具有永久磁鐵和電磁鐵的圓盤式磁力電機及其工作方法
2023-06-15 01:31:46
專利名稱：具有永久磁鐵和電磁鐵的圓盤式磁力電機及其工作方法
技術領域：
本發明涉及一種適用於機械設備、精密測量、計量、辦公自動化設備、工業電器、家用電器、機器人、汽車、航空航天設備等各種場合的定位和驅動的具有永久磁鐵和電磁鐵的圓盤式磁力電機及其工作方法。
背景技術：
傳統的感應式電機的工作原理是當初級繞組通入交流電源時，便在氣隙中產生行波磁場，次級在行波磁場切割下，感應出電動勢並產生電流，該電流與氣隙中的磁場相作用就產生電磁推力。該電磁推力即是旋轉電機的轉子旋轉運動的動力或直線電機動子直線運動的動力。感應式電機有結構簡單、用途廣泛、容易控制、製造成本低等特點。感應式電機已廣泛應用於機械、精密測量、計量、辦公自動化設備、工業電器、家用電器、機器人、汽車、航空航天設備等各種場合的定位和驅動。但是，現有的感應式電機由於工作原理、結構和力傳遞方式的限制，存在低轉速的條件下力矩小、效率低、損耗大、質量功率比小等缺陷，不能滿足特殊的使用要求，需要有特殊性能的電機來彌補。
發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種不需加裝變速裝置就能做到低轉速大扭矩，相對效率較高、損耗小、質量功率比大的具有永久磁鐵和電磁鐵的圓盤式磁力電機。本發明的另一目的是提供一種基於上述具有永久磁鐵和電磁鐵的圓盤式磁力電機的工作方法。本發明的目的通過下述技術方案實現具有永久磁鐵和電磁鐵的圓盤式磁力電機，主要由呈圓盤形結構的定子、以及套裝在定子外壁上並形成滑動配合的轉子構成，所述定子的一側端面上設置有延伸至轉子內壁的頂塊凹槽；所述頂塊凹槽遠離轉子內壁的一側連通有頂持電磁鐵凹槽；所述頂塊凹槽的逆時針旋轉方向一側或順時針旋轉方向一側連通有驅動力臂凹槽，且驅動力臂凹槽的另一側連通有驅動電磁鐵凹槽；所述頂塊凹槽的順時針旋轉方向一側或逆時針旋轉方向一側設置有與其相連通的彈簧凹槽；所述頂塊凹槽內設置有頂塊，頂持電磁鐵凹槽內設置有頂持電磁鐵，且頂塊上安裝有位於頂塊和頂持電磁鐵之間的頂持永久磁鐵；驅動力臂凹槽內設置有驅動力臂，驅動電磁鐵凹槽內設置有驅動電磁鐵，且驅動力臂上安裝有位於驅動力臂和驅動電磁鐵之間的驅動永久磁鐵；彈簧凹槽內設置有彈簧。所述頂塊凹槽、與頂塊凹槽遠離轉子內壁一側相連通的頂持電磁鐵凹槽，與頂塊凹槽逆時針旋轉方向一側連通的驅動力臂凹槽，與驅動力臂凹槽另一側連通的驅動電磁鐵凹槽，與頂塊凹槽順時針旋轉方向一側相連通的彈簧凹槽，設置在頂塊凹槽內的頂塊，設置在頂持電磁鐵凹槽內的頂持電磁鐵，安裝在頂塊上且位於頂塊和頂持電磁鐵之間的頂持永久磁鐵，設置在驅動力臂凹槽內的驅動力臂，設置在驅動電磁鐵凹槽內的驅動電磁鐵，安裝在驅動力臂上且位於驅動力臂和驅動電磁鐵之間的驅動永久磁鐵，設置在彈簧凹槽內的彈簧構成順時針旋轉驅動單元；頂塊凹槽、與頂塊凹槽遠離轉子內壁一側相連通的頂持電磁鐵凹槽，與頂塊凹槽順時針旋轉方向一側連通的驅