CN113629976A - 一种利用磁力驱动的发动机 - Google Patents

Abstract

一种利用磁力驱动的发动机，涉及发动机技术领域，所采用的技术方案包括外壳，还包括转动连接在所述外壳上的转轴、设置在所述转轴上的转子、设置在所述转子上且围绕所述转轴均匀排列的多个永磁体、设置在所述外壳上且围绕所述转轴均匀排列的多个磁力座以及用于驱动每个所述磁力座周期性开关的驱动装置，多个所述永磁体远离所述转轴的磁极均为同名磁极。本发明在运行过程中直接通过磁力驱动转子转动，将磁能转化为机械能输出，与现有的电动机相比，没有线圈、电刷等导电设备，不会产生电流变化，消除了由电流变化引发的电磁干扰问题，适用于对于电磁干扰较为敏感的电子设备。

Description

一种利用磁力驱动的发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种利用磁力驱动的发动机。

背景技术

目前的电动机普遍存在由电流变化引发的电磁干扰问题，主要有几方面的原因。其一是当绕组中电流切断时，磁场突然消失使绕组线圈上产生上百伏甚至上千伏的瞬变过电压，它能导致极大的能量泄放，对回路中的其他电子装置产生冲击，造成损坏；其二是对于电刷式电机而言，电刷和换向片之间产生火花放电，同时引起频谱极宽的噪声，对无线广播、电视以及各种电子设备在很大范围内造成干扰；其三是诸多电子产品中的电动机均采用桥式整流和电容滤波电路整流后的直流电源，产生的高次谐波非常丰富，不仅对供电电网造成严重污染，还对其他各种用电设备产生干扰。电磁干扰不能被完全消除，只能通过阻尼、滤波、屏蔽等措施尽量减少降低电动机对设备、系统工作造成的电磁干扰，但是在一些较为敏感的电子设备中，尽管采取了消除措施，电动机的电磁干扰仍然会产生不良影响。目前市面上也没有由磁力驱动的发动机。

发明内容

针对现有技术方案中电动机的电流变化产生电磁干扰的问题，本发明提供了一种利用磁力驱动的发动机。

本发明提供如下的技术方案：一种利用磁力驱动的发动机，包括外壳，还包括转动连接在所述外壳上的转轴、设置在所述转轴上的转子、设置在所述转子上且围绕所述转轴中心对称排列的多个永磁体、设置在所述外壳上且围绕所述转轴中心对称排列的多个磁力座以及用于驱动每个所述磁力座周期性开关的驱动装置，多个所述永磁体远离所述转轴的磁极均为同名磁极。

优选地，所述转子包括同轴设置在所述转轴上的第一驱动轮和第二驱动轮，所述第一驱动轮设置有围绕所述第一驱动轮圆心均匀排列的多个第一驱动齿条，所述第二驱动轮设置有围绕所述第二驱动轮圆心均匀排列的多个第二驱动齿条，且所述第一、第二驱动齿条在转轴的轴向投影方向间隔排列；所述驱动装置包括与所述磁力座的永磁磁芯传动连接的从动轴，所述从动轴上设置有正向齿轮和反向齿轮，所述正向齿轮与所述第一驱动齿条啮合，所述反向齿轮和第二驱动轮之间还设置有传动齿轮，所述传动齿轮和所述反向齿轮、第二驱动齿条均啮合；所述磁力座的数量为所述永磁体数量的偶数倍，且相邻两个所述磁力座开关状态相异。

优选地，在垂直于所述转轴轴向方向的投影面上，所述传动齿轮和所述转轴的连心线与所述从动轴和所述转轴的连心线之间的夹角小于相邻的第一、第二驱动齿条上距离最近的两个轮齿的齿顶分别与所述转轴的中心的连线之间的夹角。

优选地，所述第一驱动齿条和第二驱动齿条的排列间距相等。

优选地，所述永磁体设置在所述转子被第一或第二驱动齿条所覆盖的扇形区域内。

优选地，所述第一驱动齿条的齿数为正向齿轮的四分之一，所述第二驱动齿条的齿数为反向齿轮的四分之一。

优选地，所述磁力座的数量为所述永磁体的2倍。

优选地，所述第一驱动轮和第二驱动轮一体成型且半径相同；所述正向齿轮和反向齿轮一体成型，所述正向齿轮的齿顶圆半径大于所述反向齿轮的齿顶圆半径，所述反向齿轮的齿顶圆与所述第二驱动齿条不相交。

