转动机构的制作方法

专利名称：转动机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种构成发电机、电机等中的转动体结构的转动机构， 更具体地涉及具有垂直延伸转动轴的这类转动机构。
背景技术：
作为所述转动机构的一个实施例，提出了带磁性转子的电磁转动机 器(例如参见专利文献l)。这里，所述转动机构具有支承转动轴的各种轴承，而且转动机构的 性能取决于转动阻力的水平。因此，必须使转动阻力最小以提高作为转 动机构的性能或效率。为此，人们认为需要设置促进或有助于转动的机构。然而，若通过 从外部供应电流等促进转动机构的转动，则输入能量将增大，却降低了 转动机构的效率。在以上提到的专利文献1中，目的是获得不使用换向器、电刷和位置传感器、且不引起射频接口盒转矩(rib torque)和射频接口盒电压(rib voltage)的DC电机或DC发电机，而不是有助于提高转动机构的效率。 专利文献l: JP-ANo. 2000-197327发明内容本发明要解决的问题鉴于现有技术的上述问题而提出本发明，本发明旨在提供一种转动 效率很高的转动机构。 解决问题的手段根据本发明的转动机构的特征在于包括具有轴承16、 18的固定部 件h转动部件2，该转动部件包括由所述轴承支承的转动轴21以及设
置在该转动轴上的盘部件22;多个线圈3，所述线圈安装在所述固定部 件1上，并且以规则间隔布置在以所述转动轴21为中心的圆上；以及安装在所述盘部件22上的第一永磁体4，其中，第一永磁体4以规则间隔 布置在以所述转动轴21为中心的圆上，并布置成与所述线圈3相对(权 利要求l)。这里，优选的是，所述线圈3被非磁性材料(例如，不锈钢)制成 的芯部件贯穿，并且在其远离与所述第一永磁体4相对的端面的端面上 定位有磁性材料制成的部件(例如，铁盘或铁板)(权利要求2)。优选的是，所述盘部件22上装配有多个臂部件24，所述臂部件24 的末端上通过第一磁体保持部件24h保持有第二永磁体5，在所述固定部 件1的区域内在所述臂部件24的径向外侧设置有第三永磁体6，所述第 三永磁体6由第二磁体保持部件llh保持，并且当所述第二永磁体5从 该第二永磁体5处于与所述第三永磁体6相同的周向位置的状态(所述 第二永磁体5与所述第三永磁体6位于线24Lc上的状态)下沿转动方向 R运动时，产生斥力。这里，优选的是，所述第三永磁体6的数量大于所述臂部件24的数优选的是，所述第一磁体保持部件24h由非磁性材料(例如，铝或 塑料)制成，并环绕所述第二永磁体5且形成开口区域240h，该开口区 域允许来自所述第二永磁体5的磁力线发射，所述第二磁体保持部件llh 由磁性材料(例如，镍铬钢)制成，并环绕所述第三永磁体6且形成开 口区域110h，该开口区域允许来自所述第三永磁体6的磁力线发射，并 且当所述第一磁体保持部件24h的开口区域240h和所述第二磁体保持部 件11h的开口区域110h不相互面对时，所述第二永磁体5和所述第三永 磁体6之间不发生磁相互作用，但是当所述开口区域240h和所述开口区 域110h相互面对时，在所述第二永磁体5和所述第三永磁体6之间产生 磁性推斥。优选的是，在所述盘部件22的下表面上安装有第四永磁体8，在所 述第四永磁体8下方的区域中在所述固定部件1上设置有第五永磁体9， 并且所述第五永磁体9布置成面对所述第四永磁体8并布置成与该第四 永磁体8极性相同(权利要求5)。这里，优选的是，所述第四永磁体8通过不锈钢装配件(撑杆)安装在所述盘部件22的下表面上，并且所述第五永磁体9通过不锈钢装配 件(撑杆)安装在所述固定部件l上。优选的是，所述固定部件1包括为正多边形环状或圆形的上框架11 和下框架13，以及连接该上框架11和该下框架13的连接部件llb。发明效果在上述转动机构中，由于其包括以规则间隔布置在所述固定部件1 的圆周上的多个线圈3以及面对所述转动部件2的所述线圈3的多个第 一永磁体4，从而当所述转动体2首先通过给定装置而开始转动时，根据 Fleming左手定则，在所述线圈3中产生感应电流。所述线圈3中产生的 感应电流起到了使所述第一永磁体4沿与其初始转动时相同的方向转动 的作用。换言之， 一旦所述转动体2例如通过电机而已经转动，就会在所述 线圈3中产生感应电流，并且根据所谓的Aragon圆盘原理，该电流起到 促进所述转动体转动的作用，从而确保非常高的转动效率。若所述线圈3被非磁性材料(例如，不锈钢)制成的芯部件贯穿， 并且在其远离与第一永磁体4相对的端面的端面上定位有磁性材料制成 的部件(例如，铁盘或铁板)(权利要求2)，则由磁性材料制成的部件强 化所述线圈3中产生的磁场，而且如果所述芯部件由非磁性材料(具体 为不锈钢)制成，磁场会正常地通过所述芯部件，从而从所述线圈3会 正常地产生磁场。此外，由于所述芯部件是非磁性材料，因此其不会被所述第一永磁 体4吸引，这防止了所述转动体被制动。这里，由于由磁性材料制成的 部件远离所述第一永磁体4，因而几乎不可能被所述第一永磁体4吸引。在本发明中，若设置多个臂部件24，在所述臂部件24的末端上通 过第一磁体保持部件24h保持第二永磁体5，在所述固定部件1的区域内 在所述臂部件24的径向外侧设置第三永磁体6，并且所述第三永磁体6 被第二磁体保持部件llh保持(权利要求3、权利要求4)，则第二永磁 体5和第三永磁体6之间的磁性推斥将使所述臂部件24转动并为所述盘 部件22添加转矩。