無軸電動的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了電磁科研領(lǐng)域的科普教具和特殊工作需要的電動機，一種無軸電動機，包括轉(zhuǎn)子和定子，其特征在于：轉(zhuǎn)子為圓盤狀鐵磁材料，轉(zhuǎn)子懸浮在定子形成的交變磁場內(nèi)，轉(zhuǎn)子在交變磁場的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，所述的定子是由放置轉(zhuǎn)子的開口弧形勢阱和繞有線圈的管狀載體構(gòu)成，空心線圈在單相交流電作用下形成閉合磁路；繞有線圈的U形軟鐵磁在單相交流電作用下形成非閉合磁路，U形軟磁鐵定子的電磁場和重力組成弧形勢阱，弧形勢阱保持轉(zhuǎn)子穩(wěn)定持續(xù)轉(zhuǎn)動。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)新穎、用途廣泛、制造成本低和容易實現(xiàn)等優(yōu)點。
【專利說明】無軸電動機

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電磁科研領(lǐng)域的科普教具和特殊工作需要的電動機，一種無軸電動機。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，電動機必須在有轉(zhuǎn)軸和軸承的情況下才能夠工作，轉(zhuǎn)軸受到軸承的限制，轉(zhuǎn)動時始終繞著一個固定的軸轉(zhuǎn)動，不可能發(fā)生進動和傾斜。無軸電動機因為沒有轉(zhuǎn)軸和軸承的限制，轉(zhuǎn)動時可以以更加自由的方式轉(zhuǎn)動。無軸電動機在穩(wěn)定持續(xù)轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的特點表現(xiàn)在同時發(fā)生:1.垂直軸的轉(zhuǎn)動；2.水平軸的轉(zhuǎn)動；3.轉(zhuǎn)子本身是以它自身的直徑為軸轉(zhuǎn)動，不以某一固定直徑為軸，而是任意一條直徑為軸，并且不斷地變化著；
4.轉(zhuǎn)動時伴隨進動和傾斜；5.定子在交變磁場中以上述方式運動的同時，還可以發(fā)生前后周期性的移動，或者進動形成一個圓周軌跡式的伴隨運動。
[0003]在量子力學(xué)中光的波粒二象性是一個重要的物理概念，其波動性是通過狹縫后光發(fā)生了干涉現(xiàn)象，這是靜態(tài)的干涉，兩個狹縫(或更多狹縫，如光柵)的干涉證明了光的波動性，而電子等粒子因為可以相互干涉而稱為物質(zhì)波。目前常規(guī)的測量儀器無法實現(xiàn)對物質(zhì)波的觀察。
[0004]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是突破現(xiàn)有技術(shù)的局限，設(shè)計一種特殊狀態(tài)的電磁驅(qū)動型電動機，利用轉(zhuǎn)子的進動傾斜旋轉(zhuǎn)效果，可作為科普教具和特殊工作需要的電動機使用，并且作為一種新領(lǐng)域科研探索的工具。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種無軸電動機，包括轉(zhuǎn)子和定子，其特征在于:轉(zhuǎn)子為圓盤狀鐵磁材料，轉(zhuǎn)子置于定子形成的交變磁場內(nèi)，轉(zhuǎn)子在交變磁場的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，所述的定子是由放置轉(zhuǎn)子的開口弧形勢阱和繞有線圈的管狀載體構(gòu)成，轉(zhuǎn)子自由的擺放于開口容器形成的空間中；定子線圈接交流電。本專利采用開口容器作為磁場空間，在一個半閉合的磁場內(nèi)進行磁作用力，從而改變傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子與定子磁場關(guān)系，所產(chǎn)生的不同在于，使轉(zhuǎn)子繞中心做公轉(zhuǎn)，同時轉(zhuǎn)子進行了自轉(zhuǎn)，由此便會產(chǎn)生子大量了物理現(xiàn)象供教具使用。
[0007]對上述技術(shù)方案作進一步的改進，所述的定子呈圓筒狀，線圈纏繞在于筒體的外壁，轉(zhuǎn)子自由放置在筒體內(nèi)；所述的定子被橫向放置，轉(zhuǎn)子可以任意的置于筒體內(nèi)的任何位置。
[0008]所述定子是由線圈纏繞體和弧形放置盤構(gòu)成，所述的線圈纏繞體的截面呈U形，線圈纏繞在U形的底部，所述的弧形放置盤平放在U形口，轉(zhuǎn)子擺放于弧形放置盤上。