优选地，所述转子还设置有刹车装置。

本发明的有益效果是：直接通过磁力驱动转子转动，将磁能转化为机械能输出，与现有的电动机相比，没有线圈、电刷等导电设备，在运行过程中也不会产生电流变化，消除了由电流变化引发的电磁干扰问题，适用于对于电磁干扰较为敏感的电子设备。

附图说明

图1为本发明一个实施例的正视图。

图2为本发明一个实施例的剖面图。

图3为本发明一个实施例的侧视剖面图。

图4为图2的A部放大图。

图5为本发明中转子的一个实施例的示意图。

附图标记：1-外壳，2-转轴，3-转子，31-第一驱动轮，32-第二驱动轮，33-第一驱动齿条，34-第二驱动齿条，4-永磁体，5-磁力座，51-永磁磁芯，52-导磁外壳，53-连接件，54-A磁力座，55-B磁力座，61-从动轴，62-正向齿轮，63-反向齿轮，64-传动齿轮。

具体实施方式

以下结合附图及附图标记对本发明的实施方式做更详细的说明，使熟悉本领域的技术人在研读本说明书后能据以实施。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种利用磁力驱动的发动机，包括外壳1，还包括转动连接在所述外壳1上的转轴2、设置在所述转轴2上的转子3、设置在所述转子3上且围绕所述转轴2中心对称排列的多个永磁体4、设置在所述外壳1上且围绕所述转轴2中心对称排列的多个磁力座5以及用于驱动每个所述磁力座周期性开关的驱动装置，多个所述永磁体4远离所述转轴2的磁极均为同名磁极。

磁力座5可采用现有的磁性表座，具体地，如图4所示，磁力座5包括两个由铁磁性材料制作的导磁外壳52、设置在两个导磁外壳52之间且由抗磁性材料制作的连接件53以及转动连接在导磁外壳内部的永磁磁芯51，导磁外壳52可由铸铁制作，连接件53可由金属铜制作。永磁体4和永磁磁芯51可采用钕铁硼磁铁制作。将永磁磁芯的两个磁极同时与两个导磁外壳接触，则磁力座被关闭，不外显磁性；将永磁磁芯的磁极只与一个导磁外壳接触，则磁力座被打开，磁性外显。

驱动装置用于控制每个磁力座的开关，使磁力座的磁力与最近的永磁体相互作用，产生推力推动转子旋转。在一个实施例中，驱动装置可为微型电机，微型电机的因其体积较小采取屏蔽措施相对容易，其产生的电磁干扰可忽略不计，微型电机的输出轴与永磁磁芯连接，用于带动永磁磁芯旋转；永磁体的数量为2个，2个永磁体远离转轴的磁极均为N极；磁力座及驱动装置的数量为4个，围绕转轴均匀设置，依次为第一、二、三、四磁力座；在工作时，驱动装置将处于永磁体最近的第一磁力座打开，并将其永磁磁芯的N极对准转轴，其他磁力座关闭，在斥力的作用下，永磁体推动转子进行转动，当永磁体越过第二磁力座时，驱动装置将第二磁力座打开、将第一磁力座关闭，并将第二磁力座的永磁磁芯的N极对准转轴，继续给永磁体提供斥力，推动永磁体旋转，其他磁力座的开关依次以此种方式进行，使转子保持旋转，从而将磁能转换为机械能，再通过转轴输出。

优选地，如图1-4所示，所述转子3包括同轴设置在所述转轴2上的第一驱动轮31和第二驱动轮32，所述第一驱动轮31设置有围绕所述第一驱动轮圆心均匀排列的多个第一驱动齿条33，所述第二驱动轮32设置有围绕所述第二驱动轮圆心均匀排列的多个第二驱动齿条34，且所述第一、第二驱动齿条在转轴的轴向投影方向间隔排列；所述驱动装置包括与所述磁力座5的永磁磁芯51传动连接的从动轴61，所述从动轴61上设置有正向齿轮62和反向齿轮63，所述正向齿轮62与所述第一驱动齿条33啮合，所述反向齿轮63和第二驱动轮32之间还设置有传动齿轮64，所述传动齿轮64和所述反向齿轮63、第二驱动齿条34均啮合；所述磁力座5的数量为所述永磁体4数量的偶数倍，且相邻两个所述磁力座5开关状态相异。

