磁力运动变换机构与旋转机制造技术

磁力运动变换机构与旋转机属于磁力传动装置。磁力运动变换机构由往复磁铁与旋转磁铁组成动态磁路，是以磁力为媒介实现高效率往复旋转运动变换的基本机构，应用该机构能组成多种机械装置和部件，可取代现有运动变换机构解决其结构复杂、磨损高、效率低等问题；旋转机是应用基本机构设计的一种磁力旋转机器，其转速自动调节，可用于小型机动、电动车、船及一般加工机械。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于磁力传动装置。现有往复旋转运动变换机构是由曲柄连杆、齿轮、齿条、凸轮、螺纹等组成的传统机构;近年来又发展了多种机械、电磁式运动变换机构，如在专利文献通报86年(工程部件)上发表的SU1110969、SU1110971、EP134746和89年专利公开的CN1030969A等所述的机构。以上机构都不同程度地存在着结构复杂、不易制造、摩擦损耗高、需充分润滑，效率低、可逆性差等问题。相近技术是磁力应用装置和部件，主要有磁性传动器、磁力电机、磁力轴承和磁悬浮系统中的永磁构件等。此类技术可参考《永磁材料及其应用》宋后定、陈培林编，机械工业出版社1984年版(第五章，第二节);美国专利4.179.633号《磁轮传动装置》，89年专利公开CN86104709A等文献。还有一类磁力应用装置是以所谓“不需外界能源的磁动机”技术，此类装置只在其结构上有一些参考作用。可参阅专利公开88年CN85103414A、89年CN86104499A，86年专利文献通报JP59-63373、JP59-77085、FR2564656等所述。上述相近技术一般采用磁极一端固定，另一端动作或两端同向动作;由磁极间的吸力或斥力单独作用的磁路结构，只能实现直线或旋转一种运动形式。本专利技术设计了不同于现有机构和相近技术的结构与运动形式，目的是在一定应用范围内取代机械、电磁式运动变换机构，解决其存在的不足问题，提高运动变换效能，提供一种新型的往复旋转运动变换机构与应用该机构设计的多功能旋转机。为便于理解，下面以磁力运动变换机构(以下简称机构)的基本结构实施例和磁力旋转机具体实施例作分别说明。说明是参照附图进行的。附图说明图1、机构的基本结构图;图2、机构由往复至旋转运动变换与旋转机驱动部分结构图;图3、旋转机电磁驱动部分与传动部分结构简图;图4、机构空载情况下输入、输出力F与力矩M示功图;图4(a)，输入力矩M在角位移(0-π)所作的功，图4(b)，输出力F在行程(0-X)所作的功，图4(c)，输入力F1在行程(0-X1)所作的功，图4(d)，输出力矩M1在角位移(0-π1)所作的功。磁力运动变换机构是以磁力为媒介由磁极间的吸引力和排斥力同时作用，实现往复与旋转运动变换的基本机构。如图1所示，机构由(1)机架、(2)滑套、(3)碟形弹簧、(4)往复导杆、(5)往复磁铁、(6)旋转磁铁、(7)主轴、(8)往复架等组成。由一对往复磁铁(5)和一对旋转磁铁(6)组成无定子动态磁路，由往复架(8)、往复导杆(4)、碟形弹簧(3)、主轴(7)、机架(1)、滑套(2)组成运动结构。一对矩形往复磁铁(5)N·N极相对安装在往复架(8)两端，由一对往复导杆(4)和四个滑套(2)支撑往复架(8)并使之往复滑动;滑套内侧装有一对碟形弹簧(3)，弹簧起平衡推力，减轻振动作用。一对旋转磁铁(6)N·S极相对安装在主轴(7)上，如旋转输入，往复输出时磁铁(6)采用瓦形同心安装，利于减小阻力矩增大输出推力;如往复输入，旋转输出时磁铁(6)采用弧顶梯形以偏e安装(见图2)，利于克服死点，产生同向转矩。旋转磁铁在往复磁铁内侧运转，其长度相等，极面应平行并对齐以保证磁极间的最大磁力作用，磁极间有最小气隙(和最大气隙(即往复行程)X。机构安装时主轴轴线与往复架水平中心线垂直，主轴垂直穿过往复架内侧并在一对往复磁铁之间自由转动。运动变换原理与功能分析机构的核心是由一对磁铁(5)和一对磁铁(6)组成的动态磁路结构。利用磁力定律(相同磁极相互排斥，不同磁极相互吸引)，使两对磁铁相对运动，吸引力和排斥力同时作用，在磁力势能与机械动能互相转化的过程中，实现往复运动与旋转运动的变换。