CN101443988A - 磁电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁电动机，其包括旋转装置，具有旋转轴和沿旋转轴以一定间隔固定安装的多个旋转体，旋转体被磁化为具有多个磁极；一个或多个电磁体，安装在相邻旋转体产生的磁场的作用范围内，因此旋转装置藉由旋转体和一个或多个电磁体之间的磁斥力和引力驱动；以及控制器，用于顺次控制电磁体的磁化。

Description

磁电动机

技术领域

[01]本发明涉及一种磁电动机；更具体地说，涉及一种磁电动机，其通过使用具有磁力的旋转体和一或多个电磁体能够获得驱动力。

背景技术

[02]通常，电动机利用通电时产生的电磁力来获得驱动力。也就是说，此类电动机是一种将电能转化为机械能的电力装置。

[03]电动机拥有相对较高的效率和较好的可控性，并且易于操纵。它可以广泛地应用在能提供电力的任何地方，其输出范围可在大值到小值之间变化，而且存在具备不同特性的各种类型的电动机。而且，它可用于从家用到工业应用的各种用途。

[04]电动机的工作原理是基于标准的电磁力。也就是说，根据佛兰芒左手法则，当与磁场方向垂直的电流在磁场中流动时，会产生与磁场和电流方向垂直的力。如果电流的方向随着连续转动而变化，磁场方向和电流方向之间的相对关系保持不变，则产生的力成为绕中轴的同方向的旋转力，从而驱动同一方向的旋转。

[05]有许多种具有不同功能和用于不同目的的电动机，如：使用佛兰芒左手法则的直流有刷电动机；功能与有刷式电动机相同的直流无刷电动机(BLDC)，其场磁铁安装在转子上，电枢绕组安装在定子上，绕组中的电流方向是通过使用霍耳传感器和光敏二极管确定的；与划分为初级侧和次级侧的变压器结构相同的感应电动机；利用空气和铁的磁导率相差6,000倍的原理的磁阻电动机；步进电动机；超声电动机；以及用于直线运动的线性电动机。

发明内容

技术问题

[06]虽然电动机具有各种类型和许多用途，但它们存在一些缺点，如输入能的效率差强人意，电刷和类似部件的安装结构复杂，需要维护和维修。

技术方案

[07]因此，本发明的一个目的是提供一种磁电动机，能够通过减少初始驱动力的功率损耗来高效率地产生转矩。

[08]本发明的另一个目的是提供一种结构简单、不需要电刷的磁电动机。

[09]根据本发明，提供了一种磁电动机，包括：旋转装置，具有旋转轴和沿旋转轴按一定间隔固定安装的多个旋转体，旋转体被磁化为具有多个磁极；一个或多个电磁体，安装在相邻旋转体的磁场作用范围内，因此旋转装置籍由旋转体和一个或多个电磁体之间的磁斥力和引力驱动；以及控制器，用于顺次控制一个或多个电磁体的磁化。

有利效果

[10]根据本发明的磁电动机装置，通过磁化交错固定的旋转体之间的一个或多个电磁体来产生斥力。相应地，初始驱动力的低功率损耗使它可以高效率地产生转矩。而且，它具有耐用和应用范围广的特点，原因在于其结构简单，仅使用磁旋转体和一个或多个电磁体，而不需要电刷。

[11]此外，根据本发明的磁电动机几乎不需要维护和维修，而且其单位生产成本很低。

附图说明

[12]根据下文结合附图所描述的优选实施例，可以清楚地了解本发明的上述及其他目的和特点，所附图形包括：

[13]图1提供了根据本发明的第一优选实施例的磁电动机的透视图；

[14]图2显示了根据本发明的第二优选实施例的磁电动机的透视图；

[15]图3显示了根据本发明的第三优选实施例的磁电动机的透视图；

[16]图4提供了根据本发明的第四优选实施例的磁电动机的透视图；

[17]图5至7显示了图1所示的磁电动机的运行情况的流程图；以及

[18]图8是显示图2所示的磁电动机的运行情况的图。

具体实施方式

[19]下面将参照附图详细说明本发明的优选实施例。

[20]参照图1，提供了根据本发明的第一优选实施例的磁电动机的透视图。

[21]如图1中所示，磁电动机主要包括旋转装置，其具有旋转轴20和多个沿旋转轴20的方向固定安装的旋转体30；一个或多个位于旋转体30之间的电磁体40；以及控制器50，用于控制一个或多个电磁体40。

