本發(fā)明涉及一種磁性裝置，包括至少一個(gè)定子和動(dòng)子，其中所述定子和所述動(dòng)子分別包括至少一個(gè)磁體，所述磁體包含極端和所述磁體的作用線，并且所述動(dòng)子可在運(yùn)動(dòng)方向上沿運(yùn)動(dòng)軸做線性運(yùn)動(dòng)且/或繞運(yùn)動(dòng)軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

背景技術(shù)：

根據(jù)通用的技術(shù)原理，本發(fā)明的磁性裝置可以通過定子與動(dòng)子之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成一種力的狀態(tài)，動(dòng)子將這種力的狀態(tài)傳遞到在本發(fā)明的揭示范圍內(nèi)未被提及的其他元件上。這種力的狀態(tài)能夠在固定安裝的定子與活動(dòng)安裝的動(dòng)子之間引發(fā)線性或旋轉(zhuǎn)性的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以便動(dòng)子能驅(qū)動(dòng)其他元件。

本發(fā)明的磁性裝置可用作驅(qū)動(dòng)器或發(fā)電機(jī)。

現(xiàn)有技術(shù)中的磁力驅(qū)動(dòng)器包括至少一個(gè)定子和動(dòng)子，其中磁體的相互作用取決于磁體的相鄰對(duì)應(yīng)表面之間的磁通。根據(jù)wo2013034339所提出的技術(shù)原理，磁體間的相互作用覆蓋所有表面。

基于從wo2013034339所獲得的認(rèn)識(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員的任務(wù)是將并非產(chǎn)生于相鄰對(duì)應(yīng)表面之間的磁通集束以提高磁性裝置的效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

對(duì)此，本發(fā)明提出的解決方案如下：定子的定子作用線或定子作用線的定子延長線和動(dòng)子的動(dòng)子作用線或動(dòng)子作用線的動(dòng)子延長線具有交點(diǎn)，定子延長線作為定子作用線的幾何切線以幾何束的形式背離定子的極端且背離定子延伸，動(dòng)子延長線作為動(dòng)子作用線的幾何切線以幾何束的形式背離動(dòng)子的極端且背離動(dòng)子延伸，由此，定子作用線、視情況的定子延長線、動(dòng)子作用線和視情況的動(dòng)子延長線形成閉合幾何形狀，從而使定子與動(dòng)子之間的磁通集束，其中作用線和延長線在穿過磁性裝置的、包含運(yùn)動(dòng)軸的剖切平面內(nèi)延伸。

如果定子和動(dòng)子在一個(gè)點(diǎn)上借助接頭以相對(duì)可動(dòng)的方式彼此相連，則閉合幾何形狀可由一條定子作用線、視情況由一條定子延長線、一條動(dòng)子作用線和視情況的一條動(dòng)子延長線形成。

在實(shí)際操作中，閉合幾何形狀由若干定子作用線、視情況由若干定子延長線、一條動(dòng)子作用線和視情況的若干動(dòng)子延長線形成。

上述解決方案包含以下意思：閉合幾何形狀視情況例如由定子延長線形成。這就將以下情況考慮在內(nèi)，即，定子作用線和動(dòng)子延長線具有交點(diǎn)，因此，閉合幾何形狀正好僅由定子作用線、動(dòng)子延長線和動(dòng)子作用線形成。

類似地，動(dòng)子延長線可以不是閉合幾何形狀的一部分。

根據(jù)通用的技術(shù)原理，磁體的作用線在這個(gè)磁體中的磁體極端之間延伸。

包含運(yùn)動(dòng)軸的剖切平面穿過磁性裝置。

本發(fā)明的磁性裝置可在一個(gè)平面內(nèi)延伸。在一個(gè)平面內(nèi)延伸的磁性裝置例如可以是二維磁性裝置。在上述第一種情況下，穿過磁性裝置的剖切平面在本發(fā)明的磁性裝置的平面內(nèi)延伸。

