CN108306552B - 一种磁悬浮电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮电机，包括定子组件和转子组件，定子组件具有相对设置的第一导磁体和第二导磁体，分别设置在两个导磁体上的线圈；两个导磁体相互面对的一端的内壁面位于第一圆的圆周上；转子组件中的质量块周向外壁面上的第一永磁体和第二永磁体，在第一圆的径向上的外侧表面位于第二圆的圆周上，第二圆的圆周与第一圆的圆周的径向之间形成恒定的磁间隙，给线圈通电后，转子组件沿不同方向转动时，两个导磁体上的电磁场对第一永磁体和第二永磁体产生的驱动力几乎相等，降低电机出现单边摆动现象的概率；同时，当停止给线圈通电后，两个导磁体均对第一永磁体和第二永磁体产生反向吸引力，转子组件会自动恢复到平衡状态。

Description

一种磁悬浮电机

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及一种磁悬浮电机。

背景技术

随着消费者的生活水平不断地改善，电动牙刷不断地成为消费者保健牙齿的优选工具，电动牙刷或者其他摆动的电动工具中所采用的磁悬浮电机的结构也在不断地更新中。

例如，现有技术中的磁悬浮振动电机，如图1所示，包括转子组件、定子组件，转子组件包括长方形的质量块31，穿设在质量块31上的摆动轴33，分别设置在质量块31的两侧壁上的第一永磁体321和第二永磁体322；定子组件包括均呈“山”字形的第一导磁体41和第二导磁体42，分别套设在“山”字形的中间臂上的线圈，转子组件位于第一导磁体41与第二导磁体42之间。当给线圈通电后，线圈产生的电磁场分别集中在第一导磁体41和第二导磁体42的三个臂的端部上，电磁场对第一永磁体321和第二永磁体322产生驱动力，质量块31、第一永磁体321及第二永磁体322带动摆动轴33摆动，进而带动固定在摆动轴33上的电动工具摆动。

但是，此结构的磁悬浮电机，第一永磁体321和第二永磁体322与，其靠近的第一导磁体41和第二导磁体42的边缘臂端之间形成的间距为磁间隙。在转子组件摆动过程中，沿转子组件转动的方向上，上述的磁间隙在不断地变化中，以及两个永磁体在质量块上的安装存在误差时，使得质量块在不同方向转动时，摆动过程中存在较大的偏心力，引起电机出现单边摆动的现象；当停止给线圈通电后，质量块、第一永磁体及第二永磁体难以复位到无偏心的平衡状态，必须借助设置在摆动轴端部与外壳之间的扭转弹片来进行复位。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的磁悬浮电机在摆动过程中存在偏心力大，在停止通电后，转子组件自身难以恢复到平衡状态的问题。

为此，本发明提供一种磁悬浮电机，包括

定子组件，其具有相对设置的第一导磁体和第二导磁体，分别设置在所述第一导磁体和第二导磁体上的线圈；所述第一导磁体与所述第二导磁体相互面对的一端的内壁面位于第一圆的圆周上；

转子组件，相对于所述定子组件可转动地设置在所述第一导磁体与所述第二导磁体之间；其具有质量块，及安装在所述质量块周向外壁面上的至少一个第一永磁体和至少一个第二永磁体沿所述第一圆周的径向，所述第一永磁体和所述第二永磁体相互面对的一端极性相反；

沿所述第一圆的径向，所述第一永磁体和所述第二永磁体的径向外侧壁面位于第二圆的圆周上，所述第二圆的圆周与所述第一圆的圆周的径向之间形成磁间隙。

优选地，上述的磁悬浮电机，所述第一导磁体和所述第二导磁体均分别包括圆弧部，和固定在所述圆弧部的径向外壁面上的安装部；所述线圈套设在所述安装部上。

进一步优选地，上述的磁悬浮电机，在用于固定所述安装部的所述圆弧部的位置处的内表面上，开设有沿所述第一圆的径向由内向外凹陷的弧形凹槽。

优选地，上述的磁悬浮电机，所述第一永磁体和所述第二永磁体一一对应且沿第一轴线呈轴对称地设置在所述质量块上。

进一步优选地，上述的磁悬浮电机，所述第一导磁体与所述第二导磁体沿第二轴线呈轴对称设置，所述第一轴线与所述第二轴线相交。

更加优选地，上述的磁悬浮电机，所述第一永磁体和/或所述第二永磁体为至少两个；以所述第一轴线为界，两个所述第一永磁体位于所述质量块的同一侧，两个所述第二永磁体位于所述质量块的另一侧。

优选地，上述的磁悬浮电机，所述质量块呈圆柱体，所述第一永磁体和所述第二永磁体呈弧形块。

优选地，上述的磁悬浮电机，所述磁悬浮电机还包括外壳，所述外壳采用导磁材料制成；

所述定子组件设置在所述外壳内，所述第一导磁体和第二导磁体均安装在所述外壳的内壁面上；

在给线圈通所需电时，第一导磁体、所述第一永磁体、质量块、所述第二永磁体、第二导磁体及所述外壳形成闭合的电磁回路。

优选地，上述的磁悬浮电机，所述磁悬浮电机还包括筒体，所述筒体具有安装内腔，所述筒体的壁面上开设有相对的第一通孔和第二通孔；所述第一导磁体和所述第二导磁体分别安装在所述筒体上并围绕在所述第一通孔和第二通孔的周围，所述线圈位于所述筒体外。

