CN1045669A

CN1045669A - 磁能变矩传动机构

Info

Publication number: CN1045669A
Application number: CN 90101811
Authority: CN
Inventors: 张志坚; 丁常森
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-03-29
Filing date: 1990-03-29
Publication date: 1990-09-26

Abstract

一种由主动部件和从动部件构成的磁能变矩传动机构，属于机械传动技术领域。传动机构的主、从动轴分别设带多对磁极的磁片，主、从动轴同心，磁片与轴成径向或轴向排列。磁片中设有可绕轴心摆动的控制片或通过磁片与轴可相对位移，控制磁片间的吸、排力大小，达到主动部件控制从动部件运转、调速、制动的目的。

Description

本发明涉及机械传动中主、从动部件利用磁能变矩传动的机构、属于机械技术领域。

在机械传动中需要改变传递力矩的场合目前常用的是齿轮变矩传动形式、皮带变矩传动形式、摩擦变矩传动形式、液力变矩传动形式等。齿轮变矩传动受档次影响，不能达到无级调整。皮带变矩传动结构庞大而传递功率小。摩擦变矩传动的轴向结合力很大，由于摩擦发热温升高，把很大部份机械能转换成热能，还需通过冷却系统才能把热能散发，并且需经调整因摩擦易损带来的间隙。液力变矩传动是以液体为工作介质来传递动力的一种装置，以离心力使液体产生作用力，通过剪切流体形成变矩传动，这种传动方式在等扭矩传递时工况持性差，效率降低，最大功率损失为14.8%，且需庞大的油箱和冷却系统。

本发明的目的就是克服上述变矩传动机构之不足，突破现有传动机构的结构形式，提供一种磁能变矩传动机构。

本发明的磁能变矩传动机构是在主、从动轴上分别装有多对（简称N对）磁极的磁片组成主动部件与从动部件。根据磁场具有保守能量，磁极间具有的吸引或排斥力无须通过任何媒介作用而能够通过一切非超导状态的物质直接产生作用力的原理，使主动部件带动从动部件运转。其传递力矩计算的基本方法从理论力学可知：一体系在某一方向的力或力矩等于在该方向的能量梯度，可表达为：

T_{总} ＝ Σ_{K = 1}^{T_{K}}

T_K= (αW)/(αθ_i)

T_总-机构传递总力矩。

T_K-磁片间传递作用在θ方向的力矩。

K-磁片总数减一。

W-体系的能量。

θ-i方向旋转角。

在主动部件与从动部件之间形成的磁体作用力公式为：

= (μo)/(4π) × (Q_M1×Q_M2)/(R²)

-机构各磁片间作用力总和。

-磁片间作用力。

K-磁片总数减一。

R-两磁片间磁极距离。（本发明作用力轴对称磁能变矩传动机构的各磁极间距离相等）

μO-真空绝对磁导率

Q_M1，Q_M2-磁极强度（本发明各相等的磁极的磁极强度匀相等）

Q_M1，Q_M2均为正，主动轴和从动轴磁片上N与N极相对，S与S极相对，是排斥力，为负责。如Q_M1，Q_M2为一正一负，也就是N与S极相对，是吸引力，为正值。从库仑定律可知，排斥力在数值上与吸引力相等。

本发明有三种实施方案。

一是作用力轴对称磁能变矩传动机构，采用磁片相对于主、从动轴为轴向排列，以排列磁片中心为对称轴，控制磁片经向旋转达到变矩目的，如图1、图3。

二是径向磁能变矩传动机构，采用磁片相对于主、从动轴为径向排列，控制磁片径向旋转达到变矩目的，如图8、图10。

三是轴向位移磁能变矩传动机构，采用磁片相对于主、从动轴为径向排列，控制磁片轴向位移达到变矩目的，如图8，图11。

作用力轴对称磁能变矩传动机构的特征在于主动轴与从动轴同心，各磁片安装均与轴同心，主动轴和从动轴分别设有带N对磁极的磁片，主、从动轴的磁片总数为奇数，以磁片排列中心为对称轴，且至少有一片磁片能够绕轴心摆动，能够绕轴心摆动的磁片称控制片，磁片总数是控制片数四倍加一。主动轴和从动轴分别设有两块以上的磁片，且主、从动轴的磁片数的相互之差为一。主、从动轴的磁片相间穿插排列。当主动轴在动力驱动下运转，由于主、从动轴的磁片的磁极间有吸引力或排斥力或吸、排力相抵消，从动轴受到主动轴的控制进行运转或变速或停止。