当一个磁力座的初始状态为关闭时，第一驱动轮通过多个第一驱动齿条间歇性地带动正向齿轮旋转，进而带动从动轴和永磁磁芯转动一定角度，可将此磁力座打开；第二驱动轮通过多个第二驱动齿条间歇性地通过传动齿轮带动反向齿轮反向旋转，进而带动从动轴和永磁磁芯复位，可将此磁力座关闭。第一驱动轮和第二驱动轮同步转动，且多个第一驱动齿条和第二驱动齿条间隔排列，当转子的转动方向保持一个方向不变时，可使从动轴和永磁磁芯周期性地执行旋转、复位，形成钟摆式的转动，使多个磁力座的磁性周期性地打开和关闭，并保持磁力座朝向转轴的磁极性质不改变。转子和一个磁力座的驱动装置之间的连接如图5所示。

在如图2所示的一个实施例中，转子3上均匀设置有6个永磁体4，且6个永磁体4远离转轴一端的磁极均为N极，外壳1上均匀设置有12个磁力座5，磁力座5在打开状态时朝向转轴的磁极与永磁体远离转轴一端的磁极为同名磁极，其中相邻的两个磁力座5分别为A磁力座54和B磁力座55，A磁力座54打开时，B磁力座55关闭。进一步地，磁力座5可设置在反向齿轮63远离正向齿轮62的一侧，永磁体4可设置在转子3朝向磁力座5的一侧。

在运行时，一个永磁体可处于A磁力座的逆时针方向上，同名磁极之间的斥力推动永磁体及转子逆时针旋转，使永磁体接近B磁力座，而B磁力座此时处于关闭状态，不会对永磁体的转动造成干扰；在转动过程中，转子的第一驱动轮上的第一驱动齿条与B磁力座的正向齿轮接触并带动其旋转，继而带动B磁力座转动，使B磁力座的状态由关闭趋向于打开，第一驱动齿条的行程走完时，恰好使B磁力座打开，其N极朝向转轴，此时永磁体位于B磁力座的逆时针方向，B磁力座释放的磁力对永磁体形成斥力继续推动永磁体逆时针转动，同时，处于B磁力座逆时针方向的下一个磁力座被第二驱动齿条带动由打开状态转变为关闭状态，不会干扰永磁体的旋转。其他的磁力座也按照相同的方式推动相应的永磁体，在转动过程中，多个永磁体受到的斥力形成合力促使转子旋转，将磁能转化为机械能输出，再通过齿轮啮合传动控制磁力座的开关，也不需要为驱动装置提供电流。

优选地，在垂直于所述转轴2轴向方向的投影面上，所述传动齿轮64和所述转轴2的连心线与所述从动轴61和所述转轴2的连心线之间的夹角小于相邻的第一、第二驱动齿条上距离最近的两个轮齿的齿顶分别与所述转轴2的中心的连线之间的夹角。

如图4所示，传动齿轮和从动轴分别和转轴的连心线之间的夹角为β，相邻的第一、第二驱动齿条上距离最近的两个轮齿的齿顶分别与转轴的中心的连线之间的夹角为α，夹角β小于夹角α，用于限制传动齿轮的安装位置，当第一驱动轮通过第一驱动齿条带动正向齿轮旋转时，需确保传动齿轮处于两个相邻的第二驱动齿条之间，不会被第二驱动齿条带动而产生转动，避免正向齿轮的转动与反向齿轮的转动同时出现。

优选地，所述第一驱动齿条33和第二驱动齿条34的排列间距相等，使磁力座打开、关闭的周期更为简洁，同时易于安装。

优选地，如图2所示，所述永磁体4设置在所述转子3被第一或第二驱动齿条所覆盖的扇形区域内，使第一或第二驱动齿条在将A磁力座54的状态由关闭转换为打开之后，永磁体4不处于永磁磁芯和转轴的连心线上，同时与A磁力座54距离较近，受到的磁力较大，斥力形成的力矩较大，并且永磁体4受A磁力座54影响的行程较远。

优选地，所述第一驱动齿条33的齿数为正向齿轮62的四分之一，所述第二驱动齿条34的齿数为反向齿轮63的四分之一，使一个第一或第二驱动齿条分别使正向齿轮和反向齿轮转动的角度为90°。