进一步优选地，上述的磁悬浮电机，所述转子组件还包括穿设在所述质量块上的摆动轴，所述质量块和所述第一永磁体、第二永磁体设置在所述安装内腔中，所述摆动轴的一端伸出所述筒体外；

沿所述摆动轴的轴向，所述磁悬浮电机还包括具有相对于所述摆动轴的轴线扭转变形的弹性件，所述弹性件的两端分别固定在所述筒体和所述摆动轴伸入所述筒体内的伸入端上，用于驱动所述摆动轴复位。

更加优选地，上述的磁悬浮电机，还包括用于限制所述转子组件转动角度的限位组件；

所述限位组件包括固定在所述质量块上的至少一个凸起，及相对于所述转子组件固定设置的至少两个限位件，所述凸起与所述限位件位于同一圆周上，至少一个所述凸起位于相邻两个所述限位件之间。

本发明提供的技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的磁悬浮电机，包括定子组件和转子组件，定子组件具有相对设置的第一导磁体和第二导磁体，分别设置在所述第一导磁体和第二导磁体上的线圈；所述第一导磁体与所述第二导磁体相互面对的一端的内壁面位于第一圆的圆周上；转子组件相对于所述定子组件可转动地设置在所述第一导磁体与所述第二导磁体之间；其具有质量块，安装在所述质量块周向外壁面上的至少一个第一永磁体和至少一个第二永磁体；第一永磁体和第二永磁体相互面对的一端极性相反；沿所述第一圆的径向，所述第一永磁体和所述第二永磁体的外侧壁面位于第二圆的圆周上，所述第二圆的圆周与所述第一圆的圆周的径向之间形成磁间隙。

此结构的磁悬浮电机，不管转子组件是否处于转动状态，第一圆的圆周与第二圆的圆周之间的径向距离(第一永磁体和第二永磁体与导磁体之间的磁间隙)恒定不变；给线圈通电，线圈产生的电磁场集中在第一导磁体和第二导磁体上，由于磁间隙不变，转子组件沿顺时针或逆时针转动过程中，第一永磁体和第二永磁体的固定磁场在在第二圆周上的磁感应线的强度一致，第一导磁体和第二导磁体在第一圆周上的电磁感应线的强度一致，使得第一导磁体和第二导磁体上的电磁场对第一永磁体和第二永磁体产生的驱动力几乎相同，即使由于安装稍微不精确的条件下，质量块所受到的偏心力很小，该偏心力几乎可忽略不计，降低电机出现单边摆动现象的概率，从而保证电机运转的平稳性；同时，当停止给线圈通电后，由于第一导磁体和第二导磁体均对第一永磁体和第二永磁体产生吸引力，及磁间隙恒定不变，在该吸引力下，转子组件自动复位到起始的平衡状态，无需像现有技术中的电机，必须采用扭转弹性件来辅助恢复到平衡状态，从而简化了电机的结构和制造成本。

2.本发明提供的磁悬浮电机，所述第一导磁体和所述第二导磁体均分别包括圆弧部，和固定在所述圆弧部的径向外壁面上的安装部；所述线圈套设在所述安装部上。第一导磁体和第二导磁体的圆弧部，两个圆弧部整体位于同一个圆周上，使得线圈产生的电磁场传递给第一导磁体和第二导磁体后，电磁场在导磁体上分布更均匀，不管转子组件沿逆时针或顺时针转动，电磁场对第一永磁体和第二永磁体产生的驱动力更均匀，进一步地降低转子组件在转动过程中和停止通电后，所受到的偏心力。安装部的设置，便于将线圈安装在各自对应的导磁体上。

3.本发明提供的磁悬浮电机，在用于固定所述安装部的所述圆弧部的位置处的内表面上，开设有沿所述第一圆的径向由内向外凹陷的弧形凹槽。开设的弧形凹槽，使得线圈产生的电磁场都尽可能地集中在弧形凹槽处，使得电磁场对第一永磁体和第二永磁体的驱动力更集中，增大电磁场的利用率。

4.本发明提供的磁悬浮电机，所述第一永磁体和所述第二永磁体一一对应且沿第一轴线呈轴对称地设置在所述质量块上，第一永磁体和第二永磁体转动过程中，在质量块上自身的平稳性高；进而两个永磁体的固定磁场与导磁体之间的交互作用更均匀，使得两个永磁体受到的驱动力更均匀，从而降低磁悬浮电机摆动所需要的能耗和偏心力。同时，在停止给线圈通电后，同一导磁体对两个永磁体的作用力更集中，进一步便于转子组件复位到平衡状态。

5.本发明提供的磁悬浮电机，所述第一导磁体与所述第二导磁体沿第二轴线呈轴对称设置，所述第一轴线与所述第二轴线相交，由于两个永磁体轴对称设置，两个导磁体轴对称设置，不管转子组件沿顺时针或逆时针方向转动，两个导磁体对两个永磁体产生的交互作用均相同，质量块几乎不受到偏心力，进一步确保电机运行的平稳性。

6.本发明提供的磁悬浮电机，所述质量块呈圆柱体，所述第一永磁体和所述第二永磁体呈弧形块，质量块呈圆柱体，使得质量块本身不会产生偏心，其转动性能好，进一步确保转子组件在转动过程中所受到驱动力均匀，在转子组件转动过程中和停止通电后，转子组件所受到的偏心力更小，在导磁体的作用下，更容易复位到起始的平衡状态。

