磁力聯結驅動器及其構成的無機軸孔泵的製作方法

2023-05-24 09:54:21 1

專利名稱：磁力聯結驅動器及其構成的無機軸孔泵的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種由電磁力或永磁力聯結並傳遞電磁力轉矩、機械轉矩和功率的磁力聯結驅動器，即一種電、磁、機一體化的能使電能與機械能相互轉換的電機裝置；以及由其構成的無機軸孔泵，即不會從機軸孔洩漏泵室裡流體的新型泵機。
在現有技術中，離心泵類機械都是由傳統的旋轉電機驅動並聯接成一體構成的。大、中型泵機一般都是通過聯軸器或各種傳動機械聯接電機軸與泵機軸來組合構成的，並且泵機軸與蝸殼的間隙處也都有許多密封件加以密封，以使泵室裡的流體不能滲透過轉軸與各種密封件的間隙流出來造成損害。小、微型泵機一般都是在電機轉子與泵機葉輪共用的轉軸上，採用各種密封技術將其分隔成密不相通的電機部分與泵室(蝸殼)部分，以使泵室裡的流體不能滲透過轉軸與泵機蝸殼的間隙流入電機造成腐蝕、漏電、短路等損壞。但是各種泵機在運行了一段時間以後，其轉軸與密封件的間隙必然會增大，或者是密封件老化而逐漸失效，泵室裡的流體就有可能從其間隙處流出來造成危害。因此，人們對各類泵機就必須進行經常檢修和更換密封件等煩瑣的耗時耗工耗費用的工作；致使泵機軸與蝸殼的間隙處的密封技術性能的好壞，成為至今泵機使用中長期存在的一個根本性的技術難題。在一些特殊的電機用途中，傳統的旋轉電機加上傳動機械的整個體型顯得較大且笨重，很不方便聯結工具機(執行機械)使用，如電動小汽車的電機與車輪的聯接、安裝和使用等。並且，傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)的構造複雜，也使其生產製造技術比較複雜，費時並費料。
本發明的任務是提供一種結構簡單、緊湊、能傳遞各種大的和小的電磁力轉矩、機械轉矩和功率，加工製造也比較容易、省工省料、安裝使用更加方便的，不用開設機軸孔即能夠消除多種泵機軸與蝸殼的間隙這一根本性問題，而且在許多的特殊使用中可以取消部分聯軸器、離合器、變速箱等傳動機械的磁力聯結驅動裝置，以從根本上徹底解決上述泵機、電機生產、使用中的技術難題，來滿足人們生產、生活裡的各種實際使用需要。而且，本發明也有可能會成為開發大批新型機器(如飛碟的電磁推進系統、海浪發電機等等)的一個良好的基礎。
磁力聯結驅動器及其構成的無機軸孔泵，依其所使用磁力產生的性質不同，可以分為電磁力聯結驅動器及其構成的無機軸孔泵，和永磁力聯結驅動器及其構成的無機軸孔泵。電磁力聯結驅動器是一種能直接實現電能與機械能相互轉換的電、磁、機一體化裝置，永磁力聯結驅動器則是一種使用永磁力聯結並傳動的(在一定條件下也能實現電能與機械能互相轉換的)機電裝置。無機軸孔泵機，即無需在泵機蝸殼上開設機軸孔使葉輪機軸與外界傳動機械直接聯接，而是由磁力聯結驅動器帶動泵機轉軸並向其傳遞機械轉矩和功率的新型泵機。電磁力聯結驅動器能傳遞的電磁力轉矩、機械轉矩和功率要大一些，主要適用於大、中型泵機和其它各種大、中型機械系統，或是由其它大、中型機械來帶動其工作。永磁力聯結驅動器能傳遞的電磁力轉矩、機械轉矩和功率要小一些，主要適用於小、微型泵機和其它小型機器系統，或是由其它小型機械來帶動其工作。大、中型泵機和其它各種大、中型機器將要使用的電磁力聯結驅動器，因為是要產生並使用巨大的電磁場力，其電氣、機械結構就要比永磁力聯結驅動器複雜得多。這裡就先從電機旋轉電磁(轉矩)場的構成原理及其運動規律來分析，以求能較為清楚地說明電磁力聯結驅動器的構成原理和實現的技術方法。眾所周知，傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)的(初級)定子與(次級)轉子之間的氣隙，一般都是其(初級)定子內表面和(次級)轉子外表面之間的氣隙空間，即呈圓柱形表面的圓柱筒體；也即是傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)的旋轉電磁(轉矩)場的運行軌跡，就是該圓柱筒(體)形，其運行方向則是沿指該圓柱筒(體)形的切面方向而不斷變化。直線(線性)電機的初級(定子)與次級(轉子)之間的氣隙，就是傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)沿徑向剖開並將電機圓周展開成直線時，其初級(定子)內表面和次級(轉子)外表面之間的氣隙空間，即是被同時從徑向剖開並展開成的一個平面矩形體；也即是其直線電磁(力矩)場的運行軌跡，就是該平面矩形(體)，其運行方向則是沿指該氣隙空間被展開成的平面矩形(體)邊的直線方向。延長初級(定子)內表面矩形平面或是延長次級(轉子)外表面矩形平面，也就是延長了其直線電磁(力矩)場的運行軌跡，從而實現了延長直線(線性)電機作直線運動的距離。電磁力聯結驅動器的構成，就是把傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)從其任意一端由裡向外地沿其另一端圓周線翻轉，並從其開始翻轉的一端沿徑向均勻分布地剖開成若干等分直至作為翻轉軸圈一端的圓周線(該圓周線可視為不剖斷)為止。這時的電機(初級)定子內表面和(次級)轉子外表面及其之間的氣隙空間等，就都被同時剖開成若干個相等的呈圓弧面形的矩形塊。