CN108731862B - 一种利用离心力实现恒转矩输出的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用离心力实现恒转矩输出的方法。通过设计一种离心力恒转矩输出装置将离心力转化转矩，而利用转矩可以实现利用方向的多样化，为大大增强的离心力的应用范围。通过中心电控系统的运算测控，可以确保最合适的转速离心力贡献的转矩最大化状态的实现，并根据所带负荷的大小变化，迅速发出调速指令，快速达到转矩功率最大状态。本发明应用范围广阔，适应性强，具有极佳的应用前景。

Description

一种利用离心力实现恒转矩输出的方法

技术领域

本发明涉及工业机电应用领域，尤其涉及一种利用离心力实现恒转矩输出的方法。

背景技术

离心力是一种虚拟力，是一种惯性力，它使旋转的物体远离它的旋转中心。在牛顿力学里，离心力曾被用于表述两个不同的概念:在一个非惯性参考系下观测到的一种惯性力，向心力的平衡。在拉格朗日力学下，离心力有时被用来描述在某个广义坐标下的广义力。

当非均值圆盘围绕心轴旋转，在非惯性体系内，按照牛顿第二定律，即会产生一组离心合力，大小等于F＝mv^2/r(m-偏心质量；v-偏质质量圆周速度；r-偏质质量所在半径)。离心力方向为背离轴心径向外圆，并有沿切向飞出的势能，在实际工业化应用及日常生活中，能有效利用离心力为人类服务的实际案例常见的有以下几种：离心分离机、离心激震器、脱水滚桶、离心调速机构，以上几种案例多是对离心力的直接利用，而利用离心力转化旋转转矩输出功率的工业化实际案例却不常见。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供一种利用离心力实现恒转矩输出的方法。

技术原理简述：

安装有偏心质量的曲柄转轮，假设偏心质量为m，偏心距为r，质量m旋转线速度为v，质量m质心相对曲轴轴心与曲柄轴心的连线角度为Φ；

根据牛顿运动定律：离心力F＝mv^2/r，曲轴输出转矩为M＝FRsin(Φ)；

该离心力对曲轴轴心在不同位置贡献的转矩并不相等，其中在Φ＝90度或270度时为最大，在Φ＝0度或180度时为最小。因为每组曲柄对称设置，致使曲轴总输出转矩不可能等于零，且每组曲柄均存在一个最合适的转速离心力贡献的转矩最大化，通过中心电控系统的运算测控，可以确保这种“最佳”同步状态的实现，并根据所带负荷的大小(发电机)变化，迅速发出“调速”指令，快速达到转矩功率最大状态。

为实现本发明由偏心旋转质量产生的离心力转化为旋转动力转矩的目的，通过以下步骤实现；

步骤一、设计一副曲轴结构件，其上至少一组以上曲柄轴，并对称布设；

步骤二、将所述曲轴结构件通过轴承固定于机座上；

步骤三、在所述曲柄轴上装配偏心质量转轮；

步骤四、在每组所述偏心质量转轮对应位置设置转速传感器，在每组曲柄偏心质量转轮对应位置装设偏心质量中心角位置传感器；

步骤五、设计并制作中心电控系统；

步骤六、通过外力或内置电机同向驱动安装于每组曲柄轴上的所述偏心质量转轮以既定速度旋转；

步骤七、设计一种转矩输出轮固连于超越离合器；

步骤八、通过安装于所述曲轴结构件上的所述转矩输出轮对外输出转矩做功；

通过以上步骤设计将离心力转化为转矩输出；

通过上述步骤设计将离心力转化为转矩输出的装置即为离心力恒转矩输出装置；其中所述曲轴结构件包括曲轴主轴端、曲轴主轴、曲柄轴、电缆槽孔、电驱线缆、主轴末端；所述转矩输出轮通过与其固连的超越离合器固定设置于所述曲轴主轴端，所述主轴末端自上而下依次设置有惯性飞轮和电驱输入滑环；

