CN107070307A - 旋转助力装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转助力装置。该旋转助力装置包括相对转动设置的主磁环以及副磁环，主磁环包括多个间隔排布且相互独立的主磁组，副磁环包括多个间隔排布且相互独立的副单极磁组，主磁组的磁力线为主磁力线，副单极磁组的磁力线为副磁力线，副磁力线的方向与旋转方向相反，在旋转的过程中，主磁力线与副磁力线相互挤压，以给处于旋转状态下的主磁组或副单极磁组以磁推力。当给主磁环或副磁环一旋转原动力后，主磁环或副磁环旋转，在旋转的过程中，主磁力线与副磁力线相互挤压，并给处于旋转状态下的主磁组或副单极磁组以磁推力，从而可以有效提高主磁环或副磁环的输出力矩。

Description

旋转助力装置

技术领域

本发明涉及助力器技术领域，特别是涉及一种旋转助力装置。

背景技术

在转动运动中，通常采用原动力(可以由电动机来提供)来驱动转轴转动，从而使得转轴获得一个转动力矩，而在力的传递过程中，由于各种机械结构之间的摩擦力，导致转轴的输出力矩小于输入力矩。为了获得较大的输出力矩，往往需要使用较大的输入原动力，而通过增加输入原动力来获得较大的输出力矩的性价比不理想，会导致使用成本上升。

发明内容

基于此，有必要提供一种能有效提高输出力矩的旋转助力装置。

一种旋转助力装置，包括相对转动设置的主磁环以及副磁环，所述主磁环包括多个间隔排布且相互独立的主磁组，所述副磁环包括多个间隔排布且相互独立的副单极磁组，所述主磁组的磁力线为主磁力线，所述副单极磁组的磁力线为副磁力线，所述副磁力线的方向与旋转方向相反，在旋转的过程中，所述主磁力线与所述副磁力线相互挤压，以给处于旋转状态下的所述主磁组或所述副单极磁组以磁推力。

当给主磁环或副磁环一旋转原动力后，主磁环或副磁环旋转，在旋转的过程中，主磁力线与副磁力线相互挤压，并给处于旋转状态下的主磁组或副单极磁组以磁推力，从而可以有效提高主磁环或副磁环的输出力矩。

在其中一个实施例中，所述副磁力线确定的平面与所述主磁力线垂直设置。

在其中一个实施例中，所述主磁组包括U型磁扼及位于所述U型磁扼内的第一主磁体及第二主磁体，所述U型磁扼包括相对的第一侧及第二侧，以及连接所述第一侧及所述第二侧的连接部，所述第一主磁体设于所述第一侧上，所述第二主磁体设于所述连接部上。其中，所述第一主磁体的N极靠近所述第二主磁体的S极，所述主磁力线为所述第一主磁体与所述第二主磁体之间的磁力线。

在其中一个实施例中，所述主磁组包括U型磁扼及位于所述U型磁扼内的第一主磁体及第二主磁体，所述U型磁扼包括相对的第一侧及第二侧，以及连接所述第一侧及所述第二侧的连接部，所述第一主磁体设于所述第一侧上，所述第二主磁体设于所述连接部上，其中，所述第一主磁体的N极靠近所述第二侧，所述第二主磁体的S极靠近所述U型磁扼的开口端，所述主磁力线为所述第一主磁体与所述第二主磁体之间的磁力线。

在其中一个实施例中，所述主磁组包括U型磁扼及位于所述U型磁扼内的第一主磁体、第二主磁体及第三主磁体，所述U型磁扼包括相对的第一侧及第二侧，以及连接所述第一侧及所述第二侧的连接部，所述第一主磁体与所述第二主磁体分别设于所述第一侧与所述第二侧上，所述第三主磁体设于所述连接部上，所述第一主磁体的N极靠近所述第二主磁体的N极，所述第三主磁体的S极靠近所述U型磁扼的开口端，所述主磁力线为所述第一主磁体与所述第三主磁体之间的磁力线以及所述第二主磁体与所述第三主磁体之间的磁力线。

在其中一个实施例中，所述主磁组包括正对间隔设置的第一主磁单元与第二主磁单元；

所述第一主磁单元包括依次连接的第一磁体、第二磁体及第三磁体，所述第一磁体的结晶方向与所述第三磁体的结晶方向呈180°角，所述第二磁体的结晶方向与所述第一磁体的结晶方向呈90°角；

