本發(fā)明涉及一種基于強(qiáng)磁鐵的扭力驅(qū)動(dòng)單元及發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：

動(dòng)力系統(tǒng)一直是人們研究和創(chuàng)新的方向，高效、清潔的能源一直是人類研發(fā)的重點(diǎn)和夢(mèng)想，現(xiàn)有通用的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)而言，體積龐大。效率低下。受自然條件、地域條件、風(fēng)力大小影響頗大。就一臺(tái)600w風(fēng)力發(fā)電機(jī)而言，地域條件、安裝條件達(dá)到要求的情況下；安裝高度支架高達(dá)6—7米，槳葉單片長(zhǎng)度達(dá)到1.5米。直徑3米。滿功率發(fā)電時(shí)要求扭矩11.48n.m,風(fēng)力要求高達(dá)9級(jí)即22米/秒，若遇到微風(fēng)和無(wú)風(fēng)、強(qiáng)風(fēng)天氣；風(fēng)力發(fā)電機(jī)都無(wú)法正常工作。太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)也受地域、安裝面積、氣候條件限制嚴(yán)格。盡管風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽(yáng)能系統(tǒng)不借助任何電能、化學(xué)能、核能。如何設(shè)計(jì)一種新的裝置能適合這種應(yīng)用是現(xiàn)在亟待解決的一個(gè)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服上述技術(shù)存在的不足，提供一種沒(méi)有污染；運(yùn)動(dòng)過(guò)程中溫升小、體積小巧、緊湊；運(yùn)行噪聲低的一種基于強(qiáng)磁鐵的扭力驅(qū)動(dòng)單元及發(fā)電裝置。

一種基于強(qiáng)磁鐵的扭力驅(qū)動(dòng)單元，包括定子和轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子設(shè)置在定子的外側(cè)，所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子磁軛，所述轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)側(cè)均布強(qiáng)磁鐵組，所述定子包括定位中軸和安裝在定位中軸上的至少一個(gè)推動(dòng)模塊，所述推動(dòng)模塊包括氣缸、省力杠桿機(jī)構(gòu)和第二強(qiáng)磁鐵，所述氣缸的推動(dòng)端通過(guò)第一搖臂與省力杠桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力臂端連接，所述第一搖臂使得氣缸的作用力始終與動(dòng)力臂垂直，所述第二強(qiáng)磁鐵通過(guò)第二搖臂安裝在省力杠桿機(jī)構(gòu)的阻力臂端，所述強(qiáng)磁鐵組包括多塊磁極同向排布的第一強(qiáng)磁鐵和多塊輔助磁鐵，輔助磁鐵布設(shè)的位置和角度與第二強(qiáng)磁鐵運(yùn)動(dòng)路線不產(chǎn)生干涉，所述第一強(qiáng)磁鐵和輔助磁鐵間隔排布，且第一強(qiáng)磁鐵與第二強(qiáng)磁鐵相對(duì)面與轉(zhuǎn)子磁軛圓周切線設(shè)有一個(gè)夾角，所述第二強(qiáng)磁鐵和第一強(qiáng)磁鐵相對(duì)面的磁極相同，所述氣缸通過(guò)省力杠桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)第二強(qiáng)磁鐵在工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，在工作狀態(tài)時(shí)，所述氣缸推動(dòng)第二強(qiáng)磁鐵朝第一強(qiáng)磁鐵移動(dòng)，第二搖臂使得第二強(qiáng)磁鐵與第一強(qiáng)磁鐵在接近過(guò)程中的相對(duì)面始終保持平行，氣缸推桿推出到達(dá)最大行程時(shí)，第二強(qiáng)磁鐵與第一強(qiáng)磁鐵之間設(shè)有一固定間隙，在非工作狀態(tài)時(shí)，氣缸推桿回退到初始位置，并且?guī)?dòng)第二強(qiáng)磁鐵回位。

所述氣缸采用推出速度為500-800mm/秒的雙動(dòng)氣缸。

所述定位中軸上沿中心對(duì)稱安裝有兩個(gè)推動(dòng)模塊，兩個(gè)推動(dòng)模塊中的氣缸反向動(dòng)作。

所述轉(zhuǎn)子上還設(shè)有檢測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)位移的位置傳感器，所述位置傳感器控制氣缸動(dòng)作。

所述轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)側(cè)面設(shè)有多個(gè)安裝槽，所述第一強(qiáng)磁鐵和輔助磁鐵通過(guò)螺栓安裝在所述安裝槽內(nèi)。