7.本发明提供的磁悬浮电机，还包括外壳，所述外壳采用导磁材料制成；所述定子组件设置在所述外壳内，所述第一导磁体和第二导磁体均安装在所述外壳的内壁面上，在给线圈通所需方向的电时，第一永磁体、第二永磁体、质量块、第一导磁体、第二导磁体及所述外壳形成闭合的电磁回路。

此结构的磁悬浮电机，在给线圈通电后，外壳也用于构成电磁回路，使得线圈产生的电磁场位于外壳内，该电磁场的利用率更高，电磁回路中的磁通量更大，漏磁量很小，驱动电机振动所需的电能小，进一步地降低能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中磁悬浮电机的结构和磁回路示意图；

图2为本发明实施例1中所提供的磁悬浮电机的结构示意图；

图3为图2中的磁悬浮电机的爆炸示意图；

图4为图2中磁悬浮电机去掉外壳后的结构示意图；

图5为图2中磁悬浮电机的定子组件的结构示意图；

图6为图5中定子组件的第一导磁体的结构示意图；

图7为图2中磁悬浮电机的纵向剖面示意图，并给线圈通负向电后形成的闭合电磁回路示意图(沿Y轴Z轴所在的平面)；

图8为图2中磁悬浮电机的纵向剖面示意图，并给线圈通正向电后形成的闭合电磁回路示意图(沿Y轴Z轴所在的平面)；

图9为图2中磁悬浮电机的筒体的结构示意图；

图10为图2中磁悬浮电机的转子组件的结构示意图；

图11为图10中转子组件的质量块的结构示意图；

图12为图10中转子组件的摆动轴的结构示意图；

图13为图2中磁悬浮电机的局部放大示意图；

图14为图13中限位组件的爆炸示意图；

图15为图2中磁悬浮电机的纵向剖面示意图(沿X轴Z轴所在的平面)；

图16为本发明实施例2中提供的磁悬浮电机的纵向剖面示意图(沿X轴Z轴所在的平面)；

图17为图7中两个第一永磁体用一个第一永磁体、两个第二永磁体用一个第二永磁体代替后的磁悬浮电机的纵向剖面示意图；

图18为图8中两个第一永磁体用一个第一永磁体、两个第二永磁体用一个第二永磁体代替后的磁悬浮电机的纵向剖面示意图；

附图标记说明

1-外壳；11-第一壳体；12-第二壳体；

2-筒体；21-第一通孔；211-第一台阶；22-第一端盖；23-让位端盖；

3-转子组件；31-质量块；311-安装凹槽；321-第一永磁体；322-第二永磁体；33-摆动轴；331-第一平直面；312-第二平直面；

4-定子组件；41-第一导磁体；411-圆弧部；4111-第一部分；4112-第二部分；4113-弧形凹槽；412-安装部；42-第二导磁体；43-第一线圈；44-第二线圈；

5-限位组件；51-定位环；511-凸起；512-限位块；

6-轴承；

7-弹片。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种磁悬浮电机，如图2至图4所示，包括定子组件4、转子组件3及外壳1。如图5和图7所示，定子组件4包括沿第二轴线L2呈轴对称设置的第一导磁体41和第二导磁体42，分别设置在第一导磁体41和第二导磁体42上的第一线圈43和第二线圈44，第一导磁体41与第二导磁体42相互面对的一端的内壁面位于第一圆的圆周上。

例如，第一导磁体41和第二导磁体42均为铁芯，对于第一导磁体41和第二导磁体42的结构，如图6所示，第一导磁体41和第二导磁体42的结构一样，其均包括圆弧部411和固定在圆弧部411径向外壁面上的安装部412。例如，安装部412为纵向截面形状为长方形。为便于安装，如图5所示，将第一线圈43和第二线圈44均设置呈弧形线圈，第一线圈43和第二线圈44的弧度与导磁体上圆弧部411的弧度相适应。例如，当第一线圈43套设在安装部412上，第一线圈43的内壁面与圆弧部411的径向外壁面完全贴合。第一线圈43和第二线圈44均优选采用胶分别粘结在第一导磁体41和第二导磁体42的圆弧部411的径向外壁面上，或者采用点焊方式固定，第一线圈43和第二线圈44串联连接。如图5所示，外接的正极电源线和负极电源线连接在第一线圈43上，第一线圈43通过连接导线与第二线圈44串联连接。

比如，当外界对第一线圈43通电后，使得第一线圈43和第二线圈44产生电磁场，并分别集中在第一导磁体41和第二导磁体42上，例如，如图7所示，第一导磁体41的径向内侧端带上N极，对应地，第二导磁体42的径向内侧端带上S极；或者，如图8所示，第一导磁体41的径向内侧端带上S极，对应地，第二导磁体42的径向内侧端带上N极。也即，只要给线圈通电后，第一导磁体41和第二导磁体42相对的径向内侧端的极性始终相反。

如图6所示，在用于固定安装部412的圆弧部411的位置处的内表面上，开设有沿第一圆的径向由内向外凹陷的弧形凹槽4113，在给线圈通电后，开设的弧形凹槽4113，使得第一导磁体41和第二导磁体42的径向内侧端上的电磁场集中在弧形凹槽4113内，集中后的电磁场加强其与转子组件3中第一永磁体321和第二永磁体322(下文中提及)的固定磁场之间的交互作用力，增强驱动力。