所述第二主磁单元包括依次连接的第四磁体、第五磁体及第六磁体，所述第四磁体的结晶方向与所述第六磁体的结晶方向呈180°角，所述第五磁体的结晶方向与所述第四磁体的结晶方向呈90°角，所述第四磁体、所述第五磁体及所述第六磁体分别与所述第一磁体、所述第二磁体及所述第三磁体正对，所述第四磁体的结晶方向与所述第三磁体的结晶方向相反，所述第二磁体的结晶方向与所述第五磁体的结晶方向相同，所述主磁力线为所述第一主磁体与所述第三主磁体之间的磁力线以及所述第四主磁体与所述第六主磁体之间的磁力线。

在其中一个实施例中，所述副单极磁组包括依次连接的第七磁体、第八磁体及第九磁体，所述第七磁体的结晶方向与所述第九磁体的结晶方向呈180°角，所述第八磁体244的结晶方向与所述第七磁体的结晶方向呈90°角，所述副磁力线为所述第七磁体与所述第九磁体之间的磁力线。

在其中一个实施例中，所述第八磁体的结晶方向与所述副磁环的半径之间的夹角为45°～90°。

在其中一个实施例中，所述主磁环固定不动，所述副磁环旋转；

或者，所述主磁环旋转，所述副磁环固定不动。

在其中一个实施例中，所述主磁环与所述副磁环套设；

或者，所述副磁环与所述主磁环层叠设置。

附图说明

图1为普通电动机的工作原理示意图；

图2为一实施方式中的主磁组与副单极磁组的结构示意图；

图3为副磁力线挤压主磁力线的示意图；

图4为另一视角的副磁力线挤压主磁力线的示意图；

图5为另一视角的副磁力线挤压主磁力线的示意图；

图6为一实施方式的旋转助力装置的示意图；

图7为主磁环的结构示意图；

图8为副磁环的结构示意图；

图9为另一实施方式的旋转助力装置的示意图；

图10为另一实施方式的旋转助力装置的示意图；

图11为另一实施方式的旋转助力装置的示意图；

图12为另一实施方式的旋转助力装置的示意图；

图13为一实施方式的主磁组的结构示意图；

图14为另一实施方式的旋转助力装置的示意图；

图15为另一实施方式的主磁组的结构示意图；

图16为另一实施方式的主磁组的结构示意图；

图17为一实施方式的副单极磁组的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对旋转助力装置进行进一步说明。

恒磁场是一种场能，这种场能是以磁偶极子为中心独立存在的，并以环形磁力线形式表现出来。磁力线具有正、负极特性。磁场对外表现能量的方式是两个以上相对独立的磁极在外力的影响下相互作用的过程，例如磁力线遮蔽，同性极相斥、异性极相吸等，磁力线遮蔽发生在三个相对独立的磁极间，同性极相斥、异性极相吸发生在两个磁极间。

如图1所示，图1为普通电动机的工作原理示意图。定子磁场包括N极12与S极14，转子磁场(转子感应磁场)包括感应线圈14，电动机的电磁力矩是N极12、S极14及感应线圈16三个磁场相互作用的结果，其中，转子感应磁场引起了遮蔽作用。

具体分析如下：磁力线18由N极12出来进入S极14，磁力线18方向为B。若在感应线圈14通上逆时针电流，则根据左手规则，a，b段导线受到的力的方向为垂直纸面向里(也即远离我们所处的观察这个图的方向)，而根据右手规则可知道，a，b段导线上产生的感应磁场的磁力线方向为垂直纸面向外(也即在俯视b，a导线情况下的逆时针方向)，也就是说导线受力的方向与其感应磁力线的方向相反。同理则根据左手规则，c，d段导线受到的力的方向为垂直纸面向外(也即靠近我们所处的观察这个图的方向)，而根据右手规则可知道，c，d段导线上产生的感应磁场磁力线方向为垂直纸面向里(也即在俯视c，d导线情况下的顺时针方向)，由此感应线圈14在俯视图情况下做逆时针旋转。

导线受力的方向与其感应磁力线的方向相反，也即转子感应磁场阻碍了定子磁场磁力线的贯通，对定子磁力线产生挤压，转子感应磁场磁力线将定子磁场磁力线向转子磁力线方向挤压，使定子磁力线在与转子磁力线同向的一则磁力线密度增大，使得转子磁场被排斥，转子被迫移动，转子移动产生的力矩就是电动机的电磁力矩。

当用普通的永磁体(双极磁体，同时存在N极与S极)去替换通电线圈后，可以得到一个模拟电动机。但是，普通的永磁体经充磁后获得磁能后，不管采用什么组合方式都不可能产生自动力，因为N极与S极的存在，磁推力与磁阻力相互抵消而平衡。

