[0037] 幸运的是，在所考虑的特定情况下，一般结论可以通过相对简单的数学分析得出。 这是可能的，因为，在所考虑的系统中，磁体仅沿相切其S-N轴一个方向自由移动，在所有 其他方向上均被固定。因此，仅需要计算平行于磁体的S-N轴的方向上的力的分量，其导致 主要的数学简化，使我们能够得出关于一般系统功能的结论，而无需实际解决所涉及的复 杂三维积分。
[0038] 所要分析的内容是图6中示出的设置。：?、；P和f为相互垂直的单位矢量。两个 立方体磁体601和602被定位成使得它们的S-N轴线平行于I方向。它们的S-N取向是相 反的，并且它们在f方向上位移偏离h。出于该示例性分析的目的，磁体601和602被假定 为立方体，然而一般的结论仍然适用于其他形状。图3所示的测量已在类似的设定上进行。
[0039] 根据这种设定，只要偏移h相对于磁体601和602之间的间隙的物理尺寸较小，在 i方向上作用于任一磁体601和602的力的分量就与偏移h直接成比例。当偏移h大致小 于磁体601和602之间的间隙d的1/3时，h的尺寸是比较小的。随着偏移变得比这更大， 力达到最大值，然后随着h增大而下降。
[0040] 作为第一步，通过使用安培模型，在￡方向上具有磁化强度Μ的永磁体，可以以均 匀表面电流密度上在磁体的表面上以垂直于f的方向流动的形式建模。Μ是每单位体积的 净磁偶极矩，而上是每单位长度的等效表面电流。因此，我们可以用图7所示的等效"螺线 管"分别代替图6的磁体601和601，其中在相反的方向具有相等的电流。
[0041] 图7中的每个螺线管701可表示为包括无穷小电流回路的集合，一个堆叠在另一 个的顶部，承载电流振幅dl = jsdz并且dl' =Jsdz'，以相反方向流过鈔平面。让我们现 在考虑，无限小厚度的两个回路，每一个属于如图8所示的磁体中的一个。
[0042] 由位于垂直位置^处的右侧回路L'引起的位于垂直位置z处的左侧回路L上 的力从力的安培定律直接推导出，并且由以下表达式给出
[0045] 并且，么和士为对应的回路中电流流动方向上的无穷小长度，因此，它们位于矽 平面内。
[0046] 现在，参考图8,它指出了一些初步意见：
[0047] 1.我们知道|y_y' |彡d，并且我们表示.
。其可以得出
独立于z和^ ，并且我们可以写成
[0048] 2.在本设定中，d可与磁体的尺寸比较，并且我们假设偏移足够小，使得h2
[0049] 3.因为我们只对f方向上的力感兴趣，所以被积函数分子中唯一相关的分量 为在?方向上的分量。由于磁体不能在其他方向上移动，因此对所有其他力都不感兴趣。 因此，为了计算在f方向上作用在磁体上的力，我们可以用(z-f)f代替被积函数分子中的 r 一户。
[0050] 4. A和》为砂平面中的增量矢量。更准确地说，在方形磁体的本设定中，标量积 (J/.i/')为土dxdx'或土dydy'。因此当在回路的路径上积分时，z和z/相对于积分变量 为常量。此外，如果dX、dx'符号相反，则其积分的方向也相反，并且因此，相应的积分极限 被颠倒，对dy、dy'也是一样的。输出为由(A·》/')限定的所有各种子积分的积分的符号保 持不变。因此，回路路径上的二重积分的符号值与被积函数的符号一致。
[0051] 有了上述理解，在?方向上，由于电流回路L'，作用到电流回路L上的力AFZ为下 列积分的结果：
[0053] 由右侧所有电流回路施加到左侧单个电流回路L上（见图8)的累积力由下 式给出
[0055] 作用在位于原点处的磁体上的总力巧(句为在这些回路上的所有力的总和
[0057] 改变积分顺序，我们得到
[0059] 注意，^独立于z和^，并且因此当相对于dz和以积分时为常量，内积分可 以解析计算，并且服从
