专利名称：具有永久磁铁和电磁铁的圆盘式磁力电机及其工作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于机械设备、精密测量、计量、办公自动化设备、工业电器、家用电器、机器人、汽车、航空航天设备等各种场合的定位和驱动的具有永久磁铁和电磁铁的圆盘式磁力电机及其工作方法。
背景技术：
传统的感应式电机的工作原理是当初级绕组通入交流电源时，便在气隙中产生行波磁场，次级在行波磁场切割下，感应出电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。该电磁推力即是旋转电机的转子旋转运动的动力或直线电机动子直线运动的动力。感应式电机有结构简单、用途广泛、容易控制、制造成本低等特点。感应式电机已广泛应用于机械、精密测量、计量、办公自动化设备、工业电器、家用电器、机器人、汽车、航空航天设备等各种场合的定位和驱动。但是，现有的感应式电机由于工作原理、结构和力传递方式的限制，存在低转速的条件下力矩小、效率低、损耗大、质量功率比小等缺陷，不能满足特殊的使用要求，需要有特殊性能的电机来弥补。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种不需加装变速装置就能做到低转速大扭矩，相对效率较高、损耗小、质量功率比大的具有永久磁铁和电磁铁的圆盘式磁力电机。本发明的另一目的是提供一种基于上述具有永久磁铁和电磁铁的圆盘式磁力电机的工作方法。本发明的目的通过下述技术方案实现具有永久磁铁和电磁铁的圆盘式磁力电机，主要由呈圆盘形结构的定子、以及套装在定子外壁上并形成滑动配合的转子构成，所述定子的一侧端面上设置有延伸至转子内壁的顶块凹槽；所述顶块凹槽远离转子内壁的一侧连通有顶持电磁铁凹槽；所述顶块凹槽的逆时针旋转方向一侧或顺时针旋转方向一侧连通有驱动力臂凹槽，且驱动力臂凹槽的另一侧连通有驱动电磁铁凹槽；所述顶块凹槽的顺时针旋转方向一侧或逆时针旋转方向一侧设置有与其相连通的弹簧凹槽；所述顶块凹槽内设置有顶块，顶持电磁铁凹槽内设置有顶持电磁铁，且顶块上安装有位于顶块和顶持电磁铁之间的顶持永久磁铁；驱动力臂凹槽内设置有驱动力臂，驱动电磁铁凹槽内设置有驱动电磁铁，且驱动力臂上安装有位于驱动力臂和驱动电磁铁之间的驱动永久磁铁；弹簧凹槽内设置有弹簧。所述顶块凹槽、与顶块凹槽远离转子内壁一侧相连通的顶持电磁铁凹槽，与顶块凹槽逆时针旋转方向一侧连通的驱动力臂凹槽，与驱动力臂凹槽另一侧连通的驱动电磁铁凹槽，与顶块凹槽顺时针旋转方向一侧相连通的弹簧凹槽，设置在顶块凹槽内的顶块，设置在顶持电磁铁凹槽内的顶持电磁铁，安装在顶块上且位于顶块和顶持电磁铁之间的顶持永久磁铁，设置在驱动力臂凹槽内的驱动力臂，设置在驱动电磁铁凹槽内的驱动电磁铁，安装在驱动力臂上且位于驱动力臂和驱动电磁铁之间的驱动永久磁铁，设置在弹簧凹槽内的弹簧构成顺时针旋转驱动单元；顶块凹槽、与顶块凹槽远离转子内壁一侧相连通的顶持电磁铁凹槽，与顶块凹槽顺时针旋转方向一侧连通的驱动力臂凹槽，与驱动力臂凹槽另一侧连通的驱动电磁铁凹槽，与顶块凹槽逆时针旋转方向一侧相连通的弹簧凹槽，设置在顶块凹槽内的顶块，设置在顶持电磁铁凹槽内的顶持电磁铁，安装在顶块上且位于顶块和顶持电磁铁之间的顶持永久磁铁，设置在驱动力臂凹槽内的驱动力臂，设置在驱动电磁铁凹槽内的驱动电磁铁，安装在驱动力臂上且位于驱动力臂和驱动电磁铁之间的驱动永久磁铁，设置在弹簧凹槽内的弹簧构成逆时针旋转驱动单元，当电机只需单方向运行的功能时只设立顺时针旋转驱动单元或逆时针旋转驱动单元，当需要双向运行的功能时则顺时针旋转驱动单元和逆时针旋转驱动单元都要设置，即顺时针旋转驱动单元和逆时针旋转驱动单元均至少为一个，具体数目可以根据实际需求进行设计。