一种基于强磁铁的扭力驱动单元及发电装置的制作方法

本发明涉及一种基于强磁铁的扭力驱动单元及发电装置。

背景技术：

动力系统一直是人们研究和创新的方向，高效、清洁的能源一直是人类研发的重点和梦想，现有通用的小型风力发电系统而言，体积庞大。效率低下。受自然条件、地域条件、风力大小影响颇大。就一台600w风力发电机而言，地域条件、安装条件达到要求的情况下；安装高度支架高达6—7米，桨叶单片长度达到1.5米。直径3米。满功率发电时要求扭矩11.48n.m,风力要求高达9级即22米/秒，若遇到微风和无风、强风天气；风力发电机都无法正常工作。太阳能发电系统也受地域、安装面积、气候条件限制严格。尽管风力发电机、太阳能系统不借助任何电能、化学能、核能。如何设计一种新的装置能适合这种应用是现在亟待解决的一个问题。

技术实现要素：

本发明克服上述技术存在的不足，提供一种没有污染；运动过程中温升小、体积小巧、紧凑；运行噪声低的一种基于强磁铁的扭力驱动单元及发电装置。

一种基于强磁铁的扭力驱动单元，包括定子和转子，所述转子设置在定子的外侧，所述转子包括转子磁轭，所述转子磁轭内侧均布强磁铁组，所述定子包括定位中轴和安装在定位中轴上的至少一个推动模块，所述推动模块包括气缸、省力杠杆机构和第二强磁铁，所述气缸的推动端通过第一摇臂与省力杠杆机构的动力臂端连接，所述第一摇臂使得气缸的作用力始终与动力臂垂直，所述第二强磁铁通过第二摇臂安装在省力杠杆机构的阻力臂端，所述强磁铁组包括多块磁极同向排布的第一强磁铁和多块辅助磁铁，辅助磁铁布设的位置和角度与第二强磁铁运动路线不产生干涉，所述第一强磁铁和辅助磁铁间隔排布，且第一强磁铁与第二强磁铁相对面与转子磁轭圆周切线设有一个夹角，所述第二强磁铁和第一强磁铁相对面的磁极相同，所述气缸通过省力杠杆机构推动第二强磁铁在工作状态和非工作状态之间转换，在工作状态时，所述气缸推动第二强磁铁朝第一强磁铁移动，第二摇臂使得第二强磁铁与第一强磁铁在接近过程中的相对面始终保持平行，气缸推杆推出到达最大行程时，第二强磁铁与第一强磁铁之间设有一固定间隙，在非工作状态时，气缸推杆回退到初始位置，并且带动第二强磁铁回位。

所述气缸采用推出速度为500-800mm/秒的双动气缸。

所述定位中轴上沿中心对称安装有两个推动模块，两个推动模块中的气缸反向动作。

所述转子上还设有检测转子转动位移的位置传感器，所述位置传感器控制气缸动作。

所述转子磁轭内侧面设有多个安装槽，所述第一强磁铁和辅助磁铁通过螺栓安装在所述安装槽内。

所述转子的两端开口通过防磁片封闭，使得转子磁轭内部形成封闭的磁场。并使两个相邻的单元磁场干扰降到最低。

一种基于强磁铁的扭力发电装置，包括多个驱动单元，多个所述驱动单元的转子通过固定杆连接为一整体联动，多个所述驱动单元的两端通过前端盖和后端盖固定，并且多个所述驱动单元通过前端盖和后端盖上的轴承安装在所述定位中轴上，多个所述驱动单元连接形成的整体的一端与通过行星变速器与转子连接形成输出端，所述输出端上安装有扭力传感器。

所述相邻的驱动单元内的推动模块设有一个安装夹角，使推动力得以持续，形成浪涌式交替进行。

三个所述驱动单元的转子通过沿定位中轴的中心对称设置的三根固定杆连接为一整体联动。

本装置利用磁铁异性相吸，同性相斥的物理特点，并且采用强磁铁(如：大小为30*20*10mm的稀土磁铁吸合力高达33公斤(33000高斯))，体积小，吸合力大，利用磁铁的这个物理特性，采用压缩空气驱动多个双动气缸不间断以高达500-800mm/秒的速度非接触性冲击多对磁铁(相距1毫米间隙时，实测动端速度500mm/秒非接触冲击时；大小为30*20*10mm的稀土磁铁的排斥力达到17.5公斤)，采用气压相对稳定的压缩空气推动气缸模拟一个稳定的风速驱动桨叶工作，从而通过气缸替代体积庞大的安装支架及其桨叶。采用扭力传感器实时对装置的输出扭力进行采样，然后通过plc电控系统调整气缸的推力并实时调节用气量，通过省力杠杆机构最大化传输、放大气缸推力，尽量降低输入端能耗，气缸利用同性相斥的物理的原理驱动转子输出一个沿圆周切线运动的力，即可以成为一款耗电相对较小，输出稳定的绿色动力。

本装置气缸的气源采用微型双缸空气压缩机，用间歇工作方式对储气罐充气提供工作动力，该储气罐初始工作时可用高压气筒人工充气。

为了装置进一步降低运行噪声，本装置采用气液联动的气缸驱动高压气筒对储气罐进行高速度、低噪音、间歇充气。比对电动机驱动的充气装置；气液联动气缸具有启动能耗小、噪音小。而电机驱动的空压机为了获得较大的转矩，一般电机启动电流都很大，为正常运行电流的5-7倍，且空压机配套电机多采用直驱形式。转轴电机力臂小；力矩一般也偏小，所匹配空压机的电机一般为压缩机功率的2倍，消耗功率比气液联动气缸要大。