動力臂凹槽，與驅動力臂凹槽另一側連通的驅動電磁鐵凹槽，與頂塊凹槽逆時針旋轉方向一側相連通的彈簧凹槽，設置在頂塊凹槽內的頂塊，設置在頂持電磁鐵凹槽內的頂持電磁鐵，安裝在頂塊上且位於頂塊和頂持電磁鐵之間的頂持永久磁鐵，設置在驅動力臂凹槽內的驅動力臂，設置在驅動電磁鐵凹槽內的驅動電磁鐵，安裝在驅動力臂上且位於驅動力臂和驅動電磁鐵之間的驅動永久磁鐵，設置在彈簧凹槽內的彈簧構成逆時針旋轉驅動單元，當電機只需單方向運行的功能時只設立順時針旋轉驅動單元或逆時針旋轉驅動單元，當需要雙向運行的功能時則順時針旋轉驅動單元和逆時針旋轉驅動單元都要設置，即順時針旋轉驅動單元和逆時針旋轉驅動單元均至少為一個，具體數目可以根據實際需求進行設計。所述定子的外壁上設置有定子端蓋，用於對轉子進行限位，使其不能軸向串動。所述頂持電磁鐵和驅動電磁鐵均通過電源線與外部電源相連，所述外部電源為電機的供電電源和控制電源；電源裝置和控制裝置按照預先的設定分別對電機各頂持電磁鐵和驅動電磁鐵的通電的時間、矢量、頻率以及邏輯順序進行控制，從而控制電機的速度、推力、位移、運行方向；上述參數可預先設置且可根據使用要求隨時修改。上述定子和轉子零部件的材質可以是金屬材料也可以是非金屬材料。基於上述具有永久磁鐵和電磁鐵的圓盤式磁力電機的工作方法，包括順時針旋轉驅動過程和逆時針旋轉驅動過程，其中
順時針旋轉驅動過程電機初始狀態下，向順時針旋轉驅動單元中的頂持電磁鐵通電， 使頂持電磁鐵勵磁並與頂持永久磁鐵磁性方向相反，在同極相斥的磁力作用下，頂持電磁鐵對頂持永久磁鐵產生推力，進而推動頂塊接觸轉子的環形內壁並對其施加壓力，使得頂塊與轉子形成靜摩擦配合；向順時針旋轉驅動單元中的驅動電磁鐵通電，使驅動電磁鐵勵磁並與驅動永久磁鐵磁性方向相反，在同極相斥的磁力作用下，驅動電磁鐵對驅動永久磁鐵產生推力，推動驅動力臂的一端運動，驅動力臂的另一端進而推動頂塊並帶動轉子沿順時針方向移動；斷開頂持電磁鐵的電源，頂塊在彈簧的作用下沿逆時針方向旋轉，回復到初始位置；斷開驅動電磁鐵的電源，頂塊與轉子分離，回復到初始狀態；
逆時針驅動過程電機初始狀態下，向逆時針旋轉驅動單元中的頂持電磁鐵通電，使頂持電磁鐵勵磁並與頂持永久磁鐵磁性方向相反，在同極相斥的磁力作用下，頂持電磁鐵對頂持永久磁鐵產生推力，進而推動頂塊接觸轉子的環形內壁並對其施加壓力，使得頂塊與轉子形成靜摩擦配合；向逆時針旋轉驅動單元中的驅動電磁鐵通電，使驅動電磁鐵勵磁並與驅動永久磁鐵磁性方向相反，在同極相斥的磁力作用下，驅動電磁鐵對驅動永久磁鐵產生推力，推動驅動力臂的一端運動，驅動力臂的另一端進而推動頂塊並帶動轉子沿逆時針方向移動；斷開頂持電磁鐵的電源，頂塊在彈簧的作用下沿順時針方向旋轉，回復到初始位置；斷開驅動電磁鐵的電源，頂塊與轉子分離，回復到初始狀態；重複上述順時針驅動過程，轉子即相對於定子進行順時針方向旋轉的連續運動；重複上述逆時針驅動過程，轉子即相對於定子進行逆時針方向旋轉的連續運動。上述電機工作方法針對只有一個順時針旋轉驅動單元和逆時針旋轉驅動單元的情況，在實際工作中常常根據需要設計多個順時針旋轉驅動單元和逆時針旋轉驅動單元， 其驅動原理均建立在上述方法的基礎上，在此不再贅述。綜上所述，本發明的有益效果是