可以把這些圓弧面形的矩形塊開始翻轉的起始位置設定為0°翻轉角；當使這些圓弧面形的矩形塊圍繞著電機另一端的翻轉圓周軸線逐漸旋轉(即翻轉)時，這個翻轉角度就會從0°開始逐漸增大。同時也可以使這些圓弧面形的矩形塊的圓弧度隨著翻轉角度的增加而逐漸變平坦，並設定在翻轉角為90°的A值位置時，使這些圓弧面形的矩形塊的圓弧度完全消失。即在翻轉角為90°這一特定A值位置時，電機(初級)定子內表面所有的矩形塊都在同一個平面裡，電機(次級)轉子外表面所有的矩形塊也都在同一個平面裡，電機(初級)定子內表面和(次級)轉子外表面之間的氣隙空間的所有的矩形塊(體)也同樣都是在同一個平面(體)裡。這是同垂直於電機軸心線即相互平行的三個平面，這三個平面裡所有相鄰的矩形塊之間都為相同大小的一個三角形面空間所隔開。對於電機(初級)定子內表面所在的平面來說，可以使用增加電機(初級)定子矽鋼片面(體)積、改變(大)繞組形狀、加大導線截面、增加繞組匝數，等等多種現有的技術方法，來消除該平面內所有的三角形面空間；即不僅使電機(初級)定子內表面所有矩形塊相鄰的矩形邊聯接重合起來成為一個多邊形環面，而且在該平面裡補充形成一個沒有間隙的新(初級)定子內表面圓環(可以是由該多邊形環面的內接圓和外接圓構成的圓環，也可以是由其內切圓與外切圓構成的圓環，或者是特定要求設計的圓環，等等)；以及在這個新(初級)定子內表面背面補充形成一個完整的新(初級)定子環及其機架座。對於電機(次級)轉子外表面所在的平面來說，可以使用增加電機(次級)轉子矽鋼片面(體)積、改變(大)繞組形狀、加粗加長導條、加大導線截面、增加繞組匝數，等等多種現有的技術方法，來消除該平面內所有的三角形面空間；即不僅使電機(次級)轉子外表面所有矩形塊相鄰的矩形邊聯接重合起來成為一個多邊形環面，而且在該平面裡補充形成一個沒有間隙的新(次級)轉子外表面圓環(可以是由該多邊形環面的內接圓和外接圓構成的圓環，也可以是由其內切圓與外切圓構成的圓環，或者是特定要求設計的圓環，等等)；以及在這個新(次級)轉子外表面背面補充形成一個完整的新(次級)轉子環，並在其轉軸上增加一個安裝固定這個新(次級)轉子環的圓板形的轉子機架座。這樣一來，氣隙空間所有的矩形塊(體)所在的平面(體)裡的全部三角形面空間也就自然消失，即在其新(初級)定子內表面平面圓環與新(次級)轉子外表面平面圓環之間，就產生了一個完整的沒有間隙的新平面圓環體的氣隙空間。也就是在這個90°翻轉角的A值位置時，由傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)加以上述技術改造後，變成了的這個新型「電機裝置」的旋轉電磁(轉矩)場的運行軌跡，就是這一個平面圓環(體)形，其運行方向則是沿指該平面圓環(體)形的切面方向而不斷變化。這個新的「電機裝置」就是A型電磁力聯結驅動器。當又使這些圓弧面形的矩形塊重新開始圍繞著電機另一端的翻轉圓周軸線開始逐漸旋轉(即翻轉)時，設定這個翻轉角度可以取從0°至90°之間的任意B值位置。在翻轉角小於90°的任一特定B值位置時，電機(初級)定子內表面所有的圓弧面形的矩形塊都在同一個圓錐體柱的圓弧面筒上(即在一個去掉了正圓錐體部分剩餘的圓錐體柱的圓弧面筒上)，電機(次級)轉子外表面所有的圓弧面形的矩形塊也類似地都在同一個圓錐體柱的圓弧面筒上，電機(初級)定子內表面和(次級)轉子外表面之間的氣隙空間的所有的圓弧面形的矩形塊(體)，也同樣都是在同一個圓錐體柱的圓弧面筒上。並且它們圓弧面形的矩形塊的圓弧度，也都恰好與其所在的圓錐體柱的圓弧面筒的圓弧度完全一致。這三個圓錐體柱的圓弧面(筒)是相互平行的，其每一個圓錐體柱的圓弧面筒裡所有相鄰的圓弧面形的矩形塊之間，都為相同大小的一個三角形圓弧面空間所隔開。對於電機(初級)定子內表面所在的圓錐體柱的圓弧面筒來說，可以使用增加電機(初級)定子矽鋼片面(體)積、改變(大)繞組形狀、加大導線截面、增加繞組匝數，等等多種現有的技術方法，來消除該圓錐體柱的圓弧面(筒)內所有的三角形圓弧面空間；即不僅使電機(初級)定子內表面所有圓錐體柱的圓弧面形的矩形塊相鄰的矩形邊聯接重合起來，而且在該圓錐體柱的圓弧面筒裡補充形成一個沒有間隙的新(初級)定子內表面構成的圓錐體柱的圓弧面筒(環)；並在新(初級)定子內表面背面補充形成一個完整的新(初級)定子環及其機架座。對於電機(次級)轉子外表面所在的圓錐體柱的圓弧面筒來說，可以使用增加電機(次級)轉子矽鋼片面(體)積、改變(大)繞組形狀、加粗加長導條、加大導線截面、增加繞組匝數，等等多種現有的技術方法，來消除該圓錐體柱的圓弧面筒內所有的三角形圓弧面空間；即不僅使電機(次級)轉子外表面所有圓錐體柱的圓弧面形的矩形塊相鄰的矩形邊聯接重合起來，而且在該圓錐體柱的圓弧面筒裡補充形成一個沒有間隙的新(次級)轉子外表面構成的圓錐體柱的圓弧面筒(環)；以及在這個新(次級)轉子外表面背面補充形成一個完整的新(次級)轉子環，並在其轉軸上增加一個安裝固定這個新(次級)轉子的圓錐體柱形的轉子機架座。這樣一來，氣隙空間所有圓弧面形的矩形塊(體)所在的圓錐體柱的圓弧面筒(體)裡的所有三角形圓弧面空間也就自然消失，即在新(初級)定子內表面的圓錐體柱的圓弧面(筒)環與新(次級)轉子外表面的圓錐體柱的圓弧面(筒)環之間，就產生了一個完整的沒有間隙的新圓錐體柱的圓弧面筒(環)體的氣隙空間。