CN102142765B - 一种电机装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电机装置，属于电磁感应式电动机及发电机技术领域。该电机装置包括：固定在电机基座上，与整个装置处于相对静止状态的固定模块；固定在电机的轴系统上，随电机轴系统一起转动的转动模块，以及能够相对于固定模块进行移动的移动模块二者其一；导电线圈和用以产生能够穿过导电线圈的磁场，并随该模块一起转动或移动或处于静止状态的磁场发生器件。该电机装置的磁场强度高、分布均匀，能够输出强大而稳定的纯扭矩或电力。通过结构参数的调整，可以极大地拓宽输出扭矩或者输出电力的范围。所用材料和零部件容易获得，成本具有竞争力。结构紧凑，性能可靠，对于环境要求低。

Description

一种电机装置

[技术领域]

本发明属于电磁感应式电动机及发电机技术领域。

[背景技术]

电磁感应式电机长久以来一直是在社会生产和生活当中普遍使用的一种产品，例如单相、三相异步电机，同步电机，直流电机、直线电机，各种控制电机等等，其结构和工作原理已广泛地为人们所熟知。

本发明所述技术也是运用经典的电磁感应理论，但是在构造和工作原理方面与上述传统产品是不同的。概要地讲，本发明所述技术的感应线圈绕在一个圆环形的软磁类构件上，导电线圈环的内侧和外侧各有一个环安装了磁场发生器件，这两侧磁场对着导电线圈一面的磁力线均沿着圆环的径向，且垂直于导电线圈的走向，两侧磁场的磁性可以相斥或相吸。这样当导电线圈环相对于磁环转动时，导电线圈就会切割磁力线并产生感应电动势(发电机)，或者当线圈通电时，电流与磁力线作用会产生圆周电磁力并输出扭矩(电动机)。

除了上述旋转运动的型式外，本发明所述技术还可以作用于其它移动型式的装置。在该类装置中的磁场与导电线圈的配置方案与上述的类似，即导电线圈绕在软磁类的构件上，线圈两侧有磁场发生器产生磁场，磁场方向垂直于导电线圈的走向，两侧磁场的磁性相斥或相吸，当导电线圈构件相对于磁场发生器移动时，导电线圈就会切割磁力线并产生感应电动势(发电机构)，或者当线圈通电时，电流与磁力线作用会产生电磁力并输出动力(驱动机构)。

[发明内容]

本发明的目的是提供一种电机装置，该电机装置包括有如下组成部分：

固定模块，它是固定在电机基座上，与整个装置处于相对静止状态的结构部分；

转动模块和移动模块两者其一，其中的转动模块，它是固定在电机的轴系统上，随电机轴系统一起转动的结构部分，

其中的移动模块，它是能够相对于固定模块进行移动的结构部分；

导电线圈，它是设置在上述固定模块、转动模块或移动模块其中之一上，并随该模块一起转动或移动或处于静止状态的结构；

磁场发生器件，它是设置在那个没有设置前述导电线圈的固定模块或转动模块或移动模块上，用以产生能够穿过导线线圈的磁场，并随该模块一起转动或移动或处于静止状态的结构。

进一步，所述的一种电机装置，还具有如下技术特征：

在所述的轴系统上，或者在所述的移动模块所对应的系统上，设置有用以向所述的导电线圈通电或从那里输出电力的有线电流传输模块和无线电流传输模块二者至少其一。

在所述的导电线圈的两侧至少其一处，设置有磁场发生器件。

针对前述的导电线圈，所设置的磁场发生器件，能够产生互斥磁场或者互吸磁场。

所述的磁场发生器件，典型选为高性能的钕铁硼磁铁做成的磁块，也可以由通电线圈产生类似磁场。

本发明的优点在于：本发明所述的电机装置，磁场强度高、分布均匀，能够输出强大而稳定的纯扭矩或电力。通过结构参数的调整，可以极大地拓宽输出扭矩或者输出电力的范围。第一，圆环的直径越大，则扭矩的力臂越大(适用于所述互斥磁场布置方案)，并且磁场发生器件、中环及其导电线圈的周长也就越长，因而导电线圈在磁场中的长度就越长；第二，所述装置在轴线方向上越厚，则磁场发生器件、中环及其导电线圈也可以相应地增厚，这相当于直接加长导电线圈在磁场中的长度；第三，还可以通过多层导电线圈以成倍增加其在磁场中的长度。所用材料和零部件容易获得，成本具有竞争力。结构紧凑，性能可靠，对于环境要求低。显然，除了上述旋转类型的装置外，其它移动形式的类似装置也具有相似的优点。

[附图说明]

图1是本发明所述的旋转电机装置的正视结构示意图。

图2是本发明所述的旋转电机装置的侧视结构示意图。

图3是本发明所述的移动形式装置的正视结构示意图。

图4是本发明所述的移动形式装置的顶视结构示意图。

[具体实施方式]