而当我们用单极磁体去替代通电线圈时，可以得到一个模拟电动机。需要说明的是，本发明所说的单极磁体为人为构建的近似单极磁体，后续将详细介绍。单极磁体一端的磁力线强，另一端的磁力线弱，该单极磁体一端的磁力线在模拟电动机中，挤压定子磁场中的主磁力线，使相互作用后的主磁力线密度极大地提高，这时储磁能以力的方式推动近似单极磁场磁体移动，获得了一个力矩，由于单极磁场一端的磁力线弱，避免了磁阻力，始终获得的是一个正力矩而没有负力矩来抵消，这样组成该近似单极磁场的磁体一样会在主磁场中受到来自主磁场的磁推力而产生位移。下面将详细介绍“用单极磁体去替代通电线圈”得到的模拟电动机工作原理。

如图2所示，图2中显示有主磁组22以及副单极磁组24，主磁组22相当于图1中的转子磁体(N极12与S极14)，副单极磁组24相当于图1中的通电线圈16。主磁组22提供主磁场，主磁场的磁力线为主磁力线22a，副单极磁组24提供单极磁场，单极磁场的磁力线为副磁力线24a，其中，图2中的副磁力线24a的方向为顺时针方向。

当副单极磁组24沿逆时针方向旋转时，副磁力线24a顺时针挤压主磁力线22a，副磁力线24a沿着自身的方向(顺时针方向)挤压主磁力线22a，使主磁力线220a沿着副磁力线24a的方向具有形成凸起的倾向，主磁力线22a为阻止形变，给副单极磁组24一沿副磁力线24a的反方向(逆时针方向)的磁推力，从而增加副单极磁组24的旋转的输出力矩。

如图3所示，副磁力线24a挤压主磁场的主磁力线22a，从而使得副单极磁组24受到与副单极磁组24的磁力线(副磁力线24a)方向相反的磁推力，从而增加副单极磁组24的旋转的输出力矩。

如图4所示，图中中部的圆点表示副磁力线24a，且副磁力线24a方向为垂直纸面向外(也即为远离我们观察此图的方向指向靠近我们的方向)。当主磁组22固定，且从上往下俯视副单极磁组24，副单极磁组24逆时针旋转时，副单极磁组24会受到垂直纸面向里的磁推力，向远离我们的方向移动。当副单极磁组24固定，且从上往下俯视主磁组22时，主磁组22顺时针旋转时，主磁组22会受到垂直纸面向外的磁推力，向靠近我们的方向移动。

将若干个主磁组22围绕成主磁环，将若干个副单极磁组24围绕成副磁环，得到一个模拟电动机的工作状态。当给主磁环或副磁环一原动力，使得主磁环与副磁环相对旋转，在旋转的过程中，主磁环与副磁环之间将产生磁推力，从而增加旋转的输出力矩，在不改变原动力的大小的前提下，可以增加旋转的圈数。例如，当不存在磁推力时，100牛的原动力旋转5圈后，即停止，而存在磁推力时，100牛的原动力旋转10圈后，才停止。

如图2及图5所示，在本实施方式中，单极磁场包括多个层叠设置的磁力线面，每一磁力线面包括多条由内向外依次排布的副磁力线24a。

如图6、图7及图8所示，在本实施方式中，旋转助力装置30包括相对转动设置的主磁环100以及副磁环200。主磁环100包括多个间隔排布且相互独立的主磁组22。副磁环200包括多个间隔排布且相互独立的副单极磁组24。

其中，主磁环100与副磁环200相对转动设置存在两种情况，第一种情况是，如图6及图9所示，主磁环100固定不动，副磁环200转动；第二种情况是，如图10及图11所示，主磁环100转动，副磁环200固定不动。其中，需要说明的是，在图6及图10中，轴300为转轴，在旋转过程中，轴300旋转；而在图9及图11中，轴400为固定轴，在旋转过程中，轴400不旋转，图9及图11的转轴在图中没有示意出来。

主磁环100与副磁环200位置关系至少存在四种情况，第一种情况，如图6及图11所示，主磁环100与副磁环200套设，主磁环100位于外圈，副磁环200位于主磁环100内；第二种情况，如图9及图10所示，主磁环100与副磁环200套设，副磁环200位于外圈，主磁环100位于副磁环200内；第三种情况，如图12所示，副磁环200与主磁环100层叠设置，且副磁环200位于主磁环100的下方；第四种情况(图未示)，副磁环200与主磁环100层叠设置，且副磁环200位于主磁环100的下方。