所述定子的外壁上设置有定子端盖，用于对转子进行限位，使其不能轴向串动。所述顶持电磁铁和驱动电磁铁均通过电源线与外部电源相连，所述外部电源为电机的供电电源和控制电源；电源装置和控制装置按照预先的设定分别对电机各顶持电磁铁和驱动电磁铁的通电的时间、矢量、频率以及逻辑顺序进行控制，从而控制电机的速度、推力、位移、运行方向；上述参数可预先设置且可根据使用要求随时修改。上述定子和转子零部件的材质可以是金属材料也可以是非金属材料。基于上述具有永久磁铁和电磁铁的圆盘式磁力电机的工作方法，包括顺时针旋转驱动过程和逆时针旋转驱动过程，其中
顺时针旋转驱动过程电机初始状态下，向顺时针旋转驱动单元中的顶持电磁铁通电， 使顶持电磁铁励磁并与顶持永久磁铁磁性方向相反，在同极相斥的磁力作用下，顶持电磁铁对顶持永久磁铁产生推力，进而推动顶块接触转子的环形内壁并对其施加压力，使得顶块与转子形成静摩擦配合；向顺时针旋转驱动单元中的驱动电磁铁通电，使驱动电磁铁励磁并与驱动永久磁铁磁性方向相反，在同极相斥的磁力作用下，驱动电磁铁对驱动永久磁铁产生推力，推动驱动力臂的一端运动，驱动力臂的另一端进而推动顶块并带动转子沿顺时针方向移动；断开顶持电磁铁的电源，顶块在弹簧的作用下沿逆时针方向旋转，回复到初始位置；断开驱动电磁铁的电源，顶块与转子分离，回复到初始状态；
逆时针驱动过程电机初始状态下，向逆时针旋转驱动单元中的顶持电磁铁通电，使顶持电磁铁励磁并与顶持永久磁铁磁性方向相反，在同极相斥的磁力作用下，顶持电磁铁对顶持永久磁铁产生推力，进而推动顶块接触转子的环形内壁并对其施加压力，使得顶块与转子形成静摩擦配合；向逆时针旋转驱动单元中的驱动电磁铁通电，使驱动电磁铁励磁并与驱动永久磁铁磁性方向相反，在同极相斥的磁力作用下，驱动电磁铁对驱动永久磁铁产生推力，推动驱动力臂的一端运动，驱动力臂的另一端进而推动顶块并带动转子沿逆时针方向移动；断开顶持电磁铁的电源，顶块在弹簧的作用下沿顺时针方向旋转，回复到初始位置；断开驱动电磁铁的电源，顶块与转子分离，回复到初始状态；重复上述顺时针驱动过程，转子即相对于定子进行顺时针方向旋转的连续运动；重复上述逆时针驱动过程，转子即相对于定子进行逆时针方向旋转的连续运动。上述电机工作方法针对只有一个顺时针旋转驱动单元和逆时针旋转驱动单元的情况，在实际工作中常常根据需要设计多个顺时针旋转驱动单元和逆时针旋转驱动单元， 其驱动原理均建立在上述方法的基础上，在此不再赘述。综上所述，本发明的有益效果是
(1)本发明相对于现有的感应式直线电机，在同等输入功率下具有更大的推力；
(2)本发明相对于现有的感应式直线电机，具有低速度、大扭矩的运行特性；
(3)本发明相对于现有的感应式直线电机，具有更简便经济的调速特性；
(4)本发明缩小了电机体积，降低了电机重量，减少了电机的制造成本。
图1为本发明的内部结构示意图； 图2为本发明的整体结构示意图。附图中标记及相应的零部件名称1 一定子；2—转子；3—顶块；4一顶持电磁铁； 5—顶持永久磁铁；6—驱动力臂；7—驱动电磁铁；8—驱动永久磁铁；9一弹簧；10—定子端
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具体实施例方式下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。实施例1
