CN101277080A - 一种非接触式大间隙磁力驱动方法 - Google Patents
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Abstract
一种非接触式大间隙磁力驱动方法，它有一主动磁极、一从动磁极，所述主动磁极为位置固定的U型铁心，在U型铁心的每一极上分别安装两个由时序电路控制其电源通断的线圈，控制线圈按规定时序通、断电，使两个磁极的磁场状态按规定时序循环切换，与处于主动磁极U型铁心两极上方的从动磁极(永磁体)产生磁场耦合，带动从动磁极(永磁体)旋转。本发明工艺方法简单、结构合理、主动磁极位置固定不动、主动磁极与被动磁极的有效驱动间隙大，转速、转向任意可调，可替代机械传动，实用性好，可应用于工业实践，特别适用于心内型微型血泵驱动，解决当前通过经皮导线向体内血泵驱动系统提供能源驱动动力的不足。
Description
技术领域
本发明涉及磁力传动技术，特别是指一种非接触式大间隙磁力驱动方法。
背景技术
1940年英国人Charles和Geoffrey Howard首次用磁力驱动泵解决了具有危险性介质化工泵的泄漏问题；1983年，随着高性能钕铁硼(NdFeB)永磁材料的问世，为磁力驱动泵的快速发展提供了关键部件的材料。
永磁齿轮最早出现于20世纪80年代，日本学者K.Tsurumoto和S.Kikuchi提出了一种使用永磁体制作的磁性齿轮，对圆环形稀土永磁材料进行轴向多极充磁，形成在圆环体端面上具有相间隔N极与S极的永磁齿轮，两永磁齿轮以端面相对实现传动。
日本学者Koji Ikuta提出了非接触永磁齿轮传动方式，该齿轮由多个磁体按照N极和S极相间顺序围成的圆柱体，磁体径向进行磁化，当一对永磁齿轮工作时，这对齿轮空间上彼此分离，力矩传动是依靠这对齿轮所产生的磁场耦合作用进行。
美国FAMU-FSU工程学院机械工程系和生物磁能工程实验室的Pan Zheng，Yousef Haik等，通过对磁驱动螺旋式血泵的力和扭矩性能分析，对驱动和驱动磁件之间的距离效应进行了研究；结果表明磁极间隙范围在4-30mm时，磁极间距越小，耦合力越大。
中国科学院的张建涛对永磁齿轮的矩角特性和气隙对其传递转矩的影响进行了研究，发现随着气隙增大，齿轮传递的最大转矩迅速减小，当气隙达到60mm时，所能传递的力矩只有不到0.1N·m左右，在其人工心脏模拟实验中，测得在气隙大于45mm时，齿轮传递压力太小，水流不能在管道内形成循环，只有在气隙小于45mm时，水流才可在管道内形成循环。
上述磁力驱动技术的研究与应用都是基于小间隙的，这主要是由于交变磁场一般是依靠旋转的永磁体产生，永磁体的旋转一般是通过交流或直流电机直接驱动，当主、从磁极耦合距离增大时，系统外部磁场必须增强到一定程度才能保持大间隙传动时的驱动能力；而当永磁体的磁场特别强时，将与驱动其旋转的交流或直流电机的内部磁场产生耦合，对电机的影响十分明显，电机极易损坏，所以，在高速、大间隙条件下，目前的驱动方式无法保证驱动系统长时间的正常运行。因此，在永磁体磁场强度受到限制的情况下，上述磁力驱动技术的研究与应用无法克服大间隙情况下的传递力矩迅速减小的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺方法简单、结构合理、主动磁极位置固定不动、主动磁极与被动磁极有效驱动间隙大的非接触式大间隙磁力驱动方法。
本发明---一种非接触式大间隙磁力驱动方法是采用下述方案实现的：它有一主动磁极、一从动磁极，所述主动磁极为位置固定的U型铁心，在U型铁心的每一极上分别安装两个由时序电路控制其电源通断的线圈，控制线圈按规定时序通、断电，使两个磁极的磁场状态按规定时序循环切换，与处于主动磁极U型铁心两极上方的从动磁极(永磁体)产生磁场耦合，带动从动磁极(永磁体)旋转。