下面结合着附图，对这种旋转电机装置的结构做详细介绍：

图1、2的说明：

参见图1、2中所示，展示了该电机装置主要由转动模块和固定模块组成，它们之间通过轴承联接可以进行相对转动。其中转动模块包括采用软磁材料的中环2，以及在中环2上密实缠绕并用粘合剂固定的导电线圈6。

固定模块包括内环1，外环3，以及环形的钕铁硼磁块4、5，磁块4用粘合剂或其它适当的方式固定在内环1的外侧，磁块5用粘合剂或其它适当的方式固定在外环3的内侧；这样磁块4与5隔着中环2及其导电线圈6相对布置，这使得导电线圈6的两侧均处于所述磁块4和磁块5与中环2之间所形成的环形径向磁场气隙中，磁块4和磁块5的磁场方向沿着圆形的径向并垂直于导电线圈6的走向，也即电流的方向。

除了上述构件以外，所述电机的其它部分还包括：内环支架7、中环支架8，壳体9，心轴10，输出/输入轴11，滚动轴承12，电刷13。外环3装配在壳体9上，心轴10通过内环支架7支撑内环1并与壳体9固定在一起，实际上是固定模块的一部分；中环2通过中环支架8、滚动轴承12支撑在心轴10上，同时中环支架8又与输出/输入轴11联接，输出/输入轴11还以滚动轴承支撑在壳体9上，因此输出/输入轴11作为转动模块的组成部分，承担着向外输出电机扭矩或向电机提供动力的功能；电刷13固定在中环支架8或轴11上，保证在整个系统高速旋转的情况下给通电线圈6供电或者输出其电力。

具体实施例1：

上述磁块4和磁块5与中环2所形成的气隙磁场方向为圆形的径向，在所述中环2两侧相对布置的磁块4和磁块5的磁场方向之间的关系可以有两种选择方案：第一种是两侧相对布置的磁块4和磁块5的磁场方向相反相斥，第二种是两侧相对布置的磁块4和磁块5的磁场方向相同相吸。下面分别给予介绍：

首先说明第一种方案。此时磁块4与5隔着中环2的磁场方向是相对互斥，即相反的；为增强中环2与两侧磁块4和磁块5之间气隙的磁感应强度，磁块4和磁块5采用高性能的钕铁硼磁铁，中环2采用高磁导率的软磁材料，并且中环2与磁块4和磁块5之间的间隙在保持磁块4和磁块5与导电线圈6之间不接触的前提下尽可能地小；当套在中环2外的导电线圈6通电时，在中环2两侧磁场中的导电线圈6内的电流方向是相反的，而两侧磁场的方向也是相反的。这样根据安培定律，两侧磁场给予导电线圈6的作用力恰好是沿着圆周方向并同向，作用力的幅值与电流强度成正比，方向随电流的方向变化而变化；这样就形成了一个磁场力纯扭矩，它的数值应该等于导电线圈6在两侧磁场中产生圆周力之和乘以中环中线的半径；该扭矩通过输出/输入轴11向外输出提供动力。

现在简要说明第二种方案。此时磁块4与5隔着中环2的磁场方向是相吸的，但由于导电线圈6在磁块4磁场中的导线电流与磁块5磁场中的导线电流是反向的，所以所述导电线圈6在两侧磁场中产生的圆周力是反向的，这样导电线圈6产生的扭矩应该等于该导电线圈6一侧的圆周电磁力乘以导电线圈6两侧之间的宽度。

上述内容针对电动机输出扭矩的情形。而所述技术也可以用于发电机，此时动力源驱动输出/输入轴11转动，引起导电线圈6在磁场中切割磁力线，从而在导电线圈6中产生感应电动势给外界供电能。

具体实施例2：

下面结合着附图3、4，对这种移动形式装置的结构做简要介绍：

固定模块包括基座14，排列固定在基座14上的磁铁16；移动模块包括绕有导电线圈的软磁性材料构件15，被驱动构件(或驱动构件)17，软磁性材料构件15和被驱动构件(或驱动构件)17之间的联接支架18，以及安装在支架18上的电刷19。

所述装置的电磁工作原理与具体实施例1所描述的类似，在此就不重复说明了。

当线圈通入电流时，在磁场的作用下，线圈所在的移动模块受到磁场力的驱动，沿着磁铁16的排列方向移动；

当移动模块受到外界驱动而沿着磁铁16的排列方向移动时，由于线圈切割磁力线，在线圈中便产生感应电动势，从而向外输出电力。

电刷19的作用是在线圈随移动模块移动时保证给线圈供电或从那里输出电力。

以上是对本发明的描述而非限定，基于本发明思想的其它实施方式，均在本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种电机装置，包括：