本發(fā)明的磁性裝置也可以是三維體。在這第二種情況下，剖切平面在運(yùn)動(dòng)軸中截切磁性裝置且相對(duì)于運(yùn)動(dòng)軸具有任意定向。運(yùn)動(dòng)軸可構(gòu)成磁性裝置的對(duì)稱軸。

磁體可呈多邊形，磁體的極形成于該多邊形的末端上。作用線在極之間延伸，其中作用線在極上的方向由切線定義。在本發(fā)明范圍內(nèi)，幾何延長線被定義為與切線相平行的束，該束背離磁體延伸。

在本發(fā)明的磁性裝置中，作用線按如下方式配置，即，作用線與延長線形成閉合形狀。

如果磁性裝置包含有可做線性或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)子，那么，通過相互作用力f和這些力與運(yùn)動(dòng)軸之間的距離所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的總和可為零。

動(dòng)子可具有線形或多邊形的運(yùn)動(dòng)軸。通過相互作用力f和這些力與運(yùn)動(dòng)軸之間的距離所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的總和可為零。

本發(fā)明的上述揭示內(nèi)容不排除以下情況：具體應(yīng)用時(shí)，轉(zhuǎn)矩總和可以不等于零。

作為上述磁通集束措施的補(bǔ)充，本發(fā)明的磁性裝置可包括磁屏蔽元件，所述磁屏蔽元件鄰近形成于磁體之間的間隙布置。

磁屏蔽元件屬于已知的現(xiàn)有技術(shù)。磁屏蔽元件例如可由鐵磁材料構(gòu)成。

對(duì)于磁性裝置的一些分區(qū)而言，運(yùn)動(dòng)軸可以是磁性裝置的對(duì)稱軸。二維磁性裝置的運(yùn)動(dòng)軸可以是鏡像軸，三維磁性裝置的運(yùn)動(dòng)軸可以是旋轉(zhuǎn)軸。

附圖說明

圖1示出本發(fā)明包含有一個(gè)定子和一個(gè)動(dòng)子的二維磁性裝置的可行的第一實(shí)施方式。

圖2示出本發(fā)明包含有一個(gè)定子和兩個(gè)動(dòng)子的二維磁性裝置的可行的第二實(shí)施方式。

圖3示出本發(fā)明包含有兩個(gè)動(dòng)子和一個(gè)定子的二維磁性裝置的可行的第三實(shí)施方式。

圖4和圖5示出本發(fā)明包含有兩個(gè)動(dòng)子和一個(gè)定子的三維磁性裝置的可行實(shí)施方式。

圖6和圖7示出本發(fā)明的三維磁性裝置的另一可行實(shí)施方式。

圖8和圖9示出關(guān)于圖6的fem模擬。

在附圖中，以下附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)下列元件：

r定子與動(dòng)子之間的距離

f相互作用力

+/-極性

1定子

2動(dòng)子

3運(yùn)動(dòng)軸

4運(yùn)動(dòng)方向

15定子作用線

25動(dòng)子作用線

16幾何定子延長線

26幾何動(dòng)子延長線

7磁屏蔽元件

8間隙

9磁體

10交點(diǎn)

11繞組

12剖切平面

13中心

17內(nèi)側(cè)定子極端

18外側(cè)定子極端

19內(nèi)側(cè)動(dòng)子極端

20外側(cè)動(dòng)子極端

附圖僅用于說明本案所揭示的發(fā)明。附圖不應(yīng)被理解成對(duì)本發(fā)明的主題進(jìn)行限制。

具體實(shí)施方式

圖1示出本發(fā)明的磁性裝置的可行的第一實(shí)施方式。磁性裝置包括呈面狀的定子1和呈面狀的動(dòng)子2，其中定子1和動(dòng)子2分別包括磁體9，該磁體包含極端和該磁體的作用線。因此，圖1示出二維磁性裝置，其中剖切平面12位于圖1的觀察平面內(nèi)。