优选地，上述的安装部412成型在圆弧部411的中部上，圆弧部411包括位于安装部412两侧的第一部分4111和第二部分4112，以及形成上述弧形凹槽4113的过渡部，第一部分4111和第二部分4112对称。对于定子组件4的安装方式，如图3和图9所示，优选地，上述的电机还包括筒体2，筒体2的一端为封闭端，另一端为开口，并在筒体2的开口上可拆卸地设置有第一端盖22。筒体2的周向外壁面上对称开设有两个第一通孔21。第一导磁体41和第二导磁体42分别安装在一个第一通孔21内，并且安装方式相同，现以第一导磁体41和第一通孔21的安装为例来说明。

如图9所示，在沿第一圆的轴线方向上，筒体2的周向外壁面上设有第一台阶211，第一台阶211围绕在第一通孔21的边缘四周，第一导磁体41的圆弧部411的径向内侧端搭接在第一台阶211的台阶面上，使得第一导磁体41将整个第一通孔21遮挡住。优选地，第一导磁体41通过胶粘方式固定在第一台阶211的台阶面上，第一线圈43位于筒体2外。

如图10和图15所示，转子组件3相对于定子组件4可转动地设置在第一导磁体41与第二导磁体42之间。转子组件3具有质量块31；安装在质量块31周向外壁面上的两个第一永磁体321和两个第二永磁体322；及沿第一圆的轴向，穿设在质量块31上的摆动轴33。

其中，第一永磁体321与第二永磁体322一一对应且相互面对的一端的极性相反。也即，一个第一永磁体321与一个第二永磁体322沿第一轴线L1呈对称设置，另一个第一永磁体321与另一个第二永磁体322沿第一轴线L1呈对称设置，以形成两组轴对称设置的永磁体；以第一轴线L1为界，两个第一永磁体321位于质量块31的同一侧，两个第二永磁体322位于质量块31的另一侧，第一轴线L1如图8中所示，但需要说明的是，第一轴线L1在图8中的位置会随着转子组件的转动而变化，第一永磁体321和第二永磁体322一直以第一轴线L1呈对称设置。第一轴线L1与第二轴线L2相交。

例如，如图8所示，沿第一圆的径向，两块第一永磁体321的内侧端的极性为N极，外侧端的极性为S极；沿第一圆的径向，两块第二永磁体322的内侧端为S极，外侧端的极性为N极。

如图11所示，质量块31优选呈圆柱体，圆柱体的周向外壁面上开设有沿圆柱体轴向延伸的四个安装凹槽311；第一永磁体321和第二永磁体322呈扇形块，其弧度与安装槽的弧度相适应，两个第一永磁体321和两个第二永磁体322分别安装在一个安装凹槽311内。例如，通过胶粘方式，将永磁体固定在安装凹槽311内。质量块31呈圆柱体，使得质量块31本身在转动过程中，转动和平衡性能好。

其中，在未给线圈通电时，一组轴对称设置的永磁体中，第一永磁体321和第二永磁体322分别靠近且相对第一导磁体41的圆弧部411的第一部分4111和第二部分4112设置；另一组轴对称设置的永磁体中，第一永磁体321和第二永磁体322分别靠近且相对第二导磁体42的圆弧部411的第一部分4111和第二部分4112设置，使得转子组件3整体的平衡性和转动性能好，便于后续复位的平衡调节。

沿第一圆的径向，两个第一永磁体321和两个第二永磁体322的径向外侧端位于第二圆的圆周上，第二圆的圆周与第一圆的圆周的径向之间形成磁间隙，此时不管转子组件3是否转动，第一圆的圆周与第二圆的圆周之间的径向间距(磁间隙)恒定不变。质量块31又呈圆柱体，四个永磁体呈两组轴对称分布在圆柱体上。不管转子组件沿顺时针转动或逆时针转动，第一永磁体和第二永磁体的固定磁场在在第二圆周上的磁感应线的强度一致，第一导磁体和第二导磁体在第一圆周上的电磁感应线的强度一致，轴对称设置的第一永磁体和第二永磁体所受到的驱动力均匀，从而使得两个第一永磁体所受到的驱动力与两个第二永磁体所受到的驱动力均匀且相同，转子组件3上不存在偏心力，从而避免了电机出现单边摆动的现象发生；在不通电的情况下，两个导磁体上均不带极性，能被永磁体的固定磁场吸引，第一导磁体41和第二导磁体42沿第二轴线L2呈轴对称设置，并且两个第一永磁体321分别对应于第一导磁体41和第二导磁体42的圆弧部411的第一部分4111；两个第二永磁体322分别对应于第一导磁体41和第二导磁体42的圆弧部411的第二部分4112，使第一导磁体41和第二导磁体42对第一永磁体321和第二永磁体322所施加的吸引力均相等，在第一导磁体41和第二导磁体42的吸引力下，能够使得转子组件3保持在平衡状态，在整个电机工作过程和停止通电后恢复到平衡状态的过程中，转子组件3均不受到偏心力，也无需借助现有的扭转弹片7，在第一导磁体41和第二导磁体42对永磁体的作用力下，就能够自动调节到初始的平衡状态。

