扭矩增加装置的制作方法

扭矩增加装置
1.关连申请
2.本技术要求下述美国申请的优先权，申请号是16/847,739，申请日是2020年4月14日，发明名称是扭矩增加装置。
技术领域
3.本发明涉及产生旋转能量的机械装置领域，并且尤其涉及在旋转系统中产生附加扭矩的装置。


背景技术：

4.旋转机械能是人类世界的主要力量。从泵送液体到移动的火车，旋转运动都是至关重要的。
5.虽然马力是在讨论机器的能力时最经常引用的度量，但是它是允许机器完成其工作的扭矩。在没有扭矩来旋转的情况下，不能完成任何工作。
6.所需要的是一种用于增加旋转系统的扭矩从而增加其工作能力的系统。


技术实现要素：

7.扭矩增加装置具有两个主要实施例。
8.第一实施例是两个转子，所述转子包括永磁体环。所述两个转子相对于彼此成角度。该角度小于九十度或垂直，大于零度或平行。
9.磁体被定向为朝向彼此吸引两个转子，因为与排斥取向相比，这是磁力的更有效利用。
10.当磁体彼此吸引时，吸引力被分成两个矢量：垂直于划分两个倾斜转子的假想平面的矢量，以及平行于转子面的矢量。当转子顶部的磁体移动到彼此靠近时，该平行矢量引起旋转。该平行矢量是倾斜转子角度的正弦函数。由该矢量产生的扭矩受到转子半径的影响。
11.由转子的上半部的旋转产生的扭矩将被下半部上的磁体产生的相反效应抵消——转子的下半部上的磁体也希望以更小的间隙朝向端部旋转，因此产生相反的扭矩。
12.因此，转子将是静止的，其中相反的扭矩不会导致运动。解决方案是中断磁体在转子的上半部或下半部或者上半部或下半部的一部分上的吸引力，从而使转子不平衡并引起旋转。
13.在第一实施例中，磁场在下半部上被含铁磁通转向板(例如，钢板)中断，从而使转子的下半部之间的吸引磁力转向。诸如铝的非铁材料不会使磁场转向。因此，非铁材料不能用作转向板。
14.由于转子的上半部和下半部之间的力不平衡，导致了旋转，从而增加任何相关旋转装置的扭矩产生。
15.第一实施例旨在用于增加现有系统的扭矩。因此，诸如电动机的驱动器和诸如泵
的负载不需要穿过该装置。相反，该装置与驱动器和/或负载连接到同一轴上，从而补充现有的扭矩。该装置的目的不是作为变速器，而是作为独立的扭矩源。
16.但是如果机械上需要，负载可以通过装置。
17.由于第一实施例在机械上是简单的，所以优选直轴，而不是相对于彼此成角度的两个轴。
18.因此，第二实施例使用具有单个中心转子的直轴，转子的两侧覆盖有磁体。
19.代替相邻的转子，磁体的第二半被放置在固定板上，在中心转子的每一侧上一个。固定板相对于中心转子以一定角度设置，从而产生引起旋转的不平衡力。
20.代替第一实施例中的含铁板，第二实施例将固定板或静止板上的磁体分成上半部和下半部。在优选实施例中，固定板上的磁体的上半部被设置成吸引转子上半部上的磁体。
21.固定板的磁体的下半部要么被省略，从而避免在转子和固定板之间产生任何吸引力，要么被设置为相反的极性，从而产生通过将转子推开而增加扭矩的排斥效应。
22.虽然所描述的是优选实施例，但是可预期替代实施例。
23.例如，永磁体是优选的，但是电磁体是可能的替代。
24.示出了离散永磁体，但弧形磁体可以被替代以产生更平滑的动作，而不是离散磁体可能引起的“嵌齿”或步进旋转效应。
25.如图所示，磁体优选地以海尔贝克(halbach)布置放置，从而将磁通量远离转子和板面集中。
26.例如，彼此堆叠在顶上的磁体的典型海尔贝克布置是：
27.·
n-s磁体水平
28.·
n-s磁体垂直
29.·
s-n磁体水平
30.磁通量是穿过给定区域的磁场的测量。磁通量的测量和图示用于理解和测量存在于给定区域上的磁场。磁通线是磁场的可视化。
附图说明
31.当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，本领域普通技术人员可以最好地理解本发明，在附图中：
32.图1示出了扭矩增加装置的第一实施例的第一等距视图。
33.图2示出了扭矩增加装置的第一实施例的第二等距视图。
34.图3示出了扭矩增加装置的第一实施例的垂直截面示意图。
35.图4示出了扭矩增加装置的第二实施例的等距视图。
36.图5示出了扭矩增加装置的第二实施例的侧视图。
37.图6示出了扭矩增加装置的第二实施例的转子的详细视图。
38.图7示出了扭矩增加装置的第二实施例的转子的俯视图。
39.图8示出了扭矩增加装置的第三实施例的侧视图。
40.图9示出了扭矩增加装置的第四实施例的等距视图。
具体实施方式
41.现在将详细参考本发明的当前优选实施例，其示例在附图中示出。在以下详细描述中，相同的附图标记在所有附图中表示相同的元件。
42.参考图1，示出了扭矩增加装置的第一实施例的第一等距视图。
43.扭矩增加装置1主要由第一可旋转组件10和第二可旋转组件20形成。
44.第一可旋转组件10包括第一轴12、第一转子14和由多个单独磁体组18形成的第一磁体组16。
45.第二可旋转组件20包括由多个单独磁体组28形成的第二轴22、第二转子24和第二磁体组26。
46.将第一转子14的下半部与第二转子24分开的是锥形磁通转向板30，从而阻挡第一磁体组16的下半部与第二磁体组26的下半部磁性相互作用。
