本發明涉及的是永磁磁極相間排列對稱布置雙磁輪非接觸前進驅動裝置，屬于機電一體化技術領域。

背景技術：

背景技術中，永磁輪上的永磁鐵為齒條狀，并且排列順序一致，在仿真實驗中得出的數據與理論計算中相差較大。齒條狀永磁鐵的四個頂角對力產生影響，導致永磁輪受力不穩定。

現有的傳動裝置中已有雙齒輪齒條傳動，但是現有的齒輪齒條結構不能完全消除傳動鏈中的豎直分力，不能滿足要求，齒輪齒條式傳動有摩擦，油污，磨損，發熱，噪聲等缺點，不適用于無塵，恒溫，無噪聲等工作空間。磁懸浮技術已被廣泛的應用于社會的各個領域，并且具有可以在無塵，恒溫，無噪聲等工作空間工作的優點。

技術實現要素：

發明目的：本發明提供永磁磁極相間排列對稱布置雙磁輪非接觸前進驅動裝置，其目的是解決傳統齒輪齒條存在的豎直分力，同時解決永磁輪受力不均勻的問題。

技術方案：本發明是通過以下技術方案來實現的：

永磁磁極相間排列對稱布置雙磁輪非接觸前進驅動裝置，其特征在于：該裝置包括導軌和永磁輪，兩個永磁輪分布于導軌的上方和下方，且永磁輪與導軌不接觸，導軌的上下兩側為齒形為圓柱狀或徑向截面為弧形的齒條，在永磁輪上沿圓周方向設置有多個永磁鐵，多個永磁鐵呈相間式排列，即兩個相鄰的永磁鐵充磁方向相反，兩個永磁輪對稱于導軌兩側排列。

導軌的每個凸齒的直徑方向的截面為半圓形且半徑大小相同，相鄰的凸齒之間形成的凹槽槽寬與凸齒齒寬相同。

永磁鐵為8塊，8塊永磁鐵均勻的沿永磁輪圓周方向分布。

永磁鐵呈圓柱狀，圓柱狀的永磁鐵的軸向方向與導軌的圓柱狀或半圓柱狀的齒的軸心平行。

永磁鐵為徑向充磁。

圓柱狀或半圓柱狀的齒均勻分布于導軌兩側。

下方的永磁輪靜止時最上方的永磁塊與各自所對應的鐵軌的凸齒成一定偏轉角度β，而上方的永磁輪靜止時最下方永磁塊與各自所對應的鐵軌的凸齒成一定偏轉角度α,兩個驅動輪的偏轉角度方向相同，其作用是減小滑差。

優點及效果：本發明提供永磁磁極相間排列對稱布置雙磁輪非接觸前進驅動裝置，永磁鐵均勻鑲嵌在永磁輪凹槽內，永磁輪經傳動單元與伺服電機連接，永磁輪上方為一呈圓狀且不具有永磁體的固定鐵制導軌，當電機帶動永磁輪轉動時，永磁鐵與導軌凸齒相互吸引，產生向前的驅動力。由于導軌固定，驅動裝置將會帶動所在系統做直線運動，通過控制伺服電機旋轉速度及轉向可控制系統的運動速度及方向。由于使用了上下對稱的兩塊永磁鐵，使其整體受力使徑向方向的受力能相互抵消，真正的實現徑向方向無力的情況。相間排列的永磁鐵優點在于能夠有效地消除磁鐵之間的干擾力，使永磁輪受力均勻。本發明通過優化永磁輪及導軌結構，可提高裝置的驅動特性，與以往的類似發明相比較由于本發明改變了導軌的形狀能完全消除齒條狀導軌的尖端受力，同時將排列順序一致的永磁鐵變成相間排列，兩個相鄰永磁鐵充磁方向相反，可有效消除相鄰導軌凸齒間的磁力干擾。