因此，不用从外部供应电流就可促进转动。换言之，若将所述线圈3和所述第一永磁体4所起的作用看作主要 作用，则所述第二永磁体5和所述第三永磁体6起到了增强该作用的效 果。若设置位于转动侧的第四永磁体8并设置第五永磁体9，使该第五 永磁体9定位成面对所述第四永磁体8，并且所述第五永磁体与所述第四 永磁体8相对的表面具有与该第四永磁体8相同的极性，从而使转动侧 上的所述第四永磁体8和固定侧上的所述第五永磁体9彼此相斥(权利 要求5)，则所述永磁体8、 9之间的磁性推斥起到了使整个转动部件2从 所述固定部件1浮起的作用。因此，由所述转动部件2施加在所述固定部件1上的推力可降低到 接近零，从而由该推力产生的摩擦可降低到接近零。通过结合所有的上述结构以及它们的作用，所述转动部件2的转动 中的摩擦降低到接近零，从而获得具有非常高的转动效率的转动机构。此外，在本发明中，多个线圈呈环状地布置在所述第四永磁体8和 所述第五永磁体9之间，线圈的环形阵列在垂直方向上间隔开，在垂直 方向上间隔开的线圈阵列的极性确定成产生斥力，并且在垂直方向上间 隔开的磁体阵列之间定位有多个开口端部沿上下方向的空心线圈，以产 生电力。由上下磁体阵列之间的空心线圈产生的电力可例如驱动安装在所述 盘部件22顶部上的电机。或者由空心线圈产生的电力可例如驱动设置成 仅使所述盘部件22转动的电机。这里，"设置成仅使所述盘部件22转动的电机"通过齿轮或带与所 述盘部件22相连，从而即使在所述转动轴21不与驱动源相连时，所述 盘部件22也可转动。当通过呈环状布置的线圈阵列与所述盘部件22 — 起转动产生电力时，也可仅使所述盘部件22转动而不使所述转动轴21 转动。
这里，若所述盘部件22构造成能够相对于所述转动轴21相对转动， 则通过固定所述转动轴21并使设置在该处的推力轴承承载所述转动部件22的重量，可使所述盘部件22更有效地转动。此外，就上下环形磁体阵列而言，通过固定下磁体阵列并将上磁体 阵列安装在所述盘部件22上，所述盘部件22可通过同极性磁极之间的 推斥而浮起。而且，如上所述，可通过使所述盘部件22转动而在所述空 心线圈中产生电力。在这种情况下，所述盘部件22的转动增强了通过磁力获得的效果。


图1是本发明第一实施方式的平面图。 图2是沿图1中的Y-Y剖取的剖视图。 图3是图1所示部分的局部放大视图。 图4是图2所示部分的局部放大视图。图5是表示第一实施方式中的线圈和永磁体的细节的平面图。图6是表示第一实施方式中的线圈和永磁体的细节的剖视图。图7是图5和图6中所示的线圈的剖视图。图8是表示具有第二永磁体的臂部件以及第三永磁体的平面图。图9是图8中所示部分的局部放大平面图。图10是沿图9中的箭头Y方向得到的视图。图11是表示已从图9所示的状态转动的臂部件的局部放大平面图。图12是表示图8至图11中所示结构的变型例的平面图。图13是表示第一实施方式的第一变型例的平面图。图14是沿图13中的Y-Y剖取的剖视图。图15是图13中所示部分的局部放大视图。图16是图14中所示部分的局部放大视图。图17是第一实施方式的第二变型例的局部剖视图。图18是第一实施方式的第三变型例的局部剖视图。图19是第一实施方式的第四变型例的局部剖视图。
图20是第一实施方式的第五变型例的局部剖视图。 图21是本发明第二实施方式的纵剖视图。图22是沿图21中的X-X剖取的剖视图。 图23是本发明第三实施方式的纵剖视图。 图24是沿图23中的X-X剖取的剖视图。 图25是本发明第四实施方式的正视图。 图26是沿图25中的X-X剖取的剖视图。 附图标记说明l..固定部件2..-转动部件3、3B…线圈4..第一永磁体5..-第二永磁体6-.-第三永磁体8..-第四永磁体9..-第五永磁体11.-上框架12.-中框架13--下框架15-、17…轴承支撑板16---径向轴承/上轴承18--下轴承19'--径向轴承20..毂21..转动轴22-盘部件23-托架24-臂部件 接下来参照

本发明的实施方式。首先，参照图1至图11说明作为第一实施方式(实施方式)的转动机构100。在图1和图2中整体由附图标记100表示的转动机构包括固定部件 1、转动部件2、安装在固定部件1上的多个线圈3以及安装在转动部件 2上的多个第一永磁体4。固定部件l是三层结构，其中上框架ll、中框架12和下框架13通 过八个连接部件llb在垂直方向上间隔开叠置(参见图2)。具体地说，上框架11形成为通过利用连接部件llb使八个具有相同 截面形状(槽形截面)的部件lla的端部相连而组装成的等边八角形结 构(参见图1)。尽管图1中未明确示出，中框架12具有与上框架11相同的轮廓， 并且与上框架11 一样，形成为通过利用连接部件llb使八个具有相同截 面形状(槽形截面)的部件12a的端部相连而组装成的等边八角形结构 (参见图2)。尽管未明确示出，下框架13具有与上框架11相同的轮廓，并且是 通过大于(就图2的垂直方向上的尺寸而言)上框架11和中框架12的 具有槽形截面的八个部件13a组装而成的等边八角形结构(参见图2)。在图1中，在上框架11中，图中的左侧和右侧的具有槽形截面的部 件lla、 lla通过在图中水平方向上彼此平行延伸的两个梁llc连接并加 强。这两个梁11C相对于转动部件2的中心点0 (转动中心，也是上框 架11的中心点)垂直对称。在图1中，在上框架11中，上部件lla-l和上梁llc-l通过在图1 中垂直方向上彼此平行延伸的两个梁lld连接，并且下部件Ila-2和下梁 11c-2通过在图中垂直方向上彼此平行延伸的两个梁lld连接，从而整个 上框架ll得以加强。尽管未明确示出，与上框架11 一样，在中框架12中，左侧和右侧 上的具有槽形截面的部件12a、 12a通过在图1中水平方向上彼此平行延
