CN105102363A

CN105102363A - 磁力驱动装置

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Publication number: CN105102363A
Application number: CN201480017579.0A
Authority: CN
Inventors: 詹福斯托·扎诺蒂
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2034-01-23
Also published as: CN105102363B; WO2014115096A3; EP2948401B1; US20150364958A1; EP2948401A2; WO2014115096A2; RU2015130273A; ES2613830T3; ITMI20130088A1; CA2899071A1; US10224768B2; RU2651933C2; PL2948401T3

Abstract

磁力驱动装置，特征在于，该磁力驱动装置包括驱动元件，所述驱动元件在引导元件中移动并适于驱动从动元件；从动元件根据驱动元件的移动沿引导元件移动；所述驱动元件通过使用磁力器件并在无直接物理接触的情况下作用于从动元件。所述驱动元件的磁力驱动作用是通过利用作用于从动元件的永磁体或电磁体而感应的。

Description

磁力驱动装置

本发明涉及一种磁力驱动装置。

众所周知，使用电磁力实现驱动或牵引系统。

电磁力例如用于磁悬浮或“磁悬浮”火车。

电磁力的一种广泛用途是磁力驱动泵。

在磁力驱动泵中，一般来说，与驱动轴连接的磁体将驱动轴的动量传递给转子的磁体。转子在驱动轴与转子之间没有任何接触的情况下就能在分离器本体中在转子的轴上旋转。轴上没有设置任何密封体，这可能会损坏轴本身并造成泄漏。

本发明的任务是制造一种具有更广泛用途的磁力驱动装置，并且尤其是制造一种可用于沿长且复杂的路径移动物体的磁性驱动装置。

在该任务的范围内，本发明的一个目的是制造一种能用于医疗、化学、发电等各个领域，需要驱动装置与被驱动物体不直接接触就能移动物体、材料和人的磁力驱动装置。

本发明的另一目的是制造一种美观、轻量的装置。

本发明的又一目的是制造一种由于具有特定生产特性而能够提供最大的使用可靠性和安全性保证的装置。

本发明的又一目的是提供一种易于利用市面上常见的单元和材料来制造的结构，该结构还在价格方面具有竞争力。

下文进一步描述的这些和其他目的通过磁力驱动装置实现，所述磁力驱动装置的特征在于，包括驱动元件，所述驱动元件在引导元件中移动并适于驱动从动元件；所述从动元件可根据所述驱动元件的移动而沿所述引导元件移动；所述驱动元件利用磁力器件并在没有直接物理接触的情况下作用于所述从动元件。

通过在附图中非限制性实例的方式描述的本发明的优选的并不是限制性的实施方式的说明，将更容易理解本发明的进一步的特征和优点，附图中：

图1是根据本发明的磁力驱动装置的实例的立体图；

图2是示出了应用于升降椅的驱动装置的局部分解立体图；

图3是升降椅的部分截面的俯视图；

图4是驱动装置的纵向截面的侧视图；

图5是应用于升降椅的所述装置的横向截面的前视图；

图6示意性地示出了可应用于所述装置的轴向磁化系统的实例；

图7示意性地示出了可应用于所述装置的具有交替区段和磁极的轴向磁化系统的实例；

图8示意性地示出了可应用于所述装置的径向磁化系统的实例；

图9示意性地示出了可应用于所述装置的直径磁化系统的实例；

图10示意性的示出了一侧上具有交替区段的磁化系统的实例，该磁化系统可应用于所述装置；

图11示意性地示出了外径上的多极磁化系统的实例，该多极磁化系统可应用于所述装置；

图12示意性地示出了内径上的多极磁化系统的实例，该多极磁化系统可应用于所述装置；

图13示意性地示出了可应用于所述装置的径向磁化系统的实例；

图14是根据本发明的磁力驱动装置的另一实例的立体图；

图15是根据本发明的磁力驱动装置的又一实施方式的立体图；

图16是磁力驱动装置的又一实施方式的截面图；

图17是图16的磁力驱动装置的局部轴向截面图；

图18是图16和17中的驱动装置(包括互相连接的三个磁力组)的局部轴向截面的俯视图；

图19是又一实施方式中的驱动装置的横向截面图；以及

图20示意性地示出了驱动装置在发电装置中的应用。

参考上述附图，根据本发明的装置(总体用参考数字1表示)包括驱动元件2，该驱动元件在引导元件3内移动并适于驱动从动元件4，从动元件可根据驱动元件2沿所述引导元件3移动。

