意义和实用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决磁力丝杠永磁体加工困难和分段永磁体的组装问题，提出了一种简单有效，工程上易于执行的方法。采用本专利技术提出的加工方法，在保证高推力密度和低推力波动的同时，极大的降低了磁力丝杠的加工难度，并且提高机械强度。本专利技术适用于航空航天、人工心脏泵、海洋发电等领域。相比与传统的直线电机，由于磁力丝杠是磁力传动，所以具有过负载能力强，维护费用低和清洁度高等优点。尤其在人工心脏泵领域，传统的人工心脏泵有，轴流泵和直线心脏泵两种，轴流泵有较大的血损问题，虽然直线心脏泵可以解决血损问题，但是功率密度很低，对人工心脏泵的发展存在不可避免的限制。磁力丝杠与直流无刷电机整合后的人工心脏泵可以同时解决以上问题。本专利技术的具有以下技术方案：一种表贴式磁力丝杠，包括磁丝杆，磁螺母，两者同轴并且之间具有气隙；所述磁螺母空套在磁丝杆外部，磁丝杆外表面和磁螺母内表面分别表贴有分段永磁体；磁螺母相对磁丝杆做旋转运动，磁丝杆相对磁螺母做直线运动，且磁螺母的轴向长度小于磁丝杆的轴向长度；所述磁丝杆包括电工铁棒，电工铁棒两端分别设有限位器a、限位器b；电工铁棒的外表面上表贴多个紧密排列的第一永磁体a、第一永磁体b；所述第一永磁体a、第一永磁体b背离气隙的一面(即贴近电工铁棒的一面)做削平处理，正对气隙的一面为圆弧面，引出理想螺旋磁路；电工铁棒的外表面根据第一永磁体a、第一永磁体b的结构尺寸车削为轴向截面呈正多变形；所述磁螺母包括螺母电工铁环，螺母电工铁环内侧表面表贴多个紧密排列的第二永磁体a，第二永磁体b；为方便拼接，第二永磁体a，第二永磁体b的背离气隙的一面(即贴近螺母电工铁环的一面)做削平处理，正对气隙的一面为圆弧面，引出理想螺旋磁路，且与第一永磁体a、第一永磁体b的圆弧面相配合；螺母电工铁环内表面根据第二永磁体a，第二永磁体b的结构尺寸，凿钻出轴向截面为正多变形的通孔。作为本专利技术的进一步改进，所述第一永磁体a的充磁方向为径向向内，第一永磁体b的充磁方向为径向向外；第一永磁体a和第一永磁体b沿着轴向依次交替表贴在车削为正多边形的电工铁棒的外表面上，二者之间不留缝隙，形成一组第一永磁模块；第一永磁模块再按照圆周方向依次排列拼接形成螺旋结构，中间不留缝隙；多组第一永磁模块形成的螺旋永磁体圈数根据磁力丝杠的要求特性确定。作为本专利技术的进一步改进，所述第二永磁体a的充磁方向为径向向内，第二永磁体b的充磁方向为径向向外；第二永磁体a和第二永磁体b沿着轴向依次交替表贴在螺母电工铁环的内表面上，二者之间不留缝隙，形成一组第二永磁模块；第二永磁模块再按照圆周方向依次排列拼接形成螺旋结构，中间不留缝隙；多组第二永磁模块形成的螺旋永磁体圈数根据磁力丝杠的要求特性确定。作为本专利技术的进一步改进，所述限位器a、限位器b结构相同，分别套在电工铁棒的两端，所述限位器a、限位器b靠近第一永磁模块的一侧车削为螺旋结构，螺距λ为第一永磁模块的轴向长度。本专利技术的方法的技术方案为：一种表贴式磁力丝杠的加工方法，包括以下步骤：步骤1，磁力丝杠中所需为螺旋磁路，由于永磁体机械性能差，采用分段永磁体拼接形成螺旋磁路，分段永磁体按照α度圆弧设计，弧度越小，充磁越均匀；步骤2，在保证磁丝杆半径r2、磁螺母和磁丝杆之间的气隙g、并且充分考虑到分段永磁体充磁的均匀性和拼接复杂度的情况下，确定第一永磁体a、第一永磁体b和第二永磁体a，第二永磁体b的弧度α、极距τ和厚度h，确定三者的最优配合；为使磁螺母和磁丝杆达到相同的调制关系，第一永磁体a、第一永磁体b和第二永磁体a，第二永磁体b的极距τ相同；步骤3，在确定永磁体的极距τ和厚度h后，确定第一永磁体a、第一永磁体b的具体尺寸，永磁体内径为r1＝r2-h；对第一永磁体a、第一永磁体b的内径侧，即背离气隙侧，做削平处理，正对气隙的一端为第一永磁体a、第一永磁体b的圆弧；对第一永磁体a、第一永磁体b的轴向两侧，做斜平面车削处理，切割的角度为θ1：θ1=arctan[τ*α2πr1*sin(α/2)];]]>步骤4，根据第一永磁体a、第一永磁体b的具体尺寸，本专利技术对电工铁棒限定设计尺寸；由于第一永磁体a、第一永磁体b的弧度为α，并且背离气隙侧做削平处理，根据第一永磁体a、第一永磁体b的结构尺寸，把电工铁棒车削为正n边形结构，n取2π/α；正n边形电工铁棒的截面外切圆半径为r1，电工铁棒的长度为l1，电工铁棒的实际长度根据第一永磁模块的圈数确定；...

