一种磁力传动装置和电动旋转装置的制作方法

1.本实用新型涉及机械能传动和电动装置的设计领域，具体涉及一种磁力传动装置和电动旋转装置。


背景技术：

2.传动装置应用广泛，最常见的是通过转轴传动，也有不少非转轴传动的形式，例如在转轴上附加飞轮、通过飞轮的外缘对外提供机械能，通常是使用传动带使从动轮获得传动转矩，从而达到改变转速的设计目的；也有不少设计是在转轴附加飞轮的外缘设置有齿，把转矩传动到外缘同样设置有齿的从动轮。
3.传动装置的智能控制研究近年较活跃，例如一些电动旋转装置的负载并不需要绝对稳速，可以设计智能控制装置，当负载达到转速上限时把主动轮脱离并断电，而当负载降到转速下限时对电动旋转装置重新通电并偶联，从而达到节电的目的。为了更方便控制电动旋转装置与负载的偶联，不少设计方案是使用磁力传动，这类磁力传动机构最明显的结构特点是：主动轮和从动轮的外缘设置有磁极沿切线或法线方向的永磁体，两轮相邻但不接触，从动轮往往采用大质量的单一材料制作。
4.本申请主要是针对这类磁力传动机构的结构改良而提出。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的，在于克服现有一些磁力传动机构的设计缺陷，提供一种主动轮与从动轮以轮缘相嵌方式在不同平面同轴向相邻安装的磁力传动装置，通过主动轮的磁力传动使从动轮获得设定的转矩，传动效率高，工艺容易实现。
6.为实现上述的技术目标，本实用新型提供了一种磁力传动装置，该磁力传动装置包括主动轮、从动轮和若干永磁体；所述的主动轮环绕主动轮轮缘相间排布有若干磁极沿主动轮转轴方向设置的主动轮永磁体，主动轮永磁体沿轮缘切线方向的弧长为m1，间距为m2；所述的从动轮环绕从动轮轮缘相间排布有若干磁极沿从动轮转轴方向设置的从动轮永磁体，从动轮永磁体沿轮缘切线方向的弧长为n1，间距为n2；所述主动轮、从动轮上的若干永磁体设置为(m1+n1)＝(m2+n2)；所述的主动轮与从动轮设置间隙以轮缘相嵌的方式在不同平面同轴向相邻安装；当所述主动轮旋转时，设置于两轮上若干永磁体的磁极周期性相对，通过磁力传动使从动轮获得转矩。
7.本实用新型中，所述主动轮、从动轮的基体由固体成型材料制成，例如无磁性合金、塑钢；所述永磁体为磁钢、钕铁硼等一类本领域技术人员公知的永磁性材料；所述转轴方向为转轴两端的连线及其延长线方向；所述永磁体的磁极方向，由永磁体n/s的两个磁极所确定；所述间隙与所述转矩传动装置的功率有关，也与永磁体的材料磁通密度相关；所述主动轮与变矩轮的轮缘相嵌，表述了两轮在不同平面同轴向相邻设置的部位；所述主动轮旋转时两轮若干永磁体的磁极周期性相对，进一步界定了与变矩轮在不同平面同轴向相邻设置的特征部位及磁极方向。
8.上述技术方案中，所述主动轮/从动轮的基体由多层不同材料的环形构件固连而成。主动轮/从动轮的基体由多层不同材料制成可带来更多的设计灵活性。
9.上述技术方案中，所述的主动轮、从动轮在磁力传动装置中设置至少1个。设置多个主动轮、从动轮有利于增强两轮之间的磁力相互作用。
10.上述技术方案中，所述设置于主动轮/从动轮上的永磁体同磁极方向排布，或以磁极 n
‑
s交替的方式排布。
11.基于上述磁力传动装置的技术方案，本实用新型还提供了一种电动旋转装置，所述的电动旋转装置包括电动装置和磁力传动装置；电动装置包括旋转式电动机、电源和控制系统，电动机连接电源或控制系统；所述的磁力传动装置包括主动轮、从动轮和若干永磁体，主动轮与所述电动装置中电动机的转子机械固连。
12.上述技术方案中，所述电动机的转轴与磁力传动装置中主动轮的主动轮转轴机械固连。
13.作为上述电动旋转装置的一种技术方案改进，所述电动机为外转子式，主动轮的主动轮转轴套装在电动机的外转子上并机械固连。所述主动轮的转轴套装在电动机的外转子上，意为主动轮相应设计为环形，内环作为变形设计的转轴并且内环足够大，可以套装在电动机的外转子上。
14.作为上述电动旋转装置的再一种技术方案改进，所述的主动轮与电动机的外转子一体化设计。