(1)本發明相對於現有的感應式直線電機，在同等輸入功率下具有更大的推力；
(2)本發明相對於現有的感應式直線電機，具有低速度、大扭矩的運行特性；
(3)本發明相對於現有的感應式直線電機，具有更簡便經濟的調速特性；
(4)本發明縮小了電機體積，降低了電機重量，減少了電機的製造成本。
圖1為本發明的內部結構示意圖； 圖2為本發明的整體結構示意圖。附圖中標記及相應的零部件名稱1 一定子；2—轉子；3—頂塊；4一頂持電磁鐵； 5—頂持永久磁鐵；6—驅動力臂；7—驅動電磁鐵；8—驅動永久磁鐵；9一彈簧；10—定子端
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具體實施例方式下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不僅限於此。實施例1
如圖1和2所示，本發明主要由呈圓盤形結構的定子1、以及套裝在定子1外壁上並形成滑動配合的轉子2構成，所述定子1的外壁上設置有定子端蓋10，用於對轉子2進行限位，使其不能軸向串動；定子1的一側端面上設置有延伸至轉子2內壁的頂塊凹槽；所述頂塊凹槽遠離轉子2內壁的一側連通有頂持電磁鐵凹槽；所述頂塊凹槽的逆時針旋轉方向一側或順時針旋轉方向一側連通有驅動力臂凹槽，且驅動力臂凹槽的另一側連通有驅動電磁鐵凹槽；所述頂塊凹槽的順時針旋轉方向一側或逆時針旋轉方向一側設置有與其相連通的彈簧凹槽；所述頂塊凹槽內設置有頂塊3，頂持電磁鐵凹槽內設置有頂持電磁鐵4，且頂塊3 上安裝有位於頂塊3和頂持電磁鐵4之間的頂持永久磁鐵5 ；驅動力臂凹槽內設置有驅動力臂6，驅動電磁鐵凹槽內設置有驅動電磁鐵7，且驅動力臂6上安裝有位於驅動力臂6和驅動電磁鐵7之間的驅動永久磁鐵8 ；彈簧凹槽內設置有彈簧9，所述頂持電磁鐵4和驅動電磁鐵7均通過電源線與外部電源相連。所述頂塊凹槽、與頂塊凹槽遠離轉子2內壁一側相連通的頂持電磁鐵凹槽，與頂塊凹槽逆時針旋轉方向一側連通的驅動力臂凹槽，與驅動力臂凹槽另一側連通的驅動電磁鐵凹槽，與頂塊凹槽順時針旋轉方向一側相連通的彈簧凹槽，設置在頂塊凹槽內的頂塊3， 設置在頂持電磁鐵凹槽內的頂持電磁鐵4，安裝在頂塊3上且位於頂塊3和頂持電磁鐵4之間的頂持永久磁鐵5，設置在驅動力臂凹槽內的驅動力臂6，設置在驅動電磁鐵凹槽內的驅動電磁鐵7，安裝在驅動力臂6上且位於驅動力臂6和驅動電磁鐵7之間的驅動永久磁鐵8，設置在彈簧凹槽內的彈簧9構成順時針旋轉驅動單元；頂塊凹槽、與頂塊凹槽遠離轉子2內壁一側相連通的頂持電磁鐵凹槽，與頂塊凹槽順時針旋轉方向一側連通的驅動力臂凹槽， 