圖1中未繪示動(dòng)子2相對(duì)于定子1的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)閯?dòng)子2相對(duì)于定子1的運(yùn)動(dòng)對(duì)本發(fā)明的主題，即在磁體9之間形成集束磁通，沒有影響。動(dòng)子2可平行于運(yùn)動(dòng)軸做線性運(yùn)動(dòng)且/或繞運(yùn)動(dòng)軸3做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

圖1中繪示了磁體9按照通用技術(shù)原理選擇的+/-極性，因此，借助相互作用力f能夠引發(fā)動(dòng)子2相對(duì)于定子1的運(yùn)動(dòng)。為能實(shí)現(xiàn)動(dòng)子1在圖1中所繪示的運(yùn)動(dòng)方向4以及與此相反的運(yùn)動(dòng)方向(圖1中未示出)上的運(yùn)動(dòng)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將磁體9實(shí)施為電磁體。電磁體的極性可轉(zhuǎn)換。

在圖1所示的實(shí)施方式中，磁體9呈多邊形段的形狀。磁體9大體呈弧段形狀?；《蔚闹行?3相互鄰近布置?；《蔚闹行?3位于運(yùn)動(dòng)軸3上，運(yùn)動(dòng)軸3亦構(gòu)成磁性裝置的對(duì)稱軸。

根據(jù)通用的技術(shù)原理，磁體9的作用線呈弧段形狀。因此，定子作用線15和動(dòng)子作用線25呈弧段形狀。圖1以疊合線示出磁體9的弧段形狀和作用線的圓弓段形狀。

幾何延長線是作為磁性作用線的延長線從磁體9的極端延伸出去的幾何束。定子作用線15的定子延長線16是作為定子作用線15的幾何切線背離定子1的極端延伸的幾何束。同樣地，動(dòng)子作用線25的動(dòng)子延長線26是作為動(dòng)子作用線25的幾何切線從動(dòng)子2的極端延伸出去的幾何束。

幾何定子延長部16和幾何動(dòng)子延長部26相交于包含交點(diǎn)10的交線。在圖1所示的實(shí)施方式中，幾何定子延長部16和幾何動(dòng)子延長部26相互平行且疊合，因此，在圖1所示的實(shí)施方式中存在有包含交點(diǎn)10的交線。

與幾何學(xué)原理相一致，幾何定子延長部16在磁體端區(qū)與定子作用線15相同定向。可以確定的是，動(dòng)子作用線25和動(dòng)子延長線26同樣如此。

無論動(dòng)子到定子的距離r是多少，作用線15、25和幾何延長部16、26都會(huì)形成閉合幾何形狀。定子1的磁體9與動(dòng)子2的磁體9之間的磁通由此而被集束。

通過相互作用力f和這些力與運(yùn)動(dòng)軸3之間的距離所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的總和為零。作用線與運(yùn)動(dòng)軸3間隔一定距離的相互作用力f使得運(yùn)動(dòng)軸3不會(huì)受到轉(zhuǎn)矩負(fù)荷。

為增強(qiáng)磁體9之間的磁流集束效果，磁屏蔽元件7鄰近形成于磁體之間的間隙8布置。

圖2示出本發(fā)明二維磁性裝置的可行的第二實(shí)施方式。磁性裝置包括一個(gè)定子1和兩個(gè)動(dòng)子2。動(dòng)子2可沿運(yùn)動(dòng)軸3在運(yùn)動(dòng)方向4上運(yùn)動(dòng)。由此，包含運(yùn)動(dòng)軸3的剖切平面12位于圖2的觀察平面內(nèi)。因此，剖切平面12穿過磁性裝置。

基于圖2所示的原理，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以推導(dǎo)出包含n個(gè)定子1和n+1個(gè)動(dòng)子2的磁性裝置，也可以推導(dǎo)出包含n個(gè)動(dòng)子1和n+1個(gè)定子2的磁性裝置。

作用線15、25以及與這些作用線相同定向的幾何延長線16、26形成閉合幾何形狀。延長線16、26相交于包含交點(diǎn)10的交線；在圖2所示的實(shí)施方式中，相交的延長線16、26還是疊合且相互平行。