附图1、图3为本发明作用力轴对称磁能变矩传动机构的结构原理图。图中1非导磁材料防护层。2主动轴。3、5、8从动轴磁片、6控制片的控制杆。4、7主动轴磁片。9从动轴。

附图2、4、5、6、7为本发明的作用力轴对称磁能变矩传动机构中的磁片结构示意图。

当控制杆6在图2的Ⅰ位置，如图1、图5所示，磁片3与4，4与5，5与7，7与8均N与S极相对，磁片总数为5故K＝5-1＝4，其作用力

，主动部件带动从动部件工作。

当控制杆6在图2的Ⅱ位置，如图3、图5所示，磁片3与4，7与8的N与S极相对，为吸引力，正值

。如图3、图4所示，磁片4与5，5与7的N与N极相对，为排斥力，负值

，则总作用力为

。则主动部件不能带动从动部件旋转。

在从动轴转速为零或主、从动轴有相对滑差时，如果每片磁片设n对磁极，主动轴每旋转 (π)/(n) 弧度，则磁片间有排斥力与吸引力交替变化过程，其曲线呈正弦波状，频率为转/秒×n。由于磁片间的作用力是以控制片为中心的对称。如图1、图3，所以主动轴与从动轴的轴向力是平衡的。如果控制片旋转的角度如图6，θ在[0，π/n]区间内。磁片3与4，7与8如图5所示，是级引力，与控制杆在Ⅰ位置的作用力不变。而磁片间4与5，5与7如图7所示。当θ＝ 1/2 π/n时，磁片间4与5，5与7作用力均为零。当θ＝0时，磁片间4与5，5与7如图5所示，吸引力最大。当θ＝π/n时，磁片间4与5，5与7作用力如图4所示，排斥力最大。也就是说当 (π)/(2n) ≥θ≥0时，是吸引力最大到零的变化值。 (π)/(n) ≥θ≥ (π)/(2n) 时，是排斥力最大到零的变化值。因此控制θ值的大小也就控制了磁能力矩变化的大小。当改变力矩形成滑差，主动轴与从动轴磁片间的吸、排作用力不断交替，也就是蓄能和释放能量的过程，从而达到主动轴控制从动轴运转、变速;离合的目的。

附图8、10为本发明的径向磁能变矩传动机构的结构原理图，图中10主动轴、11、12主动轴磁片、13、14从动轴磁片、15从动轴、16法兰盘磁片架。

附图9为本发明的径向磁能变矩传动机构的磁片断面结构示意图。

附图11为本发明的轴向位移磁能变矩传动机构的结构示意图，图中10主动轴、11、12主动轴磁片、13、14从动轴磁片、15从动轴、16法兰盘磁片架、

附图12、13为本发明的径向和轴向位移磁能变矩传动机构的主、从动轴法兰盘磁片架的示意图。

径向磁能变矩传动机构和轴向位移磁能变矩传动机构的工作原理与作用力轴对称磁能变矩传动机构完全相同。

径向磁能变矩传动机构的特征也是主、从动轴同心，且磁片安装同心。磁片作用力和上述相同，只不过轴向作用力改变为径向作用力，磁片排列如图12。其中至少有一片磁片为控制片，能够绕轴心摆动，且能够绕轴心摆动的控制片所形成的传递力矩等于其余力矩。见图8，其中11与14间形成的力矩为控制片14形成，须等于11与13和13与12所形成的力矩之和。由于磁片结构如图8、9所示，在非导磁材料壳体内圆周上均匀安装n对磁极，S与N极相间排列，按此结构安装两层以上，层与层之间均为S与N极相间排列、固定。如图8所示，此时作用力最大，当控制片旋转π/n时，如图10所示，11与14排斥力所形成的力矩等于11与13和13与12所形成的吸引力力矩。总作用力矩等于零。其原理和图1、图3相同。