15.上述电动旋转装置的技术方案中，所述电动装置的电源的来源形式任意。
16.以上所述的磁力传动装置以及电动旋转装置在安装时需要机械架件，机械架件在有效实现机械支撑的前提下，所选用的材料和结构任意。
17.本实用新型所述的磁力传动装置与常规皮带、齿轮等机械传动方案的本质区别，在于主动轮与从动轮不发生机械接触，主动轮对从动轮的磁能量传递，是通过两轮之间的间隙磁场的分布状态改变而变换为从动轮的转矩，当从动轮具有一定质量并且旋转速度足够时，可结合具体设计充分运用从动轮的旋转惯量。
18.所述的电动旋转装置在磁力传动装置的主动轮与从动轮不发生机械接触的方案基础上，为电动装置依据从动轮及其负载惯量状态提供了一种智能控制的结构新思路，例如通过从动轮的转矩及其负载惯量状态的监测，以及结合电动机的转轴位移控制，可有效控制电动机的运转状态以达到节能的设计目标。
19.本实用新型的优点在于：所述磁力传动装置中主动轮对从动轮的能量传递是采用磁相互作用，两者之间不发生机械接触，降低了机械能传动损耗；所述的电动旋转装置提供了一种智能控制电动机的设计新思路；以此方案设计的磁力传动装置和电动旋转装置结构简单、组合多样化，有效适应高端领域的设计要求。
附图说明
20.图1a是一种在主动轮的轮缘上设置4个永磁体的俯视结构示意图；
21.图1b是图1a示例的侧视结构示意图；
22.图2是一种在从动轮的轮缘上设置8个转磁体的结构示意图；
23.图3是一种主动轮与从动轮的安装结构示意图；
传递规律性变化的磁场能量，通过间隙磁场的分布状态改变把永磁体之间传递的能量变换为从动轮的转矩，从而达到转矩传动的设计目标。
42.所述主动轮1/从动轮3上若干永磁体的(m1+n1)＝(m2+n2)是本实用新型的设计要点，实施精度越高，磁力传动的效果越好，所述(m1+n1)＝(m2+n2)的技术设计，并非要求m1＝m2或n1＝n2，只要(m1+n1)＝(m2+n2)并且主动轮1持续旋转，就可以实现永磁体21/23之间的周期性磁力作用。所述的永磁体相间排布，优选间距平均排布，并且在不影响安装于各自轮缘的前提下不限形状。
43.本实用新型中，主动轮1和从动轮3的基体可采用塑钢、合金或其他固体成形材料制造而成，但材料选择各有不同特点。从动轮的转矩是连接负载端，具有大质量有利于复合利用惯量，为此从动轮适宜采用比重较大的无磁性合金制造；主动轮是由动力源驱动，在不影响有效向从动轮传递磁能量的前提下，允许采用比重相对较小的材料制造，例如可采用塑钢、abs或其他固体成形材料。
44.主动轮和从动轮的结构包括：一个圆盘或多个圆环组合，多个圆环以同轴心方式组合成圆盘，或通过结构紧固件将多个圆环固连为一体，包括一体化设计制造。图4是一种由两种不同材料3b1/3b2制成的圆环组合成圆盘状从动轮3的示例，圆环3b2的材料为abs，圆环3b1的材料为无磁性的合金，这种组合式圆盘设计的优点是有利于永磁体23和圆环 3b2的一体化工艺制造，同时又利用圆环3b1的质量(材料的比重大)保障从动轮3旋转时具有可观的惯量。
45.所述的主动轮1、从动轮3在磁力传动装置中设置至少1个，意为可设计一个主动轮驱动多个从动轮，也可以设计为多个主动轮驱动一个从动轮，包括多个主动轮驱动多个变矩轮，图5是一个主动轮1驱动两个从动轮3的示例。
46.图2示例的从动轮3设置了8个从动轮永磁体23，当需要加大从动轮源于磁力作用的转矩，可增加设置永磁体，例如可在从动轮轮缘3b上设置16个从动轮永磁体23；同理，主动轮1的主动轮轮缘1b上也可以增加设置更多个数目的主动轮永磁体21，设计时需把握(m1+n1)＝(m2+n2)的设计原则。主动轮/从动轮上的永磁体并非设置越多越好，其在轮缘上设置的数目受限于永磁体的磁力有效作用区间。
47.本实用新型所述的电动旋转装置包括电动装置和以上所述的磁力传动装置；所述的电动装置包括旋转式电动机6、电源和控制系统，电动机的电源输入端连接所述电源或控制系统；电动机6连接控制系统时，电源的输出端连接所述控制系统的电源输入端；所述的磁力传动装置包括主动轮1、从动轮3和若干永磁体，主动轮的转轴与所述电动装置中电动机6的转子机械固连。
