專利名稱：一種非接觸式大間隙磁力驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁力傳動技術(shù)，特別是指一種非接觸式大間隙磁力驅(qū)動方法。
技術(shù)背景1940年英國人Charles和Geoffrey Howard首次用磁力驅(qū)動泵解決了具有危 險(xiǎn)性介質(zhì)化工泵的泄漏問題；1983年，隨著高性能釹鐵硼(NdFeB)永磁材料的問 世，為磁力驅(qū)動泵的快速發(fā)展提供了關(guān)鍵部件的材料。永磁齒輪最早出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代，日本學(xué)者K. Tsurumoto和S. Kikuchi提出了一種使用永磁體制作的磁性齒輪，對圓環(huán)形稀土永磁材料進(jìn)行軸向多極充 磁，形成在圓環(huán)體端面上具有相間隔N極與S極的永磁齒輪，兩永磁齒輪以端面 相對實(shí)現(xiàn)傳動。日本學(xué)者Koji Ikuta提出了非接觸永磁齒輪傳動方式，該齒輪由多個(gè)磁體 按照N極和S極相間順序圍成的圓柱體,磁體徑向進(jìn)行磁化，當(dāng)一對永磁齒輪工作 時(shí),這對齒輪空間上,此分離，力矩傳動是依靠這對齒輪所產(chǎn)生的磁場耦合作用 進(jìn)行。美國FAMU-FSU工程學(xué)院機(jī)械工程系和生物磁能工程實(shí)驗(yàn)室的Pan Zheng， Yousef Haik等，通過對磁驅(qū)動螺旋式血泵的力和扭矩性能分析，對驅(qū)動和驅(qū)動 磁件之間的距離效應(yīng)進(jìn)行了研究；結(jié)果表明磁極間隙范圍在4—30mm時(shí)，磁極 間距越小，耦合力越大。中國科學(xué)院的張建濤對永磁齒輪的矩角特性和氣隙對其傳遞轉(zhuǎn)矩的影響進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)隨著氣隙增大,齒輪傳遞的最大轉(zhuǎn)矩迅速減小，當(dāng)氣隙達(dá)到60mm 時(shí)，所能傳遞的力矩只有不到O. 1N m左右，在其人工心臟模擬實(shí)驗(yàn)中，測得在 氣隙大于45mm時(shí)，齒輪傳遞壓力太小，水流不能在管道內(nèi)形成循環(huán)，只有在氣隙 小于45腿時(shí)，水流才可在管道內(nèi)形成循環(huán)。上述磁力驅(qū)動技術(shù)的研究與應(yīng)用都是基于小間隙的，這主要是由于交變磁 場一般是依靠旋轉(zhuǎn)的永磁體產(chǎn)生，永磁體的旋轉(zhuǎn)一般是通過交流或直流電機(jī)直 接驅(qū)動，當(dāng)主、從磁極耦合距離增大時(shí)，系統(tǒng)外部磁場必須增強(qiáng)到一定程度才 能保持大間隙傳動時(shí)的驅(qū)動能力；而當(dāng)永磁體的磁場特別強(qiáng)時(shí)，將與驅(qū)動其旋 轉(zhuǎn)的交流或直流電機(jī)的內(nèi)部磁場產(chǎn)生耦合，對電機(jī)的影響十分明顯，電機(jī)極易 損壞，所以，在高速、大間隙條件下，目前的驅(qū)動方式無法保證驅(qū)動系統(tǒng)長時(shí) 間的正常運(yùn)行。因此，在永磁體磁場強(qiáng)度受到限制的情況下，上述磁力驅(qū)動技 術(shù)的研究與應(yīng)用無法克服大間隙情況下的傳遞力矩迅速減小的問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種工藝方法簡單、結(jié)構(gòu)合 理、主動磁極位置固定不動、主動磁極與被動磁極有效驅(qū)動間隙大的非接觸式 大間隙磁力驅(qū)動方法。