所述轉(zhuǎn)子的兩端開(kāi)口通過(guò)防磁片封閉，使得轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)部形成封閉的磁場(chǎng)。并使兩個(gè)相鄰的單元磁場(chǎng)干擾降到最低。

一種基于強(qiáng)磁鐵的扭力發(fā)電裝置，包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，多個(gè)所述驅(qū)動(dòng)單元的轉(zhuǎn)子通過(guò)固定桿連接為一整體聯(lián)動(dòng)，多個(gè)所述驅(qū)動(dòng)單元的兩端通過(guò)前端蓋和后端蓋固定，并且多個(gè)所述驅(qū)動(dòng)單元通過(guò)前端蓋和后端蓋上的軸承安裝在所述定位中軸上，多個(gè)所述驅(qū)動(dòng)單元連接形成的整體的一端與通過(guò)行星變速器與轉(zhuǎn)子連接形成輸出端，所述輸出端上安裝有扭力傳感器。

所述相鄰的驅(qū)動(dòng)單元內(nèi)的推動(dòng)模塊設(shè)有一個(gè)安裝夾角，使推動(dòng)力得以持續(xù)，形成浪涌式交替進(jìn)行。

三個(gè)所述驅(qū)動(dòng)單元的轉(zhuǎn)子通過(guò)沿定位中軸的中心對(duì)稱設(shè)置的三根固定桿連接為一整體聯(lián)動(dòng)。

本裝置利用磁鐵異性相吸，同性相斥的物理特點(diǎn)，并且采用強(qiáng)磁鐵(如：大小為30*20*10mm的稀土磁鐵吸合力高達(dá)33公斤(33000高斯))，體積小，吸合力大，利用磁鐵的這個(gè)物理特性，采用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)多個(gè)雙動(dòng)氣缸不間斷以高達(dá)500-800mm/秒的速度非接觸性沖擊多對(duì)磁鐵(相距1毫米間隙時(shí)，實(shí)測(cè)動(dòng)端速度500mm/秒非接觸沖擊時(shí)；大小為30*20*10mm的稀土磁鐵的排斥力達(dá)到17.5公斤)，采用氣壓相對(duì)穩(wěn)定的壓縮空氣推動(dòng)氣缸模擬一個(gè)穩(wěn)定的風(fēng)速驅(qū)動(dòng)槳葉工作，從而通過(guò)氣缸替代體積龐大的安裝支架及其槳葉。采用扭力傳感器實(shí)時(shí)對(duì)裝置的輸出扭力進(jìn)行采樣，然后通過(guò)plc電控系統(tǒng)調(diào)整氣缸的推力并實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)用氣量，通過(guò)省力杠桿機(jī)構(gòu)最大化傳輸、放大氣缸推力，盡量降低輸入端能耗，氣缸利用同性相斥的物理的原理驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子輸出一個(gè)沿圓周切線運(yùn)動(dòng)的力，即可以成為一款耗電相對(duì)較小，輸出穩(wěn)定的綠色動(dòng)力。

本裝置氣缸的氣源采用微型雙缸空氣壓縮機(jī)，用間歇工作方式對(duì)儲(chǔ)氣罐充氣提供工作動(dòng)力，該儲(chǔ)氣罐初始工作時(shí)可用高壓氣筒人工充氣。

為了裝置進(jìn)一步降低運(yùn)行噪聲，本裝置采用氣液聯(lián)動(dòng)的氣缸驅(qū)動(dòng)高壓氣筒對(duì)儲(chǔ)氣罐進(jìn)行高速度、低噪音、間歇充氣。比對(duì)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的充氣裝置；氣液聯(lián)動(dòng)氣缸具有啟動(dòng)能耗小、噪音小。而電機(jī)驅(qū)動(dòng)的空壓機(jī)為了獲得較大的轉(zhuǎn)矩，一般電機(jī)啟動(dòng)電流都很大，為正常運(yùn)行電流的5-7倍，且空壓機(jī)配套電機(jī)多采用直驅(qū)形式。轉(zhuǎn)軸電機(jī)力臂??；力矩一般也偏小，所匹配空壓機(jī)的電機(jī)一般為壓縮機(jī)功率的2倍，消耗功率比氣液聯(lián)動(dòng)氣缸要大。

