CN109845069A - 扭矩放大装置 - Google Patents

Abstract

一种扭矩放大装置，包括转子，一组转子磁铁，一组定子磁铁，以及杠杆和曲柄构件的组件。转子磁铁沿转子径向地设置。转子通过连接到转子的电动机旋转，以通过转子磁铁在转子周围产生旋转磁场。定子磁铁滑动地定位在距外引导件上的转子预定距离处，并且响应于旋转磁场以往复滑动，其中与第二定子磁体径向相对定位的第一定子磁体沿相反方向往复运动。杠杆连接到每个定子磁铁以使曲柄构件旋转，其中第一定子磁铁和第二定子磁铁使曲柄构件旋转以放大扭矩并将扭矩从电动机传递到曲柄构件。

Description

扭矩放大装置

本发明的背景技术

A.技术领域

本发明一般涉及一种可以增加从源产生的扭矩的装置。更具体地，本发明涉及一种扭矩放大装置，其使用可操作地连接到传动齿轮的强永磁体来放大扭矩。

B.相关技术的描述

扭矩放大器是能够放大旋转轴的扭矩的机械装置。扭矩放大器具有无数的应用。例如，扭矩放大器可用于放大蒸汽发动机，内燃机和电动机的扭矩。目前有几种类型的扭矩放大器可供选择。扭矩放大器类型的示例包括基于摩擦的扭矩放大器，基于齿轮的扭矩放大器，液压扭矩放大器和电动扭矩放大器。

在扭矩放大器设计的一个示例中，扭矩放大器包括一对并置且同轴的驱动盘。这对驱动盘通过具有第一扭矩的旋转动力源沿相反方向驱动。旋转动力源的示例包括内燃机和感应电动机。此外，一对驱动盘通过摩擦式离合盘机械地联接到连接器轴。连接器轴被构造为在与该对驱动盘的旋转轴相同的旋转轴上旋转。连接器轴以第二扭矩旋转，其中第二扭矩由摩擦型离合盘施加的摩擦力确定。摩擦型离合盘施加的摩擦力是可调节的，以使第二扭矩大于第一扭矩。由于扭矩放大器利用这种摩擦力来放大扭矩，因此扭矩放大器会因为摩擦而产生的热量损失一些输入能量。结果，扭矩放大器在很大程度上是能量效率低的。而且，扭矩放大器缺乏可扩展性。

因此，现有的扭矩放大器具有各种限制。在现有的扭矩放大器中，由于摩擦产生的热量导致大量的输入能量损失。结果，现有的扭矩放大器低效地消耗燃料。而且，现有的扭矩放大器缺乏可扩展性。

因此，本领域需要一种改进的扭矩放大器，其中由于摩擦而损失的能量是最小的。本领域还需要一种可扩展的扭矩放大器。

发明内容

这里公开的扭矩放大装置解决了上述问题。扭矩放大装置包括转子，一组转子磁铁，一组定子磁铁，以及杠杆和曲柄构件的组件。转子安装在框架上，以及转子磁铁沿转子径向设置。转子通过轴向连接到转子的电动机旋转，以通过转子磁铁在转子周围产生旋转磁场。定子磁铁可滑动地定位在外引导件上距转子预定距离处，其中外引导件对应于转子径向地定位。定子磁铁响应于在旋转的转子磁铁中产生的旋转磁场而往复滑动，其中第一定子磁铁(与第二定子磁铁径向相对)在相反的方向上往复运动。杠杆连接到每个定子磁铁以使曲柄构件旋转，其中第一定子磁铁和相对定位的第二定子磁铁使曲柄构件旋转以放大扭矩并将扭矩从电动机传递到曲柄构件。

在一个实施例中，曲柄构件是斜接锥齿轮组件的锥齿轮。在一个实施例中，斜接锥齿轮组件还包括输出锥齿轮，该输出锥齿轮垂直地定位并倾斜地接合到锥齿轮，以接收来自锥齿轮的旋转运动。在一个实施例中，输出锥齿轮联接到斜轴，其中第一正齿轮固定地附接在斜轴的远端处，其通过固定地附接到连接器轴远端的第二正齿轮将扭矩传递到连接器轴。在一个实施例中，连接器轴被构造为通过皮带传动器驱动耦合到交流发电机的输出轴。

在一个实施例中，皮带传动器将远端附接到连接器轴的第一驱动皮带轮和远端附接到输出轴的第二驱动皮带轮连接，以将放大的扭矩传递到输出轴。在一个实施例中，外引导件是线性滑动引导件和弯曲滑动引导件中的一个。在一个实施例中，线性滑动引导件和弯曲滑动引导件中的每一个是抗摩擦型滑动引导件。在一个实施例中，至少一个定子磁体和至少两个转子磁体是永磁体和电磁体中的一种。在一个实施例中，扭矩放大装置还包括夹在每个定子磁铁和外引导件之间的磁性支架，以将定子磁铁附接到外引导件，并允许定子磁铁沿外引导件无摩擦地滑动。