伸的两个梁12c (参见图2)连接并加强。在图1中，这两个梁12c相对于中框架12的中心点0垂直对称。 此外，与参照图1所述的上框架11 一样，在中框架12中，图1中 的上部件12a (位于与图1中的部件lla-l相同的位置)和上梁12c (位 于与图1中的梁llc-l相同的位置)通过两个梁12d (未示出)(在图1 中垂直方向上彼此平行延伸)连接。并且下部件12a (位于与图1中的部 件lla-2相同的位置)和下梁12c (位于与图1中的梁llc-2相同的位置) 通过两个梁12d (未示出)(在图1中垂直方向上彼此平行延伸)连接并 加强。参照图2，下框架13以位于底部件14上方的方式安装在该底部件 的上表面上，并且底部件14的外缘小于下框架13的外缘。在底部件14 的中央设有加强部件14a。在图1中，轴承支撑板15被上框架11的两个梁llc、 llc支撑在这 两个梁llc、 llc之间的区域中，该区域也对应于上框架ll的中央。在轴 承支撑板15的上表面上设置有径向轴承16 (上轴承)。这里，径向轴承 16定位成其中心轴线与图1的纸面垂直。轴承支撑板17定位在加强部件14a (设置在底部件14的中央)的中 央，并且下轴承18装配在该轴承支撑板17的中央(图2中的上表面)。 这里，下轴承18呈径向轴承18A和推力轴承18B相结合的结构，而且 定位成该下轴承18的中心轴线在图2中垂直延伸(与图1中的纸面垂直 的方向)。在图2所示的实施方式中，在中框架12的中央也装配有径向轴承(中 轴承)19。如从图2中清楚可见的那样，中轴承19的中心轴线和上轴承16的 中心轴线重叠在下轴承18的中心轴线的延长线上。转动轴21被上轴承16、中轴承19和下轴承18支承。在转动轴21中，盘部件(例如，铝盘)22通过毂20在上轴承16 和中轴承19之间的区域中固定到转动轴21上。换言之，转动部件2具有作为主要部件的转动轴21和盘部件22。
如稍后所述，电力消费计量器所基于的"Aragon圆盘"原理有助于 铝(或塑料)盘22的转动。这里，转动轴21由不锈钢之类的非磁性材料制成，以避免稍后所述 的第四和第五永磁体的影响。盘部件22具有超过给定水平的质量，从而如所谓的飞轮(滑轮)一 样施加保持转矩的作用。如果利用铝或合成树脂作为盘部件22的材料则会更有效。参照图3和图4，在盘部件22中，沿盘部件22的整个外缘以规则 间隔装配有多个具有L形截面的用于永磁体的托架23。这里，在图3和 图4中，为简单图示起见，仅示出了一个托架23而未示出其他托架23。尽管未示出，在图3和图4中，还可设置一个环形部件23来代替多 个托架23，通过装配件23b将该环形部件23安装在盘部件22上。在图3和图4中，在各个托架23的凸缘部23a的径向内表面(更靠 近转动轴21的表面)上装配有第一永磁体4。这里，沿周向相邻的第一 永磁体4布置成它们的径向内表面的极性以N极和S极交替。图4中所示的托架23的截面是位于臂部件24 (稍后描述)安装在 盘部件22的上表面上的特定位置处的截面(在图1中由Y表示的截面)。尽管未示出，在无臂部件24的普通截面中，托架23的凸缘部23a 的高度和第一永磁体4的位置比如图4所示的凸缘部23a的高度和第一 永磁体4的位置大与臂部件24的厚度相等的量。尽管图1和图2中未示出，图4中的附图标记lle表示覆盖转动机 构100上部的顶盖。顶盖lle覆盖除轴承支撑板15以及上框架11的部件 lla、梁llc、梁lld以外的整个区域。在图4中，在距转动轴21的轴向中心21c的距离为rl (径向距离) 处设置有用于线圈的L形托架llf，其在图4中倒置。在盘部件22的整 个周边以规则间隔设置有多个线圈托架llf。这里，线圈托架llf的径向距离rl短于托架23的径向距离r2(距托 架23的轴向中心21c的径向距离)。在线圈托架11f的与永磁体托架23相对的一侧(径向上的外侧)通
过稍后所述的装置装配有线圈3。这里，线圈3是在通电时产生磁场的所谓电磁线圈。更具体地说，线圈3构造成当线圈3通电时，在线圈3中 产生磁场，并且该磁场致使在线圈3和第一永磁体4之间产生互感。当第一永磁体4与盘部件22 —起旋转从而横穿过线圈3的磁场时， 就在线圈3中产生感应电流。若通过给定装置(例如未示出的小电机) 使转动体2转动，则根据法拉第定律，当第一永磁体4经过线圈3 (的磁 场)时，在线圈3中产生感生电流。由于线圈3中产生的感应电流，第一永磁体4和盘部件22被推动从 而沿与其初始转动相同的方向转动。因此， 一旦已通过某装置(例如电 机)使转动部件2转动，则线圈3中产生的感应电流就会推动转动部件2 继续转动。尽管未明确示出，第一实施方式构造成其中转动部件2在小电机起 动(用于起动)时转动的类型，并构造成离合装置介于转动轴和起动电 机之间，且当转动部件达到预定转速时，离合器断开。接下来，参照图5至图7，说明线圈3和第一永磁体4之间的详细 位置关系和该线圈的详细结构。在图5至图7中，线圈3包括线圈主体32、设置在线圈主体32的一 端上的板部件33、以及用于推压图5中的板部件33的推压板34。这里， 推压板34由于稍后所述的原因而由非磁性材料制成。