基本信息
- 项目名称：
- 无电机式磁力搅拌器
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 无电机式磁力搅拌器采用国内首创的磁力机械技术，通过非接触的磁力耦合扭矩结构直接驱动搅拌子转动；仅需两组磁力线圈就取代了传统搅拌器复杂的电动机部分，节约成本30%左右；采用磁力驱动机构取代机械传动机构，降低了能量经多级传动造成的损耗，节约电能50%以上；特定的机械结构，解决了无轴转子转轴定位、转动漂移、跳子的难题。本作品对传统搅拌器传动机构、动力源进行了较大的变革，开创新型电磁传动之先河。
- 详细介绍：
- 1.概述 随着科技的进步，国民经济的发展，搅拌器在生物、医学、化工等领域的作用日益突出，尤其是一些易燃、易爆、剧毒的化工工艺又对搅拌提出了更高的要求，传统的搅拌器采用以电动机为主体的机械传动方式，其转动部件易磨损，噪音大，结构复杂、成本高，受自身结构的限制，不适合密闭型反应容器内的搅拌；传统磁力搅拌器虽然可以实现隔离搅拌，但设计方式并未能脱离传统电动机为主体的限制，而且是以牺牲强磁力磁矿石和高耗能为代价才得以实现，成本较高。 针对传统的搅拌器存在的缺陷，本设计采用先进的磁力机械技术设计了一种新型的无电机式磁力搅拌器，该搅拌器内部无转动器件，转速大范围线性可调，可高效率的实现隔离式搅拌。 由于采用最先进的磁力机械技术，通过非接触的磁力耦合扭矩结构即可驱动搅拌子转动，摒弃了传统搅拌器复杂的电动机结构，内部均是固定的器件，不会出现任何磨损现象，而且结构更加简单，大幅度降低了生产、使用与维护成本。 采用磁场直接驱动搅拌子的结构，解决了传统电动机机械式传动过程中能量经多级传动造成损耗的问题，节约了电能，并采用电磁场代替永久磁石，减少了对矿石的浪费，该设计高效、环保、节能。 本设计为了满足生产过程中对搅拌器转速的要求，增设了触摸式操作界面，可实现定时搅拌、转速显示、正反转控制。本设计可实现较大范围内的线性调速，由于系统采用稳压直流供电，避免了因电网电压波动对搅拌子转速的影响。 本设计以一种节约、高效、绿色的设计理念解决了传统搅拌器的诸多问题，这种设计的出现是对传统搅拌器传动机构的一次变革和创新，有着广阔的市场前景和应用前景。 2. 工作原理 无电机式磁力搅拌器采用最新的磁力机械技术，通过磁场的作用直接驱动搅拌子转动，内部无运动部件，降低了能量传递的级数，减少了能量的损耗，该系统主要由电源模块、微处理器、磁力线圈组和搅拌子组成，电源模块为系统各部分提供稳定的直流电源，在微处理器的控制下，线圈驱动芯片周期性的将电流流过磁力线圈组，磁力线圈组根据电流流过的方向产生周期性的旋转磁场，在旋转磁场的作用下，无接触、无摩擦的把功率传递到搅拌子上，构成一个非接触的磁力耦合扭矩结构，从而实现隔离搅拌，触摸式操作界面可实现定时搅拌、转速显示、正反转控制、转速设置功能，以适应各种实际的要求。 3. 设备技术条件 3.1 供电方式：该系统采用220V交流供电； 3.2 环境温度：5～70℃； 3.3环境湿度：≤90%（25℃）或无凝露； 3.4搅拌子最大长度：40mm； 3.5 输入电流：≤2.5A（DC）； 3.6 速度范围：60～1500 r/min； 3.7 反应器容量：≤2L 3.8 搅拌功率：25W 4.适用范围 本产品适用于各种液体搅拌、一定黏度的固—液混合搅拌，设备运转平稳，无震动，无噪声，隔离式搅拌，对试样无污染，特别适用于易爆、易燃以及其它渗透力强的化工工艺过程。 5.使用说明 将搅拌器放在水平桌面上，将搅拌子放入待搅拌的溶液反应器内（本产品标配各种规格的PTFE搅拌子），打开搅拌器电源，通过触摸式按键设置搅拌时间、转速、正反转，也可以通过加速按键、减速按键改变转速转速，具体转速根据试验要求调到合适值，搅拌完毕关闭电源。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的和基本思路： 为了解决传统搅拌器电机转子与定子之间易磨损、维修困难、设备成本较高、转动噪音等问题，我们采用最新磁力机械技术设计了一种新型的无电机式磁力搅拌器，内部无运动器件。