同理，转子由于采用压缩空气为动力，本装置没有电机启动时转速扭矩不足能耗大的尴尬。本装置直接利用气缸的强大推力可以在转子启动时即可运行在最高转矩下，从而达到节能的效果。采用了以上技术手段，本装置效率明显提高。

综上所述，本装置没有污染，运动过程中温升小，从而减小了散热器的体积，本装置采用转子转动形成自然风冷使得本装置体积小巧，而且本装置运行噪声小。

附图说明

图1为本发明驱动装置的立体图。

图2为本发明驱动装置的剖视图。

图3为本发明驱动单元的剖面图。

图4为本发明驱动装置的爆炸图。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的技术内容进行进一步描述。

如图1所示，本例中，一种基于强磁铁的驱动装置，包括三个驱动单元4，三个所述驱动单元的转子通过固定杆6连接为一整体联动，所述相邻的驱动单元内的推动模块设有一个安装夹角，这个安装夹角和控制装置的共同作用使得气缸的推动力得以持续，形成浪涌式交替进行，三个驱动单元形成的整体后两端通过前端盖2和后端盖3固定，并且驱动单元通过前端盖2和后端盖3上的轴承21安装在所述定位中轴1上；所述定位中轴1固定不动，并且定位中轴1的中部为空心，驱动单元的驱动气缸的驱动气管9从定位中轴1中部穿入，三个所述驱动单元连接形成整体后，一端与行星变速器5连接形成输出端，行星变速器5再与发电机7或其它待驱动部件连接。

如图2、3、4所示，本例中，一个驱动单元包括定子42和转子41，所述转子41设置在定子42的外侧，所述转子41包括转子磁轭411，所述转子磁轭411内侧均布强磁铁组，所述定子42包括定位中轴1和安装在定位中轴1上的两个推动模块，两个推动模块沿定位中轴中心对称安装，两个推动模块中的气缸反向动作。所述转子的两端开口通过两片防磁片22封闭，使得转子磁轭内部形成封闭的磁场，所述防磁片22采用铁镍合金防磁片，防磁片22固定在定位中轴1上；

所述推动模块包括气缸422、省力杠杆机构423和第二强磁铁421，所述气缸422安装在两片防磁片22之间，所述气缸422的推动端通过第一摇臂424与省力杠杆机构423的动力臂端连接，所述第一摇臂424使得气缸的作用力始终与动力臂垂直，所述第二强磁铁421通过第二摇臂425安装在省力杠杆机构的阻力臂端，所述第二摇臂425通过直线轴承426安装在两片防磁片22之间，所述强磁铁组包括多块磁极同向排布的第一强磁铁413和多块辅助磁铁414，所述转子磁轭411内侧面设有多个安装槽，所述第一强磁铁413和辅助磁铁414通过螺栓安装在所述安装槽内，辅助磁铁414布设的位置和角度与第二强磁铁运动路线不产生干涉，所述第一强磁铁413和辅助磁铁414间隔排布，且第一强磁铁413与转子磁轭411的圆周切线设有一个夹角a，所述夹角a在110°-120°之间，包括110°和120°，所述第二强磁铁421和第一强磁铁413相对面的磁极相同，所述气缸422通过省力杠杆机构推动第二强磁铁421在工作状态和非工作状态之间转换，在工作状态时，所述气缸422推动第二强磁铁421朝第一强磁铁413移动，第二摇臂425使得第二强磁铁421与第一强磁铁413在接近过程中的相对面始终保持平行，气缸推杆押出到达最大行程时，第二强磁铁与第一强磁铁之间设有一固定间隙，本例中设这个间隙为10mm，从而避免两磁铁间发生碰撞，在非工作状态时，气缸推杆押入回退到初始位置，并且带动第二强磁铁回位。

为防止启动时外转子倒转，本装置前、后端盖处设置了单向离合器与定位中轴连接，限制转子41反转。所述转子41上还设有检测转子转动位移的位置传感器412，所述位置传感器412控制气缸422动作，位置传感器412的数量与气缸422的数量相匹配，本例中位置传感器412有2个。为了避免强磁干扰，位置传感器412采用的光电耦合器定位，上述气缸采用推出速度为500-800mm/秒的双动气缸。

工作原理：

1、启动：打开电控系统开关，plc程控工作，压缩空气通过气嘴驱动气缸422使气缸推杆微动，转子41低速转动；当位置传感器412到位时，两个气缸422以500mm-800mm/秒速度通过省力杠杆机构423驱动第二强磁铁421先、后(迟滞时间30毫秒)高速冲击转子上的第一强磁铁413，从而使转子运动。

2、当速度传感器定值运行(如：500r/min)；扭力传感器测定负载扭矩为轻载时；plc控制气缸422异步工作或者停止其中一个气缸工作。同时可控制电磁阀对气缸供气量调小；节省气压输出，从而减低输入端能耗。

3、当速度传感器定值运行(如：500r/min)；扭力传感器测定负载扭矩加大时；plc控制气缸422取消延迟时间；同步(同时)工作，增加转子的扭矩输出。并保持转速。

4、由于本装置采用了省力杠杆机构423，有效加大了气缸422对第二强磁铁421的驱动力，气缸422驱动采用单向气阀(气流只能单向运行)，高压气体不足以被加力杠杆短力臂端抵消后的磁铁反作用力反压缩，相当于第二强磁铁421被制动在最远端，于是转子41被强制性得到一个或多个沿规定切线方向的力，从而推动转子41旋转。这个力决定于使用磁铁面积的大小和磁铁密度(磁通量)的大小以及两个磁铁接触的角度和速度有关，与输入端气缸产生的力不成比例。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不以任何方式限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。