驱动元件2通过磁力器件作用于从动元件4。

磁力器件由一系列永磁体或电磁体构成。

在图1至图5所示的实例(本文中仅作为实例进行说明)中，根据本发明的磁力驱动装置1用于楼梯升降机(stairlift)领域，特别用于移动椅的装置(该装置已知是升降椅类型的)。

所述楼梯升降机装置(总体用参考数字10表示)包括椅11，该椅附接至移动支架12，该移动支架与驱动装置1的从动元件4相联。

在该实施方式中，驱动装置1的引导元件3由管状元件构成，驱动元件2在该管状元件中滑动。

驱动元件2包括多个钕盘5，钕盘是轴向磁化的，钕盘彼此并排地定位成在端部处具有磁极扩展部，钕盘的尺寸大体基于待传递至从动元件的磁力。

以下是所述盘和磁极扩展部的布置的实例：PNSNSNSNSP，其中，P＝磁极扩展部，N＝北极，S＝南极。

从动元件4包括一系列圆柱形磁体6，圆柱形磁体相对于从动元件4的纵向中心线径向地定位。

径向的圆柱形磁体6定位成用于获得相对的磁力的最大耦合。

在这种情况下，为了显著增加驱动力，根据需要将径向的圆柱形磁体6置于两个管状件中并插入支撑块7中，支撑块优选为尼龙材质和C形，并定成成与管状元件3保持限定的距离。

优选地，圆柱形磁体6的外半部分密封在厚度为1mm的铁“杯”中，铁“杯”具有螺纹以用于与底部附接。

从动元件4由一个或多个支撑块7构成，一个或多个支撑块通过优选地有接头的托架8互相连接在一起，以方便从动元件4沿引导元件的弯曲部分移动。

驱动元件2也由一组或多组盘5构成，该盘通过托架9互相连接在一起，优选地连接成方便驱动元件2沿引导元件3的弯曲部分移动。

驱动元件2还具有耦接元件20，耦接元件用于连接缆线(图中未示出)或用于连接与绞盘等相联的其他驱动元件。

驱动装置1还可设置有钕制的磁化圆柱形主体，磁化圆柱形主体以沿直径的、径向的、多极的方式插入驱动元件2和从动元件4中，以提高驱动力。

在根据本发明的磁力驱动装置1中，基于待移动的负载，由于牵引力、平移速度和加速/停止制动，使用位于导向和支撑管3外部和内部的磁性包装的情况下，实现了无直接接触的驱动。

驱动元件和从动元件中使用的磁性包装和布置可根据需要采用不同尺寸，也可采用不同类型。

图6至图13示出了可使用的磁化结构的多个实施方式。

图6示出了轴向磁化系统的实例。

图7示出了具有交替区段和磁极的轴向磁化系统的实例。

图8示出了径向磁化系统的实例。

图9示出了直径磁化系统的实例。

图10示出了在一侧上具有交替区段的磁化系统的实例。

图11示出了外径上的多极磁化系统的实例。

图12示出了内径上的多极磁化系统的实例。

图13示出了径向磁化系统的实例。

图14和15示出了具有不同磁体布置的装置的进一步实施方式。

图14示出了根据本发明的装置(总体用参考数字101表示)的另一实施方式，该装置包括驱动元件102，驱动元件在引导元件103中移动并适于驱动从动元件104，从动元件可根据驱动元件102沿引导元件103移动。