对于转子组件3中的摆动轴33的设置方式，例如，如图15所示，筒体2的周向内壁面上设置有两个环形台阶，电机还包括分别安装在两个环形台阶上的轴承6，摆动轴33的一端穿设在靠近筒体2封闭端一侧的一个轴承6上，另一端穿过并固定在质量块31后穿设在靠近第一端盖22一侧的轴承6上，之后摆动轴33的另一端伸出筒体2外，并向外界延伸，用于连接受摆动轴33驱动而转动的电动工具。

优选地，如图12所示，摆动轴33的周向外壁面上具有沿摆动轴33的轴向延伸的第一平直面331，对应地，如图11所示，质量块31上供摆动轴33穿设的内壁面上，有与第一平直面331对应的第二平直面312，第一平直面331与第二平直面312紧密抵接，实现摆动轴33与质量块31之间的紧固连接，防止摆动轴33相对于质量块31有转动趋势。或者不设置第一平直面和第二平直面，质量块与摆动轴直接采用其他紧固方式配合。

如图9和图15所示，筒体2的封闭端具有沿筒体2的轴线向外延伸的让位端盖23，让位端盖23内呈空腔，该空腔与筒体2的内腔连通，使得摆动轴33在靠近封闭端一侧的端部端面与让位端盖23之间形成让位区域，防止摆动轴33转动过程中，摆动轴33撞击到筒体2，影响转子组件3的正常运动。

外壳1和质量块均采用导磁材料制成，如图3所示，外壳1包括第一壳体11和第二壳体12，第一壳体11和第二壳体12相对扣设并形成两端呈开口的安装内腔。例如，第一壳体11和第二壳体12的纵向截面形成均为U形，两个U形的开口扣设围成该安装内腔，上述定子组件4中第一导磁体41和第二导磁体42的安装部412的径向外侧端固定在外壳1上。例如，通过胶粘或者点焊方式固定，实现第一导磁体41和第二导磁体42与外壳1导通，以使得在给线圈通电后，第一永磁体321、第二永磁体322、质量块31、第一导磁体41、第二导磁体42及外壳1形成闭合的电磁回路。

具体而言，为了便于表述上述闭合的电磁回路，如图17和图18所示，给出图7和图8中的电机纵向截面形状的等效结构示意图，也即两个第一永磁体等效为一个第一永磁体321，两个第二永磁体等效为一个第二永磁体322。

当给第一线圈43通正向电后，假如串联的第一线圈43和第二线圈44产生的电磁场，使得第一导磁体41的径向内侧端的弧形凹槽4113的极性为S极，第二导磁体42的径向内侧端的弧形凹槽4113的极性为N极，此时，如图8中黑色折线和图18中剪头所示，第一导磁体41—第二永磁体322—质量块31—第一永磁体321—第二导磁体42—第一壳体11、第二壳体12分别形成两个分支—两个分支均回到第一导磁体41的安装部412上，形成两个闭合的电磁回路。相反，如给第一线圈43通入反向电时，第一导磁体41和第二导磁体42的弧形凹槽4113所带的极性刚好相反，第一导磁体41的径向内侧端的弧形凹槽4113的极性为N极，第二导磁体42的径向内侧端的弧形凹槽4113的极性为S极，如图7中黑色折线和图17中箭头所示，第一导磁体41—第一永磁体321—质量块31—第二永磁体322—第二导磁体42—第一壳体11、第二壳体12分别形成两个分支—两个分支均回到第一导磁体41的安装部412上，形成两个闭合的电磁回路。

由图7、图8、图17和图18可知，不管给第一线圈43通正向电或反向电，外壳1均构成磁回路的一部分，从而将线圈产生的电磁场几乎全部利用，并形成上述的闭合电磁回路，增大电磁回路中的磁通量，相对于现有技术中磁悬浮电机(如图1所示)，漏磁量很小。同时，两个导磁体对永磁体产生的作用力均沿同一个方向，两个导磁体之间无干涉、抵消作用(如图1所示，现有技术中的第一铁芯的外侧臂的N极对第一永磁体产生逆时针的排斥力，第二铁芯的外侧臂S极对第一永磁体321的N极产生顺时针的吸引力，该排斥力会抵消一部分吸引力，使得顺时针的吸引力降低，减弱电磁场与固定磁场之间的交互作用)，进一步其增大电磁场的利用率，进而降低电机运行时所需的电能，使得整个电机的能耗低。

磁悬浮电机还包括限位组件5，用于限制转子组件3转动角度，实现自动控制电机摆动的角度。如图13和图14所示，限位组件5包括固定在质量块31上靠近第一端盖22一侧的端部上的定位环51，定位环51套设在摆动轴33上，定位环51的外周表面上具有径向向外延伸的两个凸起511，两个凸起511对称分布；及固定在第一端盖22内壁面上并沿轴向向内延伸的两个限位块512；沿摆动轴33的周向，两个凸起511与两个限位块512交错设置，并位于同一个圆周上。

例如，两个凸起511和两个限位块512呈“十”字交错设置，如图14所示，在图中位于定位环51顶部的凸起511为第一凸起，位于定位环51底部的凸起511为第二凸起，位于第一端盖22前端的限位块512为第一限位块，位于第一端盖22后端的限位块512为第二限位块。

