一種永磁體表嵌式磁力絲杠及其加工方法技術

本發明專利技術公開了一種永磁體表嵌式磁力絲杠及其加工方法，屬于磁力絲杠領域，磁絲桿由分段永磁體、電工鐵棒和限位器構成，磁螺母由分段永磁體和電工鐵環構成。在磁絲桿中，分段永磁體表嵌在切削有固定路徑的電工鐵棒的表面；在磁螺母中，分段永磁體表嵌在切削有固定路徑的電工鐵環的內表面。該方法把電工鐵棒外表面沿圓周方向，與永磁體等厚度，沿圓周等弧度間隔切割有齒的形狀，并且形成了固定路徑，使得磁絲桿分段永磁體可以表嵌在固定路徑中。沿圓周等弧度間隔切割有齒的形狀，并且形成了固定路徑，使得磁螺母分段永磁體可以表嵌在固定路徑中；通過分段永磁體和鐵磁材料之間的相互配合，能夠有效的降低螺旋永磁體的加工難度和磁力絲杠的組裝難度，并且提升機械強度。

A permanent magnet embed magnetic screw and its processing method

【技術實現步驟摘要】
一種永磁體表嵌式磁力絲杠及其加工方法
本專利技術涉及一種高推力密度磁力絲杠的制造技術，特別涉及到螺旋磁路的等效技術和分段永磁體的組裝方法。
技術介紹
磁力絲杠作動系統的研究在國內外尚處于起步階段。磁力絲杠具有高推力密度、無接觸摩擦、維護簡單等特點，通過磁場耦合來實現將旋轉運動轉化為直線運動，反之亦然。因此在很多場合如航空航天、海洋發電、人工心臟等領域具有很好的應用前景。目前，對磁力絲杠研究較多的是永磁體徑向充磁的N、S極螺旋交替的表貼式磁力絲杠，而此種結構存在磁力絲杠裝配和螺旋永磁體加工的問題。文獻IEEETRANSACTIONSONENERGYCONVERSION,30(1)：41-50，2015(Magneticdesignaspectsofthetrans-rotarymagneticgear)介紹了一種分段式永磁體磁力絲杠，將徑向充磁的分段圓弧永磁體表貼在電工鐵棒上。雖然這種結構可以減小磁力絲杠永磁體的加工難度，但所介紹的表貼式永磁體磁力絲杠，由于采用分段圓弧永磁體，推力波動會明顯增加。為了減小推力波動，采用減小分段永磁體弧度，即增加了分段永磁體個數的方法，這樣增加了磁力絲杠的加工復雜度。由于磁力絲杠采用分段永磁體，分段永磁體在表貼到電工鐵棒上時，存在拼接精度低和機械強度低的缺點。中國專利技術專利申請號201610218576.4公開了一種永磁體分段式磁力絲杠的加工方法，對分段永磁體軸向兩側，按照計算的角度進行斜平面車削處理。并且對背離氣隙的一面(即貼近電工鐵棒的一面)做削平處理，從而實現螺旋形磁路的近似等效。雖然此方法，可以實現螺旋形磁路，并且降低加工難度。但是，削平處理后的分段永磁體，在徑向方向上，永磁體的厚度不一致，會導致氣隙磁場的畸變，從而影響推力的穩定性。并且在拼接精度和機械強度上，還存在一定的缺陷。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了解決整體螺旋形永磁體加工困難和分段永磁體的組裝問題，提出了一種簡單有效，工程上易于執行的方法。采用本專利技術提出的加工方法，在保證高推力密度和低推力波動的同時，極大的降低了磁力絲杠的加工難度，并且提高機械強度和拼接精度。本專利技術適用于航空航天、人工心臟泵、海洋發電等領域。相比與傳統的直線電機，由于磁力絲杠是磁力傳動，所以具有無需潤滑，過負載能力強和清潔度高等優點。