驱动元件102包括多个多极环105，多极环是直径磁化的并分成交替的北-南极径向区段。

从动元件104包括一系列多极环形磁体106，多极环形磁体分成交替的北-南极径向区段，并且相对于从动元件104的纵向中心线径向地定位。

多极环形磁体106具有直径磁化部，并且多极环形磁体定位成以便获得相对的磁力的最大耦合。

图15示出了根据本发明的装置(总体用参考数字201表示)的又一实施方式，装置包括驱动元件202，驱动元件在引导元件203中移动并适于驱动从动元件204，从动元件可根据驱动元件202沿引导元件203移动。

驱动元件202包括多个环205，这些环是径向磁化的，这些环由中心处穿孔的圆柱形体构成，该圆柱形体可能是径向的多极磁化的。

从动元件204包括一系列环形磁体206，每个环形磁体均由不连续的环构成，这些环是径向磁化的并位于驱动元件202上方。

多极环形磁体206定位成以便获得相对的磁力的最大耦合。

图14和图15中的实例仅示出了磁力元件的多个可能的布置中的一些。

图16至图17示出了总体用参考数字300表示的装置的又一实施方式。

在该实施方式中，在管状引导元件3中移动的内磁力元件包括至少一个内磁力组320，内磁力组与所述管状引导元件3同轴并具有圆柱形结构。这种内磁力组320包括至少一个中心磁力元件322和两个端部磁极扩展部324。中心磁力元件322基本上是径向磁化的，即，在其外环形部分上至少具有第一极。端部磁极扩展部324在其外环形部分上至少具有与第一极性相反的第二极性。换句话说，内磁力组320相对于纵向轴线是南-北-南或北-南-北类型的三极组。

在管状引导元件3外部移动的外磁力元件包括大体环形形状的至少一个外磁力组340，外磁力组与内磁力组320同轴。

所述外磁力组340包括环形磁力元件342和圆柱形磁极扩展部344。环形磁力元件342包围中心磁力元件322；圆柱形磁极扩展部344包围环形磁力元件342并终止于包围端部磁极扩展部324的端部凸缘346。环形磁力元件342是径向磁化的并且环形磁力元件的内环形部分上具有第二极性。端部凸缘346至少在其朝向端部磁极扩展部324的环形部分上具有第一极性。

换句话说，342的轴向扩展部基本与中心磁力元件322的轴向扩展部相等，并且该环形磁力元件是径向磁化的以在中心磁力元件322与环形磁力元件342之间产生磁场，磁场主要具有趋向于径向地吸引这两个元件的径向力线。

圆柱形磁极扩展部344在与环形磁力元件342的外表面接触时，其轴向扩展部比环形磁力元件342大，以使得径向面向内的端部凸缘346与环形磁力元件342的侧壁轴向地分开。这样，所述端部凸缘346的极性与环形元件342内表面的极性相反，并与端部磁极扩展部324的极性相反。

由圆于柱形构造、内磁力组320和外磁力组340的磁化以及引导元件3的圆形截面，内磁力组320经证明实际上能在管状引导元件3中“悬浮”，即通过力获得平衡。换句话说，两个磁力组之间的磁场的轴对称使力线的径向分量互相抵消。

这样，这两个磁力组与管状引导元件的接触摩擦和滑动摩擦最小化以有利于驱动效率。

内磁极扩展部和外磁极扩展部324-344主要执行磁场流传输器(flowconveyorsofthemagneticfield)的功能。实际上，由内磁力组和外磁力组产生的磁力线(处于径向方向，因此会消失)被磁极扩展部“捕捉”并且也处于径向方向。因此，两个磁力组之间的力线的结合通过磁极扩展部最大化，以使得环境中散布的磁场流并且因此不可利用的磁场流被减小到最少。这也有助于驱动效率的增加。