同理，轉(zhuǎn)子由于采用壓縮空氣為動(dòng)力，本裝置沒(méi)有電機(jī)啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速扭矩不足能耗大的尷尬。本裝置直接利用氣缸的強(qiáng)大推力可以在轉(zhuǎn)子啟動(dòng)時(shí)即可運(yùn)行在最高轉(zhuǎn)矩下，從而達(dá)到節(jié)能的效果。采用了以上技術(shù)手段，本裝置效率明顯提高。

綜上所述，本裝置沒(méi)有污染，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中溫升小，從而減小了散熱器的體積，本裝置采用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)形成自然風(fēng)冷使得本裝置體積小巧，而且本裝置運(yùn)行噪聲小。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明驅(qū)動(dòng)裝置的立體圖。

圖2為本發(fā)明驅(qū)動(dòng)裝置的剖視圖。

圖3為本發(fā)明驅(qū)動(dòng)單元的剖面圖。

圖4為本發(fā)明驅(qū)動(dòng)裝置的爆炸圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步描述。

如圖1所示，本例中，一種基于強(qiáng)磁鐵的驅(qū)動(dòng)裝置，包括三個(gè)驅(qū)動(dòng)單元4，三個(gè)所述驅(qū)動(dòng)單元的轉(zhuǎn)子通過(guò)固定桿6連接為一整體聯(lián)動(dòng)，所述相鄰的驅(qū)動(dòng)單元內(nèi)的推動(dòng)模塊設(shè)有一個(gè)安裝夾角，這個(gè)安裝夾角和控制裝置的共同作用使得氣缸的推動(dòng)力得以持續(xù)，形成浪涌式交替進(jìn)行，三個(gè)驅(qū)動(dòng)單元形成的整體后兩端通過(guò)前端蓋2和后端蓋3固定，并且驅(qū)動(dòng)單元通過(guò)前端蓋2和后端蓋3上的軸承21安裝在所述定位中軸1上；所述定位中軸1固定不動(dòng)，并且定位中軸1的中部為空心，驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)氣缸的驅(qū)動(dòng)氣管9從定位中軸1中部穿入，三個(gè)所述驅(qū)動(dòng)單元連接形成整體后，一端與行星變速器5連接形成輸出端，行星變速器5再與發(fā)電機(jī)7或其它待驅(qū)動(dòng)部件連接。

如圖2、3、4所示，本例中，一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元包括定子42和轉(zhuǎn)子41，所述轉(zhuǎn)子41設(shè)置在定子42的外側(cè)，所述轉(zhuǎn)子41包括轉(zhuǎn)子磁軛411，所述轉(zhuǎn)子磁軛411內(nèi)側(cè)均布強(qiáng)磁鐵組，所述定子42包括定位中軸1和安裝在定位中軸1上的兩個(gè)推動(dòng)模塊，兩個(gè)推動(dòng)模塊沿定位中軸中心對(duì)稱安裝，兩個(gè)推動(dòng)模塊中的氣缸反向動(dòng)作。所述轉(zhuǎn)子的兩端開(kāi)口通過(guò)兩片防磁片22封閉，使得轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)部形成封閉的磁場(chǎng)，所述防磁片22采用鐵鎳合金防磁片，防磁片22固定在定位中軸1上；