不锈钢芯部件35穿过线圈主体32、板部件33以及推压板34，该不 锈钢芯部件还用作贯穿螺栓。在不锈钢芯部件35的穿过线圈主体32的部分以外的部分上形成外 (阳)螺纹35t。第一螺母N1拧在外螺纹35t上，并且通过紧固该第一 螺母Nl縮短了板部件33和推压板34之间的间隙。螺母N2在不锈钢芯部件35穿过线圈托架llf的区域处拧在外螺纹 35t上。并且通过用螺母N2夹住线圈托架llf而将线圈3装配至线圈托 架llf。图7是线圈3的中央沿纵向(图5和图6中的左右方向)的剖视图。 在图5和图6中，附图标记36表示磁性材料(例如，铁)制成的板 部件(铁板)，在其中央具有用于螺栓的通孔。传统线圈通常在线圈中央使用铁芯以增大磁通密度。然而，在所示 的第一实施方式中存在这样的问题，即，由于线圈3的芯部件紧邻永磁体4(参见图5和图6)运动，若线圈3的芯部件是铁芯，则线圈3的芯 部件会被吸向永磁体4，而该吸引力会阻碍盘部件22的转动。这里，若芯部件由不锈钢制成，就不会被吸向永磁体，而是允许磁 场通过。因此，第一实施方式中所用的线圈3采用不锈钢芯部件35作为线圈 3的芯部件以防止线圈3的芯部件被吸向永磁体4。此外，由于磁场穿过 不锈钢芯部件35，从而在不锈钢芯部件35插入线圈3中时，不会妨碍线 圈3的作用，即通过作为电磁体的永磁体4以及自感而促进盘部件22转 动的作用。此外，在所示的第一实施方式中，在线圈3距永磁体4最远的位置 (图5和图6中的右端)设置铁部件(铁板)36，使得穿过不锈钢芯部 件35的磁场在穿过铁板36时增强。换言之，铁板36的存在确保了增强 磁场的效应，如在其内具有铁芯的普通线圈的情况下那样。此外，由于铁板36定位在距永磁体4的最远位置，铁板可能被永磁 体4的磁场吸引从而阻碍盘部件22转动的风险非常低，或者可忽略。简而言之，由于使用了图5和图6中所示的线圈3，从而当永磁体 经过时，线圈3中产生的强磁场产生电流，但不会阻碍盘部件22转动。尽管如图5和图6所示，在线圈3的径向内侧上设置铁板36以增强 线圈3中产生的磁场，不过另一种可行途径是将铁板(未示出)定位在 线圈托架llf的径向内侧(远离永磁体的一侧)，且铁板为单体连续环， 而不是在各个线圈3上设置铁盘36。这意味着该单个连续环在各个线圈 3的托架llf的径向内侧对在相应的各个线圈3中产生的磁场产生强化效 应。为了提高转动机构100的转动效率，除了上述结构外，第一实施方 式还包括臂部件24 (参见图1)。在图1和图8中，三个臂部件24 (在图8中仅示出了一个)在盘部 件22的上表面上径向向外延伸。如从图1中清楚可见的那样，这三个臂 部件24以规则间隔沿周向安装。在臂部件24的末端装配有保持第二永磁体5的附件24a。 如稍后所述，在臂部件24末端处的附件24a中，第二永磁体5的大部分被保持件24h覆盖，该保持件24h由磁性材料的镍铬钢制成。 由于永磁体5和永磁体6都被镍铬钢包围，从而磁性降低。 固定部件1的上框架11的八个连接部件lib中的每一个都装配有保持第三永磁体6的附件llg;并且附件llg径向向内定位(朝图8中的转动中心O)。这里，图8示出了臂部件24转动从而第二永磁体5的中心落到连接 第三永磁体6和转动中心0的虚拟线(图8中未示出)上。图8中的弧 Lr表示臂部件24末端处的附件24a的径向外端的轨迹。臂部件24或第二永磁体5的数量(这里示出的实施方式中为三个) 以及第三永磁体6的数量(这里所示的实施方式中为八个)从以下角度 确定，即防止多个第二永磁体5同时接近固定的第三永磁体6时会产生 的"转矩波动(torque ripple)"。接下来，主要参照图9和图10说明图8中所示的臂部件24上的附 件24a (用于第二永磁体5)以及上框架11上的附件llg (用于第三永磁 体6)促进盘部件22 (图O转动的有利效果。在图9和图10中，臂部件上的附件24a包括第二永磁体5、以覆盖 第二永磁体5的大部分的方式保持该第二永磁体的保持件24h以及用于 将附件24a固定到臂部件24末端的装配部件24b。上框架11上的附件llg(图9和图10中的左侧)包括第三永磁体6、 以覆盖该第三永磁体6的大部分的方式保持该第三永磁体的保持件llh 以及用于将附件24a固定到连接部件llb上的固定部件llj。在所述的实施方式中，用于保持第二永磁体5的保持件24h和用于 保持第三永磁体6的保持件llh都由磁性材料的镍铬钢制成。保持件24h和保持件llh覆盖第二永磁体5或第三永磁体6的大部 分以防磁场泄漏。然而，在它们彼此面对的侧上，即保持件24h的径向
外侧或更靠近连接部件lib的侧上，以及保持件llh的径向内侧或更靠 近臂24d的侧上，永磁体局部不被镍铬钢覆盖。更具体地说，用于保持第二永磁体5的保持件24h呈底部封闭的筒 体形式(参见图10)，其外周的一部分(径向外部)沿筒体的中心轴线被 切除以露出第二永磁体5 (形成开口区域240h)。虽然这里未示出筒体的 中心轴线，不过在图9中该中心轴线垂直于纸面延伸，而在图10中其上 下或垂直延伸。在图9中，开口区域240h的一端(开口区域240h的起点)位于在 臂部件24的转动方向(以带箭头的虚线R表示的方向)上滞后于与臂部 件24的中心线对应的线24Lc成角51 (在这里所示的实施例中为15度) 的位置(在图9中位于所述线上方的位置)。在图9中，开口区域240h 的一端(开口区域240h的起点)由线5S表示(开口区域240h的起点与 永磁体5的中心点的连线)。在图9中，开口区域240h的开度角为60度。