[22]旋转轴20以轴承(未显示)方式安装在外壳10的两个端面的内部中心部分，并可以转动。

[23]两个或更多的旋转体30沿旋转轴间隔一定距离固定地安装，其安装考虑到转动平衡(图中仅例示了四个旋转体)。虽然图1中显示的旋转体是以固定间隔安装的，但优选的排列方式是在两个相邻的旋转体之间安装一个或多个电磁体。虽然旋转体30a、30b、30c和30d是盘状的，但它们也可以是采用环形、多边形、椭圆形、锯齿形或之字形三维结构或类似形状的盘。或者旋转体可以是翼形，从而根据旋转装置的转动沿一个方向传送或混合放置在旋转装置周围的固体、液体或气体。而且，除了显示的一种结构，还可以任意修改结构。

[24]此外，每个旋转体30a、30b、30c和30d沿径向划分为多个区域，每个区域被磁化为N极或S极，在每个旋转体的整个或部分区域上按交替方式或间隔方式排列，相邻旋转体上彼此相对的两个区域具有相反的极性。根据本实施例，N极和S极在圆周方向上反复交替排列。虽然图示的示例中形成了八个磁极，但可以形成两个或更多磁极。

[25]每个旋转体30沿旋转轴20固定安装，并沿径向划分为多个区域，其中位于相邻旋转体30上的对应位置的区域按预定角度偏移，这样在旋转体30之间形成的磁力在圆周方向上会产生分力，其中每个旋转体30的磁极与相邻旋转体30上的相反磁极相面对。

[26]如果偏斜角为0，也就是说，如果旋转体30的磁极正面对相邻旋转体30上的相反磁极，则磁力线与旋转轴20平行，其方向相同或相反。另一方面，如果给定了偏斜角，则磁力线有圆周方向上的分量和与轴线平行的分量，其中磁力线在圆周方向的分量与其他磁力线重叠时将提供旋转力。

[27]就此而论，在划分为八个磁极的旋转体30上，如果旋转体30的磁极的位置没有正对相邻旋转体30上的相反磁极，并且旋转体30沿着旋转轴20固定，彼此交错开预定范围的角度，则偏斜角定义为旋转体30的交错角。根据旋转体30上的磁极的位置正对相邻旋转体30上的相反磁极时的状态，偏斜角在顺时针或逆时针方向上大于0，具体考虑旋转体30的大小和旋转体30上的磁极数目，使圆周分量最大化。

[28]一个或多个电磁体40安装在旋转体30之间(在此图中仅例示了三个电磁体)，其中，当缠绕在磁芯41上的线圈42通电时，电磁体40被磁化为具有两个磁极N和S。电磁体40安装在磁场的作用范围内，用来通过由旋转体30的磁场的圆周分量产生的磁力分力驱动旋转体30。磁芯41由可磁化金属制成，如铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、钐(Sm)、钕(Nd)或其合金。

[29]电磁体40可以安装在外壳10的内表面上，并且它们可以使用外壳10的部分区域作为电极。

[30]根据第一优选实施例，每个电磁体40a、40b和40c沿着旋转体30的切线方向安装在旋转体30之间，从而对磁场的圆周分量产生作用，其中电磁体40的一端固定在外壳10上。虽然固定在旋转体30之间的电磁体的位置是任意确定的，但优选的确定方式是让电磁***于磁力最大的位置上，通过相继控制电磁体40a、40b和40c的磁极使旋转体30旋转。

[31]而且，如图2所示，在根据本发明的第二优选实施例中，多个电磁体40-1和40-2安装在两个相邻的旋转体30-1之间，也就是说，安装在受旋转体30-1的磁场作用的区域的圆周方向上(此图中只例示了两个相邻旋转体30-1之间的两个电磁体)。

