CN117337536A - 扭矩增加装置 - Google Patents

Abstract

一种在旋转系统中捕捉不平衡扭矩的装置，包括：各自包括嵌入或贴附磁体的多个旋转盘、多个旋转环或多个转子。相邻的旋转盘朝向彼此倾斜，因此在各旋转盘上相互吸引的磁体在旋转的前半程彼此愈靠愈近地通过，但在旋转的后半程愈离愈远地通过。本装置通过扰乱相邻旋转盘的上半段的磁体吸引力或下半段的磁体吸引力，或扰乱所述吸引力的一部份，使旋转盘的上半段与下半段承受不平衡的力矩从而捕捉到不平衡的扭矩。

Description

扭矩增加装置

对相关申请的交叉引用

本申请主张2021年5月21日向美国专利商标局提交的申请号为US17/326,509之优先权，其全部内容通过援引纳入本申请。

技术领域

本发明涉及产生旋转能的机械装置领域，并且更具体地涉及一种在旋转系统中捕捉不平衡扭矩的装置。

背景技术

旋转机械能是我们世界的主力。从泵送液体到开动火车，旋转运动至关重要。

虽然马力是讨论机器能力时最常引用的度量，但允许机器完成它们的工作的是扭矩。没有旋转的扭矩，就没有功。

需要一种用于增加旋转系统的扭矩从而增加其作功能力的系统。

发明内容

一种在旋转系统中捕捉不平衡扭矩的装置，包括：被嵌入或贴附磁体的多个旋转盘(或多个旋转环、多个转子)，旋转盘、旋转环和转子在本发明是可相互替换的特征。所述多个旋转盘相互朝彼此倾斜，因此它们在全周360度旋转的一个半圈中愈靠愈近地彼此通过(构成180度递减的磁间隙)，在旋转的另一个半圈中愈离愈远地彼此通过(构成180度递增的磁间隙)。

当相邻的旋转盘上的磁体彼此吸引时，吸引力被划分为两个向量：垂直于各旋转盘平面的向量，以及平行于各该旋转盘平面的向量。

因为相吸的磁体倾向使彼此更靠近而非更远离，在相邻的旋转盘上彼此吸引的磁体所引起的扭矩必然朝向使所述磁体在相邻的旋转盘上能靠得最近的那一段旋转盘。

然而，在相邻的旋转盘上半段180度的一组磁体要以第一方向旋转以更靠近彼此时，在相邻的旋转盘下半段180度另一组磁体却要以第二方向旋转以更靠近彼此。第一方向和第二方向恒相反，因此在上半段的磁体引起的扭矩抵消了在下半段的磁体引起的扭矩。

结果相邻的各旋转盘都是静止的，相反的扭矩导致无运动。

解决方案是扰乱旋转盘的上半段的磁体吸引力或下半段的磁体吸引力，或扰乱所述吸引力的一部份，使旋转盘的上半段与下半段承受不平衡的力矩从而引起旋转盘的旋转。

我们无法阻止磁体彼此相互作用，但能以铁质的磁场转向板(带磁体或不带磁体)来修改或引导相互作用的磁通线。若以带磁体的磁场转向板使磁通线转向，转向磁体可在径向上位于比在旋转盘上最外侧的磁体更外侧的位置，也可以在径向上位于比在旋转盘上最内侧的磁体更内侧的位置。

用来干涉磁通线的转向磁体优选位于相邻旋转盘之间的空隙。

所述干涉被可视化为对磁通线的修改或对由磁场产生的场线的修改。

本发明使在相邻旋转盘间的磁场的角度发生变化，由相吸的磁体引起的扭矩向量随之改变。仅在旋转盘的一部份引起所述改变，从而在旋转盘上导致了不平衡的扭矩。

本发明旨在以修改磁通线路径的方式，阻止相邻的旋转盘在一部份的旋转过程中相互捕捉扭矩，从而在旋转盘上生成不平衡的扭矩。

带有磁体的多个旋转盘(或多个旋转环、多个转子)在共同的轴上一起旋转。所述多个旋转盘被机械地耦合在所述轴上一起旋转，确保在相邻的旋转盘上的磁体持续相互吸引，把所由生的平行于旋转盘平面的扭矩向量传送到共同的轴上。