附图说明

图1示例性地示出了扭矩放大装置的俯视透视图。

图2A示例性地示出了扭矩放大装置的俯视图。

图2B示例性地示出了扭矩放大装置沿着如图2A所示的截面X-X的侧剖视图。

图3示例性地示出了扭矩放大装置沿着如图2A所示的截面Y-Y的剖视图。

具体实施方式

现在将参考附图给出对本发明实施例的描述。在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，可以预期以其他具体形式来体现本公开。所描述的实施例在所有方面仅被认为是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求而不是前面的描述表示。在权利要求的等同物的含义和范围内的所有变化都将被包含在其范围内。

图1示例性地示出了扭矩放大装置100的俯视透视图。扭矩放大装置100包括转子101，一组转子磁铁102，一组定子磁铁103，以及杠杆104和曲柄构件105的组件。转子101安装在框架106上，以及转子磁铁102沿转子101径向设置。转子101通过轴向连接到转子101的电动机107旋转，以通过转子磁体102在转子101周围产生旋转磁场。提供输入驱动的电动机107例如是额定功率为0.37kw(千瓦)和1500rpm(每分钟转数)的单相交流电动机。定子磁铁103可滑动地定位在外导轨108上距转子101预定距离处，其中外导轨108对应于转子101径向定位。

定子磁铁103响应于在旋转的转子磁铁102中产生的旋转磁场而往复滑动，其中的第一定子磁铁103a(与第二定子磁铁103b径向相对)在相反的方向上往复运动。杠杆104连接到每个定子磁铁103以旋转曲柄构件105，其中第一定子磁铁103a和相对定位的第二定子磁铁103b使曲柄构件105旋转以放大并将扭矩从电动机107传递到曲柄构件105。传递的扭矩用于驱动交流发电机109，如图2A至图3中进一步说明的。

原理上，扭矩放大装置100使用定子侧和转子侧的永磁体来发电。基本上，在传统系统中，定子意味着发电机的静止部分和转子意味着发电机的旋转部分。当转子旋转时，它切断定子的磁通量以使用额外的能量源产生电力。然而，在扭矩放大装置100中，定子磁铁103不能再称为定子磁铁103，因为它不是如该术语所述的静止的。这里，在扭矩放大装置100的情况下，定子磁铁103在活塞中以0°(度)、90°、180°和270°往复的线性运动产生强磁场，其与安装在转子101上的旋转轴的磁场相互作用。定子磁铁103的线性往复运动是由磁吸引力和排斥力引起的，由于转子磁铁102的极性的连续变化而产生电力。这里，转子磁体102和定子磁体103的对准，以及定子磁体103的往复运动使曲柄构件105旋转，这有效地放大了从实际电动机107供应的扭矩。

图2A示例性地示出了扭矩放大装置100的俯视图，并且图2B示例性地示出了扭矩放大装置100沿着如图2A所示的截面X-X的侧剖视图。如图1所示，转子101，转子磁铁102和定子磁铁103固定在覆盖构件110内。框架106包括六边形板111，其中细长杆112插入穿过邻近六边形板111的侧面定位的孔。扭矩放大装置100支撑在基板113上，并且基板113主要支撑承载扭矩放大装置100的总重量的框架106。交流发电机109相对于扭矩放大装置100轴向定位，以接收放大的扭矩。

在一个实施例中，曲柄构件105例如是斜接锥齿轮组件201的锥齿轮105。在一个实施例中，斜接锥齿轮组件201还包括输出锥齿轮114，该输出锥齿轮114垂直地定位并倾斜地接合到锥齿轮105，以接收来自锥齿轮105的旋转运动。在一个实施例中，输出锥齿轮114联接到斜轴115，其中第一正齿轮116a固定地附接在斜轴115的远端处，其通过固定地附接到连接器轴117远端的第二正齿轮116b将扭矩传递到连接器轴117。在一个实施例中，连接器轴117被构造为通过皮带传动器119驱动耦合到交流发电机109的输出轴118。在一个实施例中，皮带传动器119将远端附接到连接器轴117的第一驱动皮带轮120a和远端附接到输出轴118的第二驱动皮带轮120b连接，以将放大的扭矩传递到输出轴118。

参考图2B，在一个实施例中，外引导件108例如是线性滑动引导件或弯曲滑动引导件。在一个实施例中，线性滑动引导件和弯曲滑动引导件中的每一个是抗摩擦型滑动引导件。在一个实施例中，至少一个定子磁铁103和至少两个转子磁铁102是永磁铁和电磁铁中的一种。图2B示出了转子101和安装在转子101周围的转子磁铁102。图2B还示出了向内安装在覆盖构件110内的定子磁铁103，如图2A所示。定子磁铁103位于一组滑动导轨或外引导件108上，如图1所述。在一个实施例中，磁性支架121也夹在每个定子磁体103和外引导件108之间，以将定子磁体103附接到外引导件108，并允许定子磁体103沿外引导件108无摩擦地滑动。

