一种磁动力柔性变速扭矩调节装置 |
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| 申请号 | CN202311693031.5 | 申请日 | 2023-12-11 | 公开(公告)号 | CN118041026A | 公开(公告)日 | 2024-05-14 |
| 申请人 | 上海星祥电气有限公司; | 发明人 | 殷秀银; 雷实清; 苏俊; | ||||
| 摘要 | 本 申请 公开了一种磁动 力 柔性变速 扭矩 调节装置，涉及 磁场 动力传动装置技术领域，包括用于产生变化磁场的主动单元以及与之磁力耦合的从动单元，所述从动单元受变化磁场驱动而发生转动，还包括用于调节主动单元与从动单元之间磁力耦合关系的调节单元，磁力耦合关系包括主动单元与从动单元之间的磁力扭矩大小。主动单元产生一个大小或方向实时变化的磁场，从动单元在变化的磁场中受到驱动自身旋转的力，从而实现将动力从主动单元传递至从动单元，结构简单，动力隔空传递，没有机械磨损，减少装置传动时的 能量 损失，提高传递效率以及可靠性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种磁动力柔性变速扭矩调节装置，包括用于产生变化磁场的主动单元以及与之磁力耦合的从动单元，所述从动单元受变化磁场驱动而发生运动；其特征在于，还包括用于调节所述主动单元与从动单元之间磁力耦合关系的调节单元(3)； |
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| 说明书全文 | 一种磁动力柔性变速扭矩调节装置技术领域背景技术[0002] 动力传递是利用装置将能量发生源的动力传递给负载的过程，现有的动力传递装置主要分为两类，其中一类是纯机械的刚性动力传递装置，通过齿轮、传动带、链条等联接动力输出装置和负载，将动力同步传递给负载，具有传动效率高、传动比准确的优点。 [0003] 但是上述刚性动力传递装置依靠纯机械结构实现，传动比由装置自身结构决定，当基于实际需求，需要装置实现任意档位变速调节时，刚性动力传递装置需要额外增加部件，造成装置结构臃肿、部件冗余，同时，无法实现负载转速的精确调节。发明内容 [0004] 针对实际运用中现有的动力传递装置无法实现负载转速的精确调节这一问题，本申请目的一在于提出一种磁动力柔性变速扭矩调节装置，可以实现对于主动单元与从动单元之间磁力耦合关系的细化调节，最终可以实现对于从动单元转速的精确调节，基于上述磁动力柔性变速扭矩调节装置，目的二在于保护一种磁动力柔性变速扭矩调节方法。 [0005] 具体方案如下：一种磁动力柔性变速扭矩调节装置，包括用于产生变化磁场的主动单元以及与之磁力耦合的从动单元，所述从动单元受变化磁场驱动而发生运动；还包括用于调节所述主动单元与从动单元之间磁力耦合关系的调节单元； 其中，所述磁力耦合关系包括主动单元与从动单元之间的磁力扭矩大小； 所述调节单元包括： 第一调节件，配置为用于改变主动单元与从动单元之间的磁力联接强度；和/或第二调节件，配置为用于控制调节所述主动单元输出的磁场强度。 [0006] 通过采用上述技术方案，主动单元产生变化的磁场，可以为磁场的大小实时变化，可以为磁场的方向实时变化，从动单元在变化的磁场中受到驱动自身旋转的力偶，从而实现将动力从主动单元传递至从动单元，结构简单；通过第一调节件和第二调节件的配合，先通过第一调节件对于主动单元与从动单元之间的磁力联接强度进行调节，实现对于主动单元与从动单元之间磁力耦合关系的粗调节，再利用第二调节件精细调节主动单元输出的磁场强度，实现对于主动单元与从动单元之间磁力耦合关系的精调节，最终可以实现对于从动单元转速的精确调节。 [0007] 优选的，所述主动单元包括输入轴以及与所述输入轴同轴设置的主动转子；所述主动转子呈套筒状，内部沿其轴向设置有容纳腔； 所述从动单元包括输出轴以及与所述输出轴同轴设置的从动转子，所述从动转子的外侧面整体呈圆柱面，所述从动转子与所述容纳腔为同轴设置； 其中，所述主动转子和/或从动转子上设置有磁力发生组件。 [0008] 通过采用上述技术方案，主动转子和/或从动转子上设置的磁力发生组件用于产生磁场或于磁场中受力转动，从动转子可以位于容纳腔的内部或外部，可以沿容纳腔的轴向移动，始终与容纳腔为同轴设置，位于主动转子产生的磁场范围中即可。 [0009] 优选的，所述主动转子设置为双层套筒，包括同轴设置的外套筒和内套筒，所述内套筒和外套筒的一个同侧端相联接形成固定圆板，另一个同侧端形成开口状结构；所述外套筒和内套筒之间的环形空间配置为所述容纳腔，所述从动转子设置为圆筒状，同轴设置于所述容纳腔中。 [0010] 通过采用上述技术方案，设置两层磁体或两层导体可以帮助提高能量转换的效率，而在这两层磁体中设置导体或磁体则可以增强磁场对于从动转子的作用，从而实现更高效的能量传递。 [0011] 优选的，所述磁力发生组件包括：设置于所述主动转子上的导体件以及设置于所述从动转子上的磁体件；或 设置于所述主动转子上的磁体件以及设置于所述从动转子上的导体件；或 设置于所述主动转子上的导体件以及设置于所述从动转子上的导体件；或 设置于所述主动转子上的磁体件以及设置于所述从动转子上的磁体件。 [0012] 通过采用上述技术方案，导体件通过电流激发磁场，产生磁力作用于磁体件，从而实现柔性传递动力；或导体件处于（主动转子上的）磁体件产生的变化磁场中，涡流变化产生磁场力使导体件转动，实现动力的柔性传递；导体件通电后产生励磁磁场，主动转子与从动转子之间通过变化作用的磁场相互感应，产生涡电流，从而实现转动传递动力；两个磁体件之间由于磁力作用发生相互转动、实现动力传递。 [0013] 优选的，所述磁体件包括沿主动转子或从动转子轴向设置的N/S配对磁极层，所述N/S配对磁极层包括沿所述主动转子或从动转子周向设置的至少一对N/S配对磁极。 [0014] 通过采用上述技术方案，至少一对N/S配对磁极进行配对后在主动转子或从动转子周围产生变化磁场，与导体件或其他磁体件耦合作用，实现主动转子和从动转子之间的动力柔性传递。 [0015] 优选的，所述N/S配对磁极层沿所述主动转子或从动转子轴向配置为单层或多层，多层所述N/S配对磁极层之间为连续设置或间隔设置；所述N/S配对磁极沿所述主动转子或从动转子周向配置为一组或多组，多组所述N/S配对磁极之间为连续设置或间隔设置。 [0016] 通过采用上述技术方案，当沿主动转子或从动转子轴向连续设置多层N/S配对磁极层时，主动转子或从动转子周围的磁场连续变化，沿自身的轴向移动主动转子或从动转子，从动转子的转速也连续变化，当沿主动转子或从动转子轴向间隔设置多层N/S配对磁极层时，主动转子或从动转子周围的磁场依据N/S配对磁极层设置的规律变化，沿自身的轴向移动主动转子或从动转子，从动转子的转速呈现非连续变化，可以根据实际柔性磁动力柔性变速扭矩调节装置的需求在主动转子或从动转子上设置N/S配对磁极层。 [0017] 优选的，所述磁体件可以配置为有源线圈或无源线圈，所述主动转子或从动转子上沿自身周向设置有至少两个基柱，所述基柱均沿主动转子或从动转子的径向设置，所述基柱的外表面沿所述基柱的周向绕设有线圈。 [0018] 通过采用上述技术方案，当线圈通电时，可以在线圈周围产生磁场，绕设在基柱上的两个相邻线圈相当于一对配对磁极，产生类似于永磁体的磁场，同时，相较于相对固定的永磁体，通过调节线圈中的电流状态，包括电流大小、电流方向以及电流频率，可以方便调节主动转子和从动转子之间耦合磁场的分布和大小。 [0019] 优选的，所述第一调节件包括轴向驱动装置，所述轴向驱动装置与从动转子相联接，驱动所述从动转子沿自身轴向靠近或远离所述主动转子；或所述第一调节件包括径向驱动装置，所述径向驱动装置与从动转子上设置的磁力发生组件相联接，驱动所述从动转子上设置的磁力发生组件沿自身径向靠近或远离所述主动转子； 或所述第一调节件包括角度驱动装置，所述角度驱动装置与从动转子上设置的磁力发生组件相联接，驱动所述从动转子上设置的磁力发生组件与所述主动转子之间的角度发生偏转； 或所述第一主动转子与从动转子的之间设置有屏蔽罩，所述屏蔽罩沿所述主动转子的轴向设置,所述调节第一装置包括屏蔽罩驱动装置，所述屏蔽罩驱动装置与屏蔽罩相联接，驱动所述屏蔽罩沿所述主动转子的轴向伸缩移动； 所述第二调节件包括电流调节器，所述电流调节器与导体件电连接，改变流经所述导体件电流的大小、方向或频率。 [0020] 通过采用上述技术方案，第一调节件可以实现机械式地调节主动转子与从动转子之间的位置关系，进而实现调节主动转子与从动转子之间的磁力扭矩，该种机械式的调节方法操作简单，第二调节件可以精确调节电流的大小、方向或频率，达到毫安级的精度，第一调节件与第二调节件相互配合，可以实现快速、准确地调节磁动力柔性变速扭矩调节装置的输出转速，以匹配不同的负载需求。 [0021] 一种磁动力柔性变速扭矩调节方法，基于如前所述的磁动力柔性变速扭矩调节装置，包括以下步骤：设定好主动转子与从动转子的初始位置及其磁力耦合关系； 根据需要的极限传动比，基于设定算法计算主动转子及从动转子之间的磁力耦合关系； 基于所述磁力耦合关系计算并调节主动转子与从动转子之间的位置关系和/或调节主动转子生成的磁场强度； 其中，所述磁力耦合关系包括主动单元与从动单元之间的磁力扭矩大小。 [0022] 通过采用上述技术方案，根据实际转子的设计和特性设定好主动转子与从动转子的初始位置及其磁力耦合关系，根据极限传动比、磁场和转子之间的距离等因素计算主动转子及从动转子之间所需的磁力耦合关系，设定算法基于磁力理论和机械原理进行计算，根据计算的结果调整主动转子及从动转子之间的位置以及主动转子的磁场强度，实现对于磁动力柔性变速扭矩调节装置的输出转速的快速、精确调节。 [0023] 优选的，所述基于所述磁力耦合关系计算并调节主动转子与从动转子之间的位置关系和/或调节主动转子周围的磁场强度包括：当主动转子与所述从动转子同轴设置，且磁体件配置为N/S配对磁极层时，调节主动转子与从动转子之间的位置关系包括沿从动转子的轴向移动从动转子上设置的磁力发生组件、沿从动转子的径向移动从动转子上设置的磁力发生组件或调节从动转子上设置的磁力发生组件的角度； 当主动转子与所述从动转子同轴设置，且磁体件配置为线圈时，调节主动转子与从动转子之间的位置关系包括沿从动转子的轴向移动从动转子上设置的磁力发生组件； 当主动转子与所述从动转子同轴设置，且磁体件配置为线圈时，调节主动转子周围的磁场强度包括调节经过线圈的电流或调节经过主动转子上导体件的电流； 当主动转子与所述从动转子同轴设置，且主动转子与从动转子之间设置有屏蔽罩时，调节主动转子周围的磁场强度包括沿主动转子轴向移动屏蔽罩。 [0024] 通过采用上述技术方案，可以调节不同结构的主动转子与从动转子之间的位置关系或主动转子周围的磁场强度，进而调节主动转子与从动转子之间的磁力耦合关系。 [0025] 与现有技术相比，本申请的有益效果如下：（1）通过主动单元产生变化的磁场，可以为磁场的大小实时变化，可以为磁场的方向实时变化，从动单元在变化的磁场中受到驱动自身旋转的力，从而实现将动力从主动单元传递至从动单元，结构简单，动力隔空传递，没有机械磨损，减少装置的能量损失，提高传递效率以及可靠性； （2）通过第一调节件和第二调节件的配合，先通过第一调节件对于主动单元与从动单元之间的磁力联接强度进行调节，实现对于主动单元与从动单元之间磁力耦合关系的粗调节，再利用第二调节件细化主动单元输出的磁场强度，实现对于主动单元与从动单元之间磁力耦合关系的精调节，最终可以实现对于从动单元转速的精确调节。 附图说明 [0027] 附图标记：1、主动转子；2、从动转子；3、调节单元。 具体实施方式[0028] 下面结合实施例及图对本申请作进一步的详细说明，但本申请的实施方式不仅限于此。特别需要说明的是，本申请的附图仅为简单的示意图，为了方便从原理角度展示磁动力柔性变速扭矩调节装置的结构。 [0029] 实施例一如图1a所示，一种磁动力柔性变速扭矩调节装置，包括用于产生变化磁场的主动单元以及与之磁力耦合的从动单元，所述从动单元受变化磁场驱动而发生转动，还包括用于调节主动单元与从动单元之间磁力耦合关系的调节单元3，磁力耦合关系包括主动单元与从动单元之间的磁力扭矩大小。主动单元产生一个大小或方向实时变化的磁场，从动单元在变化的磁场中受到驱动自身旋转的力，从而实现将动力从主动单元传递至从动单元，结构简单，动力隔空传递，没有机械磨损，减少装置的能量损失，提高传递效率以及可靠性。 [0030] 在本申请实施方式中，所述主动单元包括输入轴以及与输入轴同轴设置的主动转子1，从动单元包括输出轴以及与输出轴同轴设置的从动转子2，主动转子1呈套筒状，内部沿主动转子1的轴向设置有供从动转子2活动的容纳腔，从动转子2的外侧面整体呈圆柱面，从动转子2与容纳腔为同轴设置，从动转子2可以位于容纳腔的内部或外部，但始终位于主动转子1产生的磁场中。 [0031] 主动转子1和/或从动转子2上设置有用于产生磁场或基于磁场受力转动的磁力发生组件，磁力发生组件配置为磁体件或导体件，磁体件可以为永磁体产生的磁场，也可以为铁氧体材料或稀土材料制成，也可以配置为带电粒子产生的磁力场。导体件可以配置为金属导体制成的转子，后文中所说的导体狭义指代此处所说的金属导体，也可以配置为线圈。 [0032] 在本申请实施例中，主动转子1上设置的磁力发生组件配置为导体件，所述导体件由导体材料中的单种或多种复合组成，导体材料包括铜、铝、铁、镁、钛、金或银，且优选为铜。从动转子2上设置的磁力发生组件配置为磁体件，磁体件为永磁体，磁体件包括沿从动转子2轴向设置的N/S配对磁极层，N/S配对磁极层包括沿从动转子2周向设置的N/S配对磁极，N/S配对磁极为磁性材料中的单体或多种复合构成，磁性材料包括铁、钴、镍、钕、硼等。 [0033] 在其他可选的实施方式中，主动转子1上设置的磁力发生组件配置为磁体，从动转子2上设置的磁力发生组件配置为导体；主动转子1上设置的磁力发生组件配置为磁体，从动转子2上设置的磁力发生组件配置为磁体；主动转子1上设置的磁力发生组件配置为磁体，从动转子2上设置的磁力发生组件配置为线圈；主动转子1上设置的磁力发生组件配置为线圈，从动转子2上设置的磁力发生组件配置为磁体；主动转子1上设置的磁力发生组件配置为线圈，从动转子2上设置的磁力发生组件配置为线圈；主动转子1上设置的磁力发生组件配置为导体，从动转子2上设置的磁力发生组件配置为线圈；主动转子1上设置的磁力发生组件配置为线圈，从动转子2上设置的磁力发生组件配置为导体。 [0034] 在本申请实施例中，如图2所示，沿从动转子2的轴向设置有一层N/S配对磁极层，沿从动转子2的周向设置有两组N/S配对磁极，其中，N极与S极交错设置。在其他实施方式中，沿从动转子2的轴向设置有两层的N/S配对磁极层，每层N/S配对磁极层都包括两对沿从动转子2的周向设置的两组N/S配对磁极，且每层N/S配对磁极层为连续设置，从动转子2周围的磁场连续变化，磁感线分布均匀。 [0035] 连续变化且分布均匀的磁场方便后期调节主动转子1与从动转子2之间位置关系，进而调节主动单元与从动单元之间的磁力联接强度。 [0036] 调节单元3包括用于改变主动单元与从动单元之间的磁力联接强度的第一调节件和/或用于控制调节所述主动单元输出的磁场强度第二调节件，在本申请实施例中，第一调节件包括轴向驱动装置，轴向驱动装置与从动转子2相联接，驱动从动转子2沿自身轴向靠近或远离主动转子1，如图1a‑1c所示，当从动转子2完全位于容纳腔中时，从动转子2受到的磁力扭矩最大，即输出转速最大，随着从动转子2远离主动转子1，从动转子2受到的磁力扭矩逐渐减小，从动转子2输出的转速也逐渐减小。 [0037] 其中，轴向驱动装置可以配置为沿从动转子2轴向设置的丝杆传动装置，或者其他直线驱动装置，丝杆传动装置上的滑块与从动转子2通过螺栓固定连接，带动从动转子2沿丝杆的长度方向移动，该种机械式的调节方法操作较为简单，可以快速改变主动转子1与从动转子2之间的相对位置。 [0038] 第二调节件包括电流调节器，电流调节器与导体件电连接，改变流经导体件电流的大小、方向或频率。通过调节流经导体件电流大小，可以精确调节主动转子1产生的磁场强度，进而调节从动转子2受到的磁力扭矩大小；通过调节流经导体件的电流方向，可以改变导体件受到的磁力扭矩方向，与从动转子2原有的运动方向相抵消，可以无物理接触地实现磁动力柔性变速扭矩调节装置的减速或停止，避免机械磨损和摩擦带来的发热；通过调节流经导体件的电流频率，可以实现对于输出转速规律的调节，当输出负载需要规律地间歇式的停止运动时，可以采用调节电流频率的方式。 [0039] 现有的电流调节器精度高、响应快，第一调节件与第二调节件相互配合，可以实现快速、准确地调节磁动力柔性变速扭矩调节装置的输出转速，以匹配不同的负载需求。 [0040] 一种磁动力柔性变速扭矩调节方法，基于如前所述的磁动力柔性变速扭矩调节装置，包括以下步骤：S100、设定好主动转子1与从动转子2的初始位置及其磁力耦合关系。磁力耦合关系包括主动单元与从动单元之间的磁力扭矩大小。 [0041] S100、根据需要的极限传动比，基于设定算法计算主动转子1及从动转子2之间的磁力耦合关系。其中，设定算法为根据极限传动比、磁场和转子之间的距离等因素计算主动转子1及从动转子2之间所需的磁力耦合关系，基于磁力理论和机械原理进行计算，计算方法为现有技术，在此不做赘述。 [0042] S100、基于所述磁力耦合关系计算并调节主动转子1与从动转子2之间的位置关系和/或调节主动转子1生成的磁场强度。 [0043] 具体的，所述基于所述磁力耦合关系计算并调节主动转子1与从动转子2之间的位置关系和/或调节主动转子1周围的磁场强度包括：当主动转子1与所述从动转子2同轴设置，且磁体件配置为N/S配对磁极层时，调节主动转子1与从动转子2之间的位置关系包括沿从动转子2的轴向移动从动转子2上设置的磁力发生组件、沿从动转子2的径向移动从动转子2上设置的磁力发生组件或调节从动转子 2上设置的磁力发生组件的角度。 [0044] 当主动转子1与所述从动转子2同轴设置，且磁体件配置为线圈时，调节主动转子1与从动转子2之间的位置关系包括沿从动转子2的轴向移动从动转子2上设置的磁力发生组件。 [0045] 当主动转子1与所述从动转子2同轴设置，且磁体件配置为线圈时，调节主动转子1周围的磁场强度包括调节经过线圈的电流或调节经过主动转子1上导体件的电流。 [0046] 当主动转子1与所述从动转子2同轴设置，且主动转子1与从动转子2之间设置有屏蔽罩时，调节主动转子1周围的磁场强度包括沿主动转子1轴向移动屏蔽罩。 [0047] 通过上述设置，根据实际转子的设计和特性设定好主动转子1与从动转子2的初始位置及其磁力耦合关系，根据极限传动比、磁场和转子之间的距离等因素计算主动转子1及从动转子2之间所需的磁力耦合关系，根据计算的结果调整主动转子1及从动转子2之间的位置以及主动转子1的磁场强度，实现对于磁动力柔性变速扭矩调节装置的输出转速的快速、精确调节。 [0048] 实施例二一种磁动力柔性变速扭矩调节装置，如图3a‑3c所示，与实施例一的区别在于主动转子1配置为双层套筒，包括同轴设置的外套筒和内套筒，内套筒和外套筒的一个同侧端相联接形成固定圆板，固定圆板与主动轴相联接，另一个同侧端形成开口状结构，外套筒和内套筒之间的环形空间配置为容纳腔，从动转子2设置为圆筒状，同轴设置于所述容纳腔中。 [0049] 设置两层磁体或两层导体可以帮助提高能量转换的效率，而在这两层磁体中设置导体或磁体则可以增强磁场对于从动转子2的作用，从而实现更高效的能量传递。 [0050] 在本申请实施例中，如图4所示，主动转子1内套筒和外套筒相向的面上设置的磁力发生组件配置为磁体件，从动转子2上设置为导体，可选的，主动转子1和从动转子2上设置的磁力发生组件也有实施例一中所列举的多种配置方式。 [0051] 实施例三一种磁动力柔性变速扭矩调节装置，如图5a‑5b所示，与实施例一的区别在于主动转子1与从动转子2的之间设置有屏蔽罩，屏蔽罩与从动转子2同轴设置,所述第一调节件包括屏蔽罩驱动装置，屏蔽罩驱动装置与屏蔽罩相联接，驱动屏蔽罩沿从动转子2的轴向伸缩移动，进而调节主动转子1与从动转子2之间的磁力耦合关系。 [0052] 以上所述仅是本申请的优选实施方式，本申请的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本申请思路下的技术方案均属于本申请的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。 |
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