也就是在這個翻轉角小於90°的特定B值位置時，由傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)加以上述技術改造後，變成了的這個新型「電機裝置」的旋轉電磁(轉矩)場的運行軌跡，就是這一個圓錐體柱的圓弧面筒(環)形，其運行方向則是沿指該圓錐體柱的圓弧面筒(環)形切面方向而不斷變化。這個新的「電機裝置」就是B型電磁力聯結驅動器。再當人們使這些圓弧面形的矩形塊又繼續圍繞著電機另一端的翻轉圓周軸線逐漸旋轉(即翻轉)時，設定這個翻轉角度可以取值為從90°至180°之間的任意C值位置，也可以正好就是取值為180°的D值位置。這時馬上就可以很明顯地看出，C值位置的新型「電機裝置」正是B值位置的新型「電機裝置」以90°位置為鏡面的鏡像，D值位置的新型「電機裝置」也正是0°位置即傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)以90°位置為鏡面的鏡像。C值、D值位置的新型「電機裝置」唯一與其鏡像不同的地方，就是其「電機」新(初級)定子的內表面翻轉成了外表面，「電機」新(次級)轉子的外表面翻轉成了內表面；也即是由定子在外面包裹著裡面的轉子運轉的、傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)結構的舊模式，改變成了由轉子在外面包裹著裡面的定子並在其外面運轉的、電磁力聯結驅動器結構的一種新模式。而其氣隙空間仍然是與其鏡像的氣隙空間完全一樣，即其旋轉電磁(轉矩)場的運行軌跡和運行方向，也都是與其鏡像的完全一樣。因為C值、D值位置的新型「電機裝置」的構成原理、實現的技術方法等，都與A型和B型電磁力聯結驅動器的相同(故此不再多敘)；所以，C值位置的新型「電機裝置」就是C型電磁力聯結驅動器，D值位置的新型「電機裝置」就是D型電磁力聯結驅動器。由上述分析說明可知，在翻轉角度分別為A值、B值、C值、D值的四種位置時，由傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)按上述電機旋轉電磁(轉矩)場的構成原理和實現的技術方法，改造而成的A型、B型、C型、D型等四種新型「電機裝置」，就都是本發明裡的使用電磁力聯結工作的電磁力聯結驅動器。只要向A型、B型、C型、D型等四種電磁力聯結驅動器的定子通電，其旋轉電磁(轉矩)場就會驅動其轉子及其轉軸旋轉，並帶動其軸上的工具機(各種執行機械)旋轉工作。反之，只要使用動力機械帶動它們的轉子旋轉，其定子中就會感應生出電動勢(電流)來供使用。下面僅對由A型和B型電磁力聯結驅動器構成無機軸孔泵機的方法進行簡要的說明。A型、B型電磁力聯結驅動器的外形，是由傳統旋轉電機的長徑向變成短徑向，橫向則由小圓形變成大圓形，即A型是一個扁圓形，B型是一個圓錐體柱形。人們可以先把A型和B型電磁力聯結驅動器裡的轉子軸退出其(初級)定子內表面，並縮入其(次級)轉子外表面裡，再把該端的軸承也移到其(次級)轉子背面的轉軸上並安裝固定在泵室裡的特製轉軸機架上。因為A型電磁力聯結驅動器裡的氣隙空間是一個平面圓環(體)形，B型電磁力聯結驅動器裡的氣隙空間是一個圓錐體柱的圓弧面環(體)形，所以就可以再增大一點它們的氣隙空間，即在拉開一點它們(初級)定子內表面與(次級)轉子外表面之間的距離後，就向A型的氣隙空間裡插入一塊非隔磁材料的平面板(該非隔磁材料平面板就是構成該泵機蝸殼的一部分)，也向B型的氣隙空間裡插入一塊非隔磁材料的圓錐體柱的圓弧面環(體)形板(該非隔磁材料的圓錐體柱的圓弧面環形板就是構成該泵機蝸殼的一部分)；並使這兩塊非隔磁材料板都不與其兩面的金屬圓(弧)面(定子的內表面和轉子的外表面)相碰擦。然後將它們與各自轉軸上的葉輪一同封閉安裝在各自的泵機蝸殼裡面，即可構成A型的和B型的無機軸孔的泵機了。當給A型的和B型的電磁力聯結驅動器通電後，它們各自的旋轉電磁(轉矩)場就會驅動其轉子及轉軸帶動葉輪旋轉工作了。這種由電磁力聯結驅動器構成的泵機蝸殼上沒有開設葉輪機軸孔即沒有機軸與蝸殼的間隙，也就是消除了泵室裡的流體從葉輪機軸與殼體的間隙洩漏出泵室的這一根源，即從根本上徹底消除了泵機軸與殼體的間隙處的密封技術難題。永磁力聯結驅動器的構成，是由小型動力機械(小電動機、小內燃機等)或手動(搖)機器的轉軸，及其轉軸軸承外的端頭上固定聯結的與軸相垂直的永磁體平面板(用非磁性材料製成的有一個平面的剛性硬板——其另一面上可為加強其剛性的各種形狀；在其平面上或裡面按一定規律均勻分布地嵌入固定好若干個高強度永磁體——釹鐵硼類，該平面板可有任意大小形狀)，與小型工具機(各種執行機械)的轉軸，及其轉軸軸承外的端頭上固定聯結的與軸相垂直的永磁體平面板(同前一平面板一樣是用非磁性材料製成的有一個平面的剛性硬板——其另一面上也可為加強其剛性的各種形狀；也在其平面上或裡面按一定規律——即在此面板的平面上，使其與前面板相同空間位置上的永磁體的磁極極性正好相反地、同樣均勻分布地、嵌入固定好與前面板上相同個數的高強度永磁體，並且此面板與前面板有相同的大小形狀)的軸線重合，並使這兩個永磁體平面板的兩個平行平面靠得很接近，而在它們中間產生了極強大的永磁力吸引聯結力時才能組合構成。