尤其在電動舵機領域，對于負載變化大且溫差、環境惡劣的高空間飛行器應用領域而言，在高溫環境下，潤滑油易氧化蒸發，潤滑難導致機械磨損和機械卡死等問題，產生的振動、沖擊、變形等因素對作動系統影響嚴重，直接威脅到飛行器的性能和飛行員的生命。無需潤滑的磁力絲杠可以同時解決以上問題。本專利技術的具有以下技術方案：一種分段永磁體表嵌式磁力絲杠，包括磁絲桿，磁螺母，兩者同軸并且之間具有氣隙；所述磁螺母空套在磁絲桿外部，磁絲桿電工鐵棒外表面和磁螺母電工鐵環內表面分別表嵌有分段永磁體；磁螺母相對磁絲桿做旋轉運動，磁絲桿相對磁螺母做直線運動，且磁螺母的軸向長度小于磁絲桿的軸向長度；所述磁絲桿包括電工鐵棒和第一永磁體a、第一永磁體b，電工鐵棒表面沿圓周方向，與永磁體等厚度，相等弧度間隔切割有齒的形狀，并且形成了固定路徑，使得分段永磁體可以表嵌入固定路徑中；磁絲桿電工鐵棒的外表面上表嵌多個緊密排列的第一永磁體a、第一永磁體b；所述第一永磁體a、第一永磁體b，為軸向兩側斜切割的分段永磁體，拼接后可以引出螺旋磁路；拼接完成后，由于磁絲桿上所需永磁體個數較多，同時在電工鐵棒的端部削切有限位器裝置。所述磁螺母包括螺母電工鐵環和第二永磁體a，第二永磁體b，螺母電工鐵環內側表面沿圓周方向，與永磁體等厚度，相等弧度間隔切割有齒狀結構，并且形成了固定路徑，使得分段永磁體可以表嵌入固定路徑中；磁螺母電工鐵環內表面上表嵌有多個緊密排列的第二永磁體a，第二永磁體b；所述第二永磁體a，第二永磁體b，為軸向兩側斜切割的分段永磁體。由于磁螺母是空套在磁絲桿上的，所以第二永磁體a，第二永磁體b的半徑尺寸要大于第一永磁體a、第一永磁體b。拼接后可以引出螺旋磁路，與磁絲桿的螺旋形磁路耦合，實現動能傳輸。作為本專利技術的進一步改進，所述第一永磁體a的充磁方向為徑向向內，第一永磁體b的充磁方向為徑向向外；第一永磁體a和第一永磁體b沿著軸向依次交替表嵌入電工鐵環切割出的固有路徑中，二者之間不留縫隙，形成一組磁絲桿第一永磁模塊；然后再按照上述方法，按照切割出的固有路徑，形成剩余永磁模塊。所述第二永磁體a充磁方向為徑向向內，第二永磁體b的充磁方向為徑向向外，拼接方案與第一永磁體a、第一永磁體b一樣，形成磁螺母永磁模塊。本專利技術的方法的技術方案為：一種分段永磁體表嵌式磁力絲杠的加工方法，包括以下步驟：步驟1，磁力絲杠中所需為螺旋磁路，由于永磁體機械性能差，采用分段永磁體拼接形成螺旋磁路，分段永磁體按照α度圓弧設計；步驟2，在保證磁絲桿半徑r2、磁螺母和磁絲桿之間的氣隙g、并且充分考慮到分段永磁體充磁的均勻性和拼接復雜度的情況下，確定第一永磁體a、第一永磁體b和第二永磁體a，第二永磁體b的弧度α、極距τ和厚度h，確定三者的最優配合；為使磁螺母和磁絲桿達到相同的調制關系，第一永磁體a、第一永磁體b和第二永磁體a，第二永磁體b的極距τ相同；步驟3，在確定永磁體的極距τ和厚度h后，確定第一永磁體a、第一永磁體b的具體尺寸,永磁體內徑為r1＝r2-h；對第一永磁體a、第一永磁體b的軸向兩側，做斜平面車削處理，切割的角度為θ1：步驟4，根據第一永磁體a、第一永磁體b的具體尺寸，本專利技術對磁絲桿電工鐵棒限定設計尺寸；由于第一永磁體a、第一永磁體b的弧度為α，根據第一永磁體a、第一永磁體b的結構尺寸，磁絲桿電工鐵棒表面沿圓周方向，與永磁體等厚度h，等間隔切割有齒的形狀，每個齒的弧度為β，等間隔的弧度取2π/(α+β)。