阅读说明：本技术 一种磁力可调式磁轮结构 (Magnetic wheel structure with adjustable magnetic force ) 是由 代志永 于 2020-07-14 设计创作，主要内容包括：本发明是一种磁力可调式磁轮结构,磁轮沿径向从内向外分为内层、中层和外层,内层沿周向分为四扇,中层沿周向分为四扇,外层沿周向分为四扇,外层和中层通过数个外连接铜块及螺钉相连,外层和内层通过数个内连接铜块及螺钉相连。本发明的磁轮结构将轮式移动与永磁吸附合二为一,同时将圆柱形磁轮沿径向方向分为外层、中层、内层三层,同时每层沿周向分为四扇,通过中层相当于内外层的运动,磁轮的吸附力可以呈现出工作状态和非工作状态,实现磁力可调。(The invention relates to a magnetic force adjustable magnetic wheel structure, wherein a magnetic wheel is divided into an inner layer, a middle layer and an outer layer from inside to outside along the radial direction, the inner layer is divided into four sectors along the circumferential direction, the middle layer is divided into four sectors along the circumferential direction, the outer layer and the middle layer are connected through a plurality of external connecting copper blocks and screws, and the outer layer and the inner layer are connected through a plurality of internal connecting copper blocks and screws. The magnetic wheel structure of the invention combines wheel type movement and permanent magnet adsorption into a whole, and simultaneously divides the cylindrical magnetic wheel into an outer layer, a middle layer and an inner layer along the radial direction, and each layer is divided into four fans along the circumferential direction.)

一种磁力可调式磁轮结构

技术领域

本发明涉及一种爬壁机器人的永磁吸附装置，特别涉及一种磁力可调式磁轮结构。

背景技术

爬壁机器人作为一种极限作业的自动化机械装置，将作业范围从传统的水平地面延伸到高空、垂直壁面，甚至水下等空间区域，并可代替人类完成危险、复杂的工作，在特种行业越来越凸显出重要性。爬壁机器人分类标准主要依据其两大研究核心：吸附方案及移动方案。按照吸附方案，可分为永磁吸附、负压吸附、仿生吸附、静电吸附等；按照移动方案可分为：履带式、轮式、腿足式、混合式等，二者进行不同组合，可得到应用于不同环境、不同工作要求下各种类型的爬壁机器人。但是现有爬壁机器人存在吸附方案与移动方案的集成性和非工作时不便从被吸附对象上取下的技术缺陷。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种磁力可调式磁轮结构，该结构将轮式移动与永磁吸附合二为一，实现磁力可调。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明是一种磁力可调式磁轮结构，磁轮沿径向从内向外分为内层、中层和外层，内层沿周向分为四扇，中层沿周向分为四扇，外层沿周向分为四扇，外层和中层通过数个外连接铜块及螺钉相连，外层和内层通过数个内连接铜块及螺钉相连。

本发明的进一步改进在于：外层包括中间轭铁和四个外铜块，以中间轭铁为对称中心且在中间轭铁的两侧均匀布置四对永磁体，相邻的两队永磁体之间设置一个外铜块，在永磁体的两侧均设置有两侧轭铁，永磁体采用轴向充磁，中间轭铁两侧同一个扇形区域的两个永磁体充磁方向相反。

本发明的进一步改进在于：中层包括中间轭铁和四个内铜块，以中间轭铁为对称中心且在中间轭铁的两侧均匀布置四对永磁体，相邻的两对永磁体之间设置一个内铜块，在永磁体的两侧均设置有两侧轭铁，永磁体采用轴向充磁，中间轭铁两侧同一个扇形区域的两个永磁体充磁方向相反，中层的外侧设置有外铜环。

本发明的进一步改进在于：内层为圆柱形结构，外侧为内铜环，内层里面为内圈，内圈的内部开成型孔用于连接传动轴，整个中层安装在内铜环、外铜环之间。

本发明的进一步改进在于：磁轮结构的外侧设置有轮缘橡胶层。

本发明的进一步改进在于：外连接铜块及螺钉的数量为四组，内连接铜块及螺钉的数量为四组。

本发明的有益效果是：本发明设计了一款综合移动与吸附为一体的“磁轮”结构，将轮式移动与永磁吸附合二为一，同时将圆柱形磁轮沿径向方向分为外层、中层、内层三层，同时每层沿周向分为四扇，通过中层相当于内外层的运动，磁轮的吸附力可以呈现出工作状态(工作时产生所需吸附力)和非工作状态(大幅度降低吸附力便于将整个平台从被吸附表面取下、运输等)，实现磁力可调。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2是本发明仰视立体图。