虽然优选实施例如所描述的，但预期会有替代实施例。

例如，永磁体为优选，但电磁体也是可能的替代物。

图式示出了分块的永磁体，但是可以用弧形磁体代替，以得到更平滑的动作，从而避免分块的磁体可能引起的齿槽(cogging)效应或步进旋转效应。

如图所示，优选以海尔贝克(Halbach)排列把磁体布置在旋转盘上，从而使磁通量朝远离旋转盘的面的方向集中。

例如，一块磁体堆栈在另一块上，典型Halbach磁体排列是：

_●北-南：水平磁体

_●北-南：垂直磁体

_●南-北：水平磁体

磁通量是对穿过给定区域的磁场的测量。磁通量的测量和图示被用来理解和测量存在于给定区域的磁场。磁通线是磁场的可视化。

附图说明

本领域普通技术人员可以通过参考以下详细描述，当结合附图考虑时可以最好的理解本发明，在附图中：

图1系根据本发明之捕捉不平衡扭矩的装置的第一等距视图。

图2系捕捉不平衡扭矩的装置的磁体组的俯视图。

图3系捕捉不平衡扭矩的装置的磁体组的截面图。

图4系捕捉不平衡扭矩的装置的磁体组的仰视图。

图5系捕捉不平衡扭矩的装置的磁体组的等距视图。

图6系捕捉不平衡扭矩的装置的磁体组的等距视图,其中隐藏了第三旋转盘。

图7系捕捉不平衡扭矩的装置的第二旋转盘的截面图。

图8系捕捉不平衡扭矩的装置的第一旋转盘的等距视图。

图9系捕捉不平衡扭矩的装置的第一旋转盘的截面图。

图10系捕捉不平衡扭矩的装置的第一旋转盘的俯视等距视图。

图11系捕捉不平衡扭矩的装置中在第一旋转盘上的磁体与在第二旋转盘上的磁体之间的相互磁力作用的示意图。

图12系在图11所示的装置中添加了转向磁体后的磁场转向示意图。

具体实施方式

现将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中图示。贯穿以下详细描述，相同的参考数字指称所有图中的相同组件。

参考图1，示出了捕捉不平衡扭矩的装置的第一旋转盘的第一等距视图。

捕捉不平衡扭矩的装置1被示出带有共同关联的附属部件。这些附属部件包括带有驱动器110的框架100，该驱动器110经由联轴器112固定到轴114。轴114在轴承座116上旋转。还示出了经由滑轮118和皮带120连接到轴114的负载122。

捕捉不平衡扭矩的装置1由放置在不动板150,150之间的旋转组件130形成，各不动板150,150分别支撑第一/第三旋转盘152,152。

第一/第三旋转盘152,152相对于旋转组件130倾斜，或者被设置了角度。

参考图2，示出了捕捉不平衡扭矩的装置1的磁体组的俯视图。

图2示出捕捉不平衡扭矩的装置1包括旋转组件130和第一/第三旋转盘152,152，旋转组件130主要由第二旋转盘132形成，第一/第三旋转盘152,152分别贴附于与之对应的不动板150,150。

第二旋转盘132依旋转方向240旋转，并且第一/第三旋转盘152,152匹配地依旋转方向242旋转。

第二旋转盘132和第一/第三旋转盘152,152呈倾斜或角度关系，各相邻的旋转盘之间有最小磁间隙170和最大磁间隙172，第二旋转盘132相对于不动板150呈倾斜角度174。相邻的旋转盘在一个全周旋转360度中，从所述最小磁间隙170转动至所述最大磁间隙172经过的磁间隙是180度递增的磁间隙，从所述最大磁间隙172转动至所述最小磁间隙170经过的磁间隙是180度递减的磁间隙。