電工鐵棒的實際長度根據第一永磁模塊的長度確定；步驟5，由于磁絲桿長度比較長，所需第一永磁體a、第一永磁體b的個數較多，為了固定第一永磁體a、第一永磁體b的位置，并且增加磁絲桿的機械強度和拼接精度；本專利技術提出在電工鐵棒的端部削切有限位器裝置。步驟6，在確定第二永磁體a、第二永磁體b的極距τ和厚度h后，確定第二永磁體a、第二永磁體b的具體尺寸,內徑為r3＝r2+g；對第二永磁體a、第二永磁體b的軸向兩側做斜平面車削處理，切割的角度為θ2：步驟7，根據第二永磁體a、第二永磁體b的具體尺寸，對螺母電工鐵環限定設計尺寸；由于第二永磁體a、第二永磁體b的弧度為α，根據第二永磁體a、第二永磁體b的結構尺寸，磁螺母電工鐵環內表面沿圓周方向，與永磁體等厚度h，等弧度間隔切割有齒的形狀，每個齒的弧度為β，等間隔的弧度取2π/(α+β)。磁螺母電工鐵環的實際長度根據第二永磁模塊的長度確定；步驟8，磁絲桿和磁螺母分別拼接完成后，將兩者組裝起來，磁絲桿和磁螺母之間有氣隙g，裝配形成磁力絲杠。進一步，所述分段永磁體的材料采用燒結性釹鐵硼，電工鐵材料為DT4C。進一步，所述分段永磁體按照α度圓弧設計，α的取值55度；磁絲桿半徑r2即第一永磁體a和第一永磁體b的外徑為24mm，磁絲桿和磁螺母之間的氣隙g的取值為1mm；第一永磁體a、第一永磁體b和第二永磁體a、第二永磁體b的厚度h相同，厚度h的取值為3mm；為使磁螺本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種分段永磁體表嵌式磁力絲杠，其特征在于，包括磁絲桿(1)，磁螺母(2)，兩者同軸并且之間具有氣隙；所述磁螺母(2)空套在磁絲桿(1)外部，磁絲桿電工鐵棒(3?1)外表面和磁螺母電工鐵環(3?2)內表面分別表嵌有分段永磁體；磁螺母(2)相對磁絲桿(1)做旋轉運動，磁絲桿(1)相對磁螺母(2)做直線運動，且磁螺母(2)的軸向長度小于磁絲桿(1)的軸向長度；所述磁絲桿(1)包括磁絲桿電工鐵棒(3?1)和第一永磁體a(5?1)、第一永磁體b(5?2)，磁絲桿電工鐵棒(3?1)表面沿圓周方向，與永磁體等厚度，相等弧度間隔切割有齒的形狀，并且形成了固定路徑，使得分段永磁體可以表嵌入固定路徑中；磁絲桿電工鐵棒(3?1)的外表面上表嵌有多個緊密排列的第一永磁體a(5?1)、第一永磁體b(5?2)；所述第一永磁體a(5?1)、第一永磁體b(5?2)，為軸向兩側斜切割的分段永磁體，拼接后可以引出螺旋磁路；拼接完成后，由于磁絲桿(1)上所需永磁體個數較多，同時在磁絲桿電工鐵棒(3?1)的端部削切有限位器(7)裝置；所述磁螺母(2)包括磁螺母電工鐵環(3?2)和第二永磁體a(5?3)，第二永磁體b(5?4)，磁螺母電工鐵環(3?2)內側表面沿圓周方向，與永磁體等厚度，相等弧度間隔切割有齒狀結構，并且形成了固定路徑，使得分段永磁體可以表嵌入固定路徑中；磁螺母電工鐵環(3?2)內表面上表嵌有多個緊密排列的第二永磁體a(5?3)，第二永磁體b(5?4)；所述第二永磁體a(5?3)，第二永磁體b(5?4)，為軸向兩側斜切割的分段永磁體；由于磁螺母(2)是空套在磁絲桿(1)上的，所以第二永磁體a(5?3)，第二永磁體b(5?4)的半徑尺寸要大于第一永磁體a(5?1)、第一永磁體b(5?2)；拼接后可以引出螺旋磁路，與磁絲桿(1)的螺旋形磁路耦合，實現動能傳輸。...

