CN109923758A - 具有电磁驱动的磁铁电动机 - Google Patents

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Abstract

一种电磁旋转电动机系统，其包括槽轮，所述槽轮具有一个或多个永磁铁，所述永磁铁以马蹄的模式相切地嵌入在所述轮辋周围的所述凹槽内，所述永磁铁具有指向相同方向的相似极，以及其中，感应线圈或电磁铁被定位成相切地适配在所述凹槽中的(多个)所述永磁铁之间，所述电磁铁的所述极轴线与所述永磁铁的极轴线平行，并且按照使所述电磁铁生成与所述永磁铁的所述极相似地对齐的磁极的方式进行卷绕和供电，因此，当电流流经所述线圈时，所述电磁铁和所述永磁铁的极彼此相斥，迫使保持所述磁铁的所述轮子旋转远离所述线圈。

Description

具有电磁驱动的磁铁电动机
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年11月7日提交的标题为“Magnet Motor withElectromagnetic Drive”的加拿大专利申请第2947812号的优先权，该申请以引用的方式全部并入本文。
技术领域
本发明涉及一种电动机。更具体地，本发明涉及一种通过永磁铁与电磁线圈外的磁通量的相互作用来驱动的可伸缩电动机。
背景技术
目前用于为所有类型的机构供电的电动机一直是通过外部源(诸如内燃机中的矿物燃料或从水力、核能、风力和太阳源等生成的电力)驱动。各方研究者已经并且将继续进行许多尝试来开发由磁铁驱动的电动机。目的是要能驾驭磁铁的吸引和排斥特性来移动或驱动可进行线性或旋转运动的机构。这些先前的尝试有挑战，这些挑战包括磁场的饱和以及保持磁铁的金属的磁化或磁铁的退磁。
一种现有技术的系统涉及电磁铁和永磁铁，各个电磁铁具有铁芯，该铁芯周向布置在圆盘周围，一个极指向径向，永磁铁布置为使它们的极径向地位于圆盘上。随着永磁铁靠近螺线管，永磁铁被吸引到金属芯。当永磁铁极与电磁铁极径向对齐时，将电流供应给电磁铁，引起永磁铁的相斥。该现有技术的缺点在于，当电流流经电磁铁时，磁铁的横向位移(掷)是有限的。因此，需要间距小的线圈来使圆盘持续旋转。这会消耗更多的电并且可能会在电磁铁之间引起交叉和/或相互感应问题，而这种交叉和/或相互感应会不利于旋转。
发明内容
本文描述的本发明基于在具有圆形、椭圆形或矩形横截面的平行对齐的永磁铁和电磁铁螺线管外部的磁场。与阀门在螺线管内部的螺线管启动阀中发生的情况相似，在这种情况下的永磁铁部分地封装螺线管，反之亦然。永磁铁按照离散的间隔布置使其轴线与圆盘的外周长相切并且在横向上布置成当永磁铁飞过电磁铁或与电磁铁一起飞行时部分地封装静止的电磁铁，这些电磁铁以马蹄的模式布置以当安装在圆盘上的永磁铁飞过时部分地封装被相切地布置且放置在圆盘的边缘附近且在圆盘周围的永磁铁。磁铁围住电磁铁的情况会比其它方式消耗更少的能量。电磁铁和磁铁组可以是离散的，相似的极指向相同的方向并且按照平行的方式对齐。屏蔽材料可放置在旋转圆盘上的永磁铁之间，以迫使各个单个磁铁中的磁场从北极旋回南极，而不是连接到相邻磁铁的异性极。当各个电磁铁与永磁铁平行对齐时，将电流供应给各个电磁铁，以在相同的方向上排斥永磁铁并且使轮子连续旋转。
一个示例实施例是一种电磁旋转电动机系统，其包括槽轮，该槽轮具有一个或多个永磁铁，该永磁铁以马蹄的模式相切地嵌入在轮辋周围的凹槽内，永磁铁具有指向相同方向的相似极，以及其中，感应线圈或电磁铁被定位成相切地适配在凹槽中的(多个)永磁铁之间，电磁铁的极轴线与永磁铁的极轴线平行，并且按照使电磁铁生成与永磁铁的极相似地对齐的磁极的方式进行卷绕和供电，因此，当电流流经线圈时，电磁铁和永磁铁的极彼此相斥，迫使保持磁铁的轮子旋转远离线圈。
