CN113765327A - 电磁动力装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁动力装置，涉及动力机械领域，用以输出直线动力。该电磁动力装置包括磁轨以及运动部件。磁轨具有环形的导向内凹部，磁轨被构造为提供磁场；运动部件包括导磁组件，导磁组件位于导向内凹部内且被构造为在磁轨产生的磁场和导磁组件相互作用产生的磁力作用下沿着导向内凹部回转。上述技术方案提供的电磁动力装置，可以直接输出转动动力，通过增大磁轨的半径，可以方便地加长力臂，以达到增加扭矩的目的，且电磁动力装置的体积和重量不会过快增长。

Description

电磁动力装置

技术领域

本发明涉及动力机械领域，具体涉及一种电磁动力装置。

背景技术

电动机为电磁动力装置，其结构为一个定子包裹一个转子，定子固定于机座上。通过电磁力使转子转动，对外输出驱动转矩。电动机被广泛应用于各种机械中作为动力源。

发明人发现，现有技术中至少存在下述问题：现有电动机都是定子完全包裹转子的结构，电机的扭矩大小基本靠电机的长度(增大转子的受力长度)和电流的强弱(增强电磁力)决定。然而，扭矩的大小实际应受扭矩力臂的长度和力的强弱共同决定。因电动机的结构导致电机力臂不能轻易扩展。如果增加电机的力臂将导致电机的重量，体积和成本成几何倍的增长。

发明内容

本发明提出一种电磁动力装置，用以优化电磁动力装置的结构，便于调整输出的扭矩大小。

本发明一些实施例提供了一种电磁动力装置，包括：

磁轨，具有环形的导向内凹部，所述磁轨被构造为提供磁场；以及

运动部件，包括导磁组件，所述导磁组件位于所述导向内凹部内且被构造为在所述磁轨产生的磁场和所述导磁组件相互作用产生的磁力作用下沿着导向内凹部回转。

在一些实施例中，所述运动部件还包括：

连接件，多个所述导磁组件均安装于所述连接件，所述连接件位于所述导向内凹部外。

在一些实施例中，所述磁轨被构造为环形的；所述连接件包括：

连接环，具有用于安装驱动轴的通孔；以及

连接杆，第一端与所述连接环固定连接，且第二端安装有所述导磁组件。

在一些实施例中，所述连接杆包括多根，多根所述连接杆沿着所述连接环周向间隔布置。

在一些实施例中，所述磁轨包括：

非导磁壳体，开设有沿着其周向方向的所述导向内凹部；

电感阵列，包括多层电感，各层所述电感安装于所述非导磁壳体的外部，各层中的各个所述电感电连接；

电源导轨，包括正极导轨和负极导轨，所述正极导轨和所述负极导轨分别位于所述导向内凹部的两侧；以及

电触点，包括第一电触点阵列和第二电触点阵列，第一电触点阵列位于所述正极导轨和所述电感阵列之间，所述第二电触点阵列位于所述负极导轨和所述电感阵列之间；所述第一电触点阵列中的每个所述电触点和对应层的所述电感电连接，所述第二电触点阵列中的每个所述电触点和对应层的所述电感电连接。

在一些实施例中，每层中的各个所述电感围绕所述非导磁壳体的表面布置。

在一些实施例中，电磁动力装置还包括：

导电组件，安装于所述运动部件，所述导电组件把每组所述电触点中的至少一个与对应侧的所述电源导轨电连接。

在一些实施例中，所述导电组件包括：

固定杆，固定于所述连接件；以及

电刷，包括两组，每组所述电刷均固定于所述固定杆，其中一组所述电刷对应电连接所述电触点和所述正极导轨，另一组所述电刷对应电连接所述电触点和所述负极导轨。

在一些实施例中，所述电感阵列沿着所述非导磁壳体的周向方向布置有至少三层电感，且相邻两层所述电感阵列的电感的首尾交错布置。

在一些实施例中，每层所述电感阵列包括沿着所述非导磁壳体径向方向的截面的周向布置的多个电感，每层中各个所述电感并列或者串联或者混联。

在一些实施例中，各个所述电感被构造为弧形的，且各个所述电感的首端和尾端都插入到所述非导磁壳体的壁体内。

在一些实施例中，所述第一电触点阵列中的每个所述电触点和对应层的所述电感中的最外侧的所述电感电连接，所述第二电触点阵列中的每个所述电触点和对应层的所述电感中的另一个最外侧的所述电感电连接。

