专利名称：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、质量功率比大的圆盘式磁力电机。本发明的另一目的是提供一种基于上述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，其特征在于，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力臂凹槽，且顶持力臂凹槽的另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；所述顶块凹槽和顶持力臂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，顶持力臂凹槽内设置有顶持力臂，顶持电磁铁凹槽内设置有顶持电磁铁，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，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力臂凹槽，与顶持力臂凹槽另一侧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，与顶持力臂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，设置在顶持力臂凹槽内的顶持力臂，设置在顶持电磁铁凹槽内的顶持电磁铁，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，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力臂凹槽，与顶持力臂凹槽另一侧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，与顶持力臂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，设置在顶持力臂凹槽内的顶持力臂，设置在顶持电磁铁凹槽内的顶持电磁铁，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，设置在弹簧凹槽内的弹簧构成逆时针旋转驱动单元；所述顺时针旋转方向驱动单元和逆时针旋转方向驱动单元均至少为一个；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。所述顶持力臂凹槽内设置有顶持力臂转轴，顶持力臂套设在顶持力臂转轴上且能绕其转动；所述驱动力臂凹槽内设置有驱动力臂转轴，顶持力臂套设在驱动力臂转轴上且能绕其转动；从而构成类似杠杆原理的位移放大机构。所述顶持力臂和驱动力臂均为导磁材料制成，当给顶持电磁铁通电，电磁铁产生吸力，该吸力即为驱动顶块向转子内壁运动的动力;当给驱动电磁铁通电，驱动电磁铁对驱动力臂产生吸力，该吸力即为驱动转子旋转的动力。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， 使其产生吸力并吸引顶持力臂的一端运动，顶持力臂的另一端则沿靠近顶块的方向运动， 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位于顶块逆时针旋转方向一侧的驱动电磁铁通电，使其产生吸力并吸引驱动力臂的一端运动，驱动力臂的另一端沿顺时针方向运动，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，顶持力臂在弹簧的作用下沿逆时针方向旋转，回复到初始状态；断开驱动电磁铁的电源，顶块在弹簧的作用下沿逆时针方向移动，并带动驱动力臂沿逆时针方向旋转，回复到初始状态；
逆时针驱动过程向逆时针旋转驱动单元中的顶持电磁铁通电，使其产生吸力并吸引顶持力臂的一端运动，顶持力臂的另一端则沿靠近顶块的方向运动，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；向逆时针旋转方向驱动单元中位于顶块顺时针一侧的驱动电磁铁通电，使其产生吸力并吸引驱动力臂的一端运动，驱动力臂的另一端沿逆时针方向运动，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，顶持力臂在弹簧的作用下沿顺时针方向旋转，回复到初始状态；断开CN 102185455 A
说明书
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驱动电磁铁的电源，顶块在弹簧的作用下沿顺时针方向移动，并带动驱动力臂沿顺时针方向旋转，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)本发明通过设置力臂放大机构，提高了在同等功率下电机的扭矩，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；4一顶持力臂；5— 顶持电磁铁；6—驱动力臂；7—驱动电磁铁；8—弹簧；9一定子端盖；10 —电源线；11 一顶持力臂转轴；12—驱动力臂转轴。
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9，用于对转子2进行限位， 使其不能轴向串动；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力臂凹槽，且顶持力臂凹槽的另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；所述顶块凹槽和顶持力臂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，顶持力臂凹槽内设置有顶持力臂4，顶持电磁铁凹槽内设置有顶持电磁铁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，弹簧凹槽内设置有弹簧8 ；所述顶持电磁铁5和驱动电磁铁7均通过电源线10与外部电源相连。顶块凹槽、与顶块凹槽远离转子2内壁一侧相连通的顶持力臂凹槽，与顶持力臂凹槽另一侧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，与顶持力臂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，设置在顶持力臂凹槽内的顶持力臂4，设置在顶持电磁铁凹槽内的顶持电磁铁 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，设置在弹簧凹槽内的弹簧8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力臂凹槽，与顶持力臂凹槽另一侧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，与顶持力臂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，设置在顶持力臂凹槽内的顶持力臂4，设置在顶持电磁铁凹槽内的顶持电磁铁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，设置在弹簧凹槽内的弹簧8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；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，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。