换言之，开口区域240h 位于从上述一端(开口区域240h的起点)至从其顺时针转过60度的点 的区域。而且，在保持件24h中，其包括开口区域240h的外周被切掉从而形 成向右上方倾斜的部分Cl。在图9中，倾斜部分Cl相对于垂直轴线(未 示出)的倾角为28度。如从图9和图IO中清楚可见的，第二永磁体5呈外径与保持件24h 的内径相等的筒体形式。就第二永磁体5的极性而言，假设其沿筒体的 轴向中心在垂直方向上分为两半， 一半是S极(5S:图9中的左侧)，另 一半是N极(5N:图9中的右侧)。这里，第二永磁体5的剖分平面垂直于表示开口区域240h的起点的 线5S，且该"剖分平面"相对于垂直轴线(未示出)倾斜15度。用于保持第三永磁体6的保持件llh呈底部封闭的筒体形式，该筒 体外周的一部分敞开(其在外周中具有开口区域110h)。在图9中，开口区域110h的一端(或开口区域110h的起点)处在 这样的位置，该位置超前于臂部件24的线24Lc的延长线(其经过第三永磁体6的中心点) 一在图9中向下的角度52 (在这里所示的实施例中为15度)，或者说从线24Lc的延长线顺时针转过角52。在图9中，开口区域110h的一端(或开口区域110h的起点)由线 6S (开口区域110h的起点与永磁体6的中心点的连线)表示。开口区域110h位于从上述一端或线5S至从其顺时针转过开度角的 点的区域。在图9的实施例中所述开度角为60度。切掉开口区域110h从而形成倾斜部分C2。在这里所示的实施例中， 倾斜部分C2在图9中垂直倾斜28度。第三永磁体6呈外径与保持件llh的内径相等的筒体形式。就第三 永磁体6的极性而言，假设其沿筒体的轴向中心在垂直方向上分为两半， 一半是S极(6S:图9中的右侧)，另一半是N极(6N:图9中的左侧)。第三永磁体6的剖分平面垂直于线6S (开口区域110h的起点与永 磁体6的中心点的连线)。在图9的实施例中，第三永磁体6的剖分平面 相对于垂直轴线(未示出)倾斜15度。虽然在图9的实施例中，第二永磁体5和第三永磁体6都为筒状永 磁体，但是它们不限于筒状磁体，而是可为截面是多边形的杆状磁体。在图9中所示的状态下，第二永磁体5和第三永磁体6布置成它们 的S极(5S、 6S)彼此面对。当第二永磁体5或臂部件24从图9中的线24Lc上方的区域穿过线 24Lc向图9中的线24Lc下方的区域运动时，保持件24h的开口区域240h 与保持件llh的开口区域110h不完全相互面对(面对面)，直至第二永 磁体5的中心达到线24Lc下方区域中的预定点。由于第二永磁体5的磁场和第三永磁体6的磁场被保持件24h和保 持件llh阻断，因此，除非保持件24h的开口区域240h与保持件llh的 开口区域110h完全相互面对(面对面)，否则所述磁场不相互作用。因此，在保持件24h的开口区域240h和保持件llh的开口区域110h 完全相互面对(面对面)以前，第二永磁体5和第三永磁体6不会由于 极性相同(S极)而产生斥力。图11示出了第二永磁体5转过预定角X，处在线24Lc下方的区域
中，从而保持件24h的开口区域240h和保持件llh的开口区域110h完全相互面对(面对面)。在图11所示的状态中，由于永磁体5和6的S极完全相互面对，永 磁体5和6相斥，因而产生斥力F1。在第二永磁体5侧产生分力F2，并 且分力F2向臂部件24施加逆时针转矩。由于臂部件24固定在盘部件22 上，从而向臂部件24施加转矩会促进盘部件22转动。如以上所述，在图8至图ll所示的结构中，由于永磁体5和6被保 持件24h和llh覆盖，从而在保持件24h的开口区域240h和保持件llh 的开口区域110h完全相互面对(面对面)之前，永磁体5和6之间不会 产生斥力，从而不会对臂部件24的转矩和盘部件22的转动产生阻碍。于是，当保持件24h的开口区域240h和保持件llh的开口区域110h 完全相互面对(面对面)时，永磁体5和6之间产生斥力，但是在这种 状态下，斥力起到了促进臂部件24转动或促进盘部件22转动的作用。图12示出了图8至图11中所示结构的变型例。图12中的变型例在保持件开口区域与永磁体剖分平面方面与图8至 图ll中的结构不同，从而促进臂24转动的效果不同。在图12中，当第二永磁体5的中心位于线24Lc上时，用于覆盖第 二永磁体5的保持件24k的开口区域240k以及用于覆盖第三永磁体6的 保持件Ilk的开口区域110k都相对于图12中的作为对称线的线24Lc对 称，即在图12中上下对称。而且，将第二永磁体5分成S极5S和N极5N的平面在图12中向 左上方倾斜，并且类似的是，将第三永磁体6分成S极6S和N极6N的 平面在图12中向左上方倾斜。在第二永磁体5中，仅N极5N通过开口区域240k露出。另一方面， 在第三永磁体6中，主要是N极6N通过开口区域110k露出，而S极6S 也局部露出。在图12中，就第二永磁体5而言，同时产生对第三永磁体6的N 极6N的斥力F3 (磁极5N和6N之间的斥力)以及第二永磁体5的N极 5N和第三永磁体6的S极之间的吸引力F4。