在一些实施例中，所述导磁组件包括：

导磁体，固定于所述连接件；

第一线圈，缠绕于所述导磁体；以及

第二线圈，缠绕于所述导磁体，且与所述第一线圈间隔设置。

在一些实施例中，所述第一线圈和所述第二线圈的绕线方向相同。

在一些实施例中，电磁动力装置还包括：

支座，所述磁轨安装于所述支座且由所述支座支撑。

在一些实施例中，所述磁轨包括多个，各个所述磁轨的中轴线重合；每个所述磁轨各自对应设置有所述运动部件，所有的所述运动部件连接在一起。

上述技术方案提供的电磁动力装置，利用磁轨产生磁场，磁场驱动导磁组件沿着磁轨的导向内凹部回转运动。当使用本发明实施例提供的电磁动力装置作为动力源时，可以直接输出转动动力，通过增大磁轨的半径，可以方便地加长力臂，以达到增加扭矩的目的，且电磁动力装置的体积和重量不会如传统电机般成几何倍增长。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的电磁动力装置的结构示意图；

图2为图1的M局部放大示意图；

图3为本发明实施例提供的电磁动力装置的运动部件的部分结构示意图；

图4为本发明实施例提供的电磁动力装置的受力示意图。

具体实施方式

下面结合图1～图4对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

参见图1至图4，本发明实施例提供一种电磁动力装置，适用于驱动电梯直线升降、扶梯运动。该电磁动力装置包括磁轨2以及运动部件3。为了方便磁轨2的安装和定位，该电磁动力装置还包括支座1。

支座1为磁轨2提供支撑。支座1采用非磁性且具有足够支撑强度的材料。支座1的结构形式不加以限制，在一些实施例中，支座1采用矩形框架结构，支座1的结构与磁轨2的结构匹配，环形的磁轨2安装于支座1的框架内部。

参见图1，磁轨2安装于支座1且由支座1支撑。沿着磁轨2的周向，支座1和磁轨2具有多个连接位置A，这样使得磁轨2的安装更加稳固可靠。支座1和磁轨2可以固定连接、可拆卸连接等。磁轨2具有直线形的导向内凹部21，导向内凹部21的形状为环形的，通过运动部件3绕着环形导向内凹部21的转动输出转动动力。磁轨2被构造为提供磁场。

运动部件3包括导磁组件31。导磁组件31可以采用永磁体、通电线圈等多种实现方式。导磁组件31位于导向内凹部21内且沿着导向内凹部21循环转动，转动方向如图1中箭头B示意的，当然，也可以逆时针转动。导磁组件31后续被磁轨2产生的磁力驱动，沿着导向内凹部21转动。导磁组件31作为动力输出部件，实现了输出转动动力。

参见图1和图3，为了增加输出的直线动力的稳固性，在一些实施例中，运动部件3还包括连接件32，导磁组件31均安装于连接件32，连接件32位于导向内凹部21外。

参见图1，在一些实施例中，磁轨2被构造为环形的。连接件32包括连接环321以及连接杆322。连接环321具有用于安装驱动轴的通孔320。连接杆322的第一端与连接环321固定连接，连接杆322的第二端安装有导磁组件31。

在一些实施例中，连接杆322包括多根，多根连接杆322沿着连接环321不同的径向方向间隔布置。多根连接杆322围绕连接环321的周向间隔分布。

下面详细介绍磁轨2的实现方式。参见图1和图2，在一些实施例中，磁轨2包括非导磁壳体22、电感阵列23、电源导轨24以及电触点25。

参见图1和图2，非导磁壳体22大致为圆柱状的，该非导磁壳体22开设有沿着其周向方向的导向内凹部21.由于导向内凹部21的存在，非导磁壳体22的环体内侧带有一个缺口。导向内凹部21是环形的，磁轨2也是环形的。运动部件3围绕着导向内凹部21转动，将运动部件3的转动输出即为所需要的转动动力。在一些实施例中，非导磁壳体22由足够强度的非导磁材料制成的。