與驅動力臂凹槽另一側連通的驅動電磁鐵凹槽，與頂塊凹槽逆時針旋轉方向一側相連通的彈簧凹槽，設置在頂塊凹槽內的頂塊3，設置在頂持電磁鐵凹槽內的頂持電磁鐵4，安裝在頂塊3上且位於頂塊3和頂持電磁鐵4之間的頂持永久磁鐵5，設置在驅動力臂凹槽內的驅動力臂6，設置在驅動電磁鐵凹槽內的驅動電磁鐵7，安裝在驅動力臂6上且位於驅動力臂6 和驅動電磁鐵7之間的驅動永久磁鐵8，設置在彈簧凹槽內的彈簧9構成逆時針旋轉驅動單元；當電機只需單方向運行的功能時只設立順時針旋轉驅動單元或逆時針旋轉驅動單元， 當需要雙向運行的功能時則順時針旋轉驅動單元和逆時針旋轉驅動單元都要設置，即順時針旋轉驅動單元和逆時針旋轉驅動單元均至少為一個，具體數目可以根據實際需求進行設計，圖1和2中所示的電機即為順時針旋轉驅動單元和逆時針旋轉驅動單元均為一個的情況，其中，圖1中上半部分為順時針旋轉驅動單元，下半部分為逆時針旋轉驅動單元。現結合圖1和圖2所示的電機，其中順時針旋轉驅動單元位於圖1中上半部分， 逆時針旋轉驅動單元位於圖1中下半部分，詳細闡述本發明的工作原理及其過程，包括順時針旋轉驅動過程和逆時針旋轉驅動過程，其中
順時針旋轉驅動過程電機初始狀態下，向順時針旋轉驅動單元中的頂持電磁鐵4通電，使頂持電磁鐵4勵磁並與頂持永久磁鐵5磁性方向相反，在同極相斥的磁力作用下，頂持電磁鐵4對頂持永久磁鐵5產生推力，進而推動頂塊3接觸轉子2的環形內壁並對其施加壓力，使得頂塊3與轉子2形成靜摩擦配合；向順時針旋轉驅動單元中的驅動電磁鐵7通電，使驅動電磁鐵7勵磁並與驅動永久磁鐵8磁性方向相反，在同極相斥的磁力作用下，驅動電磁鐵7對驅動永久磁鐵8產生推力，推動驅動力臂6的一端運動，驅動力臂6的另一端進而推動頂塊3並帶動轉子2沿順時針方向移動；斷開頂持電磁鐵4的電源，頂塊3在彈簧 9的作用下沿逆時針方向旋轉，回復到初始位置；斷開驅動電磁鐵7的電源，頂塊3與轉子2 分離，回復到初始狀態；
逆時針驅動過程電機初始狀態下，向逆時針旋轉驅動單元中的頂持電磁鐵4通電，使頂持電磁鐵4勵磁並與頂持永久磁鐵5磁性方向相反，在同極相斥的磁力作用下，頂持電磁鐵4對頂持永久磁鐵5產生推力，進而推動頂塊3接觸轉子2的環形內壁並對其施加壓力， 使得頂塊3與轉子2形成靜摩擦配合；向逆時針旋轉驅動單元中的驅動電磁鐵7通電，使驅動電磁鐵7勵磁並與驅動永久磁鐵8磁性方向相反，在同極相斥的磁力作用下，驅動電磁鐵 7對驅動永久磁鐵8產生推力，推動驅動力臂6的一端運動，驅動力臂6的另一端進而推動頂塊3並帶動轉子2沿逆時針方向移動；斷開頂持電磁鐵4的電源，頂塊3在彈簧9的作用下沿順時針方向旋轉，回復到初始位置；斷開驅動電磁鐵7的電源，頂塊3與轉子2分離，回復到初始狀態；
重複上述順時針驅動過程，轉子2即相對於定子1進行順時針方向旋轉的連續運動；重複上述逆時針驅動過程，轉子2即相對於定子1進行逆時針方向旋轉的連續運動。上述電機工作方法針對只有一個順時針旋轉驅動單元和逆時針旋轉驅動單元的情況，在實際工作中，為了使得轉子2的順時針旋轉和逆時針旋轉的距離更大，常常根據需要設計多個順時針旋轉驅動單元和逆時針旋轉驅動單元，使其連續的進行順時針旋轉和逆時針旋轉，直至達到需求的運動距離，其驅動原理均建立在上述方法的基礎上，在此不再贅述。 如上所述，便可較好的實現本發明。