图3是本发明俯视立体图。

图4是本发明径向分层示意图。

图5是本发明径向分层示意图。

图6是本发明周向分扇示意图。

图7是本发明外层的结构示意图。

图8是本发明图7中A框中左视图。

图9是本发明图7中A框中右视图。

图10是本发明图7和图8的同一个扇形区域的磁极图。

图11是本发明中层的结构示意图。

图12是本发明图11中B框处的左视图。

图13是本发明图11中B框处的右视图。

图14是本发明图12和图13中同一个扇形区域中磁极图。

图15是本发明外层和中层的结构示意图。

图16是磁轮工作状态下、图15中一侧二分之一剖视图。

图17是磁轮工作状态下、图15的外层、中层同侧磁体磁极“同极”示意图。

图18是磁轮非工作状态下、图15的中一侧二分之一剖视图。

图19是磁轮非工作状态下、图15中的外层、中层同侧磁体磁极“异极”示意图。

图20是本发明的仰视图。

图21是本发明图20中的AA剖面图。

图22是本发明图21中C处放大的“同极”状态磁通线回路示意图

图23是本发明图21中C处放大的“异极”状态磁通线回路示意图。

图24是本发明在Ansoft Maxwell软件磁轮剖面2D分析模型及磁通线回路分析结果示意图。

其中：1-传动轴；2-两侧轭铁；3-永磁体；4-中间轭铁；5-内铜环；6-内铜块；7-外铜环；8-外铜块；9-轮缘橡胶；10-外连接铜块及螺钉；11-内连接铜块及螺钉。

具体实施方式

以下将以图式揭露本发明的实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意方式描绘。

如图1-24所示，本发明是一种磁力可调式磁轮结构，所述磁轮沿径向从内向外分为内层、中层和外层，所述内层沿周向分为四扇，所述中层沿周向分为四扇，所述外层沿周向分为四扇，所述外层和所述中层通过数个外连接铜块及螺钉10相连，所述外层和内层通过数个内连接铜块及螺钉11相连，所述外连接铜块及螺钉10的数量为四组，所述内连接铜块及螺钉11的数量为四组，在实际工作中，始终保持外层与内层连接，所述外层包括中间轭铁4和四个外铜块8，以中间轭铁4为对称中心且在所述中间轭铁4的两侧均匀布置四对永磁体3，相邻的两对永磁体3之间设置一个外铜块8，在所述永磁体3的两侧均设置有两侧轭铁2，所述永磁体3采用轴向充磁，中间轭铁4两侧同一个扇形区域的两个永磁体3充磁方向相反，即磁极相对，保证二者不发生磁极短路，所述中层包括中间轭铁4和四个内铜块6，以中间轭铁4为对称中心且在所述中间轭铁4的两侧均匀布置四对永磁体3，相邻的两队永磁体3之间设置一个内铜块6，在所述永磁体3的两侧均设置有两侧轭铁2，所述永磁体3采用轴向充磁，中间轭铁4两侧同一个扇形区域的两个永磁体3充磁方向相反，即磁极相对，保证二者不发生磁极短路，所述中层的外侧设置有外铜环7，所述内层为圆柱形结构，外侧为内铜环5，所述内层里面为内圈，所述内圈的内部开成型孔用于连接传动轴1，整个中层安装在内铜环5、外铜环7之间，所述磁轮结构的外侧设置有轮缘橡胶层9。

本发明的磁力可调式磁轮实现原理：保证外层和内层始终固定在一起，也就是内连接铜块及螺钉11不予拆卸，内层通过成型孔与传动轴固连，实现磁轮转动；中层相对于外层可以转动，即人工把内连接铜块及螺钉10拆卸及重新安装，每次转动角度为90°，外层、中层同侧磁体磁极出现“同极”和“异极”两种状态。

假设初始状态为“同极”状态，如图15、16、17所示，一方面，外层、中层对应的四个扇形区域里面的两个磁体对内相斥，二者不会传播磁场；另一方面，虽然相邻扇形区域之间的磁体为“异极”状态，但由于中间有磁导率低的隔磁铜块，磁场衰减低。因此，每个扇形区域的两个磁体的对外磁场均呈叠加状态，磁通线回路如图20-23所示：N极端发出的大部分磁通线会选择通过磁导率高的两侧轭铁，再传递到被吸附对象上，本实施例中以大型罐体壁面为例说明，其次穿过中间轭铁回到相应的S极端，因此“同极”状态为磁轮工作状态。

相对而言，将中层转动90°后，磁极转换为“异极”状态，如图15、18、19所示，此时，外层、中层对应的四个扇形区域里面的两个磁体对内相吸，二者直接形成封闭回路，磁通线回路如图20-23所示所示：N极端发出的大部分磁通线会选择通过磁导率高的两侧轭铁直接传递到同扇形区域另一块磁体的S极端，对外几乎不表现磁场，磁通线仅有一部分穿过被吸附对象，本实施例以大型罐体壁面为例说明。因此“异极”状态为磁轮非工作状态。

为验证本设计可以实现磁力可调，本发明借助于Ansoft Maxwell软件，选取过永磁体的磁轮剖面进行2D分析，在软件中通过定义相应参数来实现充磁方向的定义，(图8-10、图12-14中，N代表充磁方向为正，S代表充磁方向为负，其模型及结果见图24。由此可以看出，在“同极”状态下，内外层永磁体产生的磁力线大部分都流经壁面，小部分衰减在空气及隔磁铜块中；在“异极”状态下，外层永磁体下部产生的少量磁力线流经壁面，上部产生磁力线与内层永磁体直接形成回路。基于本次磁轮设计的参数，经过2D模块计算得：在“同极”状态下产生的吸附力为F_m1＝241.25N,“异极”状态下产生的吸附力为F_m2＝112.65N。由此表明此款磁轮可实现磁力可调。

以上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。