在前進驅動裝置中，永磁永磁輪與導軌凸齒之間會產生很大的豎直方向的干擾力，而水平方向的驅動力卻很小，所以針對這一現象，考慮通過改善驅動裝置的結構加以克服豎直方向的干擾力對驅動裝置在運行過程中的干擾，以及增強水平驅動力的大小。

在原驅動裝置的結構中，鐵制導軌齒條固定，伺服電機帶動永磁永磁輪在導軌齒條正下方移動，以此可知，此時永磁永磁輪在豎直方向上只受向上的磁力，為了解決這一問題，設計了如圖1所示的非接觸驅動裝置，鐵質導軌齒條固定，兩伺服電機分別與兩永磁永磁輪直連，對稱布置在導軌齒條上下的兩個位置，條形永磁體均勻的鑲嵌在永磁輪的凹槽內，其中導軌齒間距與兩永磁輪槽間距相同，兩永磁輪上永磁體與導軌凸齒相對，但在水平方向存在一定的距離差。

本發明通過提出新型驅動實現方法及相應裝置結構，提高驅動效率，能完全消除傳動鏈中的間隙，降低了運營成本且節能環保，尤其長距離輸送時，由于導軌為鐵質部件不含有永磁鐵部分，低成本的優點愈發明顯。同時為無塵車間輸送系統驅動方式提供了新的方案。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2為本發明的結構立體圖；

圖3代表的是永磁鐵為長方體時的仿真數據；

圖4為半圓柱狀永磁鐵仿真數據；

圖5為半圓柱狀永磁鐵實驗數據。

具體實施方式：下面結合附圖對本發明做進一步的說明：

永磁磁極相間排列對稱布置雙磁輪非接觸前進驅動裝置，該裝置包括導軌1和永磁輪2，兩個永磁輪2分布于導軌1的上方和下方，且永磁輪2與導軌1不接觸，導軌1的上下兩側為齒形為圓柱狀或徑向截面為弧形的齒條，在永磁輪2上沿圓周方向設置有多個永磁鐵3，多個永磁鐵3呈相間式排列，即兩個相鄰的永磁鐵3充磁方向相反，兩個永磁輪2對稱于導軌1兩側排列。

導軌1的每個凸齒的直徑方向的截面為半圓形且半徑大小相同，相鄰的凸齒之間形成的凹槽槽寬與凸齒齒寬相同。

永磁鐵3為8塊，8塊永磁鐵3均勻的沿永磁輪2圓周方向分布。

永磁鐵3呈圓柱狀，圓柱狀的永磁鐵3的軸向方向與導軌1的圓柱狀或半圓柱狀的齒的軸心平行。

永磁鐵3為徑向充磁。

圓柱狀或半圓柱狀的齒均勻分布于導軌1兩側。

該裝置還包括伺服電機5，伺服電機通過傳動單元連接永磁輪，導軌為鐵質導軌；永磁輪上的永磁鐵呈圓柱狀，相比于以前的齒條狀，圓狀永磁鐵使其受力更穩定。兩個永磁輪相對于鐵質導軌呈對稱式排列，使y方向受力為零，y方向就是圖1中的豎直方向。下方的永磁輪靜止時最上方的永磁塊與各自所對應的鐵軌1的凸齒成一定偏轉角度β，而上方的永磁輪靜止時最下方永磁塊與各自所對應的鐵軌1的凸齒成一定偏轉角度α,兩個驅動輪的偏轉角度方向相同（如圖1所示，都是順時針偏轉或都是逆時針偏轉！），其作用是減小滑差。該角度是這樣形成的，以下方的永磁輪為例，從離最上方的永磁塊最近的導軌1的凸齒的中心引一條垂直線至驅動輪2的軸線所在平面形成交點一，然后從該交點一引一斜線至驅動輪2最上方的永磁塊3的中心，這條斜線與垂直線之間的夾角就是偏轉角度β，上方的同理。