當小型動力機械(小電動機、小內燃機等)或手動(搖)機器工作時，其轉軸的旋轉帶動軸上的永磁體平面板旋轉，並通過這兩個永磁體平面板中間極強大的永磁力吸引聯結力，帶動小型工具機(各種執行機械)轉軸上固定聯結的永磁體平面板及其轉軸一起旋轉，即驅動了小型工具機(各種執行機械)的正常工作。永磁力聯結驅動器構成的無機軸孔泵機，就是把小、微型泵機裡電機、葉輪的共用轉軸先分開成兩截，使其成為同一軸線上的電機、葉輪的各自轉軸。然後在電機軸軸承外端頭固定聯結一個與電機軸相垂直的用非磁性材料製成的剛性圓板，並在圓板平面上(或圓板裡面)均勻分布地嵌入固定好若干個高強度永磁體(如釹鐵硼類)，使其可以隨電機軸高速旋轉。再同樣地在葉輪軸端頭(即泵室裡固定葉輪軸用的特製機架上的軸承外端頭)固定聯結一個與葉輪軸相垂直的用非磁性材料製成的剛性圓板，並在圓板平面上(或圓板裡面)均勻分布地嵌入固定好與電機軸上圓板同樣個數的高強度永磁體，並使其可以帶動葉輪軸及葉輪等一同高速旋轉。這兩個轉軸上相互平行並靠得很近的布滿永磁體的平面圓板的大小相同，圓板上(裡)面安裝的永磁體的個數相同，永磁體的排列形式(空間位置)相同，但是在這兩個圓板平面一一對應的位置上排列著的所有的這些永磁體的磁極性，卻被特意地安裝成為正好相反，因而就在這兩個剛性圓板平面中間形成了一股極強大的永磁力吸引聯結力。以至於在電機軸旋轉時就帶動了這兩個永磁體圓板一同旋轉，電機軸的旋轉力和機械轉矩，就這樣通過這兩個永磁體圓板間強大的永磁力吸引聯結力矩傳遞到了葉輪軸而驅動了葉輪的旋轉工作。由於電機軸上的圓板與葉輪軸上的圓板是分開有一定的距離，所以就可以使用非隔磁材料平面板(該非隔磁材料平面板就是構成新泵室殼體的一部分)插入這兩個平行的永磁體圓板平面中間(但不能碰擦著這兩個永磁體圓板和其機軸端頭)，將其分隔成真正徹底的互不相通的兩個部分。電機軸及軸上的永磁體圓板可以合併製作在電機室部分裡，葉輪軸及軸上的永磁體圓板，可以被安裝在一個完整的沒有機軸孔的新泵室(蝸殼)裡面，與葉輪構成一個主機整體。由於這個葉輪軸及軸上面的永磁體圓板是被完全封閉在新泵室裡面的，新泵機的外殼在葉輪軸端頭處不開設機軸孔即沒有機軸與殼體的間隙等，也就是消除了泵室裡的流體從葉輪軸與殼體的間隙洩漏出泵室的這一根源，即從根本上徹底消除了泵機軸與殼體的間隙處的密封技術難題。
本發明由A型或B型電磁力聯結驅動器構成的大、中型無機軸孔的泵機，和由永磁力聯結驅動器構成的小、微型無機軸孔的泵機，因為沒有機軸孔而根本就不再有機軸與蝸殼的間隙和由此而來的泵室裡的流體洩漏及密封的問題了；這不僅可以延長該類泵機的使用壽命，而且可以節省維修人力、工時及費用等。本發明電磁力聯結驅動器，同傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)的相同點就是它們的使用功能，即它們都是既可以將電功率轉換成機械功率，又可以反之將機械功率轉換成電功率的電、磁、機一體化裝置。由比較可知，電磁力聯結驅動器與傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)在電氣、機械結構上不同的主要特點如下第一、除了D型電磁力聯結驅動器的氣隙空間與傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)的氣隙空間相同，即它們的旋轉電磁(轉矩)場的運行軌跡都是呈圓柱形表面的圓柱筒(體)形以外，其它三種電磁力聯結驅動器的氣隙空間，都是與傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)的氣隙空間完全不同。A型的氣隙空間，即其旋轉電磁(轉矩)場的運行軌跡是一個平面圓環(體)形，B型與C型的氣隙空間，即其旋轉電磁(轉矩)場的運行軌跡則是一個圓錐體柱的圓弧面環(體)形。第二、除了D型電磁力聯結驅動器與傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)相同，即它們旋轉電磁(轉矩)場裡同一圓面上的所有質點，在運行中同時具有相同的電角速度和相同的線速度以外；其它三種電磁力聯結驅動器的旋轉電磁(轉矩)場裡同一圓(弧)面上的所有質點，在運行中只具有相同的電角速度，其不同圓周上的所有質點的線速度都不相同。第三、對於(初級)定子面、(次級)轉子面和氣隙空間(體)面與其電機轉軸心線(即轉子的轉軸心線)的相互位置關係來說，除了D型電磁力聯結驅動器與傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)相同，即都為相互平行的以外；其它三種電磁力聯結驅動器的(初級)定子面、(次級)轉子面和氣隙空間(體)面與其電機轉軸心線(即轉子的轉軸心線)都是相交(含延長虛面)的，其中A型的三個「面」更是與其轉軸心線相互垂直。第四、傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)的(次級)轉子軸，都是穿過其(初級)定子兩端並通過軸承等固定在定子機座上的。而電磁力聯結驅動器的(次級)轉子軸，則是既可以穿過其(初級)定子的一端，也可以根本就不穿過其(初級)定子；既可以將其軸的一端(特殊需要時也可以將其兩端)通過軸承等固定在其(初級)定子的機座上，也可以將其軸的兩端都不固定在其(初級)定子的機座上。