所述偏心质量转轮包括轮体、偏心质量块、永磁体、电驱衬套、电驱、轴承、偏心距调整轨道，所述偏心距调整轨道对称布设于偏质转轮最大直径两侧，并与轮体固定连接；

所述电驱衬套、电驱与曲柄轴一体化固定布设并连接，所述电驱线缆穿过电缆槽孔布设并与电驱输入滑环电连接；

所述永磁体、偏心距调整轨道、轮体为一体化固定布设并连接，通过轴承二固定于所述曲柄轴上；

所述中心电控系统包括控制指令处理模块、控制单元模块、功率控制模块、角位置信号控制模块、偏质轮转速信号放大模块；所述中心电控系统通过电连接离心力恒转矩输出装置。

优化的，为实现更大转矩功率输出，可以将两个以上离心力恒转矩输出装置模块化组合成一体结构。

本发明具有如下优越性:由于每组偏心质量转轮(简称偏质转轮)自身旋转消耗的功率较小(尤其是曲柄轴垂直地面布置时，此时无需克服偏心质量重力作功)，而高速旋转所产生的离心力却成转速平方倍数增长，所以贡献的转矩比较大，则多组曲柄偏心质量转轮共同贡献离心转矩，必将造成曲轴端输出功率远远大于各个偏质转轮输入功率之和。

本发明通过设计的离心力恒转矩输出装置将离心力转化转矩，而利用转矩可以实现利用方向的多样化，为大大增强的离心力的应用范围。本发明应用范围广阔，适应性强，具有极佳的应用前景。

附图说明

下面结合实施例及附图对本发明进行更详细的说明。

图1是本发明的系统控制原理示意框图。

图2是本发明的曲轴结构件结构示意图。

图3是本发明的曲轴结构件结构仰视图。

图4是本发明的偏质转轮单元结构示意图。

图5是本发明的偏质转轮单元剖面结构示意图。

图6是本发明的结构示意图。

图7是本发明的实施例2的结构示意图。

图中:1、曲轴结构件；11、曲轴主轴端；12、曲轴主轴；13、曲柄轴；14、电缆槽孔；24、电驱线缆、15、主轴末端；2、转矩输出轮；3、超越离合器；4、角位置传感器；5、轴承一；6、偏心质量转轮；7、转速传感器；8、惯性飞轮；9、电驱输入滑环；10、外壳；2A、机座；61、轮体；62、偏心质量块；63、永磁体；64、电驱衬套；65、电驱；66、轴承二；67、偏心距调整轨道；1A、离心力恒转矩输出装置；1B、中心电控系统；1B1、控制指令处理模块；1B2、控制单元模块；1B3、功率控制模块；1B4、角位置信号控制模块；1B5、偏质轮转速信号放大模块。

具体实施方式

实施例1

为实现本发明由偏心旋转质量产生的离心力转化为旋转动力转矩的目的，通过以下步骤实现；

步骤一、设计一副曲轴结构件1，其上至少一组以上曲柄轴13，并对称布设；

步骤二、将所述曲轴结构件1通过轴承一5固定于机座2A上；

步骤三、在所述曲柄轴13上装配偏心质量转轮6；

步骤四、在每组所述偏心质量转轮6对应位置设置转速传感器7，在每组曲柄偏心质量转轮6对应位置装设偏心质量中心角位置传感器4；

步骤五、设计并制作中心电控系统1B；

步骤六、通过外力或内置电机同向驱动安装于每组曲柄轴13上的所述偏心质量转轮6以既定速度旋转；

步骤七、设计一种转矩输出轮2固连于超越离合器3；

步骤八、通过安装于所述曲轴结构件1上的所述转矩输出轮2对外输出转矩做功；

通过以上步骤设计将离心力转化为转矩输出，该装置即为离心力恒转矩输出装置。

其中所述曲轴结构件包括曲轴主轴端11、曲轴主轴12、曲柄轴13、电缆槽孔14、电驱线缆24、主轴末端15；所述转矩输出轮2通过与其固连的超越离合器3固定设置于所述曲轴主轴端11，所述主轴末端15自上而下依次设置有惯性飞轮8和电驱输入滑环9；