如下文进一步讨论的，转向磁体182,182和磁场转向板180,180被设置在平行于不动板150,150和第一/第三旋转盘152,152的平面中。

参考图3，示出了捕捉不平衡扭矩的装置的磁体组的截面图。

第一旋转盘152由轴承250支撑，轴承250围绕轴承轴252旋转，轴承轴252由不动板150支撑。

参考图4，示出了捕捉不平衡扭矩的装置的磁体组的仰视图。

再次示出了贴附于磁场转向板180,180的转向磁体182,182。各转向磁体182,182平行于与之对应的第一/第三旋转盘152,152，并且相对于第二旋转盘132呈一定角度。第二旋转盘132依旋转方向240旋转，第一/第三旋转盘152,152各依旋转方向242,242旋转。

参考图5，示出了捕捉不平衡扭矩的装置的磁体组的等距视图。

第二旋转盘132和第一/第三旋转盘152,152被示出在旋转，其中转向磁体180(对应第三旋转盘152的转向磁体未示出)恰好紧接设置在第一/第三旋转盘152,152的半径之外。通过在旋转的下段的过程中使第二旋转盘132的磁体与第一/第三旋转盘152,152的磁体之间的磁通线转向，各旋转盘便捕捉到不平衡的扭矩。

同样可见的是轴114内的驱动销槽264。驱动销槽264与驱动销260(见图10)和驱动销座262(见图10)相互作用，以确保第二旋转盘132和第一/第三旋转盘152,152随轴114一起旋转。

图6和图7示出了捕捉不平衡扭矩的装置的磁体组的等距视图和截面图，其中隐藏了所述第三旋转盘。

旋转组件130由第二旋转盘132形成，第二旋转盘132具有：包括第一组磁体136的第一面134，以及包括第二组磁体140的第二面138。

各磁体组136,140都包括外部磁体220、内部磁体222和中心磁体224。

参考图8和图9，示出了所述捕捉不平衡扭矩的装置的第一旋转盘的等距视图和截面图，未示出所述第二旋转盘和所述第三旋转盘。

第一旋转盘152包括外部磁体226、内部磁体228和中心磁体230。

第一旋转盘152由轴承250支撑，轴承250将第一旋转盘152的重量转移到不动板150。

参考图10，示出了所述扭矩捕捉装置的第一旋转盘的俯视等距视图，未示出所述第二旋转盘和所述第三旋转盘。

驱动销260经由驱动销座262机械地将第一旋转盘152连接到轴114中的驱动销槽264。

将第一旋转盘152连接到轴114的驱动销槽264只是使相邻的旋转盘匹配旋转的一种手段，预期会有其他连接手段，诸如齿轮、滑轮、皮带等等。

参考图11和图12，对照在相邻的旋转盘之间设置和不设置所述转向磁体的情况下，捕捉不平衡扭矩的装置的相邻的旋转盘上的磁体之间的相互作用的示意图。

在图11中，外部磁体220、内部磁体222和中心磁体224被示出贴附于第二旋转盘132(见图6)，并且外部磁体226、内部磁体228和中心磁体230被示出贴附于第一旋转盘152(见图8)。

在没有任何磁场转向机制的情况下，连续的磁通线232直接从第二旋转盘132的左侧磁体传到第一旋转盘152的右侧磁体。

在图12中，示出了转向磁体180和上部转向磁体184。现在磁通线改循一条转向路径，该转向路径被示出为转向磁通线234,234。磁通线的转向减少了发生于第二旋转盘132的左侧和第一旋转盘152右侧之间的磁相互作用。只要使第二旋转盘132和第一旋转盘152在全周旋转的一部分发生磁通线转向，便能捕捉到不平衡/不均匀的扭矩。所述扭矩都会施加到轴114上(见图5)，从而有助于轴144旋转。