吸引力F4具有沿转动方向R的分力F5，该分力F5使第二永磁体5 朝箭头R转动。因此，在第二永磁体5的N极5N和第三永磁体6的S 极之间产生的吸引力F4中产生沿箭头R方向的分力F5会促进第二永磁 体5沿箭头R方向的转动。此外，当第二永磁体5从图12中所示的位置向下运动(朝箭头R: 朝转动方向)时，第二永磁体5的N极5N和第三永磁体6的N极之间 的斥力F3起作用，从而与图9至图11中所示的结构一样，产生促进第 二永磁体5或臂24沿箭头R方向转动的效果。回到图2，在中框架12的上表面上且在转动轴21穿过的中央区域 内安装有盒形保持部件7，该保持部件7的底部敞开。保持部件7的上表 面为平坦表面并且平行于盘部件22的下表面，且距离该下表面一给定距 离。保持部件7的上表面具有通孔，该通孔允许转动轴21自由转动。环形第四永磁体8以环绕转动轴21的方式安装在盘部件22的背表 面上。另一方面，与第四永磁体8的形状几乎相同的环形第五永磁体9 以环绕转动轴21的方式安装在保持部件7的上表面上。虽然未明确示出，第四永磁体8通过不锈钢撑杆(未示出)装配至 盘部件22的背(下)表面，第五永磁体9也通过不锈钢撑杆(未示出) 装配至固定部件1。第四永磁体8和第五永磁体9布置成它们彼此面对的表面极性相同。 不过，考虑到易于拆装，永磁体8和9彼此隔开给定距离。由于设置有第四永磁体8和第五永磁体9，并且第四永磁体8和第 五永磁体9彼此相对布置，而且它们的彼此面对的表面具有相同极性， 因而第四永磁体8和第五永磁体9相斥。这样的斥力起到了使整个转动 部件2从固定部件1浮起的作用。因此，减小了由转动部件2的重量施加在固定部件1上而产生的推 力引起的摩擦，这又减少了转动机构100中的损耗，从而使其成为效率 更高的转动机构。此外， 一旦转动部件2基于Aragon圆盘原理开始转动，就会在第四 永磁体8中产生涡电流。该涡电流起到了使第四永磁体8或者转动部件2 转动的作用。简言之， 一旦转动部件2已转动，就会进一步施加使转动部件2转 动的力。这里，根据Aragon圆盘原理，即使转动部件2的材料由铝更换成合 成树脂，也会实现相同的效果。通过利用升降装置(未示出)使第五永磁体9在图2中的垂直方向 上运动，可无级地调节第四永磁体8和第五永磁体9之间的相对距离， 从而可调节涡电流效应。还可通过设置用于对涡电流的效应产生的力进 行调节的装置和在转动部件2上设置磁体之类的另一吸引装置来对转动 部件2的转速进行控制。用于第五永磁体9的升降装置以及所述吸引装置可通过液压装置致动。接下来，参照图13至图16说明图1至图11所示的实施方式的第一 变型例。这里，在图13至图16中，整个转动机构用附图标记100B表示。图1至图11中所示的实施方式包括安装在盘部件22上且环形布置 的多个第一永磁体4，以及安装在固定部件1上且环形布置在第一永磁体 的径向内侧的多个线圈3。另一方面，除了图1至图11中的实施方式之外，图13至图16所示 的第一变型例(转动机构100B)还包括多个第二线圈3B，它们在第一永 磁体4B的径向外侧上以规则间隔布置在圆周上(在距转动中心点O的 距离恒定的圆周上)，该第一永磁体4B环形布置，且安装在盘部件22上。图13是第一变型例的平面图；图14是沿图13中的Y-Y剖取的剖 视图；图15是图13中所示部分的局部放大视图；图16是图14中所示 部分的局部放大视图。在图16中，线圈托架lllf在线圈托架llf的径向外侧安装在上框架 11的顶盖lie上，并且该线圈托架lllf装配有第二线圈3B。在图13至图16所示的第一变型例中，通过使线圈的数量加倍，增
大了第一永磁体和线圈3、 3B之间的磁性斥力，从而提高了盘部件22的 转矩。接下来，参照图17说明图1至图11所示的实施方式的第二变型例。 这里，图17中所示的根据第二变型例的整个转动机构用附图标记 101C表示。图1至图11 (具体而言为图4)所示的实施方式具有线圈3和第一 永磁体4在垂直方向上(在图4中)仅呈单层的组合，与该实施方式相 比，图17中的第二变型例具有线圈3和第二永磁体4在图17中的垂直 方向上呈两层的组合。在图17中，固定在上框架11上的线圈安装托架llf的尺寸在图17 中的垂直方向上较大，并且两个线圈3在垂直方向上以两层的形式装配 到托架llf上。另一方面，用于永磁体4的托架23固定在盘部件22或第二臂部件 24C的上表面上，并且托架23的尺寸在垂直方向上也较大，两个永磁体 4、 4,或上永磁体和下永磁体装配到托架23上。线圈安装托架llf上的上线圈3和下线圈3以及永磁体托架23上的 上永磁体4和下永磁体4布置成完全相互面对，从而线圈3、 3中产生的 磁场和永磁体4、 4中产生的磁场相斥，该磁性斥力促进盘部件22转动。 该结构的其余部分与图1至图11所示的实施方式中的相同。 接下来，参照图18说明图1至图11所示的实施方式的第三变型例。 在示出了第三变型例的图18中，整个转动机构由附图标记100C表示。根据图18中的第三变型例的转动机构100C也具有线圈3和永磁体 4在垂直方向上呈两层的组合，这与图17中的第二变型例相同。不过， 在图17中，线圈或永磁体在垂直方向上以两层安装在单个托架上，而图 18中的转动机构100C具有两个盘部件(在图18中用附图标记22、 22C表示)。在图18中，在盘部件22的下方设置有水平部件IIC，该水平部件 11C设置成与盘部件22和上框架11平行的固定部件。在水平部件11C
