永磁磁极相间排列对称布置双磁轮非接触前进驱动装置技术领域
本发明涉及的是永磁磁极相间排列对称布置双磁轮非接触前进驱动装置，属于机
电一体化技术领域。
背景技术
背景技术中，永磁轮上的永磁铁为齿条状，并且排列顺序一致，在仿真实验中得出
的数据与理论计算中相差较大。齿条状永磁铁的四个顶角对力产生影响，导致永磁轮受力
不稳定。
现有的传动装置中已有双齿轮齿条传动，但是现有的齿轮齿条结构不能完全消除
传动链中的竖直分力，不能满足要求，齿轮齿条式传动有摩擦，油污，磨损，发热，噪声等缺
点，不适用于无尘，恒温，无噪声等工作空间。磁悬浮技术已被广泛的应用于社会的各个领
域，并且具有可以在无尘，恒温，无噪声等工作空间工作的优点。
发明内容
发明目的：本发明提供永磁磁极相间排列对称布置双磁轮非接触前进驱动装置，
其目的是解决传统齿轮齿条存在的竖直分力，同时解决永磁轮受力不均匀的问题。
技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：
永磁磁极相间排列对称布置双磁轮非接触前进驱动装置，其特征在于：该装置包括导
轨和永磁轮，两个永磁轮分布于导轨的上方和下方，且永磁轮与导轨不接触，导轨的上下两
侧为齿形为圆柱状或径向截面为弧形的齿条，在永磁轮上沿圆周方向设置有多个永磁铁，
多个永磁铁呈相间式排列，即两个相邻的永磁铁充磁方向相反，两个永磁轮对称于导轨两
侧排列。
导轨的每个凸齿的直径方向的截面为半圆形且半径大小相同，相邻的凸齿之间形
成的凹槽槽宽与凸齿齿宽相同。
永磁铁为8块，8块永磁铁均匀的沿永磁轮圆周方向分布。
永磁铁呈圆柱状，圆柱状的永磁铁的轴向方向与导轨的圆柱状或半圆柱状的齿的
轴心平行。
永磁铁为径向充磁。
圆柱状或半圆柱状的齿均匀分布于导轨两侧。
下方的永磁轮静止时最上方的永磁块与各自所对应的铁轨的凸齿成一定偏转角
度β，而上方的永磁轮静止时最下方永磁块与各自所对应的铁轨的凸齿成一定偏转角度α,
两个驱动轮的偏转角度方向相同，其作用是减小滑差。
优点及效果：本发明提供永磁磁极相间排列对称布置双磁轮非接触前进驱动装
置，永磁铁均匀镶嵌在永磁轮凹槽内，永磁轮经传动单元与伺服电机连接，永磁轮上方为一
呈圆状且不具有永磁体的固定铁制导轨，当电机带动永磁轮转动时，永磁铁与导轨凸齿相
互吸引，产生向前的驱动力。由于导轨固定，驱动装置将会带动所在系统做直线运动，通过
控制伺服电机旋转速度及转向可控制系统的运动速度及方向。由于使用了上下对称的两块
永磁铁，使其整体受力使径向方向的受力能相互抵消，真正的实现径向方向无力的情况。相
间排列的永磁铁优点在于能够有效地消除磁铁之间的干扰力，使永磁轮受力均匀。本发明
通过优化永磁轮及导轨结构，可提高装置的驱动特性，与以往的类似发明相比较由于本发
明改变了导轨的形状能完全消除齿条状导轨的尖端受力，同时将排列顺序一致的永磁铁变
成相间排列，两个相邻永磁铁充磁方向相反，可有效消除相邻导轨凸齿间的磁力干扰。
在前进驱动装置中，永磁永磁轮与导轨凸齿之间会产生很大的竖直方向的干扰
力，而水平方向的驱动力却很小，所以针对这一现象，考虑通过改善驱动装置的结构加以克
服竖直方向的干扰力对驱动装置在运行过程中的干扰，以及增强水平驱动力的大小。
在原驱动装置的结构中，铁制导轨齿条固定，伺服电机带动永磁永磁轮在导轨齿
条正下方移动，以此可知，此时永磁永磁轮在竖直方向上只受向上的磁力，为了解决这一问
题，设计了如图1所示的非接触驱动装置，铁质导轨齿条固定，两伺服电机分别与两永磁永
磁轮直连，对称布置在导轨齿条上下的两个位置，条形永磁体均匀的镶嵌在永磁轮的凹槽
内，其中导轨齿间距与两永磁轮槽间距相同，两永磁轮上永磁体与导轨凸齿相对，但在水平
方向存在一定的距离差。
本发明通过提出新型驱动实现方法及相应装置结构，提高驱动效率，能完全消除
传动链中的间隙，降低了运营成本且节能环保，尤其长距离输送时，由于导轨为铁质部件不
含有永磁铁部分，低成本的优点愈发明显。同时为无尘车间输送系统驱动方式提供了新的
方案。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2为本发明的结构立体图；
图3代表的是永磁铁为长方体时的仿真数据；
图4为半圆柱状永磁铁仿真数据；
图5为半圆柱状永磁铁实验数据。
具体实施方式：下面结合附图对本发明做进一步的说明：
永磁磁极相间排列对称布置双磁轮非接触前进驱动装置，该装置包括导轨1和永磁轮
