阅读说明：本技术 一种磁力耦合器及使用方法 (Magnetic coupler and use method ) 是由 王奇 于 2020-11-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种磁力耦合器,包括外转子、电磁线圈线组、内转子、位置标志物、永磁铁、传感器和逻辑控制电路,所述电磁线圈线组等间隔均匀设于外转子上,所述位置标志物设于电磁线圈线组相应的外转子上,所述内转子同心设于外转子内,所述永磁铁等间隔均匀设于内转子上,所述传感器设于内转子相邻永磁铁上,所述逻辑控制电路与内转子相连,本发明属于电动机技术领域,具体是指一种通过控制电路供电、变换电源极性,起到牵引、锁止的作用的磁力耦合器。(The invention discloses a magnetic coupler which comprises an outer rotor, an electromagnetic coil group, an inner rotor, position markers, permanent magnets, sensors and a logic control circuit, wherein the electromagnetic coil group is uniformly arranged on the outer rotor at equal intervals, the position markers are arranged on the outer rotor corresponding to the electromagnetic coil group, the inner rotor is concentrically arranged in the outer rotor, the permanent magnets are uniformly arranged on the inner rotor at equal intervals, the sensors are arranged on the permanent magnets adjacent to the inner rotor, and the logic control circuit is connected with the inner rotor.)

一种磁力耦合器及使用方法

技术领域

本发明属于电动机技术领域，具体是指一种磁力耦合器及使用方法。

背景技术

磁力耦合器的工作原理遵循磁的库仑定律，即两个相隔一定距离的磁体，由于磁场感应效应，它们不需要任何传统机械构件，通过磁体的耦合力，就能把功率从一个磁体传递到另外一个磁体，构成一个非接触传递扭矩机构，现有的耦合器效率较低，而且不能实现无级的细微调整，动力传输不连贯、平顺。

发明内容

为了解决上述难题，本发明提供了一种通过控制电路供电、变换电源极性，起到牵引、锁止的作用，通过逻辑控制电路和电压的改变，高效实现动力传输过程中的变速和变矩功能的磁力耦合器。

为了实现上述功能，本发明采取的技术方案如下：一种磁力耦合器，包括外转子、电磁线圈线组、内转子、位置标志物、永磁铁、传感器和逻辑控制电路，所述电磁线圈线组等间隔均匀设于外转子上，通过电磁线圈线组是实现磁性的生成，外转子将会带动内转子转动，力矩的大小可以通过控制电磁线圈线组的电压进行调节，实现动力的传输，所述位置标志物设于电磁线圈线组相应的外转子上，位置标志物用于产生变化电流方向的信号，所述内转子同心设于外转子内，所述永磁铁等间隔均匀设于内转子上，所述传感器设于内转子相邻永磁铁上，所述逻辑控制电路与内转子相连，当电磁线圈线组通过直流供电后，传感器检测到位置标志物，触发逻辑控制电路，转换电源极性。

进一步地，所述位置标志物设有若干组，若干组所述位置标志物等间隔设于电磁线圈线组相应的外转子上，所述位置标志物数量为永磁铁数目的1/2。

进一步地，所述永磁铁数目与电磁线圈线组数目相同。

进一步地，所述传感器设有两组，两组分别为传感器一和传感器二，所述传感器一和传感器二设于内转子相邻永磁铁上。

进一步地，所述电磁线圈线组上设有线圈。

进一步地，所述逻辑控制电路包括继电器、电源和RS触发器，所述继电器与电源和RS触发器电相连，所述RS触发器与传感器一和传感器二电相连，所述线圈与继电器电相连，当位置标志物(一或二)到达传感器一时，RS触发器被置0，Q端为0V(低电平)，继电器不工作，电源通过常闭点给线圈供电；当位置标志物(一或二)到达传感器二时，RS触发器被置1，Q端为高电平，继电器工作，电源通过常开点给线圈供电，电源极性转换，电磁线圈线组磁极反转。