如图2所示，主磁组22的磁力线为主磁力线22a，副单极磁组24的的磁力线为副磁力线24a，副磁力线24a的方向与旋转方向相反，在旋转的过程中，主磁力线22a与副磁力线24a相互挤压，以给处于旋转状态下的主磁组22或副单极磁组24以磁推力。其中，当副单极磁组24旋转时，副单极磁组24的旋转方向与副磁力线24a的方向相反；当主磁组22旋转时，主磁组22的旋转方向与副磁力线24a的方向相同。

进一步，在本实施方式中，副磁力线24a确定的平面与主磁力线22a垂直设置，从而可以最大程度减小阻力。

如图13-图16所示，在本实施方式中，提供多种结构的主磁组22，具体如下：

如图12及图13所示，主磁组22包括U型磁扼222及位于U型磁扼222内的第一主磁体224及第二主磁体226。U型磁扼222包括相对的第一侧2222及第二侧2224，以及连接第一侧2222及第二侧2224的连接部2226。第一主磁体224设于第一侧2222上，第二主磁体226设于连接部2226上。其中，第一主磁体224的N极靠近第二主磁体226的S极。主磁力线22a为第一主磁体224与第二主磁体226之间的磁力线。

如图14所示，主磁组22包括U型磁扼222及位于U型磁扼222内的第一主磁体224及第二主磁体226。U型磁扼222包括相对的第一侧2222及第二侧2224，以及连接第一侧2222及第二侧2224的连接部2226。第一主磁体224设于第一侧2222上，第二主磁体226设于连接部2226上。其中，第一主磁体224的N极靠近第二侧2224，第二主磁体226的S极靠近U型磁扼222的开口端，主磁力线22a为第一主磁体224与第二主磁体226之间的磁力线。

如图15所示，主磁组22包括U型磁扼222及位于U型磁扼222内的第一主磁体224、第二主磁体226及第三主磁体228。U型磁扼222包括相对的第一侧2222及第二侧2224，以及连接第一侧2222及第二侧2224的连接部2226，第一主磁体224与第二主磁体226分别设于第一侧2222与第二侧2224上，第三主磁体228设于连接部2226上。第一主磁体224的N极靠近第二主磁体226的N极，第三主磁体228的S极靠近U型磁扼222的开口端，主磁力线22a为第一主磁体224与第三主磁体228之间的磁力线以及第二主磁体226与第三主磁体228之间的磁力线。

如图15所示，主磁组22包括正对间隔设置的第一主磁单元22b与第二主磁单元22c。第一主磁单元22b包括依次连接的第一磁体231、第二磁体232及第三磁体233。第一磁体231的结晶方向与第三磁体233的结晶方向呈180°角，第二磁体232的结晶方向分别与第一磁体231的结晶方向呈90°角。第二主磁单元22c包括依次连接的第四磁体234、第五磁体235及第六磁体236。第四磁体234的结晶方向与第六磁体236的结晶方向呈180°角，第五磁体235的结晶方向分别与第四磁体234的结晶方向呈90°角。第四磁体234、第五磁体235及第六磁体236分别与第一磁体231、第二磁体232及第三磁体234正对，第四磁体234的结晶方向与第三磁体233的结晶方向相反，第二磁体232的结晶方向与第五磁体235的结晶方向相同。主磁力线22a为第一主磁体231与第三主磁体233之间的磁力线以及第四主磁体234与第六主磁体236之间的磁力线。

图16相对于图13-图15，省略了U型磁扼222。U型磁扼222具有导磁性能，能够调整磁力线的走向，进而增加主磁力线22a的密度。

如图17所示，在本实施方式中，副单极磁组24包括依次连接的第七磁体242、第八磁体244及第九磁体246。第七磁体242的结晶方向与第九磁体246的结晶方向呈180°角，第八磁体244的结晶方向分别与第七磁体242的结晶方向呈90°角，副磁力线24a为第七磁体242与第九磁体246之间的磁力线。

图13中的主磁力线22a呈直线，图14及图15中的主磁力线22a呈直线，图16中的主磁力线22a呈弧线。图17中的副磁力线24a呈弧线。

进一步，如图8所示，在本实施方式中，第八磁体244的结晶方向与副磁环200的半径之间的夹角为45°～90°。

如图7及图8所示，在本实施方式中，旋转助力装置30还包括主固定架500，主磁组22设于主固定架500上。旋转助力装置30还包括副固定架600，副单极磁组210设于副固定架600。具体的，主固定架500可以为固定盘，也可以为固定环。副固定架600为固定盘。主固定架500、副固定架600、轴300以及轴400均不导磁。具体的，主固定架500与副固定架600的材质为防锈铝合金或其他不导磁抗疲劳材料，轴300与轴400的材质为304不锈钢。