本发明---一种非接触式大间隙磁力驱动方法中，主动磁极铁心采用U型硅钢片叠加而成。
本发明---一种非接触式大间隙磁力驱动方法中，从动磁极为N极与S极相间隔的圆柱体永磁齿轮。
本发明---一种非接触式大间隙磁力驱动方法中，时序电路由单片机控制，按规定时序输出四路电压脉冲，使主动磁极状态从SS→SN→NN→NS状态变化。
本发明的优点及工作原理简述于下：
本发明由于采用在主动磁极U型铁心的每一极上分别安装两个由时序电路控制其电源通断的线圈的方法，具有如下优点：
1、可以按规定时序切换U型铁心每一极上的磁场状态，实现与从动磁极耦合驱动其转动的目的；
2、可以实现主动磁极位置固定不动，克服现有技术主动磁极需由外设动力驱动旋转的弊端，有效简化驱动系统的结构；
3、可以通过改变线圈匝数、线圈中的通电电流的大小和改变U型铁心尺寸等方法，进而改变主动磁极的磁场强度，克服现有技术对驱动磁极磁场强度的限制，可有效提高主动磁极与从动磁极之间的有效驱动间隙，最大可以达到60mm。
4、可以通过改变线圈中电压脉冲的输入频率，实现调节主动磁极与从动磁极转速的目的。
5、可以通过改变线圈中电压脉冲的时序，实现改变主动磁极与从动磁极旋转方向的目的。
综上所述，本发明---一种非接触式大间隙磁力驱动方法，工艺方法简单、结构合理、主动磁极位置固定不动、主动磁极与被动磁极的有效驱动间隙大，转速、转向任意可调，可替代机械传动，实用性好，可应用于工业实践，特别适用于心内型微型血泵驱动，解决当前通过经皮导线向体内血泵驱动系统提供能源驱动动力的不足。
附图说明
图1为本发明---一种非接触式大间隙磁力驱动方法工作过程示意图。
图2为本发明---一种非接触式大间隙磁力驱动方法中主动磁极结构示意图。
图3本发明---一种非接触式大间隙磁力驱动方法中主动磁极四个线圈的通电时序图。
图中：1、主动磁极铁心，2、主动磁极线圈，3、从动磁极(永磁体)。
具体实施方式
参见附图1、2、3，本发明---一种非接触式大间隙磁力驱动方法，它有一主动磁极1、一从动磁极3，所述主动磁极1为位置固定的U型铁心，在U型铁心的每一极4、5上分别安装两个由时序电路控制其电源通断的线圈2，控制线圈2按规定时序通、断电，使两个磁极4、5的磁场状态按规定时序循环切换，与处于主动磁极1U型铁心两极4、5上方的从动磁极3(永磁体)产生磁场耦合，带动从动磁极3(永磁体)旋转。
本发明中，主动磁极1铁心采用C型硅钢片叠加而成。
本发明中，从动磁极3为N极与S极相间隔的圆柱体永磁齿轮。
本发明中，时序电路由单片机控制，按规定时序输出四路电压脉冲。
其工作过程简述于下：以两极永磁体为例，首先使主动磁极1的左、右两极均为N(简称NN，下同)，此时，将从动磁极3(永磁体)调整到上极为N、下极为S的状态，然后，将主动磁极1调整到NS状态，使从动磁极3(永磁体)顺时针转动起来。在从动磁极3(永磁体)转动过程中，当从动磁极3(永磁体)S极磁心与主动磁极左极中心的连线垂直于永磁体N极和S极的界线时，将主动磁极调整为SS状态，使永磁体继续顺时针方向转动；当永磁体N极磁心与主动磁体右极中心的连线垂直于永磁体N极和S极的界线时，将主动磁极改为SN状态，永磁体将继续顺时针转动；当永磁体N极磁心与主动磁体左极中心的连线垂直于永磁体N极和S极的界线时，将主动磁极改为NN状态，永磁体将继续顺时针转动；当永磁体S极磁心与主动磁体右极中心的连线垂直于永磁体N极和S极的界线时，将主动磁极改为NS状态，永磁体将继续顺时针转动；当S极磁心与主动磁体左极中心的连线垂直于永磁体N极和S极的界线时，永磁体转过了360°，完成了一个工作循环。即主动磁极状态从NN→NS，可实现永磁体的启动；主动磁极状态从SS→SN→NN→NS可实现永磁体的转动循环；改变主动磁极的状态顺序，可实现反转；改变状态切换的频率可实现永磁体转动的调速。