参见图1和图2，电感阵列23包括多层电感231，各层电感231安装于非导磁壳体22的外部。各层中的各个电感231电连接。在一些实施例中，每层中的各个电感231围绕非导磁壳体22的表面布置。同一层的各个电感231位于非导磁壳体22径向的相同位置，此处，所指的径向是指OP示意的方向。也就是说，非导磁壳体22径向是指非导磁壳体22的环形的径向方向，而不是指非导磁壳体22的截面的径向方向。后文如无特别的说明，非导磁壳体22径向是指非导磁壳体22的环形的径向方向，非导磁壳体22的周向是指非导磁壳体22的环形的周向方向。非导磁壳体22的截面的径向方向和周向方向会指明是截面的径向方向和周向方向。每层电感231的位于非导磁壳体22的同一条半径上。各层电感231之间是独立的，单独控制每层电感231所在的电路是否导通。在导磁组件31运动过程中，每一层的各个电感231同时产生磁场，同时起作用。每一层的各个电感231之间电连接，并联、串联、混联均可。

参见图1和图2，可选地，每一个电感231都采用下述方式固定于非导磁壳体22：各个电感231被构造为弧形的，且各个电感231的首端和尾端都插入到非导磁壳体22的壁体内，电感231两端斜插入非导磁壳体22中，倾斜角在38度左右。电感231的两个端部都不朝内突出于非导磁壳体22的内壁即位于非导磁壳体22的内壁中，以使得非导磁壳体22的内壁始终是光滑的。

参见图2，在一些实施例中，电感阵列23沿着非导磁壳体22的周向方向布置有至少三层电感231，且相邻两层电感阵列23的电感231的首尾交错布置。这种方式布置的电感阵列23，产生的磁场力更有利于导磁组件31的运动，并且在导磁组件31运动过程中，磁力基本不会出现中断现象，使得导磁组件31运动稳固可靠。

继续参见图2，在一些实施例中，电感231是均匀分布的，每个电感231的大小、绕线数量、通电方向都是一致的。

参见图2，电源导轨24是导电金属，电源导轨24包括正极导轨241和负极导轨242，正极导轨241和负极导轨242分别位于导向内凹部21的两侧。正极导轨241和负极导轨242需要分别接通电源的正负极，为装置供电。非导磁壳体22位于正极导轨241和负极导轨242之间区域分布有上述的电感阵列23。正极导轨241和负极导轨242起到电源正负极的作用，使得各层电感231都能方便地与电源正负极连接。正极导轨241和负极导轨242均也为环形的。

继续参见图2，电触点25包括第一电触点阵列251和第二电触点阵列252。第一电触点阵列251位于正极导轨241和电感阵列23之间，第二电触点阵列252位于负极导轨242和电感阵列23之间；第一电触点阵列251中的每个电触点25和对应层的电感231电连接，第二电触点阵列252中的每个电触点25和对应层的电感231电连接。

参见图2，在一些实施例中，每一层电感231中边缘的两个为第一电感231a和第二电感231b，第一电感231a与第一电触点阵列251的距离小于第二电感231b与第一电触点阵列251的距离，第二电感231b与第二电触点阵列252的距离小于第一电感231a与第二电触点阵列252的距离。第一电触点阵列251中的每个电触点25和对应层电感231中的第一电感231a电连接，第二电触点阵列252中的每个电触点25和对应层电感231中的第二电感231b电连接。

可以设置单独的控制元器件，以实现对每一层/每几层电感阵列23所在的电路是否导通的控制。在后文介绍的一些实施例中，采取的方式是利用导磁组件31的运动，自动实现每一层电感阵列23是否导电的控制。后文将详细介绍具体实现方式。