通过将多个永磁铁和电磁铁线圈定位在轮子的圆周周围，可交替地对电磁铁线圈供电，以在周向布置在轮子上的永磁铁上产生力的传递，从而连续地使轮子旋转。电动机的相反版本可利用以马蹄的模式对齐的多个线圈，这些线圈部分地围住单个磁铁以排斥该单个磁铁，该单个磁铁被放置成相切地位于圆盘的边缘附近并且被定位成使极与线圈的极平行，再次使圆盘旋转。
示例实施例是一种电动机，包括：圆盘，该圆盘具有圆周；中心轴，圆盘绕着该中心轴旋转；安装在圆盘的圆周处的至少一个永磁铁，该至少一个永磁铁中的每一个永磁铁沿着纵向轴线都具有北极和南极，该纵向轴线从南极指向北极；可控电源；以及至少一个电磁铁，该至少一个电磁铁中的每一个电磁铁都周向设置成与圆盘相邻，在接收到来自电源的电力时生成电磁铁北极和电磁铁南极，电磁铁纵向轴线从电磁铁南极指向电磁铁北极并且指向与纵向轴线从该至少一个永磁铁的南极到北极相同的周向方向。
附图说明
图1是本发明的单槽圆盘，其中，离散的矩形永磁铁以马蹄的模式周向嵌入在圆盘的盘毂和圆盘法兰中，永磁铁的轴线与圆盘法兰和盘毂的边缘相切。
图2是本发明的电磁铁螺线管，该电磁铁螺线管附接至可能的安装臂。
图3是本发明的单个圆盘和电磁铁的横截面视图，示出了安装和定位这两种磁铁类型的方式。
图4是本发明的电动机的端视图，示出了电磁铁定位在圆盘的凹槽内部但不接触圆盘。
图5在a、b、c、d、e和f处示出了电磁铁与永磁铁在本发明的电动机中的旋转相互作用。
图6是本发明的双槽圆盘，其中，永磁铁周向嵌入在圆盘的盘毂和法兰中，永磁铁的轴线与轮子法兰和轮毂的边缘相切。
图7是本发明的双槽轮，其中，电磁铁放置在轮子的凹槽内部并且轮子的轴连接至发电机头。
图8是在本发明的变型中使用的“C”形永磁铁，示出了极。
图9是本发明的变型的等距视图，示出了电磁铁与“C”形永磁铁的相互作用。
图10是本发明的变型的端视图，其中，电磁铁完美地对齐在“C”形永磁铁内部，但不接触磁铁。
图11是本发明的变型的等距视图，其中，设置有多个圆盘，“C”形永磁铁夹设在这些圆盘之间，并且电磁铁定位在一条直线上以穿过“C”形永磁铁内部，整个组件驱动发电机头产生电力。
具体实施方式
在以下描述中，用小写字母表述的相同数字用于描述看起来不同但直线相似功能的物品。字母“N”指永磁铁和/或电磁铁的北极并且字母“S”指南极。下面参照图1至图7对本发明的工作原理进行示例性描述。
首先，单槽圆盘3具有永磁铁la、lb、lc、1d和电磁螺线管2a、2b、2c、2d、2f，这些永磁铁la、lb、lc、1d以马蹄的方式布置并且按照平行的方式对齐，所有极在周向上都指向相同的方向，电磁螺线管2a、2b、2c、2d、2f对齐使得当电流流经各个电磁螺线管时诱发的电磁极与永磁铁1平行并且指向与永磁铁1的极相同的方向。当将电流供应给电磁铁2a时，诱发的磁场会使永磁铁la位移并且顺时针地横向旋转，从而使永磁铁组lb与电磁螺线管2b平行对齐。在永磁铁组la已经旋转离开电磁铁2a时，断开供应给电磁铁2a的电流，并且在永磁铁组2b与电磁铁2b平行对齐时，将电力供应给电磁铁2b。这使永磁铁lb进一步横向且旋转的顺时钟位移，从而使永磁铁lc与电磁铁2c等对齐。电磁铁2的间距设计为：当交替地将电流供应给电磁铁2，产生永磁铁的继电式切换动作，从而使圆盘连续旋转。