可以用等效组件取代上文阐述的组件，使得它们以基本上相同的方式以基本上相同的途径执行，以用于达到基本上相同的结果。

相信通过以上描述，将理解如所描述的系统和方法及其附带的许多优点。还相信，将显而易见的是，在不脱离本发明的范围和精神或者不牺牲其所有材料优点的情况下，可以对其组件的形式、构造和排列进行各种改变。本文之前描述的形式仅仅是其示例性和解释性实施例。以下权利要求旨在涵盖和包括此类改变。

Claims (20)

1.一种用于捕捉扭矩的装置，包括：

轴；

带有第一磁体的第一转子；

带有第二磁体的第二转子；和

带有第三磁体的第三转子，其中：

所述第一转子、所述第二转子和所述第三转子各自贴附于所述轴并因此一起旋转；

所述第一转子相对于所述第二转子成第一角度，由此，所述第一磁体和所述第二磁体在旋转过程中朝向并且远离彼此移动；

所述第三转子相对于所述第二转子成第三角度，由此，所述第三磁体和所述第二磁体在旋转过程中朝向并且远离彼此移动；和

由此，所述第一磁体、所述第二磁体和所述第三磁体在所述第一转子、所述第二转子和所述第三转子的旋转过程中相互作用以捕捉扭矩。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括磁转向板，其中：