定子1的磁體9構(gòu)建為面狀矩形。定子的磁體9是電磁體。圖2包含繞組11的示意圖。與通用的技術(shù)原理相一致，定子作用線15在定子1區(qū)域線性延伸。定子延長線16還是作為幾何束背離定子1的極端延伸，所述幾何束也構(gòu)成定子作用線15的切線。

動(dòng)子2的磁體9構(gòu)建為面狀弧段，其中弧段的中心13鄰近定子布置，使得弧段形成相對(duì)的凹面。中心13位于運(yùn)動(dòng)軸3上。動(dòng)子2的磁體9構(gòu)建為永磁體。

根據(jù)通用的技術(shù)原理，動(dòng)子作用線25在圖2中被繪示成弧。動(dòng)子延長線26作為幾何束延伸，所述幾何束在動(dòng)子2的極端上形成相關(guān)的動(dòng)子作用線25的切線。

定子延長線16和動(dòng)子延長線26疊合且相平行地位于定子1與動(dòng)子2之間的間隙8中。

定子1和動(dòng)子2的磁體9之間的磁通基于這個(gè)配置而集束。

為增強(qiáng)集束，屏蔽元件7鄰近間隙8布置。

定子的磁體9向外偏移，以使得相鄰作用線15、25和/或延長線16、26不具有交點(diǎn)10，這是本發(fā)明磁性裝置的一種較差的實(shí)施方式。

圖3示出本發(fā)明二維磁性裝置的可行的第三實(shí)施方式，該實(shí)施方式與圖2所示的實(shí)施方式相似。磁性裝置還是包括一個(gè)定子1和兩個(gè)動(dòng)子2。定子1和動(dòng)子2呈面狀，因此，圖3所示的實(shí)施方式是二維磁性裝置。穿過磁性裝置并且也包含運(yùn)動(dòng)軸3的剖切平面12在圖3的繪圖平面內(nèi)延伸。

不同于第二實(shí)施方式的是，動(dòng)子2在此呈多邊形。第三實(shí)施方式的效果弱于第二實(shí)施方式，因?yàn)樵诘谌龑?shí)施方式中，相互作用力f與運(yùn)動(dòng)方向4成一角度。

定子1構(gòu)建為矩形磁體9。根據(jù)通用的技術(shù)原理，定子作用線15和定子延長線16相互平行。

動(dòng)子作用線25在圖3中被繪示成與動(dòng)子2疊合。由于動(dòng)子作用線25呈線形，動(dòng)子延長線26在動(dòng)子2的極端上平行于動(dòng)子作用線25定向。

延長線16、26相交于交點(diǎn)10，因此，延長線16、26和作用線15、25形成閉合形狀。相交于交點(diǎn)10的延長線16、26相互間成銳角14，為清楚起見，圖3中在其中一處例示性地繪示了銳角14。這個(gè)閉合形狀還是能產(chǎn)生磁通集束效果。動(dòng)子2構(gòu)建為永磁體。定子1構(gòu)建為電磁體，其中繞組在圖3中被示意性示出。

圖4示出三維磁性裝置的平面圖；圖5示出相關(guān)剖面圖。

磁性裝置包括一個(gè)定子1和兩個(gè)設(shè)于定子1側(cè)面的動(dòng)子2。從圖5中可清楚看到，定子1包括兩個(gè)不同直徑的空心圓柱體形式的旋轉(zhuǎn)體，其旋轉(zhuǎn)軸與運(yùn)動(dòng)軸3重合。動(dòng)子2構(gòu)建為環(huán)體，其旋轉(zhuǎn)軸同樣與運(yùn)動(dòng)軸3重合。動(dòng)子以可沿運(yùn)動(dòng)軸3在運(yùn)動(dòng)方向4上運(yùn)動(dòng)的方式進(jìn)行安裝。