在实施例中，马蹄状布置的永磁铁1部分地围住电磁铁2以最大化永磁铁1与源自电磁铁2的通量的相互作用，同时最小化电磁铁2上所耗的电力以及消除与彼此非常靠近的电磁铁的相互感应和交叉感应有关的问题。由圆盘3旋转所产生的力矩取决于圆盘3的直径。相似地，在圆盘3的边缘周围使用的永磁铁1和电磁铁2的数量也取决于圆盘3的直径。通过用马蹄状布置的永磁铁1部分地围住电磁铁2，驾驭了很大百分比的在电磁铁2外部的磁通量来横向地排斥永磁铁1并且使圆盘3旋转。将永磁铁1定位在圆盘3的边缘附近增加了圆盘3的旋转惯性，非常有助于保持圆盘3旋转。圆盘3的轴然后连接至用于提供旋转的另一机器的轴。
电磁铁2和永磁铁组1可以是离散的，相似的极指向相同的方形并且按照平行的方式对齐，并且与圆盘3的边缘相切。屏蔽材料可放置在旋转圆盘3上的永磁铁1之间，以迫使各个单个磁铁1中的磁场从北极旋回南极，而不是连接到相邻永磁铁的异性极。
参照图8至图11，本发明的变型利用“C”形永磁铁7，北极和南极在纵向上对齐，如图所示。永磁铁7相切地嵌入在圆盘3和4的边缘附近。这样，永磁铁7尽可能多地覆盖来自电磁铁2的磁通量。永磁铁7的纵向切口8在永磁铁7飞过时容纳保持电磁螺线管2的臂。
可通过圆盘3、4的相互旋转或者借助DC电池来启动本发明的电动机。
利用多层在各侧上具有压痕10的圆盘3，可提供另外的旋转力矩，这些压痕10对“C”形永磁铁7进行定位和保持以形成多槽筒，电磁铁2呈直线地布置在凹槽之间并且从“C”形永磁铁7的切口之间穿过，当筒旋转时，“C”形永磁铁7定位在法兰之间。当电流流经电磁铁2的直线时，诱发旋转，电磁铁2受到“C”形永磁铁7的排斥以引起旋转，该旋转又驱动发电机头9或交流发电机产生电力。可替代地，“U”形永磁铁可与矩形螺线管一起使用以增加电磁铁上的磁场的覆盖率。
本发明的示例特征可包括：
1.在永磁铁外部的通量场和在电磁铁外部的通量场的平行相互作用用于产生永磁铁的更大横向位移，因此，针对永磁铁和电磁铁的每单位长度，产生更大的圆盘旋转。
2.经过的永磁铁对电磁铁的部分封装最大化了在两种磁铁类型的磁场之间的相互作用。
3.一个螺线管对以马蹄的方式布置以部分地围住该螺线管的多个永磁铁的同时作用针对所耗的每单位电磁铁能量产生更大的旋转力。
4.一旦系统开始旋转，将磁铁定位在圆盘的边缘附近产生更大的旋转惯性。
5.增加圆盘的直径同时在电磁铁与永磁铁之间保持相同的电磁力会增加力矩并且会针对所耗的相同电磁铁能量产生更大的电力。
6.配备有永磁铁并且堆叠在一起以形成筒的多槽圆盘与电磁铁的直线相互作用会产生更大的力矩和电力。
7.由于系统中的旋转能量，一旦实现高转速，就只需要最少的电磁铁能量来维持电动机旋转。
8.另外，可将多个被动电磁铁放置在圆盘的边缘周围以通过磁铁的经过生成电力。
9.在永磁铁和电磁铁外部的能量场从内部驱动电动机，不需要矿物燃料，不会产生随之而来的污染。
10.电动机具有带旋转圆盘的非接触式静止电磁零部件和永磁铁，这消除了由于磨损和撕裂导致的更换零部件的需要。
11.电动机容易制造和组装，并且可按比例缩放。
示例实施例是一种电动机，包括：圆盘，该圆盘具有圆周；中心轴，圆盘绕着该中心轴旋转；安装在圆盘的圆周处的至少一个永磁铁，该至少一个永磁铁中的每一个永磁铁沿着纵向轴线都具有北极和南极，该纵向轴线从南极指向北极；可控电源；以及至少一个电磁铁，该至少一个电磁铁中的每一个电磁铁都周向设置成与圆盘相邻，在接收到来自电源的电力时生成电磁铁北极和电磁铁南极，电磁铁纵向轴线从电磁铁南极指向电磁铁北极并且指向与纵向轴线从该至少一个永磁铁的南极到北极相同的周向方向。