进一步，在本实施方式中，主磁环100上设置有12个主磁组22，副磁环200上设置有9个副单极磁组24。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种旋转助力装置，其特征在于，包括相对转动设置的主磁环以及副磁环，所述主磁环包括多个间隔排布且相互独立的主磁组，所述副磁环包括多个间隔排布且相互独立的副单极磁组，所述主磁组的磁力线为主磁力线，所述副单极磁组的磁力线为副磁力线，所述副磁力线的方向与旋转方向相反，在旋转的过程中，所述主磁力线与所述副磁力线相互挤压，以给处于旋转状态下的所述主磁组或所述副单极磁组以磁推力。

2.根据权利要求1所述的旋转助力装置，其特征在于，所述副磁力线确定的平面与所述主磁力线垂直设置。

3.根据权利要求1所述的旋转助力装置，其特征在于，所述主磁组包括U型磁扼及位于所述U型磁扼内的第一主磁体及第二主磁体，所述U型磁扼包括相对的第一侧及第二侧，以及连接所述第一侧及所述第二侧的连接部，所述第一主磁体设于所述第一侧上，所述第二主磁体设于所述连接部上，其中，所述第一主磁体的N极靠近所述第二主磁体的S极，所述主磁力线为所述第一主磁体与所述第二主磁体之间的磁力线。

4.根据权利要求1所述的旋转助力装置，其特征在于，所述主磁组包括U型磁扼及位于所述U型磁扼内的第一主磁体及第二主磁体，所述U型磁扼包括相对的第一侧及第二侧，以及连接所述第一侧及所述第二侧的连接部，所述第一主磁体设于所述第一侧上，所述第二主磁体设于所述连接部上，其中，所述第一主磁体的N极靠近所述第二侧，所述第二主磁体的S极靠近所述U型磁扼的开口端，所述主磁力线为所述第一主磁体与所述第二主磁体之间的磁力线。

5.根据权利要求1所述的旋转助力装置，其特征在于，所述主磁组包括U型磁扼及位于所述U型磁扼内的第一主磁体、第二主磁体及第三主磁体，所述U型磁扼包括相对的第一侧及第二侧，以及连接所述第一侧及所述第二侧的连接部，所述第一主磁体与所述第二主磁体分别设于所述第一侧与所述第二侧上，所述第三主磁体设于所述连接部上，所述第一主磁体的N极靠近所述第二主磁体的N极，所述第三主磁体的S极靠近所述U型磁扼的开口端，所述主磁力线为所述第一主磁体与所述第三主磁体之间的磁力线以及所述第二主磁体与所述第三主磁体之间的磁力线。

6.根据权利要求1所述的旋转助力装置，其特征在于，所述主磁组包括正对间隔设置的第一主磁单元与第二主磁单元；

所述第一主磁单元包括依次连接的第一磁体、第二磁体及第三磁体，所述第一磁体的结晶方向与所述第三磁体的结晶方向呈180°角，所述第二磁体的结晶方向与所述第一磁体的结晶方向呈90°角；

所述第二主磁单元包括依次连接的第四磁体、第五磁体及第六磁体，所述第四磁体的结晶方向与所述第六磁体的结晶方向呈180°角，所述第五磁体的结晶方向与所述第四磁体的结晶方向呈90°角，所述第四磁体、所述第五磁体及所述第六磁体分别与所述第一磁体、所述第二磁体及所述第三磁体正对，所述第四磁体的结晶方向与所述第三磁体的结晶方向相反，所述第二磁体的结晶方向与所述第五磁体的结晶方向相同，所述主磁力线为所述第一主磁体与所述第三主磁体之间的磁力线以及所述第四主磁体与所述第六主磁体之间的磁力线。

7.根据权利要求1所述的旋转助力装置，其特征在于，所述副单极磁组包括依次连接的第七磁体、第八磁体及第九磁体，所述第七磁体的结晶方向与所述第九磁体的结晶方向呈180°角，所述第八磁体244的结晶方向与所述第七磁体的结晶方向呈90°角，所述副磁力线为所述第七磁体与所述第九磁体之间的磁力线。

8.根据权利要求1所述的旋转助力装置，其特征在于，所述第八磁体的结晶方向与所述副磁环的半径之间的夹角为45°～90°。

9.根据权利要求1所述的旋转助力装置，其特征在于，所述主磁环固定不动，所述副磁环旋转；

或者，所述主磁环旋转，所述副磁环固定不动。

10.根据权利要求9所述的旋转助力装置，其特征在于，所述主磁环与所述副磁环套设；

或者，所述副磁环与所述主磁环层叠设置。