优选地，所述磁力座5的数量为所述永磁体4的2倍。

优选地，所述第一驱动轮31和第二驱动轮32一体成型且半径相同；所述正向齿轮62和反向齿轮63一体成型，所述正向齿轮62的齿顶圆半径大于所述反向齿轮63的齿顶圆半径，所述反向齿轮63的齿顶圆与所述第二驱动齿条34不相交。

优选地，所述转子3还设置有刹车装置。具体地，所述刹车装置包括设置在转子上的轮刹以及与每一个传动齿轮的中心轴连接的气压伸缩杆。需要刹车时，首先启动轮刹将转子停转，再启动气压伸缩杆推动传动齿轮沿其中心轴轴向方向远离第二驱动轮和反向齿轮，破坏传动结构，打破磁力座开关的循环状态；需要启动时，再启动气压伸缩杆将传动齿轮复位，同时拉开轮刹。

以上为本发明的一种或多种实施方式，其描述较为具体和详细，但不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种利用磁力驱动的发动机，包括外壳（1），其特征在于：还包括转动连接在所述外壳（1）上的转轴（2）、设置在所述转轴（2）上的转子（3）、设置在所述转子（3）上且围绕所述转轴（2）中心对称排列的多个永磁体（4）、设置在所述外壳（1）上且围绕所述转轴（2）中心对称排列的多个磁力座（5）以及用于驱动每个所述磁力座周期性开关的驱动装置，多个所述永磁体（4）远离所述转轴（2）的磁极均为同名磁极。

2.根据权利要求1所述的一种利用磁力驱动的发动机，其特征在于：所述转子（3）包括同轴设置在所述转轴（2）上的第一驱动轮（31）和第二驱动轮（32），所述第一驱动轮（31）设置有围绕所述第一驱动轮圆心均匀排列的多个第一驱动齿条（33），所述第二驱动轮（32）设置有围绕所述第二驱动轮圆心均匀排列的多个第二驱动齿条（34），且所述第一、第二驱动齿条在转轴的轴向投影方向间隔排列；

所述驱动装置包括与所述磁力座（5）的永磁磁芯（51）传动连接的从动轴（61），所述从动轴（61）上设置有正向齿轮（62）和反向齿轮（63），所述正向齿轮（62）与所述第一驱动齿条（33）啮合，所述反向齿轮（63）和第二驱动轮（32）之间还设置有传动齿轮（64），所述传动齿轮（64）和所述反向齿轮（63）、第二驱动齿条（34）均啮合；

所述磁力座（5）的数量为所述永磁体（4）数量的偶数倍，且相邻两个所述磁力座（5）开关状态相异。

3.根据权利要求2所述的一种利用磁力驱动的发动机，其特征在于：在垂直于所述转轴（2）轴向方向的投影面上，所述传动齿轮（64）和所述转轴（2）的连心线与所述从动轴（61）和所述转轴（2）的连心线之间的夹角小于相邻的第一、第二驱动齿条上距离最近的两个轮齿的齿顶分别与所述转轴（2）的中心的连线之间的夹角。

4.根据权利要求2所述的一种利用磁力驱动的发动机，其特征在于：所述第一驱动齿条（33）和第二驱动齿条（34）的排列间距相等。

5.根据权利要求2所述的一种利用磁力驱动的发动机，其特征在于：所述永磁体（4）设置在所述转子（3）被第一或第二驱动齿条所覆盖的扇形区域内。

6.根据权利要求2所述的一种周期性开关的磁力座，其特征在于：所述第一驱动齿条（33）的齿数为正向齿轮（62）的四分之一，所述第二驱动齿条（34）的齿数为反向齿轮（63）的四分之一。

7.根据权利要求2所述的一种周期性开关的磁力座，其特征在于：所述磁力座（5）的数量为所述永磁体（4）的2倍。

8.根据权利要求2所述的一种周期性开关的磁力座，其特征在于：所述第一驱动轮（31）和第二驱动轮（32）一体成型且半径相同；所述正向齿轮（62）和反向齿轮（63）一体成型，所述正向齿轮（62）的齿顶圆半径大于所述反向齿轮（63）的齿顶圆半径，所述反向齿轮（63）的齿顶圆与所述第二驱动齿条（34）不相交。

9.根据权利要求2所述的一种周期性开关的磁力座，其特征在于：所述转子（3）还设置有刹车装置。

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