[32]虽然电磁体40-1和40-2可以安装在旋转体之间的任意位置上，但优选安装在旋转体30-1的切线方向上。

[33]参照图3，显示了本发明的第三优选实施例。

[34]如图3中所示，多个旋转体30以一定间隔沿旋转轴20排列。每个旋转体30沿径向划分为多个区域，每个区域被磁化为N极或S极，在彼此相面对的旋转体30的整个或部分区域上按交替方式或间隔方式排列。相邻旋转体30上对应位置的区域按预订角度偏移，这样在旋转体30之间形成的磁力在圆周方向上会产生分力，其中每个旋转体30的磁极与相邻旋转体30上的相反磁极相面对。

[35]旋转轴20a的旋转体30-2安装在旋转轴20的附近。也就是说，安装了另一个旋转装置，以使另一个旋转轴20a的旋转体30-2位于旋转体30之间，并且受驱动旋转装置随着驱动旋转装置的旋转而互锁地旋转，为其提供反方向的驱动力。

[36]旋转轴20a的旋转体30-2拥有的磁极数可能与驱动旋转体30的不同。在这种情况下，受驱动旋转装置的旋转速度可能与驱动旋转装置的速度不同，因此受驱动旋转装置的旋转速度可能提高或降低。

[37]而且，两个旋转装置可以通过磁力线能够穿透的物体彼此隔离，以便两个旋转装置彼此互锁地旋转，同时包括各自旋转装置的***不会混合。

[38]图4说明了第四优选实施例。第四优选实施例与第三实施例相同，除了将旋转体30-2替换为一个或多个线性结构60；因此，为了简化说明，不再予以详述。

[39]线性结构60包括附着在线性结构部分区域的任意体积的磁化材料，并且紧邻旋转轴并与旋转轴方向垂直，处于受相邻驱动旋转体30的磁场作用的区域中，并位于旋转体的切线方向。更具体地说，线性结构60具有预定长度，并磁化为N极和S极以固定间隔交替出现，以进行直线运动。在这种情况下，如果旋转体30被驱动，则线性结构60可以互锁地进行直线移动，而不发生接触。也就是说，如果驱动旋转体的轴被固定，而驱动旋转体旋转，则位于磁场作用范围内的线性结构将做直线运动。如果线性结构60采用曲线形，则能实现曲线运动。相反，如果具有交替磁化N极和S极的线性结构60被固定，同时让驱动旋转体30的轴移动，则位于线性结构60的磁场作用范围内的驱动旋转体30可用作传送单元，随旋转体30的旋转而运动。

[40]控制器50用于控制电磁体40。控制器50通过电流法以预定时间间隔相继磁化各个电磁体40，从而为旋转体30提供旋转力。

[41]而且，通过控制器50更改电磁体40的极性，旋转体30的旋转方向也会相应改变，从而可以实现磁电动机的正向和反向旋转。

[42]下文将说明根据本发明的如上所述配置的磁电动机的运转。

[43]首先，将参照图5说明第一优选实施例。如果旋转体30的偏斜角为0，则磁力线的方向显示为与旋转轴20平行的虚线箭头。相反，如果偏斜角不为0，则磁力线的方向显示为点划线箭头，因为旋转体30a的N-1极的位置没有正对相邻旋转体30b的S-1极。此时，在从N-1起始的点划线箭头的一端产生了磁力分力，使旋转体沿顺时针方向旋转，显示为实线箭头。

[44]而且，电磁体40a放置在受磁场作用的区域内，显示为切线方向的虚线，控制器50通过电力法将电磁体磁化为具有N极和S极，其中N极位于旋转体30a和30b之间。

[45]因此，来自电磁体40a的N极的斥力使旋转体30a的N-1顺时针旋转，从而使旋转轴20也顺时针旋转。

[46]如果电磁体40a的极性发生变化，使S极位于旋转体30a和30b之间，则旋转体30a的N-1在电磁体40a的S极的引力作用下逆时针旋转，从而使旋转体30a与旋转轴20一起逆时针旋转。

[47]如果将θ角定义为在旋转体表面上形成的单个磁极区的圆心角，则旋转体30a旋转到斥力为0的位置，也就是说，大约旋转θ角。当旋转体30a旋转了θ角后，它在旋转体连续旋转的惯性作用下继续旋转。因此，旋转体30a的旋转角度可以受电磁体40等的绕组的控制。而且，连接到旋转轴20的其余三个旋转体30b、30c和30d也产生了对应于θ角的旋转力，而其他两个电磁体40b和40c目前还没有磁化。