第五、傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)一般都是(初級)定子在外面包裹著(次級)轉子在裡面旋轉。但在電磁力聯結驅動器裡，除了B型的與其相似，即(初級)定子在外面包裹著(次級)轉子在裡面旋轉以外；A型的卻是與直線(線性)電機的情形相似，即(初級)定子與(次級)轉子之間是在作平面旋轉而不是相互包裹著旋轉；C型與D型的卻恰恰相反，則是反過來由(次級)轉子在外面包裹著裡面的(初級)定子並在其外面旋轉。正因為電磁力聯結驅動器具有這許多新的電氣、機械結構特點，而這些新特點又是傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)與生以來俱無的，所以電磁力聯結驅動器的用途將會主要是在傳統的旋轉電機不能到達的廣闊天地裡，即是會在出乎常情意料的廣闊領域中得到廣泛的應用。如電動小汽車，使用傳統電機就必須安裝一套聯接、變速、傳動機械等，可能就不如把小型的A型或B型電磁力聯結驅動器，直接安裝在四個車輪上更輕巧和採用電力調速更方便。雖然在特殊使用場合下，需要把電磁力聯結驅動器的(初級)定子內表面與(次級)轉子外表面之間的距離增大(如構成無機軸孔泵機等)而會降低其效率，但是同時增大了定子和轉子的矽鋼片面(體)積、加大了導線截面積、增加繞組匝數、等等措施又提高了其功率，所以電磁力聯結驅動器比較其原型電機的輸出功率一般是不會有什麼減少的，或者是相反地還會有所增加，這當然是要依需求來設計製造了。A型和B型電磁力聯結驅動器的生產製造、安裝使用一般是會比傳統的旋轉電機更為簡單方便，省時、省工、省料。而C型和D型電磁力聯結驅動器的生產製造等，可能是會比傳統電機要複雜一些，但是它們卻能使用在許多的傳統電機根本就不能使用的地方而大受歡迎。因為A型電磁力聯結驅動器裡的旋轉電磁(轉矩)場的運行軌跡是一個平面圓環(體)形，所以人們也可以又稱其為「平面旋轉電動機或平面旋轉發電機」。同樣，因為B型電磁力聯結驅動器裡的旋轉電磁(轉矩)場的運行軌跡是一個圓錐體柱的圓弧面環(體)形，所以人們也可以很有區別地又稱其為「圓弧面旋轉電動機或圓弧面旋轉發電機」，以及「圓錐柱旋轉電動機或圓錐柱旋轉發電機」。由於C型、D型電磁力聯結驅動器比較傳統電機的最大特點，是其(次級)轉子在(初級)定子外面旋轉，所以也可以又稱其為「外旋轉電動機或外旋轉發電機」。
本發明的最佳實施方案之一，就是A型電磁力聯結驅動器和由其構成的無機軸孔的泵機。該方案裡詳細的技術數據、選材、零部件規格尺寸等，都應按實際的使用要求來設計制定。
權利要求
1.磁力聯結驅動器及其構成的無機軸孔泵，依其所使用磁力產生的性質不同，可以分為電磁力聯結驅動器及其構成的無機軸孔泵，和永磁力聯結驅動器及其構成的無機軸孔泵；電磁力聯結驅動器是一種能直接實現電能與機械能相互轉換的電、磁、機一體化裝置，永磁力聯結驅動器則是一種使用永磁力聯結並傳動的(在一定條件下也能實現電能與機械能互相轉換的)機電裝置；無機軸孔泵機，即無需在泵機蝸殼上開設機軸孔使葉輪機軸與外界傳動機械直接聯接，而是由磁力聯結驅動器帶動泵機轉軸並向其傳遞機械轉矩和功率的新型泵機；其特徵是電磁力聯結驅動器與傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)相比較可知第一、除了D型電磁力聯結驅動器的氣隙空間與傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)的氣隙空間相同，即它們的旋轉電磁(轉矩)場的運行軌跡都是呈圓柱形表面的圓柱筒(體)形以外，其它三種電磁力聯結驅動器的氣隙空間，都是與傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)的氣隙空間完全不同A型的氣隙空間，即其旋轉電磁(轉矩)場的運行軌跡是一個平面圓環(體)形，B型與C型的氣隙空間，即其旋轉電磁(轉矩)場的運行軌跡則是一個圓錐體柱的圓弧面環(體)形；第二、除了D型電磁力聯結驅動器與傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)相同，即它們旋轉電磁(轉矩)場裡同一圓面上的所有質點，在運行中同時具有相同的電角速度和相同的線速度以外；其它三種電磁力聯結驅動器的旋轉電磁(轉矩)場裡同一圓(弧)面上的所有質點，在運行中只具有相同的電角速度，其不同圓周上的所有質點的線速度都不相同；第三、對於(初級)定子面、(次級)轉子面和氣隙空間(體)面與其電機轉軸心線(即轉子的轉軸心線)的相互位置關係來說，除了D型電磁力聯結驅動器與傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)相同，即都為相互平行的以外；其它三種電磁力聯結驅動器的(初級)定子面、(次級)轉子面和氣隙空間(體)面與其電機轉軸心線(即轉子的轉軸心線)都是相交(含延長虛面)的，其中A型的三個「面」更是與其轉軸心線相互垂直；第四、傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)的(次級)轉子軸，都是穿過其(初級)定子兩端並通過軸承等固定在