应注意的是，环形磁力元件342不需要一定被理解为由单个环形永磁体组成的磁力元件。实际上，出于构造的目的，通过将具有圆形冠状件区段形状的多个磁体组装在一起来制造径向磁化的环形磁力元件要简单得多，每个磁体磁化为将每个磁体与其他磁体组装在一起时，整个组件会产生基本为径向的磁化。通过利用圆柱形磁极扩展部可以实现这些磁体在区段中的组装，圆柱形磁极扩展部实际上充当这些磁体的容器，从而充当这些磁体的用于抵抗其在径向上互相远离的趋势的反应元件。

中心内磁力元件322可考虑采用类似结构。这种情况下，为了实现外环形磁力元件，制造单个径向磁化圆柱形磁体并且组装区段中的多个磁体，较为复杂。实际上，在这种情况下，区段中的磁体可不受容纳这些磁体的容器的限制。

为了达到这个目的，一个可能实施方式通过利用至少两个相同的轴向磁化柱形永磁体328和置于一个永磁体与另一个圆柱形永磁体328(定向成使相同标记的磁极相邻)之间的中间圆柱形磁极扩展部329，来获得中心磁力元件322。这样，至少在中间磁极扩展部329的主中心部分上形成磁极的集中，中间磁极扩展部与磁体328的相邻部分具有相同极性标记，磁极扩展部329插在该磁体之间。因此，在这种情况下，中心磁力元件322基本上由轴向磁化磁体328和中间磁极扩展部329的两个相对的半部构成。

以相似的方式考虑每个内圆柱形磁体328的中线与磁体的两个磁极之间的分界线，环形磁力元件342的轴向延伸部与内圆柱形永磁体328的中线之间的距离基本相等。

图17示出了磁极(+和-)在内磁力组320和外磁力组340的外环形部分上的分布的实例。

在一个实施方式中，中心磁力元件322和端部磁极扩展部324通过螺纹杆330(参见图18)轴向地互相连接。

图18示出了驱动装置的可能的实施方式的实例，其中，内磁力元件和外磁力元件包括互相连接的多个内磁力组320和外磁力组340。为了允许这种驱动元件也能沿弯曲部分移动，内磁力组通过球形接头332(例如，与螺纹杆330的端部连接)或轴向接头互相连接。

在一个实施方式中，外磁力组340通过有接头的托架350互相连接，即，互相铰接。每个托架350均例如通过螺钉附接至各自的外磁力组340的圆柱形磁极扩展部344上，并且每个托架均适于支撑待移动的负载。

为了改进内磁力组和外磁力组在管状引导元件的对应的表面上的滑动，至少端部凸缘346的内表面和端部磁极扩展部324被各自的具有较低摩擦系数的滑动环360覆盖。

在一个实施方式中，管状引导元件3具有与支撑元件耦接的外径向耦接附件3a。在这种情况下，外磁力组340并非完全封闭的，而是中断于这种径向附件3a处。

在图19中所示的特别有利的实施方式中，驱动装置包括水平滑动支架400，该水平滑动支架由铁磁材料制成并在管状引导元件3外面延伸，并且与管状引导元件3平行。外磁力组340构造成通过磁悬浮沿滑动支架400滑动。

特别地，外磁力组设置有至少一个悬浮磁体402和至少一个间隔轮404，至少一个悬浮磁体朝向滑动支架400的下侧，至少一个间隔轮适于与所述下侧接合以保持所述悬浮磁体402与所述下侧分离。

在实际的实施方式中，滑动支架400是通过将两个滑动支架400a(例如，L形)与管状引导元件3的径向附件3a的相对的壁耦接(例如，通过螺钉)而形成的。每个外磁力组340的托架350均为倒U形并装配有端部板352，每个端部板在对应的滑动支架400a的下方延伸。每个端部板都支撑悬浮磁体402。托架的相对的侧壁分别支撑各自的间隔轮404。

在有利的实施方式中，托架350的相对的侧壁分别支撑各自的另一滑轮406，该滑轮适于在托架的负载重量超过悬浮磁体402施加的磁吸引力时在滑动支架400a的上侧上滑动。这种情况下，与具有相对负载的托架的重力相对的悬浮磁体402在任何情况下执行减少驱动摩擦的功能。