[48]另一方面，根据旋转体30a的旋转角位置，控制器50切断第一电磁体40a的电流，并向下一个电磁体40b供电。

[49]参照图6，旋转体旋转了对应于旋转体表面上形成的单个磁极区的θ角之后，旋转体30c的S-2与旋转体30b的N-2相面对，而电磁体40b位于两者之间。其中，产生磁力的分力来推动旋转体顺时针旋转，显示为实线箭头，与图5中的N-1和S-1类似，向第二电磁体40b通电时，N-2斥力的分力继续沿顺时针方向旋转旋转体30。

[50]接下来，如图7所示，旋转体30c和30d也互锁地旋转。

[51]按照这种方式，连续而稳定地驱动旋转轴20。

[52]图8描述了第二优选实施例的运转。如图8中的实线箭头所示，在旋转体30a-1和旋转体30b-1的彼此交错相对的N-1和S-1之间产生了磁力的分力。

[53]电磁体40a-1位于受以虚线圆表示的磁场作用的区域内，并磁化为N极。相应地，旋转体30a-1的N-1的磁力分力变成对电磁体40a-1的N极的斥力，从而使旋转体30a-1绕旋转轴20沿顺时针旋转。

[54]如果电磁体40a-1的极性发生改变，则S极位于旋转体30a-1和30b-1之间。此时，旋转体30a-1的N-1在电磁体40a-1的S极的引力作用下绕旋转轴20沿逆时针旋转。

[55]其中，旋转体30-1旋转到接近斥力为0的位置，也就是说，旋转了对应于旋转体表面上形成的单个磁极区的θ角。旋转体30a旋转了θ角后，它在连续旋转的惯性作用下继续旋转。因此，旋转体30-1的旋转角度可以受电磁体40a等的绕组的控制。其他两个电磁体40a-2和40a-3目前还没有磁化。

[56]另一方面，根据旋转体30a-1的旋转角位置，控制器50切断第一电磁体40a-1的电流，并向第二电磁体40a-2供电。

[57]按照这种方式，如果沿圆周方向相继向电磁体40a-2和40a-3通电，则各个旋转体30-1相继沿顺时针或逆时针旋转，具体取决于电磁体极性的变化。

[58]另一方面，根据第三优选实施例，旋转轴20a的旋转体30-2位于旋转体30之间，其驱动方式与第一优选实施例相同，因此，当旋转体30沿顺时针旋转时，旋转体30-2将沿逆时针旋转，而当旋转体30沿逆时针旋转时，旋转体30-2沿顺时针旋转，因为旋转体30的旋转力会作用于放置在旋转体30的磁场作用范围内的旋转体30-2。

[59]因此，如果需要两个或更多的旋转轴，则第三优选实施例可用作动力。

[60]而且，根据第四优选实施例，如果由旋转体30旋转产生的磁力的分力沿所示旋转体的切线方向作用在沿旋转轴20的垂直方向安装的一个或多个线性结构60上，其中线性结构60位于一个或多个相邻旋转体30的磁场作用范围内，则磁力的分量线与线性结构60的N极和S极重叠。相应地，线性结构60在斥力和引力的作用下做直线运动。也就是说，如果驱动旋转体的轴被固定，则在旋转体旋转时，位于磁场作用范围内的线性结构将做直线运动。而且，具有预定长度的线性结构60在其预定长度范围内往复做直线运动，当线性结构60做直线运动时，旋转体30沿相反方向旋转。相反，如果线性结构60固定，而旋转体30的轴不固定，则旋转体30可用作传送单元。

[61]因此，旋转体可用于需要直线运动的传送单元，如电梯、在铁路上行驶的火车或门的开关单元。也就是说，如果驱动旋转体的轴固定在墙上，而旋转体旋转，则线性结构根据旋转体的旋转做直线移动，这样当线性结构安装在电梯壁上时，电梯就可以随着旋转体的转动做垂直移动。相反，如果驱动旋转体转动，而线性结构固定，则旋转体沿着线性结构移动。例如，对于在铁路上行驶的火车来说，固定线性结构的作用相当于铁路，而驱动旋转体的轴用作火车车轮，固定在火车上。