所述推動(dòng)模塊包括氣缸422、省力杠桿機(jī)構(gòu)423和第二強(qiáng)磁鐵421，所述氣缸422安裝在兩片防磁片22之間，所述氣缸422的推動(dòng)端通過(guò)第一搖臂424與省力杠桿機(jī)構(gòu)423的動(dòng)力臂端連接，所述第一搖臂424使得氣缸的作用力始終與動(dòng)力臂垂直，所述第二強(qiáng)磁鐵421通過(guò)第二搖臂425安裝在省力杠桿機(jī)構(gòu)的阻力臂端，所述第二搖臂425通過(guò)直線軸承426安裝在兩片防磁片22之間，所述強(qiáng)磁鐵組包括多塊磁極同向排布的第一強(qiáng)磁鐵413和多塊輔助磁鐵414，所述轉(zhuǎn)子磁軛411內(nèi)側(cè)面設(shè)有多個(gè)安裝槽，所述第一強(qiáng)磁鐵413和輔助磁鐵414通過(guò)螺栓安裝在所述安裝槽內(nèi)，輔助磁鐵414布設(shè)的位置和角度與第二強(qiáng)磁鐵運(yùn)動(dòng)路線不產(chǎn)生干涉，所述第一強(qiáng)磁鐵413和輔助磁鐵414間隔排布，且第一強(qiáng)磁鐵413與轉(zhuǎn)子磁軛411的圓周切線設(shè)有一個(gè)夾角a，所述夾角a在110°-120°之間，包括110°和120°，所述第二強(qiáng)磁鐵421和第一強(qiáng)磁鐵413相對(duì)面的磁極相同，所述氣缸422通過(guò)省力杠桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)第二強(qiáng)磁鐵421在工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，在工作狀態(tài)時(shí)，所述氣缸422推動(dòng)第二強(qiáng)磁鐵421朝第一強(qiáng)磁鐵413移動(dòng)，第二搖臂425使得第二強(qiáng)磁鐵421與第一強(qiáng)磁鐵413在接近過(guò)程中的相對(duì)面始終保持平行，氣缸推桿押出到達(dá)最大行程時(shí)，第二強(qiáng)磁鐵與第一強(qiáng)磁鐵之間設(shè)有一固定間隙，本例中設(shè)這個(gè)間隙為10mm，從而避免兩磁鐵間發(fā)生碰撞，在非工作狀態(tài)時(shí)，氣缸推桿押入回退到初始位置，并且?guī)?dòng)第二強(qiáng)磁鐵回位。

為防止啟動(dòng)時(shí)外轉(zhuǎn)子倒轉(zhuǎn)，本裝置前、后端蓋處設(shè)置了單向離合器與定位中軸連接，限制轉(zhuǎn)子41反轉(zhuǎn)。所述轉(zhuǎn)子41上還設(shè)有檢測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)位移的位置傳感器412，所述位置傳感器412控制氣缸422動(dòng)作，位置傳感器412的數(shù)量與氣缸422的數(shù)量相匹配，本例中位置傳感器412有2個(gè)。為了避免強(qiáng)磁干擾，位置傳感器412采用的光電耦合器定位，上述氣缸采用推出速度為500-800mm/秒的雙動(dòng)氣缸。

工作原理：

1、啟動(dòng)：打開(kāi)電控系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，plc程控工作，壓縮空氣通過(guò)氣嘴驅(qū)動(dòng)氣缸422使氣缸推桿微動(dòng)，轉(zhuǎn)子41低速轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)位置傳感器412到位時(shí)，兩個(gè)氣缸422以500mm-800mm/秒速度通過(guò)省力杠桿機(jī)構(gòu)423驅(qū)動(dòng)第二強(qiáng)磁鐵421先、后(遲滯時(shí)間30毫秒)高速?zèng)_擊轉(zhuǎn)子上的第一強(qiáng)磁鐵413，從而使轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。

2、當(dāng)速度傳感器定值運(yùn)行(如：500r/min)；扭力傳感器測(cè)定負(fù)載扭矩為輕載時(shí)；plc控制氣缸422異步工作或者停止其中一個(gè)氣缸工作。同時(shí)可控制電磁閥對(duì)氣缸供氣量調(diào)?。还?jié)省氣壓輸出，從而減低輸入端能耗。

3、當(dāng)速度傳感器定值運(yùn)行(如：500r/min)；扭力傳感器測(cè)定負(fù)載扭矩加大時(shí)；plc控制氣缸422取消延遲時(shí)間；同步(同時(shí))工作，增加轉(zhuǎn)子的扭矩輸出。并保持轉(zhuǎn)速。

4、由于本裝置采用了省力杠桿機(jī)構(gòu)423，有效加大了氣缸422對(duì)第二強(qiáng)磁鐵421的驅(qū)動(dòng)力，氣缸422驅(qū)動(dòng)采用單向氣閥(氣流只能單向運(yùn)行)，高壓氣體不足以被加力杠桿短力臂端抵消后的磁鐵反作用力反壓縮，相當(dāng)于第二強(qiáng)磁鐵421被制動(dòng)在最遠(yuǎn)端，于是轉(zhuǎn)子41被強(qiáng)制性得到一個(gè)或多個(gè)沿規(guī)定切線方向的力，從而推動(dòng)轉(zhuǎn)子41旋轉(zhuǎn)。這個(gè)力決定于使用磁鐵面積的大小和磁鐵密度(磁通量)的大小以及兩個(gè)磁鐵接觸的角度和速度有關(guān)，與輸入端氣缸產(chǎn)生的力不成比例。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不以任何方式限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。