所述偏心质量转轮6包括轮体61、偏心质量块62、永磁体63、电驱衬套64、电驱65、轴承二66、偏心距调整轨道67，所述偏心距调整轨道67对称布设于偏心质量转轮6最大直径两侧，并与轮体固定连接。

所述电驱衬套64、电驱65与曲柄轴13一体化固定布设并可靠连接，所述电驱线缆24穿过电缆槽孔14布设并与电驱输入滑环9电连接。

所述永磁体63、偏心距调整轨道67、轮体61为一体化固定布设并可靠连接，通过轴承二66固定于所述曲柄轴13上。

所述中心电控系统1B包括控制指令处理模块1B1、控制单元模块1B2、功率控制模块1B3、角位置信号控制模块1B4、偏质轮转速信号放大模块1B5；中心电控系统1B通过电连接离心力恒转矩输出装置1A。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，采用六组偏质转轮单元组成离心力恒转矩输出装置。

本发明具有如下优越性:由于每组偏心质量转轮(简称偏质转轮)自身旋转消耗的功率较小(尤其是曲柄轴垂直地面布置时，此时无需克服偏心质量重力作功)，而高速旋转所产生的离心力却成转速平方倍数增长，所以贡献的转矩比较大，则多组曲柄偏心质量转轮共同贡献离心转矩，必将造成曲轴端输出功率远远大于各个偏质转轮输入功率之和。

本发明通过设计的离心力恒转矩输出装置将离心力转化转矩，而利用转矩可以实现利用方向的多样化，为大大增强的离心力的应用范围。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (1)

1.一种利用离心力实现恒转矩输出的方法，其特征在于:通过以下步骤实现；

步骤一、设计一副曲轴结构件，其上至少一组以上曲柄轴，并对称布设；

步骤二、将所述曲轴结构件通过轴承固定于机座上；

步骤三、在所述曲柄轴上装配偏心质量转轮；

步骤四、在每组所述偏心质量转轮对应位置设置转速传感器，在每组曲柄偏心质量转轮对应位置装设偏心质量中心角位置传感器；

步骤五、设计并制作中心电控系统；

步骤六、通过外力或内置电机同向驱动安装于每组曲柄轴上的所述偏心质量转轮以既定速度旋转；

步骤七、设计一种转矩输出轮固连于超越离合器；

步骤八、通过安装于所述曲轴结构件上的所述转矩输出轮对外输出转矩做功；通过以上步骤设计将离心力转化为转矩输出；

通过上述步骤设计将离心力转化为转矩输出的装置即为离心力恒转矩输出装置；

其中所述曲轴结构件包括曲轴主轴端、曲轴主轴、曲柄轴、电缆槽孔、电驱线缆、主轴末端；所述转矩输出轮通过与其固连的超越离合器固定设置于所述曲轴主轴端，所述主轴末端自上而下依次设置有惯性飞轮和电驱输入滑环；

所述偏心质量转轮包括轮体、偏心质量块、永磁体、电驱衬套、电驱、轴承、偏心距调整轨道，所述偏心距调整轨道对称布设于偏质转轮最大直径两侧，并与轮体固定连接；

所述电驱衬套、电驱与曲柄轴一体化固定布设并连接，所述电驱线缆穿过电缆槽孔布设并与电驱输入滑环电连接；

所述永磁体、偏心距调整轨道、轮体为一体化固定布设并连接，通过轴承二固定于所述曲柄轴上；

所述中心电控系统包括控制指令处理模块、控制单元模块、功率控制模块、角位置信号控制模块、偏质轮转速信号放大模块；所述中心电控系统通过电连接离心力恒转矩输出装置。

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