本设计主要由智能控制系统、磁力线圈组和搅拌子组成，通过非接触的磁力耦合扭矩结构驱动搅拌子转动，微处理器控制流过线圈的电流方向，磁力线圈组实现电—磁转换，并在处理器的控制下产生速度、方向可控的旋转磁场，搅拌子在旋转磁场的作用下转动，达到搅拌目的，本设计配有触摸式操作界面，可以实现转速设置、转速显示、定时、正反转控制等功能。 创新点： 1.采用先进的磁力机械技术，内部无运动器件，实现无磨损驱动，更好的解决了密闭容器内隔离搅拌问题，实现零泄漏，减少了能量传递的级数，提高了能量的利用率； 2.触摸式可视化智能操作平台。 技术关键： 1.磁力机械技术； 2.磁力耦合扭矩结构的建立与控制； 3.转速的调节与控制； 4.无轴转子转轴自动定位。
科学性、先进性
- 本设计采用先进的磁力机械技术，通过磁体的耦合力，不需要任何机械传动构件，就能无接触、无摩擦的把功率从磁力线圈传递到各式各样容器内的搅拌子上，构成一个非接触传递扭矩机构。相对传统的搅拌器具有以下优点： 1. 采用磁场驱动代替传统的电动机驱动，成功的解决了电动机转动部件磨损引起的质量问题和电网电压波动导致的速度不稳问题； 2. 采用磁力线圈组代替电动机，大大降低了生产成本以及后期的维修难度，能量通过磁场直接传递，降低了传统搅拌器能量多级传递过程中的损耗，提高了能量的利用效率； 3. 采用磁力线圈组本身产生的旋转磁场代替永久性磁石，最大化的提高了电能的利用率，避免了对矿石资源的依赖与浪费； 4.触摸式可视化操作平台，解决了传统旋钮式控制旋钮易磨损的问题，并配有触摸式操作平台，耐磨、易操作。 本设计以一种更加精简、更加节约的设计理念解决了传统搅拌器的诸多问题，这种设计的出现是对传统搅拌器搅拌传动机构的一次变革和创新。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 1.实物、产品 2.现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 将搅拌器放在水平桌面上，将搅拌子放入待搅拌的溶液反应器内（本产品标配各种规格的PTFE搅拌子），打开搅拌器电源，通过触摸式按键设置搅拌时间、转速、正反转，也可以通过加速按键、减速按键改变转速，具体转速根据试验要求调到合适值，搅拌完毕关闭电源。 适用范围： 本产品适用于各种液体的搅拌、一定黏度的固—液混合搅拌，设备运转平稳，无震动，无噪声，可隔离搅拌，特别适用于易爆、易燃以及其它渗透力强的化学与化工工艺过程。 推广前景： 采用磁力驱动取代电机驱动，极大的提高了设备的使用寿命，缩小了设备的体积，降低了成本，能更好的实现高效、节能地隔离搅拌的目的，具有良好的推广前景。
同类课题研究水平概述
- 搅拌器广泛应用于生物、医学、化工等领域，是实验、科研、生产中必不可少的仪器。目前市场上的搅拌器主要分为两大类：电动机搅拌器和磁力搅拌器，电动搅拌器采用电动机驱动搅拌棒进行搅拌，因自身结构限制，不能实现隔离搅拌，无法满足化学化工密闭搅拌的需求；磁力搅拌器采用电动机带动永久性磁石驱动搅拌子进行搅拌，虽然能实现隔离搅拌，却需要具有很强磁力的磁石，造成对矿石的浪费。传统的搅拌器采用以电动机为主体的机械传动驱动方式，电动机本身易磨损、转速受电网电压影响较大，结构复杂、后期维修困难、成本偏高的影响，传统搅拌器无论在质量还是成本上都很难再有开发空间。 而搅拌器在众多领域中又是不可或缺的仪器，这就需要以一种新的设计理念来打破传统搅拌器设计的局限，经过对电动机原理的深入了解，我们提出了一种新的设计理念，采用磁力机械技术，直接驱动搅拌子进行搅拌，减少了能量转换与传递的级数，大大提高了能量的利用率。我们的设计仅由微处理器、磁力线圈组和搅拌子组成，结构简单，通过微处理器控制流过线圈的电流大小与方向，经过磁力线圈组的有序排列形成旋转磁场，并且该旋转磁场的转速和方向可以通过外部按键来调节，进而直接驱动搅拌子转动，达到搅拌的目的。本设计没有使用机械传动部件进行能量传递，而是直接通过磁场耦合进行驱动，解决了电动机转子的磨损问题，减少了能量转换与传递的级数，大大提高了能量的利用率。 为了便于操作，本设计配有触摸式可视化操作界面，采用最新触摸感应式按键，解决了传统搅拌器按键或旋钮操作易磨损的问题，并配有定时功能、转速显示功能，正反转控制功能，触摸式操作，简单耐用。