【技术保护点】
一种表贴式磁力丝杠，其特征在于，包括磁丝杆(1)，磁螺母(2)，两者同轴并且之间具有气隙；所述磁螺母(2)空套在磁丝杆(1)外部，磁丝杆(1)外表面和磁螺母(2)内表面分别表贴有分段永磁体；磁螺母(2)相对磁丝杆(1)做旋转运动，磁丝杆(1)相对磁螺母(2)做直线运动，且磁螺母(2)的轴向长度小于磁丝杆(1)的轴向长度；所述磁丝杆(1)包括电工铁棒(3‑1)，电工铁棒(3‑1)两端分别设有限位器a(5‑1)、限位器b(5‑2)；电工铁棒(3‑1)的外表面上表贴多个紧密排列的第一永磁体a(4‑1)、第一永磁体b(4‑2)；所述第一永磁体a(4‑1)、第一永磁体b(4‑2)背离气隙的一面做削平处理，正对气隙的一面为圆弧面，用于引出理想螺旋磁路；电工铁棒(3‑1)的外表面根据第一永磁体a(4‑1)、第一永磁体b(4‑2)的结构尺寸车削为轴向截面呈正多变形；所述磁螺母(2)包括螺母电工铁环(3‑2)，螺母电工铁环(3‑2)内侧表面表贴多个紧密排列的第二永磁体a(4‑3)，第二永磁体b(4‑4)；为方便拼接，第二永磁体a(4‑3)，第二永磁体b(4‑4)的背离气隙的一面做削平处理，正对气隙的一面为圆弧面，用于引出理想螺旋磁路，且与第一永磁体a(4‑1)、第一永磁体b(4‑2)的圆弧面相配合；螺母电工铁环(3‑2)内表面根据第二永磁体a(4‑3)，第二永磁体b(4‑4)的结构尺寸，凿钻出轴向截面为正多变形的通孔。...