在一个实施方式变型中，托架350可通过滑动滚轮(例如，形状与引导元件的外表面的形状相反)在管状引导元件3上滑动。

如上所述，磁力器件可由永磁体和/或电磁体组成。

例如，在采用电磁体的实施方式中，驱动元件由插入驱动动力缆线(drivecable)中的导体供电，以使得通过由铁磁材料制成的从动元件感应的电磁力实现驱动。

实践中已验证了本发明如何实现制造驱动装置的任务和目的，该驱动装置能避免使用适于通过齿条和齿轮以及链条等机械工具的直接耦接来移动物体的系统。

根据本发明的装置利用钕和其他稀土元素(永磁体)制成的元件的磁吸引力避免了移动系统的直接接触。

根据本发明的驱动装置的可能应用多种多样，一般为机械、发电、化学以及其他需要在驱动元件和从动元件之间无直接接触的情况下移动物体、材料和人员的领域。

在参照图2、图3和图5示出的实施方式中，该装置应用于楼梯升降机领域(例如，升降椅等)，并允许升降椅上升/下降系统移动，从根本上简化了移动方式，这是因为置于承重管状元件内部的驱动元件通过简单的绞盘移动移动从动元件(即，“椅”)。这种机构在上升时，通过牵引力运行，在下降时，椅通过重力移动，通过所述绞盘安全地保持移动。

本装置可实现低成本、美观、轻量的装置。

图20示出了驱动装置的又一可能的应用。该装置在此处用于利用波浪动能的发电机。

在这种情况下，管状引导元件3安装在海水中的竖直位置中。一个或多个浮子500与外磁力组340连接。外磁力组340(在这种情况下为驱动元件)随着波浪320的移动驱动内磁力组(在这种情况下为从动元件)。转换器件与内磁力组320相关联，转换工具适于将内磁力组320的往复直线运动转换成例如适于向发电机510供电的旋转运动。

例如，内磁力组支撑球轴承罩，球轴承罩沿球轴承螺纹件520滑动。因此，内磁力组320的平移引起螺纹件520的旋转，从而使发电机510运行。

有利地，保护插入管状引导元件内的内磁力组不会随着时间而受到海水和危及内磁力组的功能的其他外部媒介的危害。

显而易见，可再生能源产生的其他形式的能量的利用也可采用同样的原理，例如，使外磁力组340与帆系统相连的风能，帆系统允许这种外磁力组340在风的作用下沿管状引导元件移动。

根据本发明的装置具有多种修改和变型，它们均落入相同的发明概念中；此外，所有零件可用技术上等效的元件替换。

毫无疑问，所采用的材料以及尺寸可根据需要根据当前技术水平进行更改。

Claims

1.磁力驱动装置，所述磁力驱动装置包括管状引导元件、驱动元件和从动元件，所述管状引导元件具有大体圆形的截面，所述驱动元件和所述从动元件中之一是在所述管状引导元件中移动的内部元件，所述驱动元件和所述从动元件中的另一个是在所述管状引导元件的外部移动的外部元件，所述从动元件根据所述驱动元件的移动而进行移动，所述驱动元件借助于磁力器件并在没有直接物理接触的情况下作用于所述从动元件，其中，所述内部元件包括至少一个内磁力组，所述至少一个内磁力组与所述管状引导元件同轴并具有大体圆柱形形状，其中，所述外部元件包括环形的至少一个外磁力组，所述至少一个外磁力组与所述内磁力组同轴。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述内磁力组包括至少一个中心磁力元件和两个端部磁极扩展部，其中，所述中心磁力元件至少在所述中心磁力元件的外环形部分上具有第一极性，其中，所述端部磁极扩展部至少在所述端部磁极扩展部的外环形部分上具有与所述第一极性相反的第二极性，

并且其中，所述外磁力组包括环形磁力元件和圆柱形磁极扩展部，所述环形磁力元件包围所述中心磁力元件，所述圆柱形磁极扩展部包围所述环形磁力元件，并且所述圆柱形磁极扩展部终止于端部凸缘，所述端部凸缘包围所述端部磁极扩展部，