如图1和2所示，本发明主要由呈圆盘形结构的定子1、以及套装在定子1外壁上并形成滑动配合的转子2构成，所述定子1的外壁上设置有定子端盖10，用于对转子2进行限位，使其不能轴向串动；定子1的一侧端面上设置有延伸至转子2内壁的顶块凹槽；所述顶块凹槽远离转子2内壁的一侧连通有顶持电磁铁凹槽；所述顶块凹槽的逆时针旋转方向一侧或顺时针旋转方向一侧连通有驱动力臂凹槽，且驱动力臂凹槽的另一侧连通有驱动电磁铁凹槽；所述顶块凹槽的顺时针旋转方向一侧或逆时针旋转方向一侧设置有与其相连通的弹簧凹槽；所述顶块凹槽内设置有顶块3，顶持电磁铁凹槽内设置有顶持电磁铁4，且顶块3 上安装有位于顶块3和顶持电磁铁4之间的顶持永久磁铁5 ；驱动力臂凹槽内设置有驱动力臂6，驱动电磁铁凹槽内设置有驱动电磁铁7，且驱动力臂6上安装有位于驱动力臂6和驱动电磁铁7之间的驱动永久磁铁8 ；弹簧凹槽内设置有弹簧9，所述顶持电磁铁4和驱动电磁铁7均通过电源线与外部电源相连。所述顶块凹槽、与顶块凹槽远离转子2内壁一侧相连通的顶持电磁铁凹槽，与顶块凹槽逆时针旋转方向一侧连通的驱动力臂凹槽，与驱动力臂凹槽另一侧连通的驱动电磁铁凹槽，与顶块凹槽顺时针旋转方向一侧相连通的弹簧凹槽，设置在顶块凹槽内的顶块3， 设置在顶持电磁铁凹槽内的顶持电磁铁4，安装在顶块3上且位于顶块3和顶持电磁铁4之间的顶持永久磁铁5，设置在驱动力臂凹槽内的驱动力臂6，设置在驱动电磁铁凹槽内的驱动电磁铁7，安装在驱动力臂6上且位于驱动力臂6和驱动电磁铁7之间的驱动永久磁铁8，设置在弹簧凹槽内的弹簧9构成顺时针旋转驱动单元；顶块凹槽、与顶块凹槽远离转子2内壁一侧相连通的顶持电磁铁凹槽，与顶块凹槽顺时针旋转方向一侧连通的驱动力臂凹槽， 与驱动力臂凹槽另一侧连通的驱动电磁铁凹槽，与顶块凹槽逆时针旋转方向一侧相连通的弹簧凹槽，设置在顶块凹槽内的顶块3，设置在顶持电磁铁凹槽内的顶持电磁铁4，安装在顶块3上且位于顶块3和顶持电磁铁4之间的顶持永久磁铁5，设置在驱动力臂凹槽内的驱动力臂6，设置在驱动电磁铁凹槽内的驱动电磁铁7，安装在驱动力臂6上且位于驱动力臂6 和驱动电磁铁7之间的驱动永久磁铁8，设置在弹簧凹槽内的弹簧9构成逆时针旋转驱动单元；当电机只需单方向运行的功能时只设立顺时针旋转驱动单元或逆时针旋转驱动单元， 当需要双向运行的功能时则顺时针旋转驱动单元和逆时针旋转驱动单元都要设置，即顺时针旋转驱动单元和逆时针旋转驱动单元均至少为一个，具体数目可以根据实际需求进行设计，图1和2中所示的电机即为顺时针旋转驱动单元和逆时针旋转驱动单元均为一个的情况，其中，图1中上半部分为顺时针旋转驱动单元，下半部分为逆时针旋转驱动单元。现结合图1和图2所示的电机，其中顺时针旋转驱动单元位于图1中上半部分， 逆时针旋转驱动单元位于图1中下半部分，详细阐述本发明的工作原理及其过程，包括顺时针旋转驱动过程和逆时针旋转驱动过程，其中
顺时针旋转驱动过程电机初始状态下，向顺时针旋转驱动单元中的顶持电磁铁4通电，使顶持电磁铁4励磁并与顶持永久磁铁5磁性方向相反，在同极相斥的磁力作用下，顶持电磁铁4对顶持永久磁铁5产生推力，进而推动顶块3接触转子2的环形内壁并对其施加压力，使得顶块3与转子2形成静摩擦配合；向顺时针旋转驱动单元中的驱动电磁铁7通电，使驱动电磁铁7励磁并与驱动永久磁铁8磁性方向相反，在同极相斥的磁力作用下，驱动电磁铁7对驱动永久磁铁8产生推力，推动驱动力臂6的一端运动，驱动力臂6的另一端进而推动顶块3并带动转子2沿顺时针方向移动；断开顶持电磁铁4的电源，顶块3在弹簧 9的作用下沿逆时针方向旋转，回复到初始位置；断开驱动电磁铁7的电源，顶块3与转子2 分离，回复到初始状态；
