[发明专利]一种高定位精度混合磁源磁力丝杠及其多谐波协同调制方法

说明书

本发明公开了一种高定位精度混合磁源磁力丝杠及其多谐波协同调制方法，包括磁螺母、磁丝杆两部分，两者同轴放置；依据螺旋结构的特性，通过永磁体与调磁模块的空间配合，引入新的有效谐波阶次，不仅满足直线方向的调制机理，又满足圆周方向的调制机理，实现了多谐波协同调制；在调磁模块的内部绕制有励磁绕组，实现磁力丝杠气隙磁场可调节，提升定位精度。本发明提出一种高定位精度混合磁源磁力丝杠，在保证高可靠性、高推力密度的前提下，解决现有磁力丝杠磁场调制单一、漏磁大、定位精度不足等弊端。

技术领域

本发明涉及到高定位精度混合磁源磁力丝杠及多谐波协同调制的设计方法，特别设计到螺旋磁力传动和混合磁源磁场调制技术，适用于航空航天、高端机床等高定位精度、高推力密度的应用场合，属于新型电作动器设计制造的技术领域。

背景技术

磁力丝杠具有高推力密度、无接触摩擦、维护简单等特点，因此在很多场合如航空航天、海洋发电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，而此种结构存在磁场调制单一、漏磁大、气隙磁场不可调节等弊端。

文献IEEE Transactions on Industrial Electronics,65(9):7536-7547,2018(Design optimization and test of a radially magnetized magnetic screw withdiscretized PMs)介绍了一种表贴式磁力丝杠，将径向充磁的螺旋形永磁体N、S极交替的表贴在电工铁棒上。相比于其他的直线驱动器，虽然这种结构可以极大的提升推力密度，增加气隙磁感应强度，但所介绍的磁力丝杠的磁场调制单一，漏磁大、气隙磁场不可调节等弊端，进而影响推力密度和定位顶级，从而制约了磁力丝杠在航空航天等高动态领域的应用。

文献IEEE Transactions on Magnetics,50(11):8205004，2014(Electromagnetic lead screw for potential wave energy application)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。这种结构可以实现磁力丝杠气隙磁场的可调节，提升定位精度，但所介绍的电励磁型磁力丝杠。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在实现气隙磁场可调节的前提下，提升磁力丝杠的推力密度具有重要的理论意义和实用价值。

中国发明专利ZL201610821273.1公开了一种磁场调制式磁力丝杠，实则是一种满足磁场调制的磁力丝杠结构，转子永磁体以N、S极螺旋交替分布，在直线方向的极对数为p_r；动子由螺旋形电工铁环构成，在直线方向的极对数为n_t；定子永磁体以N、S极螺旋交替分布，在直线方向的极对数为p_s；并且满足p_s＝n_t-p_r的直线磁场调制关系。在该结构中由动子、定子、转子三部分构成，存在两层气隙，极大的增加了制造的复杂度。文献IEEETransactions on Industry Applications,54(6):5736-5747,2018(Designing andexperimentally testing a magnetically geared lead screw)，设计并制造了一台磁场调制式磁力丝杠样机，实验验证磁力丝杠的磁场调制效应，由于制造复杂性和加工精度等问题，实测推力不足理论分析的40％。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提出了一种高定位精度混合磁源磁力丝杠及其多谐波协同调制机理，在保证可靠性和经济性的前提下，解决了现有磁力丝杠磁场调制单一、气隙磁场不可调节等弊端，显著提升现有永磁作动器的力能密度和定位精度。