2，两个永磁轮2分布于导轨1的上方和下方，且永磁轮2与导轨1不接触，导轨1的上下两侧为
齿形为圆柱状或径向截面为弧形的齿条，在永磁轮2上沿圆周方向设置有多个永磁铁3，多
个永磁铁3呈相间式排列，即两个相邻的永磁铁3充磁方向相反，两个永磁轮2对称于导轨1
两侧排列。
导轨1的每个凸齿的直径方向的截面为半圆形且半径大小相同，相邻的凸齿之间
形成的凹槽槽宽与凸齿齿宽相同。
永磁铁3为8块，8块永磁铁3均匀的沿永磁轮2圆周方向分布。
永磁铁3呈圆柱状，圆柱状的永磁铁3的轴向方向与导轨1的圆柱状或半圆柱状的
齿的轴心平行。
永磁铁3为径向充磁。
圆柱状或半圆柱状的齿均匀分布于导轨1两侧。
该装置还包括伺服电机5，伺服电机通过传动单元连接永磁轮，导轨为铁质导轨；
永磁轮上的永磁铁呈圆柱状，相比于以前的齿条状，圆状永磁铁使其受力更稳定。两个永磁
轮相对于铁质导轨呈对称式排列，使y方向受力为零，y方向就是图1中的竖直方向。下方的
永磁轮静止时最上方的永磁块与各自所对应的铁轨1的凸齿成一定偏转角度β，而上方的永
磁轮静止时最下方永磁块与各自所对应的铁轨1的凸齿成一定偏转角度α,两个驱动轮的偏
转角度方向相同（如图1所示，都是顺时针偏转或都是逆时针偏转！），其作用是减小滑差。该
角度是这样形成的，以下方的永磁轮为例，从离最上方的永磁块最近的导轨1的凸齿的中心
引一条垂直线至驱动轮2的轴线所在平面形成交点一，然后从该交点一引一斜线至驱动轮2
最上方的永磁块3的中心，这条斜线与垂直线之间的夹角就是偏转角度β，上方的同理。
导轨的凸齿为半圆状，其凸齿之间形成的凹槽槽宽与凸齿齿宽相同，导轨凸齿凸
出于导轨的高度与永磁轮中永磁铁凸出于永磁轮的高度相同，且导轨凸齿的轴向厚度与永
磁轮中永磁铁的轴向厚度相同（导轨凸齿的轴向厚度可以与导轨厚度相同，永磁轮中永磁
铁的轴向厚度可以与永磁轮的轴向厚度相同，如图2所示的那样。），使永磁铁与铁质导轨产
生的吸引力主要作用于导轨凸齿上，减小铁质导轨1的凸齿与永磁轮上永磁铁工作时产生
的水平滑差，便于永磁轮水平方向移动。
永磁轮主体材料为铝合金，制造时，在永磁轮外圆周表面均匀相间布置凹槽，在槽
内镶嵌圆状永磁铁。
如图1所示，两个驱动轮2、3分别设置在铁质导轨1上、下方，两者互不接触且相对
于齿条对称，使两者在不吸合的情况下，产生最大的驱动力。铁质导轨1为呈圆状且不带有
永磁铁的铁制部件。
导轨凸齿为半圆柱状，其凹槽槽宽与凸齿齿宽相同，而导轨宽度与正下方的永磁
轮等宽。
永磁轮主体材料为不导磁铝制合金，在永磁轮外圆周表面均匀相间布置凹槽，在
槽内镶嵌圆状永磁铁。铁质导轨1的齿间距与永磁轮槽间距相等。本发明中的永磁轮经传动
轴与伺服电机5直连或通过联轴器及轴承座连接，此方式用于驱动力较大或是刚度要求高
的场合，系统工作时永磁轮上永磁铁与导轨凸齿存在水平滑差，在有效产生驱动力的同时
可起到过载保护的作用。
永磁轮与导轨在垂直方向留有一定的间隙，通过磁铁与导轨凸齿的相互吸引提供
牵引力。由于永磁轮与导轨无接触，故该装置具有较长的使用寿命。
本发明的永磁磁极相间排列对称布置双磁轮非接触前进驱动装置可用于永磁悬
浮无尘传送系统。图中，导轨1为导磁材料，是固定的在运行路径上方的，可按实际需求进行
轨道铺设。导轨的齿为圆状或半圆状，其凹槽槽宽与凸齿齿宽相同，而导轨宽度与正下方的
永磁轮等宽。永磁轮由非磁性铝合金材料制造，由伺服电机带动传动轴进行旋转，在永磁轮
的外圆周表面等间距镶嵌有永磁铁，其间距与上方导轨齿宽相同，且永磁铁与导轨凸齿对
应。永磁轮与导轨间存在一定的间隙，避免二者的接触。当伺服电机带动永磁轮旋转时，通
过永磁铁组与导轨间的吸引力实现驱动。由于导轨固定，驱动装置将会带动所在系统做直
线运动，通过控制伺服电机旋转速度及转向可进一步控制系统的运动速度及方向。当然也
可以反过来执行，即使驱动装置固定，导轨移动。
如图1所示：上永磁轮旋转方向为顺时针，下永磁轮为逆时针，两者前进方向均为
水平向右。图中：α=β，气隙L1=L2，力Fx1=Fx2，力Fy1=Fy2；因为两永磁轮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。
图3代表的是永磁铁为长方体时的仿真数据，图4为半圆柱状永磁铁仿真数据，图5
为半圆柱状永磁铁实验数据。图4，图5相比可以确定仿真结果是正确的。图3，图4对比可证
明半圆柱状永磁铁的受力更加稳定。
本发明基于直线驱动原理，维护方便，结构简单，环保节能，低成本。