进一步地，所述继电器为具有两组常开、两组常闭开关的继电器，电源正、负极分别与两组继电器的常开点与常闭点连接，两组继电器的公共节点，分别连接到电磁线圈线组上的线圈的两端。

本发明还包括一种磁力耦合器的使用方法，包括如下步骤：

1)当线圈通过直流供电后，传感器一检测位置标志物一，RS触发继电器，转换电源；极性初始状态时，对应的磁极相互吸引，处于锁止状态，假设我们以外转子作为主动轮，内转子作为从动轮，外转子带动内转子转动，力矩的大小通过控制电磁线圈线组的电压进行调节，实现动力的传输；

2)当外转子旋转一定角度时，该角度为大于0度小于90度中的任意一值，传感器未被触发，磁极极性保持，外转子的线圈磁极会受到内转子两个磁极的作用力，永磁铁与电磁线圈线组之间的磁力关系仍然满足动力的传输条件；

3)当外转子运动了90度的前一刻位置的瞬间，传感器二被触发，并控制继电器完成电源极性转换，电磁线圈线组的电流方向立刻改变；

4)当外转子到达90度位置时，传感器二检测到位置标志物二的信号，RS触发器触发继电器，电磁线圈线组极性转换完成，以此往复，完成动力的传输。

本发明采取上述结构取得有益效果如下：本发明提供的一种磁力耦合器操作简单，机构紧凑，设计合理，外转子是由线圈构成的电磁线圈绕组，内转子为永磁材料，在外转子的磁极位置，每隔一个磁极设置一个位置标志物，在内转子相邻两个磁极位置，分别安装两个传感器，任意一个传感器检测到标志物，就会触发继电器转换电源极性，实现线圈绕组的磁极反转，在电流和磁力都达到饱和状态时，外转子与内转子的转速相同，实现扭力的同步传递；减小线圈的电流，外转子转速大于内转子转速，力的趋势依然存在，力矩被磁力耦合并传递，实现变速功能；在使用过程中，电流的大小可以随时根据需要，作出无级的细微调整，故动力传输可以非常连贯和平顺；本装置通过简单的逻辑控制电路和电压的改变，高效实现动力传输过程中的变速和变矩功能。

附图说明

图1为本发明一种磁力耦合器的运动状态图一；

图2为本发明一种磁力耦合器的运动状态图二；

图3为本发明一种磁力耦合器的运动状态图三；

图4为本发明一种磁力耦合器整体连接图。

其中，1、外转子，2、电磁线圈线组，3、内转子，4、位置标志物，5、永磁铁，6、传感器，7、逻辑控制电路，8、位置标志物一，9、位置标志物二，10、传感器一11、传感器二，12、线圈，13、继电器，14、电源，15、RS触发器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。以下结合附图，对本发明做进一步详细说明。

如图1-4所述，本发明一种磁力耦合器，包括外转子1、电磁线圈线组2、内转子3、位置标志物4、永磁铁5、传感器6和逻辑控制电路7，所述电磁线圈线组2等间隔均匀设于外转子1上，所述位置标志物4设于电磁线圈线组2相应的外转子1上，所述内转子3同心设于外转子1内，所述永磁铁5等间隔均匀设于内转子3上，所述传感器6设于内转子3相邻永磁铁5上，所述逻辑控制电路7与内转子3相连。

所述位置标志物4设有若干组，若干组所述位置标志物4等间隔设于电磁线圈线组2相应的外转子1上，所述位置标志物4数量为永磁铁5数目的1/2。

所述永磁铁5数目与电磁线圈线组2数目相同。

所述传感器6设有两组，两组分别为传感器一10和传感器二11，所述传感器一10和传感器二11设于内转子3相邻永磁铁5上。

所述电磁线圈线组2上设有线圈12。

所述逻辑控制电路7包括继电器13、电源14和RS触发器15，所述继电器13与电源14和RS触发器15电相连，所述RS触发器15与传感器一10和传感器二11电相连，所述线圈12与继电器13电相连。