机构中磁场呈空间不均匀分布，气隙磁通量φ9和气隙磁导P9在磁极角位移θ内不断变化。为简明起见，根据机械功能原理和磁能基本公式列出如下表达式。在旋转运动作功时Wg＝( 1/2 φ2g/Pg)COSα Tθ＝θ(MCOSα)设Wg＝Tθ则( 1/2 φ2g/Pg)COSα＝θ(MCOSα)(1)式中Wg-气隙磁能，φg-气隙磁通量。Pg-气隙磁导，α-转角(α＝0 COSα＝1α＝π/2 COSα＝0)Tg-合力矩M在角位移θ所作的功M-磁极间产生的合力矩，θ-角位移(弧度)在往复运动作功时Wm＝ 1/2 (BH)mVx＝ 1/2 FX设Wm＝Vx则 1/2 (BH)m＝ 1/2 FX(2)式中Wm-最大磁势能 B-气隙磁密H-气隙磁场Vx-合力F在线位移X所作的功F-磁极间在X向产生的合力X-线位移根据表达式(1)(2)简化计算和实验数据可作出在空载情况下机构输入、输出力F与力矩M示功图如图4(a、b、c、d)所示。在机构作往复运动输出时，如图1、图4(a、b)所示，图1为机构平衡位置。由外力驱动磁铁(6)旋转，磁铁(6)与磁铁(5)同极相斥，异极相吸;当磁铁(6)转到大于π/2时，磁铁(5)开始向左移动。磁铁(6)在θ由0至π/2之间为阻力矩-M作用，需外力作功，O点阻力矩最大;当大于π/2时磁铁(6)在磁铁(5)的吸引力作用下产生力矩M能自动旋转到π，可不需外力作功，π点力矩最大并突变为继续转动的阻力矩-M，其作功曲线在0至π之间由负到正变化见图4(a)。同时磁铁(5)在磁铁(6)的吸、斥力作用下行到左端，推力连续增到最大值F，其作功曲线在0到X之间增大见图4(b)。在外力驱动下磁铁(6)继续旋转，当转到大于3π/2时，磁铁(5)开始向右移动，磁铁(6)自动旋转到2π，磁铁(5)行至右端，推力增到最大值。此时机构完成一个往复行程，如此循环，磁铁(6)每旋转一周，机构往复运动一次。输入力矩每旋转半周可间歇一次，且正常运转时小于起始力矩;而输出力连续增大，在端点有最大值，因此，机构能把可间歇驱动的旋转运动变换为大推力往复运动。在机构作旋转运动输出时，如图2、图4(c、d)所示，图2为机构平衡位置。由外力驱动连杆(1)使磁铁(5)往复运动，磁铁(5)在起动时需最大推力-F1，推力在行程0到X1/2之间递减;在行程大于X1/2时，可不需外力作功自动移至端点，推力恢复到最大值F1，其作功曲线在0到X1之间由负到正变化，见图4(c)。同时，磁铁(6)在磁铁(5)的吸、斥力作用下，克服死点产生同向转矩，逆时针由0转到π1，其输出力矩在两端点最大，作功曲线在0到π之间变化，见图4(d)。如此循环，磁铁(5)往复一次，磁铁(6)旋转一周。输入推力每行程X可间歇一次，且在正常运转时小于起始推力;行程X小于起始行程，而输出力矩连续变化，在转角0点和π点有最大值;因此，机构能把可间歇驱动的往复运动变换为高效率的旋转运动。机构在运动变换过程中，其输入力或力矩可获得间歇驱动效果;磁力联接使往复与旋转运动同步，只要提高往复频率就能使输出端高速运转，反之提高旋转速度就能加快输出频率。由于机构运动变换过程就是磁力势能与机构动能互相转化的过程，磁极间的法向吸、斥力大于切向吸、斥力;且机构往复输出时旋转磁铁半径很小，使阻力矩减小;机构旋转输出时采用加大的磁铁半径，使力矩增大，从而增大输出力或力矩所作的功，使机构具有增能作用。图4(a、c)所示，功区Ⅰ为需外力作的功，功区Ⅱ为磁力势能所作的恢复内功;图4(b、d)所示为磁力本文档来自技高网...

【技术保护点】
磁力运动变换机构与旋转机属于磁力传动装置，磁力运动变换机构是以磁力为媒介实现往复旋转运动变换的基本机构；其特征在于由一对往复磁铁和一对旋转磁铁组成无定子动态磁路，由往复架、往复导杆、碟形弹簧、主轴、机架、滑套组成运动结构；旋转机是应用磁 力运动变换机构设计的一种磁力旋转机器，其特征在于由基本机构、驱动部分、传动部分组成，基本机构与驱动部分合成为电磁驱动部分与传动部分垂直安装。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉福，
申请(专利权)人：杨玉福，
类型：发明
国别省市：15[中国|内蒙]