的下方固定有毂20，第二盘部件22C装配到该毂20上。不仅在上框架11上固定有线圈安装托架llf，而且在水平部件11C 的背表面上也固定有线圈安装托架llf，并且线圈3安装在托架llf上。不仅在盘部件22上固定有永磁体侧托架23，而且在第二盘部件22C 的上表面上也固定有永磁体侧托架23，并且永磁体4安装在托架23上。如图18所示，位于水平部件11C的背表面上的线圈3和位于第二盘 部件22C的上表面上的永磁体4完全相互面对，从而在二者产生的磁场 之间的斥力推动第二盘部件22C转动。用于使转动部件2浮起的第四永磁体8以与第五永磁体9面对的方 式安装在第二盘部件22C的背表面上，从而减小由转动部件2的重量引 起的推力。该结构的其余部分与图1至图11所示的实施方式中的相同。 接下来参照图19说明图1至图ll所示的实施方式的第四变型例。 这里，根据第二实施方式的整个转动机构用附图标记IOID表示。 如图19所示，根据图19中的第四变型例或第二实施方式的转动机构ioiD具有第一永磁体4B和两个线圈3、 3B在垂直方向上呈两层的组合，而图13至图16 (具体参见图16)的第一变型例(转动机构100B)具有第一永磁体4B和两个线圈3、 3B在垂直方向上仅呈一层的组合。 在图19中，线圈安装托架llf和lllf在不同的径向距离处安装在上框架(顶盖lie)上，线圈3、 3以在垂直方向上呈两层的方式安装在各托架llf、 lllf上。此外，用于永磁体4的托架23固定在盘部件22的上表面(在图19中所示的截面中是臂部件24的上表面)上，并且第一永磁体4B、 4B以在垂直方向呈两层的方式定位在托架23上。图19中的第二实施方式的结构的其余部分与第一变型例中的相同。 接下来，参照图20说明图1至图11所示的实施方式的第五变型例。 在图20中，根据第三实施方式的整个转动机构用附图标记IOOD表示。如图20所示，根据第三实施方式的转动机构100D具有第一永磁体4B和两个线圈3、 3B在在垂直方向上呈两层的组合，这与图19中所示的第二实施方式相同。在图20中的第三实施方式中，就第一永磁体4B和两个线圈3、 3B 的组合而言，上组合与图16中所示的相同。在图20中为了增设永磁体4B和两个线圈3、 3B的下组合，在盘部 件22的下方设置水平部件IIC，并且该水平部件11C设置成为与盘部件 22和上框架11平行的固定部件，这与图18中的第三变型例相同。在水 平部件11C的下方固定有毂20，第二盘部件22C安装在该毂20上。线圈安装在水平部件11C上的方式以及永磁体安装在第二盘部件 22C上的方式与图16中所示的第一变型例中的相同。图20中的第三实施方式中的结构的其余部分与图16中的第一变型 例的相同。尽管未示出，在根据第一实施方式的转动机构100、根据第一变型例 的转动机构IOOB、根据第二变型例的转动机构IOIC、根据第三变型例的 转动机构IOOC、根据第二实施方式的转动机构101D以及根据第三实施 方式的转动机构IOOD中[YI]，整个设备都可以由混凝土或金属板或者刚 性塑料结构覆盖，使得被覆盖的空间内的空气压力减小以降低转动中的 空气阻力，从而使转动机构具有更高的转动效率。接下来，参照图21和图22说明本发明的第二实施方式。 在图21和图22中，根据第二实施方式的整个转动机构用附图标记 IOOE表示。在图21和图22中，转动机构IOOE构造成省略图1至图11中的转 动机构100中的线圈3和第一永磁体4，仅由装配到转动部件2的三个臂 部件24上的第二永磁体5与装配到固定部件1上的两个第三永磁体6之 间的磁性斥力维持转动部件2的转动。而且，在图21和图22中的第二实施方式中，与图1至图11中的实 施方式相同，第二永磁体5通过附件24a装配到转动部件2的臂部件24 上，而第三永磁体6通过附件llg装配到固定部件1上。尽管在图21和图22中未明确示出，第二永磁体5和第三永磁体6 设置有用于调节磁力的方向或大小的活动盖，该活动盖与图8至图11中 的保持件llh、 24h的结构相同并且工作方式类似。在图21中，在转动轴21上的盘部件22的下方装配有第四永磁体(使 转动部件2浮起的一个磁体)8，在该第四永磁体下方装配有第五永磁体 (使转动部件2浮起的一个磁体)9。在固定的第五永磁体(使转动部件2浮起的一个磁体)9下方，在 转动轴21上固定有第一链轮S1。在固定部件1的下框架13上安装有用于起动转动部件2的小电机 M。在该电机M的输出轴的末端装配有第二链轮S2。第一链轮Sl和第二链轮S2通过链条Cn接合。当电机M被驱动时，电机M的转动输出通过第二链轮S2、链条Cn 和第一链轮Sl传递给转动轴21，从而使该转动轴21转动。图21和图22中的第二实施方式的上述之外的结构和有利效果与图 1至图11中的第一实施方式的相同。接下来，参照图23和图24对第三实施方式进行说明。在图23和图24中，根据第三实施方式的整个转动机构由附图标记 100F表示。根据图23和图24中的第三实施方式的转动机构100F适用于发电在图23中，转动机构100的固定部件包括筒状壳体1F;用于覆 盖壳体1F的上开口的顶盖1Ft;用于覆盖壳体1F的下开口的基部14F; 以及位于壳体1F中部的隔板15F。在顶盖1Ft的中央设置有径向轴承16，在隔板15F的中央设置有推 力轴承18，并且转动轴21F被径向轴承16和推力轴承18支承。在转动轴的上部通过毂20固定有转子(或盘部件)22F。在转子22F的背表面的径向外缘上设置有与转动轴21同心的环形磁 性安装部件4B。在磁性安装部件4B的内周周围装配有多个第一永磁体 4F。在转子22F的背表面的径向内区域(中央区域)中以环绕转动轴21F