所述顶持力臂凹槽内设置有顶持力臂转轴11，顶持力臂4套设在顶持力臂转轴11 上且能绕其转动；所述驱动力臂凹槽内设置有驱动力臂转轴12，顶持力臂6套设在驱动力臂转轴12上且能绕其转动，从而构成类似杠杆原理的位移放大机构，使得位移放大效果更加明显；所述顶持力臂4和驱动力臂6均为导磁材料制成，当给顶持电磁铁5通电，顶持电磁铁5对顶持力臂4产生吸力，该吸力即为驱动顶块3向转子2内壁运动的动力；驱动电磁铁7通电后对驱动力臂6产生吸力，该吸力即为驱动转子2旋转的动力。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5通电，使其产生吸力并吸引顶持力臂4的一端运动，顶持力臂4的另一端则沿靠近顶块3的方向运动，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位于顶块3逆时针旋转方向一侧的驱动电磁铁7通电，使其产生吸力并吸引驱动力臂6的一端运动，驱动力臂6的另一端沿顺时针方向运动， 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5的电源，顶持力臂4在弹簧8的作用下沿逆时针方向旋转，回复到初始状态；断开驱动电磁铁7的电源，顶块3在弹簧8的作用下沿逆时针方向移动，并带动驱动力臂6沿逆时针方向旋转，回复到初始状态；
逆时针旋转驱动过程向逆时针旋转驱动单元中的顶持电磁铁5通电，使其产生吸力并吸引顶持力臂4的一端运动，顶持力臂4的另一端则沿靠近顶块3的方向运动，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位于顶块3顺时针旋转方向一侧的驱动电磁铁7通电，使其产生吸力并吸引驱动力臂6的一端运动，驱动力臂6的另一端沿逆时针方向运动，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5的电源，顶持力臂4在弹簧8的作用下沿顺时针方向旋转，回复到初始状态；断开驱动电磁铁7的电源，顶块3在弹簧8的作用下沿顺时针方向移动，并带动驱动力臂6沿顺时针方向旋转，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.圆盘式磁力电机，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力臂凹槽，且顶持力臂凹槽的另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；所述顶块凹槽和顶持力臂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)，顶持力臂凹槽内设置有顶持力臂(4)， 顶持电磁铁凹槽内设置有顶持电磁铁(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 )，弹簧凹槽内设置有弹簧(8 )。
2.根据权利要求1所述的圆盘式磁力电机，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力臂凹槽，与顶持力臂凹槽另一侧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，与顶持力臂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)，设置在顶持力臂凹槽内的顶持力臂(4)，设置在顶持电磁铁凹槽内的顶持电磁铁(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)，设置在弹簧凹槽内的弹簧 (8)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力臂凹槽，与顶持力臂凹槽另一侧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，与顶持力臂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)，设置在顶持力臂凹槽内的顶持力臂(4)，设置在顶持电磁铁凹槽内的顶持电磁铁(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)，设置在弹簧凹槽内的弹簧(8)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(9)。
4.根据权利要求1或2所述的圆盘式磁力电机，其特征在于，所述顶持电磁铁(5)和驱动电磁铁(7 )均通过电源线(10 )与外部电源相连。
5.根据权利要求1或2所述的圆盘式磁力电机，其特征在于，所述顶持力臂凹槽内设置有顶持力臂转轴(11)，顶持力臂(4)套设在顶持力臂转轴(11)上且能绕其转动；所述驱动力臂凹槽内设置有驱动力臂转轴(12)，顶持力臂(6)套设在驱动力臂转轴(12)上且能绕其转动。
6.根据权利要求1或2所述的圆盘式磁力电机，其特征在于，所述顶持力臂(4)和驱动力臂(6)均为导磁材料制成。
7.基于上述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(5) 通电，使其产生吸力并吸引顶持力臂(4)的一端运动，顶持力臂(4)的另一端则沿靠近顶块(3)的方向运动，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位于顶块(3)逆时针旋转方向一侧的驱动电磁铁(7)通电，使其产生吸力并吸引驱动力臂(6)的一端运动，驱动力臂(6)的另一端沿顺时针方向运动，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(5)的电源，顶持力臂(4)在弹簧(8)的作用下沿逆时针方向旋转，回复到初始状态；断开驱动电磁铁(7)的电源，顶块(3)在弹簧(8)的作用下沿逆时针方向移动，并带动驱动力臂(6)沿逆时针方向旋转，回复到初始状态；逆时针驱动过程向逆时针旋转驱动单元中的顶持电磁铁(5)通电，使其产生吸力并吸引顶持力臂(4)的一端运动，顶持力臂(4)的另一端则沿靠近顶块(3)的方向运动，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；向逆时针旋转方向驱动单元中位于顶块(3)顺时针一侧的驱动电磁铁(7)通电，使其产生吸力并吸引驱动力臂(6)的一端运动，驱动力臂(6)的另一端沿逆时针方向运动，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(5)的电源，顶持力臂 (4)在弹簧(8)的作用下沿顺时针方向旋转，回复到初始状态；断开驱动电磁铁(7)的电源， 顶块(3)在弹簧(8)的作用下沿顺时针方向移动，并带动驱动力臂(6)沿顺时针方向旋转， 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
本发明公开了一种圆盘式磁力电机，包括定子和转子，定子一侧端面上设有延伸至转子内壁的顶块凹槽；顶块凹槽一侧连通有顶持力臂凹槽，其另一侧连通有顶持电磁铁凹槽；顶块凹槽的逆时针一侧或顺时针一侧连通有驱动力臂凹槽，其另一侧连通有驱动电磁铁凹槽；顶块凹槽和顶持力臂凹槽的顺时针一侧或逆时针一侧设有与其相连通的弹簧凹槽；顶块凹槽内设有顶块，顶持力臂凹槽内设有顶持力臂，顶持电磁铁凹槽内设有顶持电磁铁，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，弹簧凹槽内设置有弹簧。本发明还公开了一种基于上述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H02K33/02GK102185455SQ201110103099
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月25日 优先权日2011年4月25日
发明者刘勤 申请人:刘勤