逆时针驱动过程电机初始状态下，向逆时针旋转驱动单元中的顶持电磁铁4通电，使顶持电磁铁4励磁并与顶持永久磁铁5磁性方向相反，在同极相斥的磁力作用下，顶持电磁铁4对顶持永久磁铁5产生推力，进而推动顶块3接触转子2的环形内壁并对其施加压力， 使得顶块3与转子2形成静摩擦配合；向逆时针旋转驱动单元中的驱动电磁铁7通电，使驱动电磁铁7励磁并与驱动永久磁铁8磁性方向相反，在同极相斥的磁力作用下，驱动电磁铁 7对驱动永久磁铁8产生推力，推动驱动力臂6的一端运动，驱动力臂6的另一端进而推动顶块3并带动转子2沿逆时针方向移动；断开顶持电磁铁4的电源，顶块3在弹簧9的作用下沿顺时针方向旋转，回复到初始位置；断开驱动电磁铁7的电源，顶块3与转子2分离，回复到初始状态；
重复上述顺时针驱动过程，转子2即相对于定子1进行顺时针方向旋转的连续运动；重复上述逆时针驱动过程，转子2即相对于定子1进行逆时针方向旋转的连续运动。上述电机工作方法针对只有一个顺时针旋转驱动单元和逆时针旋转驱动单元的情况，在实际工作中，为了使得转子2的顺时针旋转和逆时针旋转的距离更大，常常根据需要设计多个顺时针旋转驱动单元和逆时针旋转驱动单元，使其连续的进行顺时针旋转和逆时针旋转，直至达到需求的运动距离，其驱动原理均建立在上述方法的基础上，在此不再赘述。 如上所述，便可较好的实现本发明。
权利要求
1.具有永久磁铁和电磁铁的圆盘式磁力电机，其特征在于，主要由呈圆盘形结构的定子(1 )、以及套装在定子(1)外壁上并形成滑动配合的转子(2)构成，其特征在于，所述定子 (1)的一侧端面上设置有延伸至转子(2)内壁的顶块凹槽；所述顶块凹槽远离转子(2)内壁的一侧连通有顶持电磁铁凹槽；所述顶块凹槽的逆时针旋转方向一侧或顺时针旋转方向一侧连通有驱动力臂凹槽，且驱动力臂凹槽的另一侧连通有驱动电磁铁凹槽；所述顶块凹槽的顺时针旋转方向一侧或逆时针旋转方向一侧设置有与其相连通的弹簧凹槽；所述顶块凹槽内设置有顶块(3)，顶持电磁铁凹槽内设置有顶持电磁铁(4)，且顶块(3)上安装有位于顶块(3 )和顶持电磁铁(4)之间的顶持永久磁铁(5 )；驱动力臂凹槽内设置有驱动力臂(6 )， 驱动电磁铁凹槽内设置有驱动电磁铁(7)，且驱动力臂(6)上安装有位于驱动力臂(6)和驱动电磁铁(7 )之间的驱动永久磁铁(8 )；弹簧凹槽内设置有弹簧(9 )。
2.根据权利要求1所述的具有永久磁铁和电磁铁的圆盘式磁力电机，其特征在于，所述顶块凹槽、与顶块凹槽远离转子(2)内壁一侧相连通的顶持电磁铁凹槽，与顶块凹槽逆时针旋转方向一侧连通的驱动力臂凹槽，与驱动力臂凹槽另一侧连通的驱动电磁铁凹槽， 与顶块凹槽顺时针旋转方向一侧相连通的弹簧凹槽，设置在顶块凹槽内的顶块(3)，设置在顶持电磁铁凹槽内的顶持电磁铁(4)，安装在顶块(3)上且位于顶块(3)和顶持电磁铁(4) 之间的顶持永久磁铁(5)，设置在驱动力臂凹槽内的驱动力臂(6)，设置在驱动电磁铁凹槽内的驱动电磁铁(7)，安装在驱动力臂(6)上且位于驱动力臂(6)和驱动电磁铁(7)之间的驱动永久磁铁(8)，设置在弹簧凹槽内的弹簧(9)构成顺时针旋转驱动单元；顶块凹槽、 与顶块凹槽远离转子(2)内壁一侧相连通的顶持电磁铁凹槽，与顶块凹槽顺时针旋转方向一侧连通的驱动力臂凹槽，与驱动力臂凹槽另一侧连通的驱动电磁铁凹槽，与顶块凹槽逆时针旋转方向一侧相连通的弹簧凹槽，设置在顶块凹槽内的顶块(3)，设置在顶持电磁铁凹槽内的顶持电磁铁(4 )，安装在顶块(3 )上且位于顶块(3 )和顶持电磁铁(4 )之间的顶持永久磁铁(5)，设置在驱动力臂凹槽内的驱动力臂(6)，设置在驱动电磁铁凹槽内的驱动电磁铁(7 )，安装在驱动力臂(6 )上且位于驱动力臂(6 )和驱动电磁铁(7 )之间的驱动永久磁铁 (8)，设置在弹簧凹槽内的弹簧(9)构成逆时针旋转驱动单元；所述顺时针旋转驱动单元和逆时针旋转驱动单元均至少为一个。