動(dòng)子2構(gòu)建為永磁體，定子1構(gòu)建為電磁體。圖4中示意性繪示了構(gòu)建為電磁體的定子1的繞組；為清楚起見，圖5中未繪示這個(gè)繞組11。繞組11大體上在定子1的旋轉(zhuǎn)體之間延伸。根據(jù)通用的技術(shù)原理，通過接通定子1可以引發(fā)動(dòng)子2相對(duì)于定子1的運(yùn)動(dòng)。為清楚起見，圖4中未繪示磁體9的極性；本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)通用的技術(shù)原理或依照圖1至圖3選擇極性。

構(gòu)建為定子1和動(dòng)子2的磁體9的作用線15、25和延長線16、26形成閉合幾何形狀，作用線15、25在穿過磁性裝置的、包含運(yùn)動(dòng)軸3的剖切平面11內(nèi)延伸。為清楚起見，圖4中未繪示交點(diǎn)(附圖標(biāo)記10)。磁體間的磁通由于磁體的這種配置和設(shè)計(jì)而集束。

由磁體9所引發(fā)的力f致使動(dòng)子2沿運(yùn)動(dòng)軸3運(yùn)動(dòng)。由力f以及相關(guān)的力f到運(yùn)動(dòng)軸的距離所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的總和為零。

圖5示出剖切平面12，該剖切平面也被繪示于圖4中。本發(fā)明磁性裝置的特征在于，可以形成穿過三維磁性裝置的其他剖切平面11'，其中在任意一個(gè)剖切平面11、11'內(nèi)，作用線15、25及其延長線6均形成閉合形狀。

圖4和圖5中繪示了磁體9的外徑a和內(nèi)徑b。

與圖4相似，圖6示出本發(fā)明磁性裝置的三維實(shí)施方式的剖面圖。包含定子1以及設(shè)于定子1側(cè)面的動(dòng)子2的磁性裝置由圖7示出。定子1呈圓柱體形狀；動(dòng)子2呈環(huán)體形狀。圓柱體和環(huán)體的對(duì)稱軸分別與運(yùn)動(dòng)軸疊合。

定子1構(gòu)建為電磁體，并且動(dòng)子2構(gòu)建為永磁體。

在圖6所示的剖面圖中，動(dòng)子2呈鐮刀形。定子1布置在設(shè)于側(cè)面的動(dòng)子2之間并且沿運(yùn)動(dòng)軸3在運(yùn)動(dòng)方向4上運(yùn)動(dòng)。

根據(jù)通用的技術(shù)原理，在剖面圖中呈鐮刀形的動(dòng)子2中的動(dòng)子作用線25呈弧形延伸，因而與動(dòng)子2的鐮刀形狀相似，并且從鐮刀形動(dòng)子2的極端的中點(diǎn)延伸至鐮刀形動(dòng)子2的另一極端的中點(diǎn)。根據(jù)通用的技術(shù)原理，定子作用線15同樣從定子1的極端的中點(diǎn)延伸至定子1的另一極端。由于定子1在剖面圖中筆直延伸，因此，定子作用線15也是筆直延伸。定子延長線16與動(dòng)子延長線26疊合，因此這些延長線彼此相交。

內(nèi)側(cè)定子極端17的面積與外側(cè)定子極端18的面積一樣大。為此，內(nèi)側(cè)定子極端17由于直徑較小而具有大于外側(cè)定子極端18的寬度。類似地，內(nèi)側(cè)動(dòng)子極端19的面積與外側(cè)動(dòng)子極端20的面積一樣大。外側(cè)動(dòng)子極端20的寬度由于外側(cè)動(dòng)子極端19的直徑更大而小于內(nèi)側(cè)動(dòng)子極端的寬度。這些面積和寬度關(guān)系的作用是抑制圍繞運(yùn)動(dòng)軸3產(chǎn)生作用的力矩。

圖8和圖9示出圖6和圖7所示磁性裝置的fem模擬。從圖中可清楚看到閉合的磁力線。