参见图1和图2，在一些实施例中，电磁动力装置还包括导电组件4，导电组件4安装于运动部件3，导电组件4把每组电触点25中的至少一个与对应侧的电源导轨24电连接。导电组件4跟随着运动部件3的环形运动而运动。

参见图1至图3，在一些实施例中，导电组件4包括固定杆41以及电刷42。固定杆41固定于连接件32。固定杆41由绝缘材料制成。固定杆41可以包括两根，每根固定杆41上都安装有一组电刷42。其中一组电刷42a对应电连接电触点25和正极导轨241，另一组电刷42b对应电连接电触点25和负极导轨242。从图2可以看出，每层电感231都设置有两个电触点25，一个电触点25对应电源正极，另一个电触点25对应电源负极。各各个电触点25和电源导轨24之间均是断开的，通过电刷42导通电触点25和电源导轨24。电刷42随着导磁组件31运动，导磁组件31所在位置对应的那一层电感阵列23被电连通至正极导轨241和负极导轨242。这一层的电感阵列23的得电后产生磁场，再推动导磁组件31运动。导磁组件31运动会带动电刷42同步运动，电刷42运动一定距离后，上述被导通的电感阵列23对应的电触点25和正极导轨241、负极导轨242又断开了，这一层电感231不再产生电磁力。位于这一层电感231下游的电感阵列23被导通，继续产生磁力。此时所说的下游是以导磁组件31的运动方向为参照的。上述技术方案，实现了当两根固定杆41上的电刷42在磁轨2开口两侧刷过时，电刷42同时接触磁轨2开口两侧的电源导轨24和电刷42触点形成电通路，从而使电感231接通电源，让电感231产生磁场。

下面介绍导磁组件31的具体实现方式。

参见图3，在一些实施例中，导磁组件31包括导磁体311、第一线圈312以及第二线圈313。导磁体311固定于连接件32。连接件32为杆状的，导磁体311也为杆状的。第一线圈312缠绕于导磁体311。第二线圈313缠绕于导磁体311，且与第一线圈312间隔设置。导磁组件31和连接件32形成的主体形状类似于锤子，锤头两端是绕线方向相同的电感231，锤把是由强度大的非导磁体311制作的连接件32。

参见图3，在一些实施例中，第一线圈312和第二线圈313的绕线方向相同。第一线圈312和第二线圈313内部所通入的电流方向相同。第一线圈312和第二线圈313产生相同方向的磁场。

参见图4，本发明各个实施例基于以下两个物理原理：(1)磁场中的磁体的总会受到吸引或排斥。从磁感应线角度看，两磁场的磁感应线方向相同表现为吸引，磁感应线方向相反表现为排斥。(2)通电线圈会产生磁场，且安培定则可确定磁场与通电线圈中电流的关系。

为便于描述本公开的动作原理，先作以下划分：电感231跨度内含有另外两个电感231的端头和端尾。此处一个电感231的跨度可叫一跨。一跨的距离被均匀分为3节，每节的两端都是电感231嵌入点。

本发明一些实施例提供的电磁动力装置的启动、运动条件如下：

(1)电源导轨24中通入的是直流电。

(2)导磁组件31只有某一磁极的部分长度位于通电磁轨2已产生的磁场内，如图4所示。由于导磁组件31具有N、S两个磁极。导磁组件31如果两极都位于磁轨2形成的磁场内，那么导磁组件31受到的磁场力会相互平衡抵消一部分或者全部。所以，较佳地，导磁组件31只有部分长度位于通电磁轨2已产生的磁场内。

(3)装置初始工作时，需要连续的至少一层，比如三层电感231图4最下方3层电感231通电，3层电感231包含7节距离。需要说明的是：需要通电的电感231层数与导磁组件31的结构以及所需要的直线运动性能相关。根据实际需要，也可设置一层电感231通电。在导磁组件31最初被启动的时候，需要克服静摩擦力，所以在启动之初设置多层电感231同时通电，可以使得电磁动力装置更容易被启动。