如图13所示，假如起始状态下，第一凸起和第二凸起位于竖直状态，第一限位块和第二限位块位于水平状态，转子组件3处于初始的平衡状态，在给线圈通电后，假如转子组件3带动定位环51沿顺时针转动，当转动到第一凸起抵靠在第一限位块上，第二凸起刚好抵靠在第二限位块上，此时转子组件3就被阻挡住，不能继续沿顺时针转动；给线圈通反向电，转子组件3沿逆时针方向转动，当第一凸起抵靠在第二限位块，第二凸起抵靠在第一限位块上时，转子组件3不能够继续沿逆时针转动，从而实现将转子组件3的转动限制在第一限位块与第二限位块之间的角度范围内。第一限位块与第二限位块之间的角度可以为100度、120度、70度等等，根据实际需求而定，在此不做具体限定。

其实，限位组件5中可以只设置一个凸起511，两个限位块512，凸起511位于两个限位块512之间即可，本实施方式中之所以设置两个凸起511，是为了保证转子组件3本身结构的平衡性，确保转子组件3的受力均匀。

如图7和图8所示，本实施例中的磁悬浮电机，初始状态下(不给线圈通电)时，由于两组沿第一轴线L1呈轴对称设置的第一永磁体321和第二永磁体322；及沿第二轴线L2呈轴对称设置的第一导磁体41和第二导磁体42，由于第一圆与第二圆之间的径向磁间隙相等，在第一导磁体41和第二导磁体42与四个永磁体的吸引力作用下，两个第一永磁体321、两个第二永磁体322及第一导磁体41、第二导磁体42所处于的状态如图7或图8中所在的位置，整个转子组件3位于平衡状态，质量块31在周向上不会受到偏心力，一致保持在平衡状态；其中，靠近第一导磁体41的第一永磁体321和第二永磁体322轴对称分布在第一导磁体41的弧形凹槽4113的两侧；靠近第二导磁体42的第一永磁体321和第二永磁体322轴对称分布在第二导磁体42的弧形凹槽4113的两侧。

当需要驱动电动工具摆动时，例如牙刷，如图8所示，给第一线圈43通入正向电，两个线圈产生的电磁场，使得第一导磁体41和第二导磁体42的弧形凹槽4113带上极性的分别为S极和N极；根据异性相吸和同性相斥原理，第一导磁体41对靠近第一导磁体41的第一永磁体321产生周向逆时针的排斥力，对第二永磁体322产生逆时针的吸引力；第二导磁体42对靠近第二导磁体42的第一永磁体321产生逆时针的吸引力，对第二永磁体322产生逆时针的排斥力，所有的吸引力和排斥力均沿逆时针方向，使得整个转子组件3受到沿逆时针方向的驱动力，从而带动转子组件3整体从起始状态朝向逆时针方向转动；当质量块31上的定位环51上的第一凸起抵靠在第二限位块时，转子组件3停止逆时针方向转动，此过程中形成如图8中粗黑线形成的闭合磁回路，将两个线圈产生的电磁场几乎全部利用起来，增大闭合磁回路的磁通量和对永磁体的驱动力。

此时，给第一线圈43通反向电，第一导磁体41和第二导磁体42的弧形凹槽4113的极性分别为N极和S极，根据异性相吸和同性相斥原理，第一导磁体41对靠近第一导磁体41的第一永磁体321产生周向顺时针的吸引力，对第二永磁体322产生顺时针的排斥力；第二导磁体42对靠近第二导磁体42的第一永磁体321产生顺时针的排斥力，对第二永磁体322产生顺时针的吸引力，使得整个转子组件3受到沿顺时针方向的驱动力，从而带动转子组件3整体朝向顺时针方向转动；当质量块31的定位环51上的第一凸起抵靠在第一限位块时，转子组件3停止顺时针方向转动，此过程中形成如图7中黑色线和图17中箭头所指的闭合磁回路；如此，反复并间隔地向第一线圈43通正向电和负向电，以实现磁悬浮电机绕摆动轴的轴线做往复摆动。电机的逆时针和顺时针转动过程中，由于第一圆与第二圆的径向磁间隙恒定不变，一一对应的第一永磁体与第二永磁体呈轴对称设置，两个导磁体对称设置，使得转子组件3在沿不同方向转动时，两个第一永磁体321所受到的驱动力，与两个第二永磁体322所受到的驱动力相同，转子组件3不受到偏心力，电机的运行更平稳。

在电机摆动过程中，例如沿逆时针方向摆动，靠近第一导磁体41的两个永磁体都位于第一导磁体41弧形凹槽4113的左边，相应地，靠近第二导磁体42的两个永磁体位于第二导磁体42的弧形凹槽4113的右边，此时停止向第一线圈43通电，第一线圈43和第二线圈44不会产生电磁场，两个导磁体上均不带极性；但此时，由于位于靠近第一导磁体41的第一永磁体321和第二永磁体322的固定磁场对第一导磁体41产生吸引力；位于靠近第二导磁体42的第一永磁体321和第二永磁体322对第二导磁体42产生吸引力；由于两个导磁体的位置处于静止状态，则第一导磁体41对靠近其的两个永磁体施加顺时针方向的第一吸引力；第二导磁体42对靠近其的两个永磁体施加顺时针方向的第二吸引力，在两个吸引力的作用下，使得转子组件3整体沿顺时针方向转动，使得靠近第一导磁体41的第一永磁体321和第二永磁体322分别复位到初始的平衡状态(对称部分在弧形凹槽4113的两侧，图7中两个永磁体所在的位置)；相应地，靠近第二导磁体42的第一永磁体321和第二永磁体322也分别复位到初始的平衡状态，由于第一圆与第二圆的径向磁间隙始终不变，在复位过程中，两个导磁体对两个第一永磁体321施加的复位力，与对两个第二永磁体322施加的复位力相等，使得转子组件3不会受到偏心力，复位后保持在起始的平衡状态，质量块31不会受到偏心力，电机不会出现单边摆动的现象。