[0061] 其中，我们使用
[0062] 由于^%之以，然后如果
（例如/?<|)，则
，并且我们 可以将最后表达式进行一阶泰勒级数展开，如下
[0064] 由于jl + a2/i?|p >1，其可以得出函数g(x，X'，y，太）为X，X、y，太的某些负 函数，即 g(x，x'，y，y' ) =-|g(x，x'，y，y' )|。因此，考虑到χ，χ'，y，y'的二重积 分的符号与被积函数的符号相同，并且设定
，由于另一 个磁体的偏移，在原点处作用在磁体上的总力6(?)具有如下形式
[0066] 其中，K为某些比例常量。最后，考虑到M = Js为在i方向上，每单位体积的净磁 场强度，并且参照图6,作用在左侧磁体上的力为
[0068] 因此，对于h < d/3的任何偏移，由离合器传递的力与偏移h和每单位体积的磁场 强度直接成比例。此外，力本身在偏移方向上。
[0069] 所有上述描述是为了说明的目的，而不意味着在任何方面限制本发明。提供上面 示出的计算帮助理解本发明，而不应解释为意图以任何方式限制本发明。
【主权项】
1. 一种用于耦合无刷直流电机的转子和外部机械负载之间的机械动力的装置，包括： a) 两个同心的环； b) 分别连接到内侧的环和外侧的环的相等数量的磁体；和 c) 每对相对的磁体的磁极相反朝向，其中，一个磁体放置在内侧的环上，而与其相对的 磁体放置在外侧的环上； 其中，所述两个同心的环中的第一环能够通过施加不由第二环施加的力而绕轴线旋 转，并且其中当所述第一同心的环旋转时，第二环在磁力的作用下也旋转。2. 根据权利要求1的装置，其中，环为扁平环形板。3. 根据权利要求1的装置，其中，每对相对的磁体的尺寸相同。4. 根据权利要求1的装置，其中，两个相对的磁体的磁性强度基本相同。5. 根据权利要求1的装置，其中，内侧的环中的每个磁体配有外侧的环中的一个相对 的磁体。6. 根据权利要求1的装置，其中，连接装置将环中的一个连接至外部系统。7. 根据权利要求6的装置，其中，未连接到外部系统的环通过连接到外部系统的环的 旋转而被驱动。8. 根据权利要求7的装置，其中，由于两个耦合的磁体之间的磁力而迫使从动环移动。9. 根据权利要求1的装置，其中，装置的各部件之间的距离与所期望的力一致。10. 根据权利要求1的装置，其中，环上的两个相邻磁体之间的距离与同一环上的另外 两个相邻磁体之间的距离不同。11. 一种与离合器耦合的无刷电机，所述离合器包括：两个同心的环，分别连接到内侧 的环和外侧的环的相等数量的磁体，每对相对的磁体的磁极相反朝向，其中，一个磁体放置 在内侧的环上，而与其相对的磁体放置在外侧的环上，并且其中，所述两个同心的环中的第 一环能够通过施加不由第二环施加的力而绕轴线旋转，并且其中，当所述第一同心的环旋 转时，第二环在磁力的作用下也旋转。
【专利摘要】一种用于耦合无刷直流电机的转子和外部机械负载之间的机械动力的装置，包括：a)两个同心的环；b)分别连接到内侧的环和外侧的环的相等数量的磁体；和c)每对相对的磁体的磁极相反朝向，其中，一个磁体放置在内侧的环上，而其相对的磁体放置在外侧的环上；其中，所述两个同心的环的第一环通过施加不由第二环施加的力而可绕轴线旋转，并且其中当所述第一同心的环旋转时，第二环在磁力的作用下也旋转。
【IPC分类】F16D27/00
【公开号】CN105264252
【申请号】CN201480017007
【发明人】A·莫斯托瓦, V·施拉克斯基
【申请人】瓦斯技术控股有限公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2014年3月13日
【公告号】CA2907040A1, EP2976540A1, US20160028299, WO2014147612A1