在3层电感231通电的前提下，导磁组件31的电感231长度要大于等于8节距离的长度。当导磁组件31的外部磁场方向与通电磁轨2已产生的磁场方向相反时，导磁组件31被磁场推动向上运动受力分析见下方，如图4所示。当导磁组件31的外部磁场方向与通电磁轨2已产生的磁场方向相同时，导磁组件31被磁场吸引向下运动受力分析与反向磁场相似，本文不再赘述。

当导磁组件31的尾部与某一层电感231的下端持平时，此时应为导磁组件31运动方向的下一层电感231供电。如图4中，导磁组件31与节点M1所在平面持平时，导磁组件31向上运动，则应为节点M1所嵌电感231的上方那一层电感231供电。

参见图4，本发明一些实施例提供的电磁动力装置受力分析说明如下：

(1)导磁组件31底部此时与节点M1所在平面持平，节点M1嵌入的电感231已通电，形成图4所示的磁场分布。

(2)此时通电的3层电感231形成了一个磁场方向或磁感线方向整体向上的磁场。且磁场强度分布不均匀。其中区域A存在向下的磁场，向下的磁场会抵消掉部分向上的磁场。因此区域A磁场强度较两端弱。区域B是通电磁轨2中磁场最强的区域之一。

(3)此时导磁组件31的底部与节点M1持平，位于区域B的底部，导磁组件31N极侧面周围，磁场方向是回流到S端的向上磁场，导磁组件31底部是向下辐射的磁场，因此导磁组件31N极底部往上的受到向上的吸引力，而底部面则受到向上的排斥力。此时导磁组件31的N极整体受到向上的推力，S极几乎不与通电磁轨2的磁场相互作用，如果不考虑重力作用导磁组件31将被磁场推力推动向上移动。

(4)当导磁组件31向上移动，底部靠近节点M2时，仍然位于原通电磁轨2产生的磁场中，受到向上的推力，当导磁组件31底部正式接触到节点M2时，节点M2那一层的电感231通电激活，最下方这层电感231因与电刷42断开而断电，此时导磁组件31的受力情况回到第一步情况。此时最下方这层电感断电后因磁场能量不会突变，磁场方向会保持原方向，但会逐渐衰减，电感断电后的磁场衰减快慢与导磁组件31的数量决定了环形电磁动力装置的最大转速。

经过上述4步，导磁组件31可以在通电磁轨2产生的磁场推动下，沿着磁轨2方向运动。当导磁组件31改变电流方向，产生与通电磁轨2磁场同方向的磁场时，导磁组件31受到吸引力，而产生反方向运动。

下面再介绍一些实施例。在这些实施例中，采用上文介绍的多个电磁动力装置串联形成，具体来说，磁轨2包括多个，各个磁轨2的中轴线重合；每个磁轨2各自对应设置有运动部件3，所有的运动部件3连接在一起。

可见，上文各个实施例提供的电磁动力装置，方便扩展力臂，易于增加扭矩，且易于串联使用，以增加输出的功率。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (16)

1.一种电磁动力装置，其特征在于，包括：

磁轨(2)，具有环形的导向内凹部(21)，所述磁轨(2)被构造为提供磁场；以及

运动部件(3)，包括导磁组件(31)，所述导磁组件(31)位于所述导向内凹部(21)内且被构造为在所述磁轨(2)产生的磁场和所述导磁组件(31)相互作用产生的磁力作用下沿着导向内凹部(21)回转。