3.根据权利要求1或2所述的具有永久磁铁和电磁铁的圆盘式磁力电机，其特征在于， 所述定子(1)的外壁上设置有定子端盖(10)。
4.根据权利要求1或2所述的具有永久磁铁和电磁铁的圆盘式磁力电机，其特征在于， 所述顶持电磁铁(4)和驱动电磁铁(7)均通过电源线与外部电源相连。
5.基于上述具有永久磁铁和电磁铁的圆盘式磁力电机的工作方法，其特征在于，包括顺时针旋转驱动过程和逆时针旋转驱动过程，其中顺时针旋转驱动过程电机初始状态下，向顺时针旋转驱动单元中的顶持电磁铁(4) 通电，使顶持电磁铁(4)励磁并与顶持永久磁铁(5)磁性方向相反，在同极相斥的磁力作用下，顶持电磁铁(4)对顶持永久磁铁(5)产生推力，进而推动顶块(3)接触转子(2)的环形内壁并对其施加压力，使得顶块(3)与转子(2)形成静摩擦配合；向顺时针旋转驱动单元中的驱动电磁铁(7 )通电，使驱动电磁铁(7 )励磁并与驱动永久磁铁(8 )磁性方向相反，在同极相斥的磁力作用下，驱动电磁铁(7 )对驱动永久磁铁(8 )产生推力，推动驱动力臂(6 )的一端运动，驱动力臂(6)的另一端进而推动顶块(3)并带动转子(2)沿顺时针方向移动；断开顶持电磁铁(4)的电源，顶块(3)在弹簧(9)的作用下沿逆时针方向旋转，回复到初始位置；断开驱动电磁铁(7)的电源，顶块(3)与转子(2)分离，回复到初始状态；逆时针驱动过程电机初始状态下，向逆时针旋转驱动单元中的顶持电磁铁(4)通电， 使顶持电磁铁(4)励磁并与顶持永久磁铁(5)磁性方向相反，在同极相斥的磁力作用下，顶持电磁铁(4)对顶持永久磁铁(5)产生推力，进而推动顶块(3)接触转子(2)的环形内壁并对其施加压力，使得顶块(3 )与转子(2 )形成静摩擦配合；向逆时针旋转驱动单元中的驱动电磁铁(7)通电，使驱动电磁铁(7)励磁并与驱动永久磁铁(8)磁性方向相反，在同极相斥的磁力作用下，驱动电磁铁(7 )对驱动永久磁铁(8 )产生推力，推动驱动力臂(6 )的一端运动，驱动力臂(6)的另一端进而推动顶块(3)并带动转子(2)沿逆时针方向移动；断开顶持电磁铁(4)的电源，顶块(3)在弹簧(9)的作用下沿顺时针方向旋转，回复到初始位置；断开驱动电磁铁(7 )的电源，顶块(3 )与转子(2 )分离，回复到初始状态；重复上述顺时针驱动过程，转子(2)即相对于定子(1)进行顺时针方向旋转的连续运动；重复上述逆时针驱动过程，转子(2)即相对于定子(1)进行逆时针方向旋转的连续运动。
全文摘要
本发明公开了一种具有永久磁铁和电磁铁的圆盘式磁力电机，包括定子和转子；定子上设置有顶块凹槽，顶块凹槽连通有顶持电磁铁凹槽；顶块凹槽逆时针或顺时针旋转方向连通有驱动力臂凹槽，驱动力臂凹槽另一侧连通有驱动电磁铁凹槽；顶块凹槽顺时针或逆时针旋转方向设置有弹簧凹槽；顶块凹槽内设有顶块，顶持电磁铁凹槽内设有顶持电磁铁，顶块上设有顶持永久磁铁；驱动力臂凹槽内设有驱动力臂，驱动电磁铁凹槽内设有驱动电磁铁，驱动力臂上设有驱动永久磁铁；弹簧凹槽内设有弹簧。本发明还公开了一种基于上述具有永久磁铁和电磁铁的圆盘式磁力电机的工作方法。本发明不需加装变速装置就能做到低转速大扭矩，相对效率较高、损耗小、质量功率比大。
文档编号H02K1/17GK102263444SQ20111021871
公开日2011年11月30日 申请日期2011年8月2日 优先权日2011年8月2日
发明者刘勤 申请人:刘勤