所述磁转向板同所述第一转子和所述第二转子相邻；

所述磁转向板与由所述第一磁体和所述第二磁体生成的磁场相互作用；

所述磁转向板与所述磁场相互作用持续少于所述第一转子的全旋转，因而不均匀地影响所述磁场，从而引起不均匀扭矩；和

由此，所述磁转向板影响由所述第一转子和所述第二转子捕捉的所述扭矩，得到所述轴上的所述不均匀扭矩，从而有助于旋转。

3.根据权利要求2所述的装置，其中：所述磁转向板由铁质材料诸如钢形成。

4.根据权利要求2所述的装置，其中：所述磁转向板还包括转向磁体组。

5.根据权利要求2所述的装置，还包括第二磁转向板，其中：

所述第二磁转向板同所述第三转子和所述第二转子相邻；

所述第二磁转向板与由所述第三磁体和所述第二磁体生成的磁场相互作用；

所述磁转向板与所述磁场相互作用持续少于所述第一转子的全旋转，因而不均匀地影响所述磁场，从而引起不均匀扭矩；和

由此，所述磁转向板影响由所述第三转子和所述第二转子捕捉的所述扭矩，得到所述轴上的不均匀扭矩，从而有助于旋转。

6.根据权利要求2所述的装置，其中：所述磁转向板与所述第一磁体和所述第二磁体相互作用持续360度旋转的一半或更少。

7.根据权利要求1所述的装置，还包括：

连接到所述轴的旋转能的源；和

连接到所述轴的负载，其中：

由此，由所述旋转能的源捕捉的扭矩通过穿过所述轴来驱动所述负载。

8.一种扭矩增大装置，包括：

转子；

所述转子围绕第一轴线自由旋转；

所述转子具有带有第一磁体组的第一面；和

所述转子具有带有第二磁体组的第二面；

第一旋转环；

所述第一旋转环具有带有第一上部磁体组的内部面；

所述第一旋转环相对于所述转子成一定角度设置；

所述角度产生：

在所述转子与所述第一旋转环之间的最近点测量的最

小磁间隙；和

在所述转子与所述第一旋转环之间的最远点测量的最

大磁间隙；

所述转子自旋360度，分为180度递减间距和180度递增间

距；

所述第一磁体组与所述第一上部磁体组磁力地相互作用；和

所述角度得到所述第一磁体组与所述第一上部磁体组之间的不平衡磁力；和

转向磁体组；

所述转向磁体组在所述180度递增间距的过程中同所述转子与所述第一旋转环之间的递增间隙相邻，其中：

由此，所述不平衡磁力捕捉到扭矩。

9.根据权利要求8所述的装置，还包括第二旋转环，其中：

所述第二旋转环具有带有第二上部磁体组的第二内部面；

所述第二旋转环相对于所述转子成第二角度设置；

所述第二角度产生：

在所述转子与所述第二旋转环之间的所述最近点测量的第二最小磁间隙；和

在所述转子与所述第二旋转环之间的所述最远点测量的第二最大磁间隙；

所述转子自旋360度，分为180度递减间距和180度递增间距；

所述第二磁体组与所述第二上部磁体组磁力地相互作用；

所述第二角度得到所述第二磁体组与所述第二上部磁体组之间的不平衡磁力；和

由此，所述不平衡磁力引起所述转子旋转。

10.根据权利要求8所述的装置，还包括轴，其中：

所述转子和所述第一旋转环两者旋转耦合到所述轴；和

由此，所述转子和所述第一旋转环一起旋转。

11.根据权利要求8所述的装置，其中：所述转向磁体组安装到由铁质材料诸如钢形成的磁转向板。

12.根据权利要求9所述的装置，还包括第二转向磁体组，其中：

所述第二转向磁体组同所述第二旋转环相邻；

所述第二转向磁体组与由所述第二磁体组和所述第二上部磁体组生成的磁场相互作用；

所述第二转向磁体组与所述磁场相互作用持续小于所述第二旋转环的全旋转，因而不均匀地影响所述磁场，从而引起不均匀扭矩；和

由此，所述第二转向磁体组影响由所述第二旋转环和所述转子捕捉的所述扭矩，所述不均匀扭矩有助于旋转。

13.根据权利要求8所述的装置，其中：所述转向磁体组与所述第一磁体组和所述第一上部磁体组相互作用持续360度旋转的一半或更少。

14.根据权利要求10所述的装置，还包括：

连接到所述轴的旋转能的源；和

连接到所述轴的负载，其中：

由此，由所述旋转能的源捕捉的扭矩通过穿过所述轴来驱动所述负载。

15.一种捕捉不平衡扭矩的装置，所述装置包括：

带有第一磁体组的第一转子；

带有第二磁体组的第二转子；

带有第三磁体组的第三转子；和

第一磁转向板，其中：

所述第一转子相对于所述第二转子成一定角度，所述角度非平行且非垂直；

所述第一转子、所述第二转子和所述第三转子各自连接到共同轴；

所述第一转子、所述第二转子和所述第三转子匹配旋转，其中所述第一磁体组在单次旋转的过程中朝向并且远离所述第二磁体组移动，并且所述第三磁体组在单次旋转的过程中朝向并且远离所述第二磁体组移动；

所述第一磁转向板与由所述第一磁体组和所述第二磁体组捕捉的磁场相互作用；

所述第一磁转向板在其中所述第一板和所述第二板远离彼此移动的旋转阶段期间使所述第一磁体组和所述第二磁体组的吸引力减小，得到不均匀扭矩；和

由此，所述不均匀扭矩有助于所述共同轴的旋转。

16.根据权利要求15所述的装置，其中：所述第一磁转向板由铁质材料诸如钢形成。

17.根据权利要求15所述的装置，其中：所述第一磁转向板还包括转向磁体组。

18.根据权利要求15所述的装置，还包括第二磁转向板，其中：

所述第二磁转向板同所述第三转子和所述第二转子相邻；

所述第二磁转向板与由所述第三磁体组和所述第二磁体组生成的磁场相互作用；

所述第二磁转向板与所述磁场相互作用持续少于所述第一转子的全旋转，因而不均匀地影响所述磁场，从而引起不均匀扭矩；和

由此，所述磁转向板影响由所述第三转子和所述第二转子捕捉的所述扭矩，得到所述共同轴上的所述不均匀扭矩，从而有助于旋转。

19.根据权利要求15所述的装置，其中：所述第一磁转向板与所述第一磁体组和所述第二磁体组相互作用持续360度旋转的一半或更少。

20.根据权利要求15所述的装置，还包括：

连接到所述共同轴的旋转能的源；和

连接到所述共同轴的负载，其中：

由此，由所述旋转能的源捕捉的扭矩通过穿过所述共同轴来驱动所述负载。