本發(fā)明----種非接觸式大間隙磁力驅(qū)動方法是采用下述方案實(shí)現(xiàn)的它有一主動磁極、 一從動磁極，所述主動磁極為位置固定的U型鐵心，在U型鐵 心的每一極上分別安裝兩個(gè)由時(shí)序電路控制其電源通斷的線圈，控制線圈按規(guī) 定時(shí)序通、斷電，使兩個(gè)磁極的磁場狀態(tài)按規(guī)定時(shí)序循環(huán)切換，與處于主動磁 極U型鐵心兩極上方的從動磁極(永磁體)產(chǎn)生磁場耦合，帶動從動磁極(永 磁體)旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明----種非接觸式大間隙磁力驅(qū)動方法中，主動磁極鐵心采用u型硅鋼片疊加而成。本發(fā)明----種非接觸式大間隙磁力驅(qū)動方法中，從動磁極為N極與S極相間隔的圓柱體永磁齒輪。本發(fā)明----種非接觸式大間隙磁力驅(qū)動方法中，時(shí)序電路由單片機(jī)控制，按規(guī)定時(shí)序輸出四路電壓脈沖，使主動磁極狀態(tài)從SS—SN—NN—NS狀態(tài)變化。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及工作原理簡述于下本發(fā)明由于采用在主動磁極U型鐵心的每一極上分別安裝兩個(gè)由時(shí)序電路 控制其電源通斷的線圈的方法，具有如下優(yōu)點(diǎn)1、 可以按規(guī)定時(shí)序切換U型鐵心每一極上的磁場狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)與從動磁極耦 合驅(qū)動其轉(zhuǎn)動的目的；2、 可以實(shí)現(xiàn)主動磁極位置固定不動，克服現(xiàn)有技術(shù)主動磁極需由外設(shè)動力 驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的弊端，有效簡化驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；3、 可以通過改變線圈匝數(shù)、線圈中的通電電流的大小和改變U型鐵心尺寸 等方法，進(jìn)而改變主動磁極的磁場強(qiáng)度，克服現(xiàn)有技術(shù)對驅(qū)動磁極磁場強(qiáng)度的 限制，可有效提高主動磁極與從動磁極之間的有效驅(qū)動間隙，最大可以達(dá)到60 mm。4、 可以通過改變線圈中電壓脈沖的輸入頻率，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)主動磁極與從動磁 極轉(zhuǎn)速的目的。5、 可以通過改變線圈中電壓脈沖的時(shí)序，實(shí)現(xiàn)改變主動磁極與從動磁極旋 轉(zhuǎn)方向的目的。綜上所述，本發(fā)明----種非接觸式大間隙磁力驅(qū)動方法，工fe方法簡單、結(jié)構(gòu)合理、主動磁極位置固定不動、主動磁極與被動磁極的有效驅(qū)動間隙大，轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向任意可調(diào)，可替代機(jī)械傳動，實(shí)用性好，可應(yīng)用于工業(yè)實(shí)踐，特別 適用于心內(nèi)型微型血泵驅(qū)動，解決當(dāng)前通過經(jīng)皮導(dǎo)線向體內(nèi)血泵驅(qū)動系統(tǒng)提供 能源驅(qū)動動力的不足。


圖1為本發(fā)明——種非接觸式大間隙磁力驅(qū)動方法工作過程示意圖。圖2為本發(fā)明——種非接觸式大間隙磁力驅(qū)動方法中主動磁極結(jié)構(gòu)示意圖。圖3本發(fā)明——種非接觸式大間隙磁力驅(qū)動方法中主動磁極四個(gè)線圈的通 電時(shí)序圖。圖中1、主動磁極鐵心，2、主動磁極線圈，3、從動磁極(永磁體)。
具體實(shí)施方式