【技术特征摘要】
1.一种表贴式磁力丝杠，其特征在于，包括磁丝杆(1)，磁螺母(2)，两者同轴并且
之间具有气隙；
所述磁螺母(2)空套在磁丝杆(1)外部，磁丝杆(1)外表面和磁螺母(2)内表面
分别表贴有分段永磁体；磁螺母(2)相对磁丝杆(1)做旋转运动，磁丝杆(1)相对磁螺
母(2)做直线运动，且磁螺母(2)的轴向长度小于磁丝杆(1)的轴向长度；
所述磁丝杆(1)包括电工铁棒(3-1)，电工铁棒(3-1)两端分别设有限位器a(5-1)、
限位器b(5-2)；电工铁棒(3-1)的外表面上表贴多个紧密排列的第一永磁体a(4-1)、
第一永磁体b(4-2)；所述第一永磁体a(4-1)、第一永磁体b(4-2)背离气隙的一面做
削平处理，正对气隙的一面为圆弧面，用于引出理想螺旋磁路；电工铁棒(3-1)的外表面
根据第一永磁体a(4-1)、第一永磁体b(4-2)的结构尺寸车削为轴向截面呈正多变形；
所述磁螺母(2)包括螺母电工铁环(3-2)，螺母电工铁环(3-2)内侧表面表贴多个
紧密排列的第二永磁体a(4-3)，第二永磁体b(4-4)；为方便拼接，第二永磁体a(4-3)，
第二永磁体b(4-4)的背离气隙的一面做削平处理，正对气隙的一面为圆弧面，用于引出
理想螺旋磁路，且与第一永磁体a(4-1)、第一永磁体b(4-2)的圆弧面相配合；螺母电
工铁环(3-2)内表面根据第二永磁体a(4-3)，第二永磁体b(4-4)的结构尺寸，凿钻出
轴向截面为正多变形的通孔。
2.根据权利要求1所述的一种表贴式磁力丝杠，其特征在于，所述第一永磁体a(4-1)
的充磁方向为径向向内，第一永磁体b(4-2)的充磁方向为径向向外；第一永磁体a(4-1)
和第一永磁体b(4-2)沿着轴向依次交替表贴在车削为正多边形的电工铁棒(3-1)的外
表面上，二者之间不留缝隙，形成一组第一永磁模块(6-1)；第一永磁模块(6-1)再按照
圆周方向依次排列拼接形成螺旋结构，中间不留缝隙；多组第一永磁模块(6-1)形成的螺
旋永磁体圈数根据磁力丝杠的要求特性确定。
3.根据权利要求1所述的一种表贴式磁力丝杠，其特征在于，所述第二永磁体a(4-3)
的充磁方向为径向向内，第二永磁体b(4-4)的充磁方向为径向向外；第二永磁体a(4-3)
和第二永磁体b(4-4)沿着轴向依次交替表贴在螺母电工铁环(3-2)的内表面上，二者
之间不留缝隙，形成一组第二永磁模块(6-2)；第二永磁模块(6-2)再按照圆周方向依次
排列拼接形成螺旋结构，中间不留缝隙；多组第二永磁模块(6-2)形成的螺旋永磁体圈数
根据磁力丝杠的要求特性确定。
4.根据权利要求2所述的一种表贴式磁力丝杠，其特征在于，所述限位器a(5-1)、
限位器b(5-2)结构相同，分别套在电工铁棒(3-1)的两端，所述限位器a(5-1)、限位
器b(5-2)靠近第一永磁模块(6-1)的一侧车削为螺旋结构，螺距λ为第一永磁模块(6-1)
的轴向长度。
5.一种表贴式磁力丝杠的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，磁力丝杠中所需为螺旋磁路，由于永磁体机械性能差，采用分段永磁体拼接
形成螺旋磁路，分段永磁体按照α度圆弧设计，弧度越小，充磁越均匀；
步骤2，在保证磁丝杆(1)半径r2、磁螺母(2)和磁丝杆(1)之间的气隙g、并且充
分考虑到分段永磁体充磁的均匀性和拼接复杂度的情况下，确定第一永磁体a(4-1)、第一
永磁体b(4-2)和第二永磁体a(4-3)，第二永磁体b(4-4)的弧度α、极距τ和厚度h，
确定三者的最优配合；为使磁螺母(2)和磁丝杆(1)达到相同的调制关系，第一永磁体a
(4-1)、第一永磁体b(4-2)和第二永磁体a(4-3)，第二永磁体b(4-4)的极距τ相同；
步骤3，在确定永磁体的极距τ和厚度h后，确定第一永磁体a(4-1)、第一永磁体b(4-2)
的具体尺寸，永磁体内径为r1＝r2-h；对第一永磁体a(4-1)、第一永磁体b(4-2)的内径侧，
即背离气隙侧，做削平处理，正对气隙的一端为第一永磁体a(4-1)、第一永磁体b(4-2)
的圆弧；对第一永磁体a(4-1)、第一永磁体b(4-2)的轴向两侧，做斜平面车削处理，切
割的角度为θ1：
θ1=arctan[τ*α2πr1*sin(α/2)];]]>步骤4，根据第一永磁体a(4-1)、第一永磁体b(4-2)的具体尺寸，本发明对电工铁
棒(3-1)限定设计尺寸；由于第一永磁体a(4-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文祥，凌志健，吉敬华，刘国海，徐媚媚，胡德水，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32