的方式定位有第四永磁体8。在转子22F的上表面的径向外区域中在与转动轴21同心的圆周上绕该圆周以规则间隔装配有多个第二永磁体5F。在第二永磁体5F的径向外侧绕所述圆周以规则间隔装配有多个第 三永磁体6F。在转子22F和隔板15F之间的区域中设置有用于支撑发电用的盘状 线圈3F的线圈支撑部件31F。该线圈支撑部件31F定位在位于隔板15F 中央的筒状部件15Fc的上端。线圈支撑部件31F与隔板15F —体形成。在线圈支撑部件31F和隔板15F之间的区域中定位有活动隔板91。 该活动隔板91构造成在保持液体密封状态的同时，通过液压装置(未示 出)在筒状壳体1F的内壁表面上滑动。在活动隔板91的中央以环绕转动轴21F的方式装配有环形第五永磁 体9。因此，当活动隔板91在图23中垂直运动时，第五永磁体9也在图 23的垂直方向上上下运动。第四永磁体8和第五永磁体9的相互面对的表面构造成磁性相词从 而相斥。因此，当第五永磁体9靠近第四永磁体8时，就向转动部件施 加浮力，该浮力起到了减小施加在推力轴承18上的推力从而降低转动阻 力的作用。在具有根据图21和图22中的第二实施方式的转动机构100E的发电机中，可通过降低抑制转动的阻力而提高发电效率。接下来，参照图25和图26对第四实施方式进行说明。在图25和图26中，根据第四实施方式的整个转动机构用附图标记100G表示。根据图25和图26中的第四实施方式的转动机构100G适用于具有 Darius风车的发电机。在图25中，转动机构100G包括壳体1G;布置在壳体1G中央的 转动轴21G;以环绕转动轴21G的方式定位的固定的筒状线圈6G;以及 与转动轴21G —起转动的Darius风车300。图26是沿图25中的X-X剖取的剖视图。尽管未明确示出，在转动
轴21G中形成有螺旋槽5G，该槽5G涂覆有液态磁体并由盖状部件(未示出)密封。转动轴21G的上端由设在壳体的上部件IIG上的轴承(径向轴承， 未示出)支承，该转动轴21G的下端由设在壳体的下部件13G上的轴承 (由径向轴承和推力轴承组合而成的复合轴承，未示出)支承。在这样构造的转动机构100G中，当风力使风车300转动时，螺旋形 布置在筒状线圈6G内的涂覆有液态磁体的螺旋槽5G也转动，并且由于 筒状线圈6G和磁体5G的相对转动运动，产生诱导电流(发电电流)。 由于这里不使用任何会被吸向磁体的铁类金属，因而可容易地发电。线圈6G中产生的发电电流被储存在位于壳体1G底部的电池400中。由于转动机构100G不利用任何铁类金属，因而有微风使转动轴转动 时就可发电。而且，通过使风车轴构成双重、用轴承支承外轴并利用推力进行内 部转动，从而可降低由风车300的重量产生的推力轴承转动阻力，从而 可显著降低风车300的转动阻力。因此，可提高发电机的效率。要补充的是，所示实施方式仅用于例示目的，而且以上说明并非要 限制本发明的技术范围。
权利要求
1、一种转动机构，该转动机构的特征在于包括具有轴承的固定部件；转动部件，该转动部件包括由所述轴承支承的转动轴以及设置在该转动轴上的盘部件；多个线圈，所述线圈安装在所述固定部件上，并且以规则间隔布置在以所述转动轴为中心的圆上；以及安装在所述盘部件上的第一永磁体，其中，第一永磁体以规则间隔布置在以所述转动轴为中心的圆上，并布置成与所述线圈相对。
2、 根据权利要求1所述的转动机构，其中，所述线圈被非磁性材料 制成的芯部件贯穿，并且在其远离与所述第一永磁体相对的端面的端面 上定位有磁性材料制成的部件。
3、 根据权利要求1或2所述的转动机构，该转动机构如下构成 所述盘部件装配有多个臂部件；所述臂部件的末端上通过第一磁体保持部件保持有第二永磁体； 在所述固定部件的区域内在所述臂部件的径向外侧设置有第三永磁体所述第三永磁体由第二磁体保持部件保持；并且 当所述第二永磁体从该第二永磁体处于与所述第三永磁体相同的周 向位置的状态下沿转动方向运动时，产生斥力。
4、 根据权利要求3所述的转动机构，该转动机构如下构成 所述第一磁体保持部件由非磁性材料制成，并环绕所述第二永磁体且形成开口区域，该开口区域允许来自所述第二永磁体的磁力线发射；所述第二磁体保持部件由磁性材料制成，并环绕所述第三永磁体且 形成开口区域，该开口区域允许来自所述第三永磁体的磁力线发射；并 且当所述第一磁体保持部件的开口区域和所述第二磁体保持部件的开 口区域不相互面对时，所述第二永磁体和所述第三永磁体之间不发生磁 相互作用，但是当所述开口区域相互面对时，在所述第二永磁体和所述 第三永磁体之间产生磁性排斥。
5、根据权利要求1至4中任一项所述的转动机构，其中在所述盘部件的下表面上安装有第四永磁体；在所述第四永磁体下方的区域中在所述固定部件上设置有第五永磁体；并且所述第五永磁体布置成面对所述第四永磁体并与该第四永磁体极性 相同。
全文摘要
本发明提供了一种转动机构。该转动机构形成为可降低转动阻力，从而可促进转动并具有非常高的转动效率。该转动机构包括具有轴承(16，18)的固定侧部件(1)；转动侧部件(2)，该转动侧部件具有被枢转地支撑在所述轴承上的转动轴(21)以及固定到该转动轴上的盘状部件(22)；多个线圈(3)，它们安装在所述固定侧部件(1)上并以相等间距布置在绕转动轴(21)的同一圆上；以及安装在所述盘状部件(22)上的第一永磁体(4)。该第一永磁体(4)与线圈(3)相对地以相等间距布置在绕所述转动轴(21)的同一圆上。
文档编号H02N11/00GK101156309SQ20068001145
公开日2008年4月2日 申请日期2006年3月28日 优先权日2005年4月4日
发明者木下博道, 木下叶子 申请人:木下博道;木下叶子