[发明专利]单绕组混合励磁磁力丝杠

说明书

单绕组混合励磁磁力丝杠，属于机电传动领域。解决了现有混合磁路磁力丝杠推力密度低，结构复杂，励磁绕组利用率低的问题。本发明包括磁螺母和磁螺杆，二者上均设有螺旋形的永磁体，还包括环形励磁绕组；磁螺母同轴套在磁螺杆外部，二者之间留有气隙；环形励磁绕组固定在磁螺母或磁螺杆上，用于调节气隙的耦合磁场，从而调节作用在磁螺母和磁螺杆上的推力，最终完成直线运动和旋转运动的相互转化。本发明主要用于机电传动上。

技术领域

本发明涉及一种单绕组混合励磁磁力丝杠，属于机电传动领域。

背景技术

永磁式磁力丝杠通过磁场耦合，能够实现直线运动和旋转运动的相互转化，具有推力密度大、可靠性高、过载保护等优点，在航空航天、海洋发电、人工心脏等领域具有广阔的应用前景。永磁式磁力丝杠的螺母和螺杆上均采用永磁体作为励磁源，气隙磁场难以调节，推力只与螺母和螺杆间的相对位置有关系。当负载发生变化时，螺母和螺杆间的相对位置也将发生变化，这将导致系统的速度发生波动，限制了磁力丝杠在高精度直线运动领域的应用。

文献IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETISC,50(11):8205004,2014(Electromagnetic lead screw for potential wave energy application)提出了一种电磁式磁力丝杠，其螺杆上开有双线螺旋凹槽，在槽里分别放置螺旋绕组，通以直流电进行励磁。虽然这种结构的气隙磁场能够得到调节，但由于电励磁所产生的磁通较少，其推力密度只相当于永磁式磁力丝杠的四分之一。

文献IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETISC,53(11):8203904,2017(Design andAnalysis of a New HTS Electromagnetic Screw)提出了一种基于高温超导线圈的电磁式磁力丝杠，其将螺杆上的普通螺旋线圈换为高温超导螺旋线圈，并安装冷却系统。这种结构也能够调节磁力丝杠的气隙磁场，和采用普通螺旋线圈的电磁式磁力丝杠相比，其推力密度有较大提高，但仍然不及永磁式磁力丝杠的推力密度，而且由于高温超导线圈以及冷却系统的安装，系统的成本和复杂度大大提高。

中国专利CN103986305A提出了一种基于径向-轴径向磁通的永磁-感应子式混合磁路磁力丝杠，通过两个环形励磁绕组和高度不同的螺旋凸极，对气隙磁场进行调节，这种结构在具有磁场调节能力的同时还保持了较高的推力密度。但为了保持电励磁磁路的完整性，励磁绕组需要安装在导磁的励磁支架上，而且螺母的轴向长度要增加许多，另外电励磁磁通的路径上附加的气隙大大增加了磁路的磁阻，电励磁磁通的利用率降低了许多。

中国专利CN101758631A提出了一种电磁丝杠，螺母内侧安装有环形绕组和环形永磁体。通过控制绕组电流的方向、频率和相位对丝杆的压力和速度进行控制，永磁体用于在断电时对丝杠残生锁定力。这种结构因为只采用绕组进行有效励磁，电磁丝杠的推力密度远小于永磁式磁力丝杠，而且环形永磁体对推力的贡献很小。

综上，亟需提供一种解决上述混合磁路磁力丝杠推力密度低，结构复杂，励磁绕组利用率低的问题的新型磁力丝杠。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有混合磁路磁力丝杠推力密度低，结构复杂，励磁绕组利用率低的问题，提供了一种单绕组混合励磁磁力丝杠。

单绕组混合励磁磁力丝杠，它包括磁螺母和磁螺杆，二者上均设有螺旋形的永磁体，还包括环形励磁绕组；

磁螺母同轴套在磁螺杆外部，二者之间留有气隙；

环形励磁绕组固定在磁螺母或磁螺杆上，用于调节气隙的耦合磁场，从而调节作用在磁螺母和磁螺杆上的推力，最终完成直线运动和旋转运动的相互转化。

(一)当环形励磁绕组固定在磁螺杆上时；

优选的是，所述磁螺杆包括4个螺杆螺旋永磁体、主轴和螺杆电工铁环；