在任何上述电动机的示例实施例中，其中，该至少一个永磁铁包括至少两个永磁铁，并且永磁铁配置用于被设置在圆盘上使得纵向轴线从南极到北极指向相同的周向方向。
在任何上述电动机的示例实施例中，还包括屏蔽材料，该屏蔽材料设置在至少两个永磁铁中的每一个永磁铁之间。
在任何上述电动机的示例实施例中，其中：当电磁铁在周向上偏移开至少一个永磁铁中的一个永磁铁或超出将其周向对齐的周向阈值时，从至少一个电磁铁中的一个电磁铁切断电力，并且当电磁铁轴线与至少一个永磁铁中的至少一个永磁铁基本周向对齐或在将其周向对齐的另一周向阈值内时，将电力供应给至少一个电磁铁。
在任何上述电动机的示例实施例中，其中，该至少一个永磁铁的纵向轴线和该至少一个电磁铁的电磁铁纵向轴线平行，但当电磁铁轴线与该至少一个永磁铁中的至少一个永磁铁的轴线基本周向对齐时在不同的平面上。
在任何上述电动机的示例实施例中，其中，该至少一个永磁铁限定出通道，该通道沿着纵向轴线延伸。
在任何上述电动机的示例实施例中，其中，当电磁铁周向对齐时，电磁铁设置在通道内。
在任何上述电动机的示例实施例中，其中，通道的横截面为“C”形。
在任何上述电动机的示例实施例中，其中，通道的横截面为马蹄形。
在任何上述电动机的示例实施例中，其中，该至少一个电磁铁为矩形。
在任何上述电动机的示例实施例中，其中，对于该至少一个永磁铁，横截面垂直于纵向轴线。
在任何上述电动机的示例实施例中，其中，通道限定出中心纵向轴线，其中，中心纵向轴线和电磁铁纵向轴线在相同的平面上。
在任何上述电动机的示例实施例中，其中，该至少一个电磁铁限定出电磁铁通道，该电磁铁通道沿着电磁铁纵向轴线延伸。
在任何上述电动机的示例实施例中，其中，当该至少一个永磁铁和该至少一个电磁铁周向对齐时，永磁铁中的该至少一个永磁铁设置在电磁铁通道内。
在任何上述电动机的示例实施例中，其中，电磁铁通道限定出中心电磁铁纵向轴线，其中，中心电磁铁纵向轴线和电磁铁纵向轴线在相同的平面上。
在任何上述电动机的示例实施例中，其中，永磁铁的纵向轴线与圆盘的圆周相切。
在任何上述电动机的示例实施例中，还包括用于支撑该至少一个电磁铁的至少一个固定支架。
在任何上述电动机的示例实施例中，其中，电磁铁纵向轴线与圆盘相切。
在任何上述电动机的示例实施例中，其中，该至少一个电磁铁包括实心的软铁芯，该软铁芯与法兰或端垫一体形成。
在任何上述电动机的示例实施例中，还包括用于检测永磁铁和该至少一个电磁铁的对齐的光学设备和/或一个或多个接近传感器。
在任何上述电动机的示例实施例中，其中，对于永磁铁中的每一个永磁铁，生成通量场，电磁铁在接收到电力时生成电磁铁通量场，并且通量场和电磁铁通量场相互作用以产生永磁铁相对于电磁铁的横向位移，从而引起圆盘旋转。
在任何上述电动机的示例实施例中，其中，电源是电池。
在任何上述电动机的示例实施例中，还包括用于调节圆盘的旋转速度的速度控制器。
在任何上述电动机的示例实施例中，还包括附接至圆盘、用于冷却至少一个电磁铁的风机叶片。
在任何上述电动机的示例实施例中，其中，各个电磁铁包括螺线管。
在任何上述电动机的示例实施例中，其中，该至少一个电磁铁包括至少两个电磁铁，其中，按照相继的顺序将电力供应给该至少两个电磁铁使得圆盘旋转。
在任何上述电动机的示例实施例中，其中，在将电力供应给该至少两个电磁体中的一些电磁铁以推斥永磁铁时，将该至少两个电磁铁中的其它电磁铁吸引就位。
在任何上述电动机的示例实施例中，其中，永磁铁弯曲以大体上对应圆盘的圆周。
在任何上述电动机的示例实施例中，其中，圆盘共用中心轴。
示例实施例是一种发电系统，包括周向设置成任何一个上述电动机的圆盘相邻的至少一个被动电磁铁，用于通过该至少一个永磁铁的经过来发电。