此实施方式中的电机，第一导磁体41和第二导磁体42均采用软磁材料制成，软磁材料是指在线圈通电后，软磁材料带上相应的极性；停止给线圈通电后，软磁材料不会带上极性，但能够被固定磁场吸引。软磁材料除了上述给出的铁芯外，还可以为现有任意的软磁材料，例如软磁铁氧体。

本实施方式中的磁悬电机的装配过程如下：第一导磁体41和第二导磁体42分别先安装在筒体2的两个第一通孔21的第一台阶211上；两个线圈分别套设在两个导磁体的安装部412上，再将第一壳体11和第二壳体12分别固定扣合，并使得两个导磁体的安装部412分别固定在第一壳体11和第二壳体12上；摆动轴33穿设在质量块31上，四个永磁体分别固定在质量块31的外壁面的安装凹槽311内，定位环51固定在质量块31上，形成转子组件3；之后，将转子组件3经筒体2的开口整体插入筒体2的内腔中，摆动轴33靠近第一端盖22的另一端位于筒体2外；最后，将第一端盖22套设在摆动轴33上并扣设在筒体2的开口上，即可完成整个电机的安装过程。

作为实施例1的第一个可替换实施方式，限位组件5中的限位件除了为限位块512外，还可以为其他结构，例如限位件为弹簧，凸起511被弹簧阻挡，形成弹性接触，可以避免凸起511与限位块512之间的碰撞。作为变形，凸起511还可以不设置在定位环51上，直接固定在质量块31或者摆动轴33上，只需至少一个凸起511位于相邻两个限位块512之间，并且位于同一圆周上即可。作为进一步的变形，还可以不设置限位组件5，直接采用角度传感器检测转子组件3的转动角度，控制器根据角度传感器的检测信号，来控制给第一线圈43的通电方向。

作为实施例1的第二个可替换的实施方式，筒体2上还可以不设置上述的第一台阶211，直接将第一导磁体41和第二导磁体42固定在筒体2的外壁面上，并遮住第一通孔21即可；或者，还可以将导磁体嵌装在第一通孔21内，例如导磁体的圆弧部411的外周侧壁面通过点焊或者胶粘方式固定在第一通孔21的内壁面上。作为进一步的变形，筒体2上还可以不设置上述的让位端盖23，只需摆动轴33的端面与筒体2的封闭端的端面之间有间隙即可。作为进一步的变形，还可以不设置筒体2，直接将两个导磁体固定在外壳上。

作为实施例1的第三个实施实施方式，第一壳体11与第二壳体12还可以一体成型。

作为实施例1的第四个实施方式，转子组件3中，质量块31的外壁面上还可以不开设安装凹槽311，直接将四个永磁体固定在圆柱体的外壁面上。例如，采用点焊方式固定。两个永磁体还可以为其他的弧形块，只需四个永磁体的径向外侧表面呈弧形面，并位于第二圆的圆周上即可。质量块31除了为圆柱体外，还可以为其他形状，例如长方体。

作为进一步的变形，上述的第一永磁体321可以为一个，对应地，第二永磁体322也可以为一个，第一永磁体与第二永磁体沿第一轴线L1呈轴对称设置，如图17和图18所示，上述的径向磁间隙仍保持不变，也能够实现电机运行的平稳性和复位到平衡状态的功能。作为进一步的变形，第一永磁体321的个数还可以为三个，四个，五个等等；对应地第二永磁体322的个数还可以三个、四个、五个等等，第一永磁体321与第二永磁体322一一对应并沿第一轴线L1呈轴对称分布在质量块上，形成上的闭合磁回路。或者，第一永磁体321与第二永磁体322的个数可以不一致，只需至少有一个第一永磁体和至少一个第二永磁体的极性相反设置在质量块上，在两个圆的磁间隙恒定时，也能够使得电机运转平稳和自动恢复到起始的平衡状态。

作为实施例1的第五个可替换的实施方式，安装部412可以设置在圆弧部411的径向外侧面的任意位置，可以不在其中部设置；上述实施方式中，平衡状态下，圆弧部411的周向的两端最好伸出位于同一个导磁体的第一永磁体321和第二永磁体322的端部外，确保在复位过程中，永磁体的整个固定磁场能与导磁体作用，便于复位到平衡状态。作为变形，导磁体的还可以为其他结构，只需导磁体的径向内壁面位于第一圆的圆周上，确保第一圆与第二圆的径向之间的磁间隙保持一致，就会使得第一永磁体和第二永磁体的固定磁场在在第二圆周上的磁感应线的强度一致，第一导磁体和第二导磁体在第一圆周上的电磁感应线的强度一致，质量块就能够自动恢复到起始的平衡状态。