47.飞轮34示出在第二轴22的端部，飞轮34用于使旋转运动平滑。
48.第一轴12和第二轴22均由轴承座40支撑，轴承座40固定到安装板42。
49.参考图2，示出了扭矩增加装置的第一实施例的第二等距视图。
50.锥形磁通转向板30在第一磁体组16与第二磁体组26之间可见。锥形磁通转向板30的形状保持其自身与磁体组16/26之间的一致距离，以使从磁体组16/26的下半部发出的任何磁场完全转向。
51.最小转子磁隙44在第一可旋转组件10和第二可旋转组件20最靠近的端部处可见，并且最大转子磁隙46在组件10/20分开最远的端部处可见。
52.参考图3，示出了扭矩增加装置的第一实施例的垂直截面示意图。
53.第一转子14示出为由外磁体220、内磁体222以及中心磁体224形成的单独磁体组18。
54.外磁体220定向为s级进、n级出，内磁体222定向为s级出、n级进，并且中心磁体224定向为s级上和n级下。该海尔贝克布置将磁场集中到第二转子24，第二转子24具有类似但反向的磁体组28。
55.连续磁通线230连接两个磁体组18/28，磁体组18/28彼此吸引。
56.相反，由锥形磁通转向板30分开的磁体组18/28不能相互作用。锥形磁通转向板30使磁通线弯曲，产生转向的磁通线232，从而避免磁体组18/28的相互作用和产生不平衡力。
57.还可以注意到磁体和板间隙48，或者锥形磁通转向板30和相关磁体组18/28之间的空间。
58.参考图4，示出了扭矩增加装置的第二实施例的等距视图。
59.在第二实施例中，两个转子组合成具有面向外的磁体的单个转子，任一侧上有固定的磁体。
60.扭矩增加装置1示出为安装为用于运行负载的系统的一部分。
61.示出为电动机的驱动器110经由联轴器112连接到轴114，轴114连接到滑轮118，滑轮118经由皮带120连接到第二滑轮118，从而运行负载122。
62.驱动器110是任何旋转能量源。例如，电动机、汽油发动机、风力涡轮机等。
63.负载122是泵、压缩机或输入旋转能量的任何其它负载。
64.所示的轴114由轴承座116支撑。
65.扭矩增加装置1的旋转组件130放置在两个静态组件150之间。通过改变静态组件150的角度，产生不平衡的磁力，同时保持直轴114。因此，在产生直轴的机械简单性的同时保持了第一实施例的优点。
66.参考图5，示出了扭矩增加装置的第二实施例的侧视图。
67.扭矩增加装置1包括具有转子132的旋转组件130。转子132包括具有第一磁体组136的第一面134和具有第二磁体组140的第二面138。
68.在转子132的任一侧上是具有板152的静态组件150。板152在其内面154上具有上磁体组156和下磁体组158。在该第二实施例中，上磁体组156设置成吸引转子上的磁体，并且下磁体组158设置成与其排斥。因此，转子132旋转进入图的顶部，并且离开底部，如旋转方向218所示。
69.在其它实施例中，上磁体组156和下磁体组158的极性被交换，或者一个磁体组被完全移除。下面将更全面地讨论后一种选择。
70.参考图6，示出了扭矩增加装置的第二实施例的转子的详细视图。
71.旋转组件130包括具有可见第二面138的转子132和第二磁体组140。
72.第二磁体组140包括单独的磁体群组28，每个群组28包括外磁体220和内磁体222。虽然中心磁体224可以是离散磁体，但是在该图中，转子132是含铁的，并且用作中心磁体224。
73.静态组件150示出为具有板152，内面154可见上磁体组156和下磁体组158。
74.该实施例包括板间隙160，用于容易地从轴114周围移除板152(见图3)。给定旋转组件130与静态组件150之间在它们最大间隔处的距离，在板间隙160上缺少磁体对于装置的操作几乎没有影响。
75.参考图7，示出了扭矩增加装置的第二实施例的转子的俯视图。
76.中心的旋转组件130以旋转方向218示出。
77.在任一侧上是静态组件150。
78.转子相对于固定板174的角度在一端产生最小磁隙170，并且在相对端产生最大磁隙172。
79.参见图8，示出了扭矩增加装置的第三实施例的侧视图。
80.在扭矩增加装置1的该第三实施例中，上磁体组156保持设置为相对于旋转组件130吸引，但是下磁体组158被移除。通过移除下磁体组158，在旋转组件130的第二半旋转期间防止了与旋转组件130的相互作用。
81.参考图9，示出了扭矩增加装置的第四实施例的等距视图。
82.旋转组件130和静态组件150示出为是使用弧形磁体而不是单独的磁体构造的。因此，外磁体220、内磁体222和中心磁体224是长弧形磁体，而不是离散磁体。由于更均匀的磁场，所得到的操作可以更平滑。
83.等效元件可以替代上述元件，使得它们以基本相同的方式执行，以实现基本相同的结果。
84.相信通过前面的描述将理解所描述的系统和方法及其许多伴随的优点。还应该相信，在不脱离本发明的范围和精神或不牺牲其所有材料优点的情况下，显然可以对其部件的形式、构造和布置进行各种改变。本文之前描述的形式仅仅是示例性及其解释性实施例。
所附权利要求旨在涵盖并包括这些变化。