在发电系统的示例实施例中，其中，该系统配置用于驱动发电机。
可对一些示例实施例进行改变，这些变型可包括任何上述的组合和子组合。上面提出的各种实施例仅仅是示例，并且不以任何方式限制本公开的范围。本文描述的创新的变型对于受益于示例实施例的本领域的普通技术人员而言将变得显而易见，这种变型在本公开的既定范围内。具体地，可选择来自上述实施例中的一个或多个实施例的特征，来产生包括上面可能未明确描述的特征的子组合的替代实施例。另外，可选择和组合来自上述实施例中的一个或多个实施例的特征，来产生包括上面可能未明确描述的特征的组合的替代实施例。在整体审阅了本公开之后，适合这种组合和子组合的特征对于本领域的技术人员会变得非常显而易见。本文所描述的主题旨在涵盖和囊括技术上的所有合适的变化。
可以对所描述的实施例进行某些更改和修改。因此，上面讨论的实施例被认为是图示性的，而非限制性的。

Claims (31)

1.一种电动机，包括：
圆盘，所述圆盘具有圆周；
中心轴，所述圆盘绕着所述中心轴旋转；
安装在所述圆盘的所述圆周处的至少一个永磁铁，所述至少一个永磁铁中的每一个永磁铁沿着纵向轴线都具有北极和南极，所述纵向轴线从所述南极指向所述北极；
可控电源；以及
至少一个电磁铁，所述至少一个电磁铁中的每一个电磁铁都周向设置成与所述圆盘相邻，在接收到来自所述电源的电力时生成电磁铁北极和电磁铁南极，电磁铁纵向轴线从所述电磁铁南极指向所述电磁铁北极并且指向与所述纵向轴线从所述至少一个永磁铁的所述南极到所述北极相同的周向方向。
2.根据权利要求1所述的电动机，其中，所述至少一个永磁铁包括至少两个永磁铁，并且所述永磁铁配置用于被设置在所述圆盘上使得所述纵向轴线从所述南极到所述北极指向相同的周向方向。
3.根据权利要求2所述的电动机，还包括屏蔽材料，所述屏蔽材料设置在所述至少两个永磁铁中的每一个永磁铁之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电动机，其中：
当所述电磁铁在周向上偏移开所述至少一个永磁铁中的一个永磁铁或超出将其周向对齐的周向阈值时，从所述至少一个电磁铁中的一个电磁铁切断所述电力，并且
当所述电磁铁轴线与所述至少一个永磁铁中的至少一个永磁铁基本周向对齐或在将其周向对齐的另一周向阈值内时，将所述电力供应给所述至少一个电磁铁。
5.根据权利要求4所述的电动机，其中，所述至少一个永磁铁的所述纵向轴线和所述至少一个电磁铁的所述电磁铁纵向轴线平行，但当所述电磁铁轴线与所述至少一个永磁铁中的至少一个永磁铁的所述轴线基本周向对齐时在不同的平面上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电动机，其中，所述至少一个永磁铁限定出通道，所述通道沿着所述纵向轴线延伸。
7.根据权利要求6所述的电动机，其中，当所述电磁铁周向对齐时，所述电磁铁设置在所述通道内。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的电动机，其中，所述通道的横截面为“C”形。
9.根据权利要求6至7中任一项所述的电动机，其中，所述通道的横截面为马蹄形。
10.根据权利要求9所述的电动机，其中，所述至少一个电磁铁为矩形。
11.根据权利要求5至9中任一项所述的电动机，其中，对于所述至少一个永磁铁，所述横截面垂直于所述纵向轴线。
12.根据权利要求5至11中任一项所述的电动机，其中，所述通道限定出中心纵向轴线，其中，所述中心纵向轴线和所述电磁铁纵向轴线在相同的平面上。