定子機座上的；而電磁力聯結驅動器的(次級)轉子軸，則是既可以穿過其(初級)定子的一端，也可以根本就不穿過其(初級)定子；既可以將其軸的一端(特殊需要時也可以將其兩端)通過軸承等固定在其(初級)定子的機座上，也可以將其軸的兩端都不固定在其(初級)定子的機座上；第五、傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)一般都是(初級)定子在外面包裹著(次級)轉子在裡面旋轉；但在電磁力聯結驅動器裡，除了B型的與其相似，即(初級)定子在外面包裹著(次級)轉子在裡面旋轉以外；A型的卻是與直線(線性)電機的情形相似，即(初級)定子與(次級)轉子之間是在作平面旋轉而不是相互包裹著旋轉；C型與D型的卻恰恰相反，則是反過來由(次級)轉子在外面包裹著裡面的(初級)定子並在其外面旋轉；由於A型電磁力聯結驅動器裡的旋轉電磁(轉矩)場的運行軌跡是一個平面圓環(體)形，所以人們也可以又稱其為「平面旋轉電動機或平面旋轉發電機」；同樣，因為B型電磁力聯結驅動器裡的旋轉電磁(轉矩)場的運行軌跡是一個圓錐體柱的圓弧面環(體)形，所以人們也可以很有區別地又稱其為「圓弧而旋轉電動機或圓弧面旋轉發電機」，以及「圓錐柱旋轉電動機或圓錐柱旋轉發電機」；由於C型、D型電磁力聯結驅動器比較傳統電機的最大特點，是其(次級)轉子在(初級)定子外面旋轉，所以也可以又稱其為「外旋轉電動機或外旋轉發電機」；其特徵是電磁力聯結驅動器能傳遞的電磁力轉矩、機械轉矩和功率要大一些，主要適用於大、中型泵機和其它各種大、中型機械系統，或是由其它大、中型機械來帶動其工作；電磁力聯結驅動器的構成，就是把傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)從其任意一端由裡向外地沿其另一端圓周線翻轉，並從其開始翻轉的一端沿徑向均勻分布地剖開成若干等分直至作為翻轉軸圈一端的圓周線(該圓周線可視為不剖斷)為止，這時的電機(初級)定子內表面和(次級)轉子外表面及其之間的氣隙空間等，就都被同時剖開成若干個相等的呈圓弧面形的矩形塊；可以把這些圓弧面形的矩形塊開始翻轉的起始位置設定為0°翻轉角；當使這些圓弧面形的矩形塊圍繞著電機另一端的翻轉圓周軸線逐漸旋轉(即翻轉)時，這個翻轉角度就會從0°開始逐漸增大；同時也可以使這些圓弧面形的矩形塊的圓弧度隨著翻轉角度的增加而逐漸變平坦，並設定在翻轉角為90°的A值位置時，使這些圓弧面形的矩形塊的圓弧度完全消失；即在翻轉角為90°這一特定A值位置時，電機(初級)定子內表面所有的矩形塊都在同一個平面裡，電機(次級)轉子外表面所有的矩形塊也都在同一個平面裡，電機(初級)定子內表面和(次級)轉子外表面之間的氣隙空間的所有的矩形塊(體)也同樣都是在同一個平面(體)裡；這是同垂直於電機軸心線即相互平行的三個平面，這三個平面裡所有相鄰的矩形塊之間都為相同大小的一個三角形面空間所隔開；對於電機(初級)定子內表面所在的平面來說，可以使用增加電機(初級)定子矽鋼片面(體)積、改變(大)繞組形狀、加大導線截面、增加繞組匝數，等等多種現有的技術方法，來消除該平面內所有的三角形面空間，即不僅使電機(初級)定了內表面所有矩形塊相鄰的矩形邊聯接重合起來成為一個多邊形環面，而且在該平面裡補充形成一個沒有間隙的新(初級)定子內表面圓環(可以是由該多邊形環面的內接圓和外接圓構成的圓環，也可以是由其內切圓與外切圓構成的圓環，或者是特定要求設計的圓環，等等)，以及在這個新(初級)定子內表面背面補充形成一個完整的新(初級)定子環及其機架座；對於電機(次級)轉子外表面所在的平面來說，可以使用增加電機(次級)轉子矽鋼片面(體)積、改變(大)繞組形狀、加粗加長導條、加大導線截面、增加繞組匝數，等等多種現有的技術方法，來消除該平面內所有的三角形面空間，即不僅使電機(次級)轉子外表面所有矩形塊相鄰的矩形邊聯接重合起來成為一個多邊形環面，而且在該平面裡補充形成一個沒有間隙的新(次級)轉子外表面圓環(可以是由該多邊形環面的內接圓和外接圓構成的圓環，也可以是由其內切圓與外切圓構成的圓環，或者是特定要求設計的圓環，等等)，以及在這個新(次級)轉子外表面背面補充形成一個完整的新(次級)轉子環，並在其轉軸上增加一個安裝固定這個新(次級)轉子環的圓板形的轉子機架座；這樣一來，氣隙空間所有的矩形塊(體)所在的平面(體)裡的全部三角形面空間也就自然消失，即在其新(初級)定子內表面平面圓環與新(次級)轉子外表面平面圓環之間，就產生了一個完整的沒有間隙的新平面圓環體的氣隙空間；也就是在這個90°翻轉角的A值位置時，由傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)加以上述技術改造後，變成了的這個新型「電機裝置」的旋轉電磁(轉矩)場的運行軌跡，就是這一個平面圓環(體)形，其運行方向則是沿指該平面圓環(體)形的切面方向而不斷變化；這個新的「電機裝置」就是A型電磁力聯結驅動器；當又使這些圓弧面形的矩形塊重新開始圍繞著電機另一端的翻轉圓周軸線開始逐漸旋轉(即翻轉)時，設定這個翻轉角度可以取從0°至90°之間的任意B值位置；在翻轉角小於90°的任一特定B值位置時，電機(初級)定子內表面所有的圓弧面形的矩形塊都在同一個圓錐體柱的圓弧面筒上(即在一個去掉了正圓錐體部分剩餘的