權利要求
1.具有永久磁鐵和電磁鐵的圓盤式磁力電機，其特徵在於，主要由呈圓盤形結構的定子(1 )、以及套裝在定子(1)外壁上並形成滑動配合的轉子(2)構成，其特徵在於，所述定子 (1)的一側端面上設置有延伸至轉子(2)內壁的頂塊凹槽；所述頂塊凹槽遠離轉子(2)內壁的一側連通有頂持電磁鐵凹槽；所述頂塊凹槽的逆時針旋轉方向一側或順時針旋轉方向一側連通有驅動力臂凹槽，且驅動力臂凹槽的另一側連通有驅動電磁鐵凹槽；所述頂塊凹槽的順時針旋轉方向一側或逆時針旋轉方向一側設置有與其相連通的彈簧凹槽；所述頂塊凹槽內設置有頂塊(3)，頂持電磁鐵凹槽內設置有頂持電磁鐵(4)，且頂塊(3)上安裝有位於頂塊(3 )和頂持電磁鐵(4)之間的頂持永久磁鐵(5 )；驅動力臂凹槽內設置有驅動力臂(6 )， 驅動電磁鐵凹槽內設置有驅動電磁鐵(7)，且驅動力臂(6)上安裝有位於驅動力臂(6)和驅動電磁鐵(7 )之間的驅動永久磁鐵(8 )；彈簧凹槽內設置有彈簧(9 )。
2.根據權利要求1所述的具有永久磁鐵和電磁鐵的圓盤式磁力電機，其特徵在於，所述頂塊凹槽、與頂塊凹槽遠離轉子(2)內壁一側相連通的頂持電磁鐵凹槽，與頂塊凹槽逆時針旋轉方向一側連通的驅動力臂凹槽，與驅動力臂凹槽另一側連通的驅動電磁鐵凹槽， 與頂塊凹槽順時針旋轉方向一側相連通的彈簧凹槽，設置在頂塊凹槽內的頂塊(3)，設置在頂持電磁鐵凹槽內的頂持電磁鐵(4)，安裝在頂塊(3)上且位於頂塊(3)和頂持電磁鐵(4) 之間的頂持永久磁鐵(5)，設置在驅動力臂凹槽內的驅動力臂(6)，設置在驅動電磁鐵凹槽內的驅動電磁鐵(7)，安裝在驅動力臂(6)上且位於驅動力臂(6)和驅動電磁鐵(7)之間的驅動永久磁鐵(8)，設置在彈簧凹槽內的彈簧(9)構成順時針旋轉驅動單元；頂塊凹槽、 與頂塊凹槽遠離轉子(2)內壁一側相連通的頂持電磁鐵凹槽，與頂塊凹槽順時針旋轉方向一側連通的驅動力臂凹槽，與驅動力臂凹槽另一側連通的驅動電磁鐵凹槽，與頂塊凹槽逆時針旋轉方向一側相連通的彈簧凹槽，設置在頂塊凹槽內的頂塊(3)，設置在頂持電磁鐵凹槽內的頂持電磁鐵(4 )，安裝在頂塊(3 )上且位於頂塊(3 )和頂持電磁鐵(4 )之間的頂持永久磁鐵(5)，設置在驅動力臂凹槽內的驅動力臂(6)，設置在驅動電磁鐵凹槽內的驅動電磁鐵(7 )，安裝在驅動力臂(6 )上且位於驅動力臂(6 )和驅動電磁鐵(7 )之間的驅動永久磁鐵 (8)，設置在彈簧凹槽內的彈簧(9)構成逆時針旋轉驅動單元；所述順時針旋轉驅動單元和逆時針旋轉驅動單元均至少為一個。
3.根據權利要求1或2所述的具有永久磁鐵和電磁鐵的圓盤式磁力電機，其特徵在於， 所述定子(1)的外壁上設置有定子端蓋(10)。
4.根據權利要求1或2所述的具有永久磁鐵和電磁鐵的圓盤式磁力電機，其特徵在於， 所述頂持電磁鐵(4)和驅動電磁鐵(7)均通過電源線與外部電源相連。