2.根据权利要求1所述的电磁动力装置，其特征在于，所述运动部件(3)还包括：

连接件(32)，多个所述导磁组件(31)均安装于所述连接件(32)，所述连接件(32)位于所述导向内凹部(21)外。

3.根据权利要求2所述的电磁动力装置，其特征在于，所述磁轨(2)被构造为环形的；所述连接件(32)包括：

连接环(321)，具有用于安装驱动轴的通孔(320)；以及

连接杆(322)，第一端与所述连接环(321)固定连接，且第二端安装有所述导磁组件(31)。

4.根据权利要求3所述的电磁动力装置，其特征在于，所述连接杆(322)包括多根，多根所述连接杆(322)沿着所述连接环(321)周向间隔布置。

5.根据权利要求2所述的电磁动力装置，其特征在于，所述磁轨(2)包括：

非导磁壳体(22)，开设有沿着其周向方向的所述导向内凹部(21)；

电感阵列(23)，包括多层电感(231)，各层所述电感(231)安装于所述非导磁壳体(22)的外部，各层中的各个所述电感(231)电连接；

电源导轨(24)，包括正极导轨(241)和负极导轨(242)，所述正极导轨(241)和所述负极导轨(242)分别位于所述导向内凹部(21)的两侧；以及

电触点(25)，包括第一电触点阵列(251)和第二电触点阵列(252)，第一电触点阵列(251)位于所述正极导轨(241)和所述电感阵列(23)之间，所述第二电触点阵列(252)位于所述负极导轨(242)和所述电感阵列(23)之间；所述第一电触点阵列(251)中的每个所述电触点(25)和对应层的所述电感(231)电连接，所述第二电触点阵列(252)中的每个所述电触点(25)和对应层的所述电感(231)电连接。

6.根据权利要求5所述的电磁动力装置，其特征在于，每层中的各个所述电感(231)围绕所述非导磁壳体(22)的表面布置。

7.根据权利要求5所述的电磁动力装置，其特征在于，还包括：

导电组件(4)，安装于所述运动部件(3)，所述导电组件(4)把每组所述电触点(25)中的至少一个与对应侧的所述电源导轨(24)电连接。

8.根据权利要求7所述的电磁动力装置，其特征在于，所述导电组件(4)包括：

固定杆(41)，固定于所述连接件(32)；以及

电刷(42)，包括两组，每组所述电刷(42)均固定于所述固定杆(41)，其中一组所述电刷(42)对应电连接所述电触点(25)和所述正极导轨(241)，另一组所述电刷(42)对应电连接所述电触点(25)和所述负极导轨(242)。

9.根据权利要求5所述的电磁动力装置，其特征在于，所述电感阵列(23)沿着所述非导磁壳体(22)的周向方向布置有至少三层电感(231)，且相邻两层所述电感阵列(23)的电感(231)的首尾交错布置。

10.根据权利要求9所述的电磁动力装置，其特征在于，每层所述电感阵列(23)包括沿着所述非导磁壳体(22)径向方向的截面的周向布置的多个电感(231)，每层中各个所述电感(231)并列或者串联或者混联。

11.根据权利要求5所述的电磁动力装置，其特征在于，各个所述电感(231)被构造为弧形的，且各个所述电感(231)的首端和尾端都插入到所述非导磁壳体(22)的壁体内。

12.根据权利要求5所述的电磁动力装置，其特征在于，所述第一电触点阵列(251)中的每个所述电触点(25)和对应层的所述电感(231)中的最外侧的所述电感(231)电连接，所述第二电触点阵列(252)中的每个所述电触点(25)和对应层的所述电感(231)中的另一个最外侧的所述电感(231)电连接。

13.根据权利要求2所述的电磁动力装置，其特征在于，所述导磁组件(31)包括：

导磁体(311)，固定于所述连接件(32)；

第一线圈(312)，缠绕于所述导磁体(311)；以及

第二线圈(313)，缠绕于所述导磁体(311)，且与所述第一线圈(312)间隔设置。

14.根据权利要求13所述的电磁动力装置，其特征在于，所述第一线圈(312)和所述第二线圈(313)的绕线方向相同。

15.根据权利要求1所述的电磁动力装置，其特征在于，还包括：

支座(1)，所述磁轨(2)安装于所述支座(1)且由所述支座(1)支撑。

16.根据权利要求1所述的电磁动力装置，其特征在于，所述磁轨(2)包括多个，各个所述磁轨(2)的中轴线重合；每个所述磁轨(2)各自对应设置有所述运动部件(3)，所有的所述运动部件(3)连接在一起。

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