圓錐體柱的圓弧面筒上)，電機(次級)轉子外表面所有的圓弧面形的矩形塊也類似地都在同一個圓錐體柱的圓弧面筒上，電機(初級)定子內表面和(次級)轉子外表面之間的氣隙空間的所有的圓弧面形的矩形塊(體)，也同樣都是在同一個圓錐體柱的圓弧面筒上；並且它們圓弧面形的矩形塊的圓弧度，也都恰好與其所在的圓錐體柱的圓弧面筒的圓弧度完全一致；這三個圓錐體柱的圓弧面(筒)是相互平行的，其每一個圓錐體柱的圓弧面筒裡所有相鄰的圓弧面形的矩形塊之間，都為相同大小的一個三角形圓弧面空間所隔開；對於電機(初級)定子內表面所在的圓錐體柱的圓弧面筒來說，可以使用增加電機(初級)定子矽鋼片面(體)積、改變(大)繞組形狀、加大導線截面、增加繞組匝數，等等多種現有的技術方法，來消除該圓錐體柱的圓弧面(筒)內所有的三角形圓弧面空間，即不僅使電機(初級)定子內表面所有圓錐體柱的圓弧面形的矩形塊相鄰的矩形邊聯接重合起來，而且在該圓錐體柱的圓弧面筒裡補充形成一個沒有間隙的新(初級)定子內表面構成的圓錐體柱的圓弧面筒(環)，並在新(初級)定子內表面背面補充形成一個完整的新(初級)定子環及其機架座；對於電機(次級)轉子外表面所在的圓錐體柱的圓弧面筒來說，可以使用增加電機(次級)轉子矽鋼片面(體)積、改變(大)繞組形狀、加粗加長導條、加大導線截面、增加繞組匝數，等等多種現有的技術方法，來消除該圓錐體柱的圓弧面筒內所有的三角形圓弧面空間，即不僅使電機(次級)轉子外表面所有圓錐體柱的圓弧面形的矩形塊相鄰的矩形邊聯接重合起來，而且在該圓錐體柱的圓弧面筒裡補充形成一個沒有間隙的新(次級)轉子外表面構成的圓錐體柱的圓弧面筒(環)，以及在這個新(次級)轉子外表面背面補充形成一個完整的新(次級)轉子環，並在其轉軸上增加一個安裝固定這個新(次級)轉子的圓錐體柱形的轉子機架座；這樣一來，氣隙空間所有圓弧面形的矩形塊(體)所在的圓錐體柱的圓弧面筒(體)裡的所有三角形圓弧面空間也就自然消失，即在新(初級)定子內表面的圓錐體柱的圓弧面(筒)環與新(次級)轉子外表面的圓錐體柱的圓弧面(筒)環之間，就產生了一個完整的沒有間隙的新圓錐體柱的圓弧面筒(環)體的氣隙空間；也就是在這個翻轉角小於90°的特定B值位置時，由傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)加以上述技術改造後，變成了的這個新型「電機裝置」的旋轉電磁(轉矩)場的運行軌跡，就是這一個圓錐體柱的圓弧面筒(環)形，其運行方向則是沿指該圓錐體柱的圓弧面筒(環)形切面方向而不斷變化；這個新的「電機裝置」就是B型電磁力聯結驅動器；再當人們使這些圓弧面形的矩形塊又繼續圍繞著電機另一端的翻轉圓周軸線逐漸旋轉(即翻轉)時，設定這個翻轉角度可以取值為從90°至180°之間的任意C值位置，也可以正好就是取值為180°的D值位置；這時馬上就可以很明顯地看出，C值位置的新型「電機裝置」正是B值位置的新型「電機裝置」以90°位置為鏡面的鏡像，D值位置的新型「電機裝置」也正是0°位置即傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)以90°位置為鏡面的鏡像；C值、D值位置的新型「電機裝置」唯一與其鏡像不同的地方，就是其「電機」新(初級)定子的內表面翻轉成了外表面，「電機」新(次級)轉子的外表面翻轉成了內表面，也即是由定子在外面包裹著裡面的轉子運轉的、傳統的旋轉電機(含交、直流的電動機與發電機等)結構的舊模式，改變成了由轉子在外面包裹著裡面的定子並在其外面運轉的電磁力聯結驅動器結構的一種新模式；而其氣隙空間仍然是與其鏡像的氣隙空間完全一樣，即其旋轉電磁(轉矩)場的運行軌跡和運行方向，也都是與其鏡像的完全一樣；其構成原理、實現的技術方法等，都與A型和B型電磁力聯結驅動器的相同；所以，C值位置的新型「電機裝置」就是C型電磁力聯結驅動器，D值位置的新型「電機裝置」就是D型電磁力聯結驅動器；只要向A型、B型、C型、D型等四種電磁力聯結驅動器的定子通電，其旋轉電磁(轉矩)場就會驅動其轉子及其轉軸旋轉，並帶動其軸上的工具機(各種執行機械)旋轉工作；反之，只要使用動力機械帶動它們的轉子旋轉，其定子中就會感應生出電動勢(電流)來供使用；其特徵是A型、B型電磁力聯結驅動器的外形，是由傳統旋轉電機的長徑向變成短徑向，橫向則由小圓形變成大圓形，即A型是一個扁圓形，B型是一個圓錐體柱形；由A型和B型電磁力聯結驅動器構成無機軸孔泵機的方法如下人們可以先把A型和B型電磁力聯結驅動器裡的轉子軸退出其(初級)定子內表面，並縮入其(次級)轉子外表面裡，再把該端的軸承也移到其(次級)轉子背面的轉軸上並安裝固定在泵室裡的特製轉軸機架上；因為A型電磁力聯結驅動器裡的氣隙空間是一個平面圓環(體)形，B型電磁力聯結驅動器裡的氣隙空間是一個圓錐體柱的圓弧面環(體)形，所以就可以再增大一點它們的氣隙空間，即在拉開一點它們(初級)定子內表面與(次級)轉子外表面之間的距離後，就向A型的氣隙空間裡插入一塊非隔磁材料的平面板(該非隔磁材料平面板就是構成該泵機蝸殼的一部分)，也向B型的氣隙空間裡插入一塊非隔磁材料的圓錐體柱的圓弧面環(體)形板(該非隔磁材料的圓錐體柱的圓弧面環形板就是構成該泵機蝸殼的一部分)，並使這兩塊非隔磁材料板都不與其兩面的金屬圓(弧)面(定子的內表面和轉子的外表面)相碰