见图2，根据各线圈上电流方向的不同，由单片机P2.0所控制的2.0线圈实现其主动磁极左极为N的状态，由单片机P2.1所控制的2.1线圈实现其主动磁极左极为S的状态，由单片机P2.2所控制的2.2线圈实现其主动磁极右极为S的状态，由单片机P2.3所控制的2.3线圈实现其主动磁极右极为N的状态。
见图3，在一个周期内，使单片机P2.0、P2.1、P2.2和P2.3按规定输出电压脉冲时序，实现对应线圈上的电流导通，分别产生所需要的主动磁极的磁场状态。
实施例1
采用U78铁芯、铁芯长为78mm、线圈导线直径为0.31mm、匝数为650匝、电流为1A，永磁体内径2mm、外径8.2mm、轴向长15mm、材料为钕铁硼N50，电磁体和永磁体之间的耦合距离为30mm时，用永磁体带动同轴的微型血泵，可在水柱高度为590mm、内径为20mm的水管中形成水流循环；
实施例2
采用U78铁芯、铁芯长为78mm、线圈导线直径为0.31mm、匝数为650匝、电流为1A，永磁体内径2mm、外径8.2mm、轴向长15mm、材料为钕铁硼N50，电磁体和永磁体之间的耦合距离为45mm时，用永磁体带动同轴的微型血泵，可在高度水柱为550mm、内径为20mm的水管中形成水流循环；
实施例3
采用U78铁芯、铁芯长为78mm、线圈导线直径为0.31mm、匝数为650匝、电流为1A，永磁体内径2mm、外径8.2mm、轴向长15mm、材料为钕铁硼N50，电磁体和永磁体之间的耦合距离为60mm时，用永磁体带动同轴的微型血泵，可在水柱高度为500mm、内径为20mm的水管中形成水流循环。
Claims (4)
1、一种非接触式大间隙磁力驱动方法，包括一主动磁极、一从动磁极，其特征在于：所述主动磁极为位置固定的U型铁心，在U型铁心的每一极上分别安装两个由时序电路控制其电源通断的线圈，控制线圈按规定时序通、断电，使两个磁极的磁场状态按规定时序循环切换，与处于主动磁极U型铁心两极上方的从动磁极(永磁体)产生磁场耦合，带动从动磁极(永磁体)旋转。
2、根据权利要求1所述的一种非接触式大间隙磁力驱动方法，其特征在于：主动磁极铁心采用U型硅钢片叠加而成。
3、根据权利要求1所述的一种非接触式大间隙磁力驱动方法，其特征在于：从动磁极为N极与S极相间隔的圆柱体永磁齿轮。
4、根据权利要求1所述的一种非接触式大间隙磁力驱动方法，其特征在于：时序电路由单片机控制，按规定时序输出四路电压脉冲，使主动磁极状态从SS→SN→NN→NS状态变化。
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|---|---|---|---|---|
| CN102500002A (zh) * | 2011-10-27 | 2012-06-20 | 中南大学 | 三极血泵体外磁力驱动系统及其控制方法 |
| CN103357116A (zh) * | 2012-03-30 | 2013-10-23 | 东方先进技术开发股份有限公司 | 生物用的磁场产生器 |
| CN106249179A (zh) * | 2016-08-20 | 2016-12-21 | 湖南科技大学 | 自动多自由度磁场测试实验台 |
| CN112105768A (zh) * | 2018-04-06 | 2020-12-18 | 威实有限公司 | 用于将接结经纱线从梭口拉入间隔织物的上部外层织物与下部外层织物之间的间隙中的编织机器系统 |
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2008
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