[62]虽然在图1至7中显示了沿旋转轴20排列的四个旋转体，但为了制造小型或大型的电动机，必要时可以安装更少或更多数量的旋转体。

[63]而且，根据优选实施例，控制器50可以包括检测单元，用于检测旋转体30的旋转位置。检测单元向控制器50发送信号，相应地，控制器50通过电流法以预定时间间隔相继磁化各个电磁体40，从而为旋转体30提供旋转力。

[64]而且，根据优选实施例，可以将两个或多个电磁体作为一组同时进行磁化，以提高旋转力。如果电磁体不处于同一平面上，并且在旋转体之间安置的电磁体的位置存在偏斜角，以使它们安装在旋转体磁极的相应预定位置上，这样能够提高旋转力。此时，相邻电磁体必须磁化为具有相反的磁极。

[65]尽管上文已针对优选实施例说明和描述了本发明，但本领域的技术人员应了解，可在不脱离所附权利要求书界定的本发明的范围的情况下，对本发明进行各种改变和修改。

Claims (12)

1.一种磁电动机，包括：

旋转装置，具有旋转轴和沿旋转轴按一定间隔固定安装的多个旋转体，旋转体被磁化为具有多个磁极；

一个或多个电磁体，安装在磁场的作用范围内，该磁场来自邻近的旋转体，因此旋转装置籍由旋转体和一个或多个电磁体之间的磁斥力和引力驱动；以及

控制器，用于顺次控制一个或多个电磁体的磁化。

2.如权利要求1所述的磁电动机，其中每个旋转体沿径向划分为多个区域，每个区域磁化为具有特定的极性，其中位于相邻旋转体上的对应位置的区域偏移最大为直角的任意预定角度，这样在旋转体的圆周方向上会产生磁力分力。

3.如权利要求2所述的磁电动机，其中区域被磁化为具有N极或S极，并以交替方式或间隔方式排列。

4.如权利要求1所述的磁电动机，其中旋转体是盘形、椭圆形、多边形、锯齿形或不确定形状的盘，或之字形结构，或多个具有不同大小和形状的盘的形状。

5.如权利要求1所述的磁电动机，其中一个或多个电磁体安装在旋转体之间，从而对磁场的圆周分量产生作用，其中一个或多个电磁体沿圆周方向放置在一对旋转体之间。

6.如权利要求5所述的磁电动机，其中一个或多个电磁体安装在旋转体的切线方向上。

7.如权利要求1所述的磁电动机，其中电磁体具有磁芯和缠绕在磁芯上的线圈，在控制器的控制下对线圈通电以磁化电磁体。

8.如权利要求7所述的磁电动机，其中磁芯由可磁化金属制成，其中可磁化金属包括铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、钐(Sm)、钕(Nd)或其合金。

9.如权利要求7所述的磁电动机，其中多个电磁体的极性在控制器的控制下更改，从而使旋转体的旋转方向发生改变。

10.如权利要求1所述的磁电动机，进一步包括另一个旋转装置，其邻近地安装在旋转装置磁场的作用范围内，

其中受驱动旋转装置具有旋转轴和沿旋转轴按一定间隔固定安装的多个旋转体，每个旋转体被磁化为具有多个磁极；并且受驱动旋转装置随着驱动旋转装置的旋转而沿相反方向互锁地旋转，受驱动旋转装置的转数能够任意地控制，从而与驱动旋转装置的转数相等或不等。

11.如权利要求1所述的磁电动机，进一步包括一个或多个具有划分区域的线性结构，每个区域以固定间隔被磁化为具有交替分布的N极和S极，其中一个或多个线性结构相邻地沿旋转轴安装，位于相邻驱动旋转体磁场作用范围内的旋转体的切线方向，

其中，当旋转体转动时，线性结构在其长度范围内形成了往复的直线运动，或者如果线性结构为曲线形状，则在固定范围内形成往复的曲线运动，或相反，轴未固定的旋转体在固定线性结构的磁场作用范围内移动。

12.如权利要求1所述的磁电动机，其中电磁体逐个磁化，或按包含两个或更多个电磁体的组进行磁化。

Images