所述继电器13为具有两组常开、两组常闭开关的继电器13。

本发明还包括一种磁力耦合器的使用方法，包括如下步骤：

1)当线圈12通过直流供电后，传感器一10检测位置标志物一8，RS触发继电器13，转换电源14；极性初始状态时，对应的磁极相互吸引，处于锁止状态，假设我们以外转子1作为主动轮，内转子3作为从动轮，外转子1带动内转子3转动，力矩的大小通过控制电磁线圈线组2的电压进行调节，实现动力的传输；

2)当外转子1旋转一定角度时，该角度为大于0度小于90度中的任意一值，传感器6未被触发，磁极极性保持，外转子1的线圈12磁极会受到内转子3两个磁极的作用力，永磁铁5与电磁线圈线组2之间的磁力关系仍然满足动力的传输条件；

3)当外转子1运动了90度的前一刻位置的瞬间，传感器二11被触发，并控制继电器13完成电源14极性转换，电磁线圈线组2的电流方向立刻改变；

4)当外转子1到达90度位置时，传感器二11检测到位置标志物二9的信号，RS触发器15触发继电器13，电磁线圈线组2极性转换完成，以此往复，完成动力的传输。

图1中，当线圈通过直流供电后，传感器一检测位置标志物一，RS触发继电器，转换电源极性，图1是已完成转换的状态，对应的磁极相互吸引，处于锁止状态，此时，假设我们以外转子作为主动轮，内转子作为从动轮，外转子将会带动内转子转动，力矩的大小可以通过控制电磁线圈线组的电压进行调节，实现动力的传输。

图2中，当外转子旋转到图2的位置时，传感器未被触发，磁极极性保持，外转子的线圈磁极会受到内转子两个磁极的“拉”和“顶”的作用力，永磁铁与电磁线圈线组之间的磁力关系仍然满足动力的传输条件。

图3中，当外转子运动到图3前一刻位置的瞬间，传感器二被触发，并控制继电器完成电源极性转换，电磁线圈线组的电流方向立刻改变，形成图4的磁性关系，(图3是继电器动作之前的状态)。

图4中，当外转子到达图4位置时，传感器二检测到位置标志物二的信号，RS触发器触发继电器，电磁线圈线组极性转换完成，以此往复，完成动力的传输。

在电流和磁力都达到饱和状态时，外转子与内转子的转速相同，实现扭力的同步传递；减小绕组线圈的电流，外转子转速大于内转子转速，力的趋势依然存在，力矩被磁力耦合并传递，实现变速功能，在使用过程中，电流的大小可以随时根据需要，作出无级的细微调整，故动力传输可以非常连贯和平顺。

为了方便理解，图中以4个磁极为例，说明其工作原理。在实际使用中，磁极数量可以在制造技术允许的情况下增加，磁极数量越多动力传递越平顺，扭矩更大，(结构方式按径向、轴向排列均可，电磁线圈线组设置在内、外转子均可，控制器件使用光电、霍尔均可，视需求而定)甚至可以两组装置串行使用，轴向角度相差相邻磁极夹角的一半，作用力的磁极数量会增加一倍。在更改一定的控制逻辑后，两个系统还会形成作功用途的电动机，在混动系统中可以参与动力的输出。

本装置可以通过简单的逻辑控制电路和电压的改变，高效实现动力传输过程中的变速和变矩功能。

现在，高性能无刷电机的转换效率可以达到95％左右，为3的倍数，这主要得益于磁路设计和制造工艺的提升，本方案的制造工艺与无刷电机基本相同，但原理完全不同。电机的线圈绕组工作时，电流很大是为满足做功的需要，做多少功就需要多大的功率。

本装置线圈绕组中的电流，只是一个保持线圈磁性的偏磁电流，不参与作功，所以不会太大，再有，由于每个线圈绕组都同时得到供电，同时作用在磁极上力的数量达到最多，故效率更高，体积、重量更小。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。