【技術特征摘要】
1.一種分段永磁體表嵌式磁力絲杠，其特征在于，包括磁絲桿(1)，磁螺母(2)，兩者同軸并且之間具有氣隙；所述磁螺母(2)空套在磁絲桿(1)外部，磁絲桿電工鐵棒(3-1)外表面和磁螺母電工鐵環(3-2)內表面分別表嵌有分段永磁體；磁螺母(2)相對磁絲桿(1)做旋轉運動，磁絲桿(1)相對磁螺母(2)做直線運動，且磁螺母(2)的軸向長度小于磁絲桿(1)的軸向長度；所述磁絲桿(1)包括磁絲桿電工鐵棒(3-1)和第一永磁體a(5-1)、第一永磁體b(5-2)，磁絲桿電工鐵棒(3-1)表面沿圓周方向，與永磁體等厚度，相等弧度間隔切割有齒的形狀，并且形成了固定路徑，使得分段永磁體可以表嵌入固定路徑中；磁絲桿電工鐵棒(3-1)的外表面上表嵌有多個緊密排列的第一永磁體a(5-1)、第一永磁體b(5-2)；所述第一永磁體a(5-1)、第一永磁體b(5-2)，為軸向兩側斜切割的分段永磁體，拼接后可以引出螺旋磁路；拼接完成后，由于磁絲桿(1)上所需永磁體個數較多，同時在磁絲桿電工鐵棒(3-1)的端部削切有限位器(7)裝置；所述磁螺母(2)包括磁螺母電工鐵環(3-2)和第二永磁體a(5-3)，第二永磁體b(5-4)，磁螺母電工鐵環(3-2)內側表面沿圓周方向，與永磁體等厚度，相等弧度間隔切割有齒狀結構，并且形成了固定路徑，使得分段永磁體可以表嵌入固定路徑中；磁螺母電工鐵環(3-2)內表面上表嵌有多個緊密排列的第二永磁體a(5-3)，第二永磁體b(5-4)；所述第二永磁體a(5-3)，第二永磁體b(5-4)，為軸向兩側斜切割的分段永磁體；由于磁螺母(2)是空套在磁絲桿(1)上的，所以第二永磁體a(5-3)，第二永磁體b(5-4)的半徑尺寸要大于第一永磁體a(5-1)、第一永磁體b(5-2)；拼接后可以引出螺旋磁路，與磁絲桿(1)的螺旋形磁路耦合，實現動能傳輸。2.根據權利要求1所述的一種分段永磁體表嵌式磁力絲杠，其特征在于，所述第一永磁體a(5-1)的充磁方向為徑向向內，第一永磁體b(5-2)的充磁方向為徑向向外；第一永磁體a(5-1)和第一永磁體b(5-2)沿著軸向依次交替表嵌入電工鐵環切割出的固有路徑中，二者之間不留縫隙，形成一組磁絲桿(1)第一永磁模塊(6-1)；按照切割出的固有路徑，形成剩余永磁模塊。3.根據權利要求1所述的一種分段永磁體表嵌式磁力絲杠，其特征在于，所述第二永磁體a(5-3)充磁方向為徑向向內，第二永磁體b(5-4)的充磁方向為徑向向外，拼接方案與第一永磁體a(5-1)、第一永磁體b(5-2)一樣，形成磁螺母永磁模塊。4.根據權利要求1所述的一種分段永磁體表嵌式磁力絲杠，其特征在于，所述分段永磁體的材料采用燒結性釹鐵硼，電工鐵材料為DT4C。5.一種分段永磁體表嵌式磁力絲杠的加工方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1，磁力絲杠中所需為螺旋磁路，由于永磁體機械性能差，采用分段永磁體拼接形成螺旋磁路，分段永磁體按照α度圓弧設計；步驟2，在保證磁絲桿(1)半徑r2、磁螺母(2)和磁絲桿(1)之間的氣隙g、并且充分考慮到分段永磁體充磁的均勻性和拼接復雜度的情況下，確定第一永磁體a(5-1)、第一永磁體b(5-2)和第二永磁體a(5-3)，第二永磁體b(5-4)的弧度α、極距τ和厚度h，確定三者的最優配合；為使磁螺母(2)和磁絲桿(1)達到相同的調制關系，第一永磁體a(5-1)、第一永磁體b(5-2)和第二永磁體a(5-3)，第二永磁體b(5-4)的極距τ相同；步驟3，在確定永磁體的極距τ和厚度h后，確定第一永磁體a(5-1)、第一永磁體b(5-2)的具體尺寸,永磁體內徑為r1＝r2-h；對第一永磁體a(5-1)、第一永磁體b(5-2)的軸向兩側，做斜平面車削處理，切割的角度為θ1：

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙文祥，凌志健，吉敬華，劉國海，徐媚媚，胡德水，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32