其中，所述环形磁力元件是径向磁化的，并且在所述环形磁力元件的内环形部分上具有所述第二极性，并且其中，所述端部凸缘至少在所述端部凸缘的面向所述端部磁极扩展部的环形部分上具有所述第一极性。

3.根据前一权利要求所述的装置，其中，中心磁力元件包括至少两个相同的轴向磁化的圆柱形永磁体和位于一个永磁体与另一个永磁体之间的中间圆柱形磁极扩展部，所述圆柱形永磁体定向成使相同标记的磁极相邻。

4.根据前一权利要求所述的装置，其中，环形磁力元件具有轴向延伸部，所述轴向延伸部与中心磁力元件的圆柱形永磁体的中心线之间的距离基本相等。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，中心磁力元件和端部磁极扩展部通过螺纹杆轴向地互相连接。

6.根据权利要求2所述的装置，其中，所述中心磁力元件包括至少一个径向磁化的磁体。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，多个内磁力组通过球形接头或轴向接头互相连接。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，多个外磁力组通过有接头的托架互相连接，每个托架均附接至各个外磁力组的圆柱形磁极扩展部。

9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，至少端部磁极扩展部和端部凸缘的内表面覆盖有各自的滑动环，所述滑动环分别适于在所述管状引导元件的内表面和外表面上滑动。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括磁化圆柱形主体，所述磁化圆柱形主体以沿直径的、径向的且多极的方式插入所述驱动元件和所述从动元件中。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动元件包括多个盘形永磁体，所述多个盘形永磁体是轴向磁化的并互相并排放置，所述多个盘形永磁体的端部处具有磁极扩展部，或者所述多个盘形永磁体为径向磁化的圆柱体形状或部分圆柱体形状。

12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁力器件包括电磁体；所述从动元件由插入动力元件中的导体供电，所述动力元件与所述驱动元件相关联；所述从动元件由铁磁材料制成；通过所述从动元件上感应的电磁力而实现驱动。

13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述管状引导元件具有外径向耦接附件，所述外径向耦接附件适于与支撑元件耦接。

14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，所述装置包括水平滑动支架，所述水平滑动支架由铁磁材料制成，并且所述水平滑动支架在所述管状引导元件外部且与所述管状引导元件平行地延伸，所述外部元件通过磁悬浮而沿所述滑动支架滑动。

15.根据前一权利要求所述的装置，其中，所述元件设置有至少一个悬浮磁体和至少一个间隔轮，所述至少一个悬浮磁体朝向所述滑动支架的下侧，所述至少一个间隔轮适于与所述下侧接合以保持所述悬浮磁体与所述下侧分离。

16.根据前一权利要求所述的装置，其中，所述外部元件还设置有至少一个滑轮，所述至少一个滑轮适于在所述外部元件上的负载重量超过由悬浮磁体施加的磁吸引力时在所述滑动支架的上侧上滑动。

17.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述驱动元件是内部元件，并且所述驱动元件包括耦接元件，所述耦接元件用于使关联的动力元件与绞盘等连接。

18.适于利用可再生能源产生的能量的发电机，所述发电机包括：

-根据前述权利要求中任一项所述的磁力驱动装置；

-移动器件，所述移动器件与外磁力元件整体形成并适于通过由可再生能源产生的能量移动，适于使所述外磁力元件沿管状引导元件移动；

-转换器件，所述转换器件适于将内磁力组的往复直线运动转换成例如适于向发电机供电的旋转运动。

19.根据前一权利要求所述的发电机，其中，所述内磁力组支撑球轴承罩，所述球轴承罩适于沿球轴承螺纹件滑动，使得所述内磁力组的平移引起所述螺纹件的旋转。

20.根据权利要求18或19所述的发电机，其中，所述移动器件包括至少一个浮子以利用波浪的动能。

21.根据权利要求18或19所述的发电机，其中，所述移动器件包括帆系统以利用风能。