參見附圖1、 2、 3，本發(fā)明----種非接觸式大間隙磁力驅(qū)動方法，它有一主動磁極l、 一從動磁極3，所述主動磁極1為位置固定的U型鐵心，在U型 鐵心的每一極4、 5上分別安裝兩個(gè)由時(shí)序電路控制其電源通斷的線圈2，控制 線圈2按規(guī)定時(shí)序通、斷電，使兩個(gè)磁極4、 5的磁場狀態(tài)按規(guī)定時(shí)序循環(huán)切換， 與處于主動磁極1U型鐵心兩極4、 5上方的從動磁極3 (永磁體)產(chǎn)生磁場耦 合，帶動從動磁極3 (永磁體)旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明中，主動磁極1鐵心采用C型硅鋼片疊加而成。本發(fā)明中，從動磁極3為N極與S極相間隔的圓柱體永磁齒輪。本發(fā)明中，時(shí)序電路由單片機(jī)控制，按規(guī)定時(shí)序輸出四路電壓脈沖。其工作過程簡述于下以兩極永磁體為例，首先使主動磁極1的左、右兩 極均為N (簡稱麗，下同)，此時(shí)，將從動磁極3 (永磁體)調(diào)整到上極為N、下極為S的狀態(tài)，然后，將主動磁極1調(diào)整到NS狀態(tài)，使從動磁極3 (永磁體) 順時(shí)針轉(zhuǎn)動起來。在從動磁極3 (永磁體)轉(zhuǎn)動過程中，當(dāng)從動磁極3 (永磁體) S極磁心與主動磁極左極中心的連線垂直于永磁體N極和S極的界線時(shí)，將主動 磁極調(diào)整為SS狀態(tài)，使永磁體繼續(xù)順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動；當(dāng)永磁體N極磁心與主動 磁體右極中心的連線垂直于永磁體N極和S極的界線時(shí)，將主動磁極改為SN狀 態(tài)，永磁體將繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動；當(dāng)永磁體N極磁心與主動磁體左極中心的連線 垂直于永磁體N極和S極的界線時(shí)，將主動磁極改為NN狀態(tài)，永磁體將繼續(xù)順 時(shí)針轉(zhuǎn)動；當(dāng)永磁體S極磁心與主動磁體右極中心的連線垂直于永磁體N極和S 極的界線時(shí)，將主動磁極改為NS狀態(tài)，永磁體將繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動；當(dāng)S極磁心 與主動磁體左極中心的連線垂直于永磁體N極和S極的界線時(shí)，永磁體轉(zhuǎn)過了 360° ，完成了一個(gè)工作循環(huán)。即主動磁極狀態(tài)從NN—NS，可實(shí)現(xiàn)永磁體的啟動； 主動磁極狀態(tài)從SS—SN—NN—NS可實(shí)現(xiàn)永磁體的轉(zhuǎn)動循環(huán)；改變主動磁極的狀 態(tài)順序，可實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)；改變狀態(tài)切換的頻率可實(shí)現(xiàn)永磁體轉(zhuǎn)動的調(diào)速。見圖2，根據(jù)各線圈上電流方向的不同，由單片機(jī)？2.。所控制的2.0線圈實(shí) 現(xiàn)其主動磁極左極為N的狀態(tài)，由單片機(jī)Pu所控制的2. 1線圈實(shí)現(xiàn)其主動磁極 左極為S的狀態(tài)，由單片機(jī)P,2所控制的2. 2線圈實(shí)現(xiàn)其主動磁極右極為S的狀 態(tài)，由單片機(jī)P2,3所控制的2. 3線圈實(shí)現(xiàn)其主動磁極右極為N的狀態(tài)。見圖3，在一個(gè)周期內(nèi)，使單片機(jī)P2.。、 P^、 P2,2和P2.3按規(guī)定輸出電壓脈沖時(shí)序，實(shí)現(xiàn)對應(yīng)線圈上的電流導(dǎo)通，分別產(chǎn)生所需要的主動磁極的磁場狀態(tài)。 實(shí)施例1采用U78鐵芯、鐵芯長為78mm、線圈導(dǎo)線直徑為0. 31mm、匝數(shù)為650匝、 電流為1A，永磁體內(nèi)徑2mm、外徑8. 