实施例2

本实施例提供一种磁悬浮电机，其与实施例1提供的磁悬浮电机的不同之处，仅在于：如图16所示，沿摆动轴33的轴向，磁悬浮电机还包括具有相对于摆动轴33的轴线扭转变形的弹性件，弹性件的两端分别固定在筒体2和摆动轴33伸入筒体2内的伸入端上，用于驱动摆动轴33复位。在弹性件的辅助功能下，转子组件3更容易复位到起始的平衡状态。

例如，弹性件为弹片7，弹片7的最佳安装位置是：安装在让位端盖23与摆动轴33之间，例如让位端盖23的内腔中设置有安装座，安装座与摆动轴33相对的端面上分别开设有卡槽，弹片7的一端固定在安装座的卡槽内，另一端固定在摆动轴33的卡槽内。当电机转动时，弹片7随着摆动轴33发生扭转变形，当停止给第一线圈43通电时，在其自身的变形复位力下，弹片7驱动摆动轴33朝向起始的平衡位置转动，进一步地辅助转子组件3快速地复位。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种磁悬浮电机，其特征在于，包括

定子组件（4），其具有相对设置的第一导磁体（41）和第二导磁体（42），分别设置在所述第一导磁体（41）和第二导磁体（42）上的线圈；所述第一导磁体（41）与所述第二导磁体（42）相互面对的一端的内壁面位于第一圆的圆周上；

转子组件（3），相对于所述定子组件（4）可转动地设置在所述第一导磁体（41）与所述第二导磁体（42）之间；其具有质量块（31），及安装在所述质量块（31）周向外壁面上的至少一个第一永磁体（321）和至少一个第二永磁体（322）;所述第一永磁体（321）和所述第二永磁体（322）相互面对的一端极性相反；

沿所述第一圆的径向，所述第一永磁体（321）和所述第二永磁体（322）的径向外侧壁面位于第二圆的圆周上，所述第二圆的圆周与所述第一圆的圆周的径向之间形成磁间隙，所述磁间隙无论转子组件是否处于转动状态都保持恒定不变。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮电机，其特征在于，所述第一导磁体（41）和所述第二导磁体（42）均分别包括圆弧部（411），和固定在所述圆弧部（411）的径向外壁面上的安装部（412）；所述线圈套设在所述安装部（412）上。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮电机，其特征在于，在用于固定所述安装部（412）的所述圆弧部（411）的位置处的内表面上，开设有沿所述第一圆的径向由内向外凹陷的弧形凹槽（4113）。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的磁悬浮电机，其特征在于，所述第一永磁体（321）和所述第二永磁体（322）一一对应且沿第一轴线（L1）呈轴对称地设置在所述质量块（31）上。

5.根据权利要求4所述的磁悬浮电机，其特征在于，所述第一导磁体（41）与所述第二导磁体（42）沿第二轴线（L2）呈轴对称设置，所述第一轴线（L1）与所述第二轴线（L2）相交。

6.根据权利要求5所述的磁悬浮电机，其特征在于，所述第一永磁体（321）和/或所述第二永磁体（322）为至少两个；以所述第一轴线（L1）为界，两个所述第一永磁体（321）位于所述质量块（31）的同一侧，两个所述第二永磁体（322）位于所述质量块（31）的另一侧。

7.根据权利要求1-3、5、6中任一项所述的磁悬浮电机，其特征在于，所述质量块（31）呈圆柱体，所述第一永磁体（321）和所述第二永磁体（322）呈弧形块。

8.根据权利要求1-3、5、6中任一项所述的磁悬浮电机，其特征在于，所述磁悬浮电机还包括外壳（1），所述外壳（1）采用导磁材料制成；

所述定子组件（4）设置在所述外壳（1）内，所述第一导磁体（41）和第二导磁体（42）均安装在所述外壳（1）的内壁面上；

在给线圈通所需电时，第一导磁体（41）、所述第一永磁体（321）、质量块（31）、所述第二永磁体（322）、第二导磁体（42）及所述外壳（1）形成闭合的电磁回路。

9.根据权利要求1-3、5、6中任一项所述的磁悬浮电机，其特征在于，所述磁悬浮电机还包括筒体（2），所述筒体（2）具有安装内腔，所述筒体（2）的壁面上开设有相对的第一通孔（21）和第二通孔；所述第一导磁体（41）和所述第二导磁体（42）分别安装在所述筒体（2）上并围绕在所述第一通孔（21）和第二通孔的周围，所述线圈位于所述筒体（2）外。

10.根据权利要求9所述的磁悬浮电机，其特征在于，

所述转子组件（3）还包括穿设在所述质量块（31）上的摆动轴（33），所述质量块（31）和所述第一永磁体（321）、第二永磁体（322）设置在所述安装内腔中，所述摆动轴（33）的一端伸出所述筒体（2）外；

沿所述摆动轴（33）的轴向，所述磁悬浮电机还包括具有相对于所述摆动轴（33）的轴线扭转变形的弹性件，所述弹性件的两端分别固定在所述筒体（2）和所述摆动轴（33）伸入所述筒体（2）内的伸入端上，用于驱动所述摆动轴（33）复位。

11.根据权利要求1-3、5、6、10中任一项所述的磁悬浮电机，其特征在于，还包括用于限制所述转子组件（3）转动角度的限位组件（5）；

所述限位组件（5）包括固定在所述质量块（31）上的至少一个凸起（511），及相对于所述转子组件（3）固定设置的至少两个限位件，所述凸起（511）与所述限位件位于同一圆周上，至少一个所述凸起（511）位于相邻两个所述限位件之间。