固定模块，它是固定在电机基座上，与整个装置处于相对静止状态的结构部分；

转动模块和移动模块两者其一，其中的转动模块，它是固定在电机的轴系统上，随电机轴系统一起转动的结构部分，其中的移动模块，它是能够相对于固定模块进行移动的结构部分；

导电线圈，它是设置在上述固定模块、转动模块或移动模块其中之一上，并随该模块一起转动或移动或处于静止状态的结构；

磁场发生器件，它是设置在那个没有设置前述导电线圈的固定模块或转动模块或移动模块上，用以产生能够穿过导线线圈的磁场，并随该模块一起转动或移动或处于静止状态的结构；

其特征在于：在所述的导电线圈的两侧，设置有磁场发生器件；针对前述的导电线圈，所设置的磁场发生器件，能够产生互斥磁场或者互吸磁场。

2.根据权利要求1所述的一种电机装置，其特征在于：当所述电机装置包括所述转动模块，并且所述导电线圈的两侧设置有磁场发生器时，所述转动模块包括了中环(2),中环(2)上密实缠绕并用粘合剂固定的导电线圈(6)，第一磁块(4)与第二磁块(5)隔着中环(2)及其导电线圈(6)相对布置，这使得导电线圈(6)的两侧均处于所述第一磁块(4)和第二磁块(5)与中环(2)之间所形成的环形径向磁场气隙中，第一磁块(4)和第二磁块(5)的磁场方向沿着圆形的径向并垂直于导电线圈(6)的走向；中环(2)通过中环支架(8)、滚动轴承(12)支撑在心轴(10)上，同时中环支架(8)又与输出/输入轴(11)联接，输出/输入轴(11)还以滚动轴承支撑在壳体(9)上；

其中，第一磁块(4)与第二磁块(5)隔着中环(2)的磁场方向为相对互斥或者相对互吸，为增强中环(2)与两侧第一磁块(4)和第二磁块(5)之间气隙的磁感应强度，第一磁块(4)和第二磁块(5)采用高性能的钕铁硼磁铁，中环(2)采用高磁导率的软磁材料，并且中环(2)与第一磁块(4)和第二磁块(5)之间的间隙在保持第一磁块(4)和第二磁块(5)与导电线圈(6)之间不接触的前提下尽可能地小。

3.根据权利要求2所述的一种电机装置，其特征在于：当所述电机装置包括所述转动模块，并且当所述导电线圈的两侧设置有磁场发生器时，针对所述电机装置输出扭矩，当所述第一磁块(4)与所述第二磁块(5)隔着中环(2)的磁场方向为相对互斥时，当套在中环(2)外的导电线圈(6)通电时，在中环(2)两侧磁场中的导电线圈(6)内的电流方向是相反的，而两侧磁场的方向也是相反的；这样根据安培定律，两侧磁场给予导电线圈(6)的作用力恰好是沿着圆周方向并同向，作用力的幅值与电流强度成正比，方向随电流的方向变化而变化；这样就形成了一个磁场力纯扭矩，它的数值应该等于导电线圈(6)在两侧磁场中产生圆周力之和乘以中环中线的半径；该扭矩通过输出/输入轴(11)向外输出提供动力。

4.根据权利要求2所述的一种电机装置，其特征在于：其中，当所述电机装置包括所述转动模块，并且当所述导电线圈的两侧设置有磁场发生器时，针对所述电机装置输出扭矩，当第一磁块(4)与第二磁块(5)隔着中环(2)的磁场方向为相对互吸时，当套在中环(2)外的导电线圈(6)通电时，在中环(2)两侧磁场中的导电线圈(6)内的电流方向是相反的，在所述导电线圈(6)产生的扭矩等于所述导电线圈一侧的圆周电磁力乘以导电线圈两侧之间的宽度；

其中，当所述电机装置包括所述转动模块，并且当所述导电线圈的两侧设置有磁场发生器时，针对所述电机装置用于发电机，当所述输出/输入轴(11)由动力源驱动，引起所述导电线圈(6)在所述第一磁块(4)与所述第二磁块(5)的磁场中切割磁力线，在所述导电线圈(6)中产生感应电动势提供输出电能。

5.根据权利要求1所述的一种电机装置，其特征在于：当所述电机装置包括所述移动模块时，所述固定模块包括基座(14)，排列固定在基座(14)上的磁铁(16)；移动模块包括绕有导电线圈的软磁性材料构件(15)，被驱动构件或驱动构件(17)，软磁性材料构件(15)和被驱动构件或驱动构件(17)之间的联接支架(18)，以及安装在支架(18)上的电刷(19)；

其中，当线圈通入电流时，在磁场的作用下，线圈所在的移动模块受到磁场力的驱动，沿着磁铁(16)的排列方向移动；

其中，当移动模块受到外界驱动而沿着磁铁(16)的排列方向移动时，由于线圈切割磁力线，在线圈中便产生感应电动势，从而向外输出电力。