2ram、軸向長15mm、材料為釹鐵硼N50，電 磁體和永磁體之間的耦合距離為30mm時(shí)，用永磁體帶動同軸的微型血泵，可在水柱高度為590mm、內(nèi)徑為20mm的水管中形成水流循環(huán)； 實(shí)施例2采用U78鐵芯、鐵芯長為78mm、線圈導(dǎo)線直徑為0. 31mm、匝數(shù)為650匝、 電流為1A，永磁體內(nèi)徑2mm、外徑8. 2mm、軸向長15mm、材料為釹鐵硼N50，電 磁體和永磁體之間的耦合距離為45mm時(shí)，用永磁體帶動同軸的微型血泵，可在 高度水柱為550mm、內(nèi)徑為20證的水管中形成水流循環(huán)；實(shí)施例3采用U78鐵芯、鐵芯長為78mm、線圈導(dǎo)線直徑為0. 31mm、匝數(shù)為650匝、 電流為1A，永磁體內(nèi)徑2mm、外徑8. 2mm、軸向長15mm、材料為釹鐵硼N50，電 磁體和永磁體之間的耦合距離為60mm時(shí)，用永磁體帶動同軸的微型血泵，可在 水柱高度為500iran、內(nèi)徑為20mm的水管中形成水流循環(huán)。
權(quán)利要求
1、一種非接觸式大間隙磁力驅(qū)動方法，包括一主動磁極、一從動磁極，其特征在于所述主動磁極為位置固定的U型鐵心，在U型鐵心的每一極上分別安裝兩個(gè)由時(shí)序電路控制其電源通斷的線圈，控制線圈按規(guī)定時(shí)序通、斷電，使兩個(gè)磁極的磁場狀態(tài)按規(guī)定時(shí)序循環(huán)切換，與處于主動磁極U型鐵心兩極上方的從動磁極(永磁體)產(chǎn)生磁場耦合，帶動從動磁極(永磁體)旋轉(zhuǎn)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸式大間隙磁力驅(qū)動方法，其特征在于 主動磁極鐵心采用U型硅鋼片疊加而成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸式大間隙磁力驅(qū)動方法，其特征在于 從動磁極為N極與S極相間隔的圓柱體永磁齒輪。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸式大間隙磁力驅(qū)動方法，其特征在于 時(shí)序電路由單片機(jī)控制，按規(guī)定時(shí)序輸出四路電壓脈沖，使主動磁極狀態(tài)從SS —SN—NN—NS狀態(tài)變化。
全文摘要
一種非接觸式大間隙磁力驅(qū)動方法，它有一主動磁極、一從動磁極，所述主動磁極為位置固定的U型鐵心，在U型鐵心的每一極上分別安裝兩個(gè)由時(shí)序電路控制其電源通斷的線圈，控制線圈按規(guī)定時(shí)序通、斷電，使兩個(gè)磁極的磁場狀態(tài)按規(guī)定時(shí)序循環(huán)切換，與處于主動磁極U型鐵心兩極上方的從動磁極(永磁體)產(chǎn)生磁場耦合，帶動從動磁極(永磁體)旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明工藝方法簡單、結(jié)構(gòu)合理、主動磁極位置固定不動、主動磁極與被動磁極的有效驅(qū)動間隙大，轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向任意可調(diào)，可替代機(jī)械傳動，實(shí)用性好，可應(yīng)用于工業(yè)實(shí)踐，特別適用于心內(nèi)型微型血泵驅(qū)動，解決當(dāng)前通過經(jīng)皮導(dǎo)線向體內(nèi)血泵驅(qū)動系統(tǒng)提供能源驅(qū)動動力的不足。
文檔編號H01F3/00GK101277080SQ20081003054
公開日2008年10月1日 申請日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者劉云龍, 周俊峰, 平 廖, 李譚喜, 焰 許, 譚建平 申請人:譚建平;許 焰;廖 平;劉云龍;周俊峰;李譚喜