導軌的凸齒為半圓狀，其凸齒之間形成的凹槽槽寬與凸齒齒寬相同，導軌凸齒凸出于導軌的高度與永磁輪中永磁鐵凸出于永磁輪的高度相同，且導軌凸齒的軸向厚度與永磁輪中永磁鐵的軸向厚度相同（導軌凸齒的軸向厚度可以與導軌厚度相同，永磁輪中永磁鐵的軸向厚度可以與永磁輪的軸向厚度相同，如圖2所示的那樣。），使永磁鐵與鐵質導軌產生的吸引力主要作用于導軌凸齒上，減小鐵質導軌1的凸齒與永磁輪上永磁鐵工作時產生的水平滑差，便于永磁輪水平方向移動。

永磁輪主體材料為鋁合金，制造時，在永磁輪外圓周表面均勻相間布置凹槽，在槽內鑲嵌圓狀永磁鐵。

如圖1所示，兩個驅動輪2、3分別設置在鐵質導軌1上、下方，兩者互不接觸且相對于齒條對稱，使兩者在不吸合的情況下，產生最大的驅動力。鐵質導軌1為呈圓狀且不帶有永磁鐵的鐵制部件。

導軌凸齒為半圓柱狀，其凹槽槽寬與凸齒齒寬相同，而導軌寬度與正下方的永磁輪等寬。

永磁輪主體材料為不導磁鋁制合金，在永磁輪外圓周表面均勻相間布置凹槽，在槽內鑲嵌圓狀永磁鐵。鐵質導軌1的齒間距與永磁輪槽間距相等。本發明中的永磁輪經傳動軸與伺服電機5直連或通過聯軸器及軸承座連接，此方式用于驅動力較大或是剛度要求高的場合，系統工作時永磁輪上永磁鐵與導軌凸齒存在水平滑差，在有效產生驅動力的同時可起到過載保護的作用。

永磁輪與導軌在垂直方向留有一定的間隙，通過磁鐵與導軌凸齒的相互吸引提供牽引力。由于永磁輪與導軌無接觸，故該裝置具有較長的使用壽命。

本發明的永磁磁極相間排列對稱布置雙磁輪非接觸前進驅動裝置可用于永磁懸浮無塵傳送系統。圖中，導軌1為導磁材料，是固定的在運行路徑上方的，可按實際需求進行軌道鋪設。導軌的齒為圓狀或半圓狀，其凹槽槽寬與凸齒齒寬相同，而導軌寬度與正下方的永磁輪等寬。永磁輪由非磁性鋁合金材料制造，由伺服電機帶動傳動軸進行旋轉，在永磁輪的外圓周表面等間距鑲嵌有永磁鐵，其間距與上方導軌齒寬相同，且永磁鐵與導軌凸齒對應。永磁輪與導軌間存在一定的間隙，避免二者的接觸。當伺服電機帶動永磁輪旋轉時，通過永磁鐵組與導軌間的吸引力實現驅動。由于導軌固定，驅動裝置將會帶動所在系統做直線運動，通過控制伺服電機旋轉速度及轉向可進一步控制系統的運動速度及方向。當然也可以反過來執行，即使驅動裝置固定，導軌移動。

如圖1所示：上永磁輪旋轉方向為順時針，下永磁輪為逆時針，兩者前進方向均為水平向右。圖中：α=β，氣隙L₁=L₂，力Fx₁=Fx₂，力Fy₁=Fy₂；因為兩永磁輪y方向力大小相同方向相反，所以Fy=Fy1-Fy2=0。X方向力大小相同方向相反，因此，Fx=Fx₁+Fx₂=2Fx₁=2Fx₂。

圖3代表的是永磁鐵為長方體時的仿真數據，圖4為半圓柱狀永磁鐵仿真數據，圖5為半圓柱狀永磁鐵實驗數據。圖4，圖5相比可以確定仿真結果是正確的。圖3，圖4對比可證明半圓柱狀永磁鐵的受力更加穩定。

本發明基于直線驅動原理，維護方便，結構簡單，環保節能，低成本。