[发明专利]磁性轮

说明书

技术领域

本发明涉及磁性领域，尤其是涉及使用磁力将一个物体附连到另一物体， 同时在磁性附连状态中允许物体相对于彼此运动。

背景技术

有许多这样的情形和应用，其中，要求和/或必须将一个物体固定或支承 到或支承在另一物体上，同时允许这些物体彼此有平移或转动自由度。

例如，在材料搬运领域中，利用辊子输送器将金属板和其它铁磁性工件从 一个位置运输到另一位置。在运输这些工件时，依靠重力来确保工件保持在辊 子输送器（有些辊子可被驱动，其它辊子是惰转辊子）上，因此如此的输送器 系统大多具有辊子运输通道，该运输通道基本上在一共同的水平平面内延伸， 如果不是另外附加的话，那么，沿着倾斜的移动路径部分，采用专用的压紧结 构来保持工件，防止从辊子铺开的地方跳起来。

在封闭环境（例如，大型仓库内）的高架传输应用中，大家都知道要安装 其上固定有轮滑架的高架轨道，从滑架中又可悬挂吊车头结构、夹具和类似的 附连装置。依靠重力使有槽的滑架轮子保持与高架导向轨道配合并保持在高架 导向轨道顶上，侧向支架提供了附加的安全性，防止从导轨中侧向移出。

在高耸的建筑结构领域中，大家都知道要提供对工作平台提供导向的垂直 延伸的轨道，所述工作平台从建筑物顶上悬挂下来可作垂直运动，以便执行诸 如擦窗之类的维护工作。平台包括夹具机构，其形状贴合地配合在轨道上以抑 制水平运动（例如，摇摆），同时沿着轨道保持垂直可移动。

在机械臂的领域中，尤其是使用遥控器控制的车辆中，已知机械臂结合到 汽车、有轮的平台或自轨道车辆、多种可由操作者遥控来执行特殊任务的不同 类型的工具和器具。例如，从如此的车辆中可部署夹持器的机械臂，用来回收 难以接近的或恶劣环境的试样。尽管提高摩擦的轮子和轨道涂层可以用来增加 车辆与表面的粘附，以便允许车辆沿着陡峭斜面爬升或下降，但要安全地掌握 如此车辆而不失控地倾斜或滑移，则对于移动路径的陡峭程度仍有着各种限 制。

本发明的构思已注意到诸如上述的各种应用，尤其是注意到如下的一种或 多种环境：（a）铁磁性材料需要传输或运输，（b）包含或存在有铁磁体的结构 允许使用磁体作为力源以可移动方式使物体彼此固定，（c）没有重力来保证可 移动物体力锁定地配合到专门的铁磁性材料基底或支承表面上，或（d）的确 存在的重力必须建立或提供专用的支承件、导向件或其它的固定结构或手段， 以使车辆无论是自推进的还是其它方式的都能沿着具有铁磁性特性的陡峭倾 斜的、垂直的和甚至倾斜的或水平的高悬（例如，天花板）表面移动。然而， 以下公开的发明和其原理可找到广泛的应用，并代替目前不使用磁力来实现物 体偶联的现有方案。

在使用特定的永久磁体将物体彼此固定时，已知磁性吸力取决于所使用主 动（active）磁性材料的类型和数量、磁体工作面的几何形、包括主动磁性材 料和承受磁性吸力的物体在内的磁通回路中的空气或其它磁性泄漏路径、被吸 物体的铁磁性材料特性（即，其相对磁导率和磁饱和限值）、以及被吸物体之 间法向力矢量相对于重力矢量的定向。然后，所需位移力将取决于有效的吸力 和物体表面之间定义的摩擦系数。

在其它方面，物理和几何因素，以及第一物体（例如，携带永久磁体的物 体）和第二物体（例如，铁磁性板）之间形成的闭合（或加载）的磁回路的功 能性能量元件最终将确定诸物体如何强力地彼此吸引，以及这些物体是否可相 对于彼此位移同时保持彼此附连。

物体平表面被磁性吸力强制吸在一起的力越大，则通过施加垂直于吸力矢 量的力，对于施加到两个物体配对材料上的任何给定摩擦系数来说，物体相对 于彼此位移同时保持彼此附连就越困难。还认识到的是，磁性吸引的表面可具 有非常大的摩擦系数，该种认识表现在很大范围的技术方案中，例如，磁性夹 具、磁性提升器、磁性卡盘等，其中，铁磁性物体牢固地固定在包括主动磁性 材料的支承结构上而阻止其位移（假定在正常操作状态下）。

为寻求能够使磁性偶联的物体更容易地相对于彼此移动，对于选择的工业 应用，例如，自推进的焊接和检查机器人，已经设计出所谓的磁性轮。