转子101或转子轴承载例如12个永久性钕铁硼磁体，其横截面为15mm×6mm(毫米)。转子轴由非磁性不锈钢制成，并支撑在深沟球轴承上。具有定子磁体103的定子部分包括，例如四个横截面为6.7mm×15mm的永磁钕铁硼磁体，其以90度角布置在覆盖构件110或定子框架的内周上。定子磁铁103安装在抗摩擦线性引导件上，可轻松滑动，并且后者固定在定子框架上。转子磁体102布置成使得交替的转子磁体102的极性是N-S-N-S或南-北-南-北。

在一个结构的例子中，

图3示例性地示出了扭矩放大装置100沿着如图2A所示的截面Y-Y的剖视图。这里公开的扭矩放大装置100是用于产生磁场的非接触型装置。四个永磁体或定子磁体103布置在定子覆盖构件110的内周上，由于安装在转子101上的永磁体或转子磁体102产生的磁场而往复运动。由于转子磁铁102的极性的连续变化，定子磁铁103的往复运动是由磁吸引力和排斥力引起的。定子磁铁103的这些往复运动通过曲柄和杠杆机构在斜齿轮箱201a中转换成旋转运动，曲柄和杠杆机构包括如图1中所述的杠杆104和曲柄构件105。

斜齿轮箱201a包括曲柄构件(或锥齿轮105)和输出锥齿轮114，它们又通过连接轴117驱动输出轴118，如图2A所示。包括锥齿轮105和输出锥齿轮114的第二斜齿轮箱201b与第一斜齿轮箱201b相对地定位，以接收定子磁铁103的往复运动，从而进一步增加净扭矩。输出轴118耦合到交流发电机109或输出发电机。斜齿轮箱201和正齿轮116a和116b的齿轮比以这样的方式布置使得输出扭矩大于输入扭矩，这意味着发电量被放大。如此产生的放大功率用于任何工业或家用电器。

前面的描述包括本发明的说明性实施例。已经如此描述了本发明的示例性实施例，本领域技术人员应该注意，所公开的内容仅是示例性的，并且可以在本发明的范围内进行各种其他替换，改编和修改。仅以某种顺序列出或编号的方法的步骤并不构成对该方法的步骤顺序的任何限制。本发明所属领域的技术人员将想到本发明的许多修改和其他实施例，其受益于前述描述中呈现的教导。尽管这里可以采用特定术语，但是它们仅用于一般性和描述性意义而不是用于限制的目的。因此，本发明不限于这里说明的具体实施例。

Claims (10)

1.一种扭矩放大装置，其特征在于，包括：

安装在框架上的转子；

径向地设置在所述转子上的一组转子磁铁，其中所述转子通过轴向连接到所述转子的电动机旋转，以通过所述转子磁铁在所述转子周围产生旋转磁场；

可滑动地定位在距外引导件上的转子预定距离处的一组定子磁铁，其中所述外引导件对应于所述转子径向地定位，其中所述定子磁体响应于在旋转的所述转子磁铁中产生的所述旋转磁场而往复滑动，其中与第二定子磁铁径向相对的第一定子磁铁沿相反的方向往复运动；和

连接到每个定子磁铁的杠杆，所述杠杆被构造为使曲柄构件旋转，其中所述第一定子磁铁和相对定位的所述第二定子磁铁使所述曲柄构件旋转以放大扭矩并将所述扭矩从所述电动机传递到所述曲柄构件。

2.如权利要求1所述的扭矩放大装置，其特征在于，所述曲柄构件是斜接锥齿轮组件的锥齿轮。

3.根据权利要求2所述的扭矩放大装置，其特征在于，所述斜接锥齿轮组件还包括输出锥齿轮，所述输出锥齿轮垂直地定位并倾斜地接合到所述锥齿轮，以接收来自所述锥齿轮的旋转运动。

4.根据权利要求3所述的扭矩放大装置，其特征在于，所述输出锥齿轮联接到斜轴，其中固定地附接在所述斜轴的远端处的第一正齿轮通过固定地附接到所述连接器轴远端的第二正齿轮将所述扭矩传递到连接器轴。

5.根据权利要求4所述的扭矩放大装置，其特征在于，所述连接器轴被构造为通过皮带传动器驱动耦合到交流发电机的输出轴。

6.如权利要求5所述的扭矩放大装置，其特征在于，所述皮带传动器将远端附接到所述连接器轴的第一驱动皮带轮和远端附接到所述输出轴的第二驱动皮带轮连接，以将所述放大的扭矩传递给所述输出轴。

7.根据权利要求1所述的扭矩放大装置，其特征在于，所述外引导件是线性滑动引导件和弯曲滑动引导件中的一个。

8.如权利要求7所述的扭矩放大装置，其特征在于，所述线性滑动导向件和所述弯曲滑动导向件均为抗摩擦型滑动导向件。

9.根据权利要求1所述的扭矩放大装置，其特征在于，所述至少一个定子磁体和至少两个转子磁体是永磁体和电磁体中的一种。

10.根据权利要求1所述的扭矩放大装置，其特征在于，还包括磁性支架，所述磁性支架夹在每个定子磁体和所述外引导件之间，以将所述定子磁体附接到所述外引导件，并允许所述定子磁体沿所述外引导件无摩擦地滑动。