13.根据权利要求1至5中任一项所述的电动机，其中，所述至少一个电磁铁限定出电磁铁通道，所述电磁铁通道沿着所述电磁铁纵向轴线延伸。
14.根据权利要求13所述的电动机，其中，当所述至少一个永磁铁和所述至少一个电磁铁周向对齐时，所述永磁铁中的所述至少一个永磁铁设置在所述电磁铁通道内。
15.根据权利要求13所述的电动机，其中，所述电磁铁通道限定出中心电磁铁纵向轴线，其中，所述中心电磁铁纵向轴线和所述电磁铁纵向轴线在相同的平面上。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的电动机，其中，所述永磁铁的所述纵向轴线与所述圆盘的所述圆周相切。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的电动机，还包括用于支撑所述至少一个电磁铁的至少一个固定支架。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的电动机，其中，所述电磁铁纵向轴线与所述圆盘相切。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的电动机，其中，所述至少一个电磁铁包括实心的软铁芯，所述软铁芯与法兰或端垫一体形成。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的电动机，还包括用于检测所述永磁铁和所述至少一个电磁铁的对齐的光学设备和/或一个或多个接近传感器。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的电动机，其中，对于所述永磁铁中的每一个永磁铁，生成通量场，所述电磁铁在接收到所述电力时生成电磁铁通量场，并且所述通量场和所述电磁铁通量场相互作用以产生所述永磁铁相对于所述电磁铁的横向位移，从而引起圆盘旋转。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的电动机，其中，所述电源是电池。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的电动机，还包括用于调节所述圆盘的旋转速度的速度控制器。
24.根据权利要求1至23中任一项所述的电动机，还包括附接至所述圆盘、用于冷却所述至少一个电磁铁的风机叶片。
25.根据权利要求1至26中任一项所述的电动机，其中，各个电磁铁包括螺线管。
26.根据权利要求1至25中任一项所述的电动机，其中，所述至少一个电磁铁包括至少两个电磁铁，其中，按照相继的顺序将所述电力供应给所述至少两个电磁铁使得所述圆盘旋转。
27.根据权利要求26所述的电动机，其中，在将所述电力供应给所述至少两个电磁体中的一些电磁铁以排斥所述永磁铁时，将所述至少两个电磁铁中的其它电磁铁吸引就位。
28.根据权利要求1至27中任一项所述的电动机，其中，所述永磁铁弯曲以大体上对应所述圆盘的所述圆周。
29.一种电动机系统，包括根据权利要求1至28中任一项所述的电动机中的一个或多个，其中，所述圆盘共用所述中心轴。
30.一种发电系统，包括周向设置成与根据权利要求1至28中任一项所述的电动机的所述圆盘相邻的至少一个被动电磁铁，用于通过所述至少一个永磁铁的经过来发电。
31.一种发电系统，其中，根据权利要求29至30中任一项所述的系统配置用于驱动发电机。
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