轴向位移磁能变矩传动机构的特征与经向磁能变矩传动机构基本相同，所不同的是不需控制片，而采用控制主、从动轴磁片的轴向位移来达到变矩的目的，如图11所示，法兰盘磁片架与轴采用花键轴结构形式连接。位移区间为[0，1/2（磁片长度）]。当位移达到最大长度时，吸引力等于排斥力，总作用力为零。变矩范围从零到设计值在位移区间内调整。

本发明结构新颖、紧凑合理，制造工艺简单，使用操作方便，无振动、噪音、发热、磨损、功率损耗现象，传动效率高，使用寿命长，可广泛应用于传动、制动控制领域中。

下面参照附图，分别叙述本发明的三种实施方案的实施案例。

作用力轴对称磁能变矩传动机构，如图1，主动轴2设在从动轴9内，主、从动轴同心，主动轴与从动轴设有磁片总数五片，主动轴设4、7两片磁片，从动轴设磁片3、5、8三片，中心对称磁片5为控制片、主动轴磁片设在主动轴外圆周面上。从动轴磁片设在从动轴内圆周壁上，磁片与轴径向安装固定。控制片5并能绕轴心摆动。每片磁片设三对磁极（即为n等于三）磁极材料采用稀土钴或其它强磁材料，主、从动轴之间设轴承定位过渡。

径向磁能变矩传动机构，如图8，主动轴10与从动轴15分别设法兰盘磁片架16，法兰盘磁片架紧固接在轴上，磁片分别安装在法兰盘磁片架上，磁片11、12、13与法兰盘磁片架固定，假设为控制片的磁片4与法兰盘磁片架之间设有调节机构，控制片在法兰盘磁片架上可相对于轴径旋转摆动，主、从动轴设磁片总数为4片，磁片与轴相对径向设置，每片磁片设3对磁极，当然也可任意设n对，主、从动轴磁片相间穿插排列。

轴向位移磁能变矩传动机构，如图11，传动轴与法兰盘磁片架采用花键轴结构形式连接，法兰盘磁片架与轴可相对移动，磁片与法兰盘磁片架全部固定连接，其余结构特征与径向磁能变矩传动机构相同。

磁能变矩传动的控制片绕轴心摆动，以及法兰盘磁片架与轴的相对移动，可根据使用场合采取机构控制、电器控制、液压控制、气动控制等机构。

Claims

1、一种由主动部件和从动部件构成的磁能变矩传动机构，其特征在于主、从动部件的主、从动轴同心，主、从动轴分别设有二片以上(包括二片)的带多对磁极的磁片，磁片相间穿插排列，磁片相对于主、从动轴为轴向设置，至少有一片磁片(控制片)能够绕轴心摆动。

2、根据权利要求1所述的传动机构，其特征在于所说的主、从动轴磁片总数成奇数，磁片的磁极材料为高矫顽力的强磁永磁材料。

3、一种由主动部件和从动部件构成的磁能变矩传动机构，其特征在于主、从动部件的主、从动轴同心，主、从动轴分别设有带多对磁极的磁片，磁片相间穿插排列，磁片相对于主、从动轴为径向设置，设有可绕轴心转动的控制片（磁片）。

4、根据权利要求3所述的传动机构，其特征在于所说的磁片安装在法兰盘磁片架上，法兰盘磁片架与传动轴（主动轴或从动轴）安装固定。

5、一种由主动部件、从动部件构成的磁能变矩传动机构，其特征在于主、从动部件的主从动轴同心，主、从动轴分别设有带多对磁极的磁片，磁片相间穿插排列、磁片相对于主、从动轴为径向设置。

6、根据权利要求5所述的传动机构、其特征在于所说的磁片安装固定在法兰盘磁片架上、法兰盘磁片架与传动轴（主动轴或从动轴）采用花键轴结构连接。