5.基於上述具有永久磁鐵和電磁鐵的圓盤式磁力電機的工作方法，其特徵在於，包括順時針旋轉驅動過程和逆時針旋轉驅動過程，其中順時針旋轉驅動過程電機初始狀態下，向順時針旋轉驅動單元中的頂持電磁鐵(4) 通電，使頂持電磁鐵(4)勵磁並與頂持永久磁鐵(5)磁性方向相反，在同極相斥的磁力作用下，頂持電磁鐵(4)對頂持永久磁鐵(5)產生推力，進而推動頂塊(3)接觸轉子(2)的環形內壁並對其施加壓力，使得頂塊(3)與轉子(2)形成靜摩擦配合；向順時針旋轉驅動單元中的驅動電磁鐵(7 )通電，使驅動電磁鐵(7 )勵磁並與驅動永久磁鐵(8 )磁性方向相反，在同極相斥的磁力作用下，驅動電磁鐵(7 )對驅動永久磁鐵(8 )產生推力，推動驅動力臂(6 )的一端運動，驅動力臂(6)的另一端進而推動頂塊(3)並帶動轉子(2)沿順時針方向移動；斷開頂持電磁鐵(4)的電源，頂塊(3)在彈簧(9)的作用下沿逆時針方向旋轉，回復到初始位置；斷開驅動電磁鐵(7)的電源，頂塊(3)與轉子(2)分離，回復到初始狀態；逆時針驅動過程電機初始狀態下，向逆時針旋轉驅動單元中的頂持電磁鐵(4)通電， 使頂持電磁鐵(4)勵磁並與頂持永久磁鐵(5)磁性方向相反，在同極相斥的磁力作用下，頂持電磁鐵(4)對頂持永久磁鐵(5)產生推力，進而推動頂塊(3)接觸轉子(2)的環形內壁並對其施加壓力，使得頂塊(3 )與轉子(2 )形成靜摩擦配合；向逆時針旋轉驅動單元中的驅動電磁鐵(7)通電，使驅動電磁鐵(7)勵磁並與驅動永久磁鐵(8)磁性方向相反，在同極相斥的磁力作用下，驅動電磁鐵(7 )對驅動永久磁鐵(8 )產生推力，推動驅動力臂(6 )的一端運動，驅動力臂(6)的另一端進而推動頂塊(3)並帶動轉子(2)沿逆時針方向移動；斷開頂持電磁鐵(4)的電源，頂塊(3)在彈簧(9)的作用下沿順時針方向旋轉，回復到初始位置；斷開驅動電磁鐵(7 )的電源，頂塊(3 )與轉子(2 )分離，回復到初始狀態；重複上述順時針驅動過程，轉子(2)即相對於定子(1)進行順時針方向旋轉的連續運動；重複上述逆時針驅動過程，轉子(2)即相對於定子(1)進行逆時針方向旋轉的連續運動。
全文摘要
本發明公開了一種具有永久磁鐵和電磁鐵的圓盤式磁力電機，包括定子和轉子；定子上設置有頂塊凹槽，頂塊凹槽連通有頂持電磁鐵凹槽；頂塊凹槽逆時針或順時針旋轉方向連通有驅動力臂凹槽，驅動力臂凹槽另一側連通有驅動電磁鐵凹槽；頂塊凹槽順時針或逆時針旋轉方向設置有彈簧凹槽；頂塊凹槽內設有頂塊，頂持電磁鐵凹槽內設有頂持電磁鐵，頂塊上設有頂持永久磁鐵；驅動力臂凹槽內設有驅動力臂，驅動電磁鐵凹槽內設有驅動電磁鐵，驅動力臂上設有驅動永久磁鐵；彈簧凹槽內設有彈簧。本發明還公開了一種基於上述具有永久磁鐵和電磁鐵的圓盤式磁力電機的工作方法。本發明不需加裝變速裝置就能做到低轉速大扭矩，相對效率較高、損耗小、質量功率比大。
文檔編號H02K1/17GK102263444SQ20111021871
公開日2011年11月30日 申請日期2011年8月2日 優先權日2011年8月2日
發明者劉勤 申請人:劉勤