擦；然後將它們與各自轉軸上的葉輪一同封閉安裝在各自的泵機蝸殼裡面，即可構成A型的和B型的無機軸孔的泵機了；當給A型的和B型的電磁力聯結驅動器通電後，它們各自的旋轉電磁(轉矩)場就會驅動其轉子及轉軸帶動葉輪旋轉工作了；這種由電磁力聯結驅動器構成的泵機蝸殼上沒有開設葉輪機軸孔即沒有機軸與蝸殼的間隙，也就是消除了泵室裡的流體從葉輪機軸與殼體的間隙洩漏出泵室的這一根源，即從根本上徹底消除了泵機軸與殼體的間隙處的密封技術難題；其特徵是永磁力聯結驅動器能傳遞的電磁力轉矩、機械轉矩和功率要小一些，主要適用於小、微型泵機和其它小型機器系統，或是由其它小型機械來帶動其工作；永磁力聯結驅動器的構成，是由小型動力機械(小電動機、小內燃機等)或手動(搖)機器的轉軸，及其轉軸軸承外的端頭上固定聯結的與軸相垂直的永磁體平面板(用非磁性材料製成的有一個平面的剛性硬板——其另一面上可為加強其剛性的各種形狀；在其平面上或裡面按一定規律均勻分布地嵌入固定好若干個高強度永磁體——釹鐵硼類，該平面板可有任意大小形狀)，與小型工具機(各種執行機械)的轉軸，及其轉軸軸承外的端頭上固定聯結的與軸相垂直的永磁體平面板(同前一平面板一樣是用非磁性材料製成的有一個平面的剛性硬板——其另一面上也可為加強其剛性的各種形狀；也在其平面上或裡面按一定規律——即在此面板的平面上，使其與前面板相同空間位置上的永磁體的磁極極性正好相反地、同樣均勻分布地、嵌入固定好與前面板上相同個數的高強度永磁體，並且此面板與前面板有相同的大小形狀)的軸線重合，並使這兩個永磁體平面板的兩個平行平面靠得很接近，而在它們中間產生了極強大的永磁力吸引聯結力時才能組合構成；當小型動力機械(小電動機、小內燃機等)或手動(搖)機器工作時，其轉軸的旋轉帶動軸上的水磁體平面板旋轉，並通過這兩個永磁體平面板中間極強大的永磁力吸引聯結力，帶動小型工具機(各種執行機械)轉軸上固定聯結的永磁體平面板及其轉軸一起旋轉，即驅動了小型工具機(各種執行機械)的正常工作；其特徵是永磁力聯結驅動器構成的無機軸孔泵機，就是把小、微型泵機裡電機、葉輪的共用轉軸先分開成兩截，使其成為同一軸線上的電機、葉輪的各自轉軸；然後在電機軸軸承外端頭固定聯結一個與電機軸相垂直的用非磁性材料製成的剛性圓板，並在圓板平面上(或圓板裡面)均勻分布地嵌入固定好若干個高強度永磁體(如釹鐵硼類)，使其可以隨電機軸高速旋轉；再同樣地在葉輪軸端頭(即泵室裡固定葉輪軸用的特製機架上的軸承外端頭)固定聯結一個與葉輪軸相垂直的用非磁性材料製成的剛性圓板，並在圓板平面上(或圓板裡面)均勻分布地嵌入固定好與電機軸上圓板同樣個數的高強度永磁體，並使其可以帶動葉輪軸及葉輪等一同高速旋轉；這兩個轉軸上相互平行並靠得很近的布滿永磁體的平面圓板的大小相同，圓板上(裡)面安裝的永磁體的個數相同，永磁體的排列形式(空間位置)相同，但是在這兩個圓板平面一一對應的位置上排列著的所有的這些永磁體的磁極性，卻被特意地安裝成為正好相反，因而就在這兩個剛性圓板平面中間形成了一股極強大的永磁力吸引聯結力；以至於在電機軸旋轉時就帶動了這兩個永磁體圓板一同旋轉，電機軸的旋轉力和機械轉矩，就這樣通過這兩個永磁體圓板間強大的永磁力吸引聯結力矩傳遞到了葉輪軸面驅動了葉輪的旋轉工作；由於電機軸上的圓板與葉輪軸上的圓板是分開有一定的距離，所以就可以使用非隔磁材料平面板(該非隔磁材料平面板就是構成新泵室殼體的一部分)插入這兩個平行的永磁體圓板平面中間(但不能碰擦著這兩個永磁體圓板和其機軸端頭)，將其分隔成真正徹底的互不相通的兩個部分；電機軸及軸上的永磁體圓板可以合併製作在電機室部分裡，葉輪軸及軸上的永磁體圓板，可以被安裝在一個完整的沒有機軸孔的新泵室(蝸殼)裡面，與葉輪構成一個主機整體；由於這個葉輪軸及軸上面的永磁體圓板是被完全封閉在新泵室裡面的，新泵機的外殼在葉輪軸端處不開設機軸孔即沒有機軸與殼體的間隙等，也就是消除了泵室裡的流體從葉輪軸與殼體的間隙洩漏出泵室的這一根源，即從根本上徹底消除了泵機軸與殼體的間隙處的密封技術難題。
2.根據權利要求1所述的磁力聯結驅動器及其構成的無機軸孔泵，其特徵是永磁力聯結驅動器的動力軸端，也可以不是小型動力機械的轉軸端，而是其它傳動機械的轉軸端；以及由此構成的無機軸孔泵機。
3.根據權利要求1所述的磁力聯結驅動器及其構成的無機軸孔泵，其特徵是直接使用A型的或B型的電磁力聯結驅動器的轉子，來構建組成電動小汽車的四個車輪，並使用電力調節其轉速即車速。
4.根據權利要求1所述的磁力聯結驅動器及其構成的無機軸孔泵，其特徵是各種磁力聯結驅動器，可以與其它各種機器組合構成各類專用電機設備系統。
全文摘要
本發明為電磁力聯結驅動器及其構成的無機軸孔泵,和永磁力聯結驅動器及其構成的無機軸孔泵。電磁力聯結驅動器是一種能直接實現電能與機械能相互轉換的電、磁、機一體化裝置,永磁力聯結驅動器則是一種使用永磁力聯結並傳動的機電裝置。無機軸孔泵機,即無需在泵機蝸殼上開設機軸孔使葉輪機軸與外界傳動機械直接聯接,而是由磁力聯結驅動器帶動泵機轉軸並向其傳遞機械轉矩和功率的新型泵機;該機因無機軸孔而根本不再有泵室裡的流體洩漏及密封的問題了。
文檔編號H02K1/00GK1374730SQ0211488
公開日2002年10月16日 申請日期2002年2月25日 優先權日2002年2月25日
發明者任海 申請人:任海