48.电动机机械固连驱动主动轮的结构技术方案可以有多种，例如轴输出电动机6的转轴 6a与主动轮1的转轴1a沿轴向机械固连(视为共轴)，结构示意如图6所示。电动机也可以采用外转子式，主动轮相应设计为环形，内环为主动轮转轴1a，把环型主动轮的主动轮转轴1a套装在电动机的外转子6b上，如图7a所示。甚至可以把电动机的外转子6b视为变形设计的主动轮1，把永磁体21设置在电动机1的外转子6b上，该主动轮1与电动机6的外转子6b一体化设计的一种结构方案如图7b所示。
49.本实用新型中，电动装置的电源的来源形式任意的技术涵义为对电动旋转装置的电源的来源不设限制。驱动电动机的电源可以是市网交流电，也可以是风能、太阳能或一次
电池及二次电池，包括所述电动装置的控制系统在所述的磁力传动装置的负载端通过智能控制技术方法收集的电源。
50.所述的优选例仅为推荐，若干技术方案可部分使用，也可加入或组合并用其他成熟技术，即可实现本实用新型技术方案的基本目标。
51.实施例1、
52.设计一种磁力传动装置，该磁力传动装置包括一个主动轮1、一个从动轮3和12个永磁体。其中，主动轮1环绕主动轮轮缘1b相间排布有4个主动轮永磁体21，4个形状相同的主动轮永磁体21的磁极沿主动轮转轴1a的方向以n/s磁极交替的方式设置，主动轮永磁体21安装在主动轮轮缘1b的外缘，其安装结构如图1a、1b所示；该主动轮1上设置的主动轮永磁体21沿主动轮轮缘1b切线12方向的弧长为m1，主动轮永磁体21之间的间距为m2。
53.从动轮3由两种不同材料3b1/3b2制成的圆环组合而成，圆环3b2的材料为abs，圆环3b1的材料为无磁性的合金，环绕从动轮轮缘3b相间排布有8个从动轮永磁体23，8 个形状相同的从动轮永磁体23的磁极沿从动轮转轴3a方向以n/s磁极交替的方式设置，嵌入从动轮轮缘3b内安装，使从动轮永磁体23与从动轮轮缘3b的缘弧相合，其局部嵌合结构如图4所示；该从动轮3上设置的从动轮永磁体23沿从动轮轮缘3b切线12方向的弧长为n1，间距为n2。
54.设在主动轮1/从动轮3上的永磁体21/23设置为m1＝m2，n1＝n2。
55.安装时，主动轮1与从动轮3在不同平面以轮缘相嵌的方式同轴向相邻设置，两轮之间的间隙4为2mm，使永磁体21/23在旋转中周期性相对并且相对时的磁极线5重合，安装结构示意如图3所示。本实施例中，当主动轮1旋转时，主动轮永磁体21对从动轮永磁体23产生了沿轮缘切线12方向的磁力作用，驱动从动轮3产生绕从动轮转轴3a旋转的趋势，从而使从动轮3获得通过磁力传动的转矩。
56.实施例2、
57.在实施例1的基础上进行结构变型，其中，主动轮1上的4个主动轮永磁体21沿主动轮转轴1a的方向以n/s磁极同向的方式设置；从动轮3上，8个从动轮永磁体23的磁极同样沿从动轮转轴3a的方向以n/s磁极同向的方式设置；安装时，主动轮1与从动轮3 上周期性相对的磁极为同极性，其余的结构不变。
58.本实施例同样可通过主动轮的磁力传动使从动轮获得转矩。
59.实施例3、
60.实施例1中，设在主动轮1/从动轮3上的永磁体21/23设置为m1＝m2，n1＝n2，本实施例改设计为m1为实施例1的4/5，但(m1+n1)不变，其余的结构也不变，本实施例同样可使从动轮3通过主动轮1的磁力传动而获得转矩。
61.实施例4、
62.实施例1的磁力传动装置是设置一个从动轮3，本实施例设置两个从动轮3，主动轮1 与两个从动轮3的安装结构如图5所示。本实施例中由于设置了两个从动轮3，可通过主动轮1的磁力作用使从动轮获得倍增的转矩传动效果。
63.实施例5、
64.将实施例1的磁力传动装置加入电动装置，电动装置包括外转子式直流旋转电动机6、一次铝空气电池组的电源和控制系统，电动机的电源输入端连接所述电源的输出端。
磁力传动装置的主动轮1由电动机6驱动，其中，主动轮1变形设计为环型，内环作为转轴1a 并内径足够大，足以套装在电动机的外转子6b上并机械固连，如图7a所示。本实施例可满足离电网地区使用所述的装置。