[0009]在磁場條件合適的情況下，借助弧形勢阱的支持，轉(zhuǎn)子可以在定子線圈的任意位置持續(xù)穩(wěn)定轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)子在交變磁場的驅(qū)動下以進動和傾斜方式轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)子為軟鐵磁材料或永磁體和軟磁材料組合體，或用有鐵磁性的硬幣，圓盤狀轉(zhuǎn)子的兩面可設(shè)有各種圖案和造型，轉(zhuǎn)子的表面設(shè)計有不同的雕刻圖案用來觀察轉(zhuǎn)動干涉這種宏觀物體的物質(zhì)波；轉(zhuǎn)子受弧形勢阱的限制，可位于定子線圈周圍的任意位置；定子只有一組線圈，工作電源為單相交流電，轉(zhuǎn)子從零速啟動自動達到同步轉(zhuǎn)速而穩(wěn)定轉(zhuǎn)動，如果需要獲得不同的轉(zhuǎn)速，定子線圈的電源可以采用變頻器驅(qū)動。在科研中，如果希望獲得更高的轉(zhuǎn)速，可以把轉(zhuǎn)子放入真空容器內(nèi)的弧形勢阱中。
[0010]本發(fā)明具有以下有益效果:
無軸電動機是特殊狀態(tài)的電磁驅(qū)動型電動機，在沒有轉(zhuǎn)軸和軸承限制的情況下，轉(zhuǎn)動時會伴隨進動傾斜，實現(xiàn)宏觀物體的物質(zhì)波，可以作為科普教具、特殊工作需要的電動機使用，并且作為一種新領(lǐng)域的科研探索的工具。具有結(jié)構(gòu)新穎、用途廣泛、制造成本低和容易實現(xiàn)的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為空心線圈定子的無軸電動機示意圖；
圖2為U形軟磁鐵定子的無軸電動機示意圖。
[0012]圖中:轉(zhuǎn)子1、空心線圈無軸電動機內(nèi)部的弧形勢阱2、空心線圈定子的無軸電動機3、U形軟磁鐵定子的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的弧形勢講4和U形鐵磁性定子5。

【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的內(nèi)容做進一步的說明:
無軸電動機的工作原理是轉(zhuǎn)子(硬幣或其他圓盤狀軟磁性材料)在交變磁場被磁化，磁場凍結(jié)在轉(zhuǎn)子中，因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的頻率和定子線圈的交變電磁場的頻率完全一致，是一種新式的同步電動機。當(dāng)轉(zhuǎn)子使用永磁體和軟磁性材料組合使用的情況下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速還是和定子線圈的交變電磁場的頻率完全一致。無軸電動機只有一組線圈，工作時通以單相交流電，轉(zhuǎn)子可以直接從零速啟動自動達到同步轉(zhuǎn)速而穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動。如果轉(zhuǎn)子僅僅使用軟磁性材料，因為轉(zhuǎn)子必須首先被磁化后才能夠被定子線圈磁場驅(qū)動，因此需要比較大的交變磁場條件。轉(zhuǎn)子在定子線圈內(nèi)部空間自由跳動，一般需要O到10秒的時間，即可穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動;穩(wěn)定轉(zhuǎn)動后，降低磁場條件仍然可以實現(xiàn)穩(wěn)定轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子如果采用永磁體和軟磁性材料組合的方式制作，一般在3秒之內(nèi)就可以自動啟動并實現(xiàn)穩(wěn)定轉(zhuǎn)動。
[0014]圖1所示的空心線圈定子的無軸電動機示意圖，無軸電動機的空心線圈定子通以交流電后，就可以驅(qū)動轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)子的進動和傾斜旋轉(zhuǎn)就可以觀察宏觀物體的物質(zhì)波了。
[0015]圖2為U形軟磁鐵定子的無軸電動機示意圖，轉(zhuǎn)子在U形軟磁鐵定子的電磁場和重力組成弧形勢阱上，弧形勢阱保持轉(zhuǎn)子穩(wěn)定持續(xù)轉(zhuǎn)動。
[0016]無軸電動機的定子線圈繞制時，要考慮是否使用鐵芯，如果使用空心線圈作為定子，那么線圈一定繞制成圓柱形，這樣線圈內(nèi)部的弧形，就自然為轉(zhuǎn)子穩(wěn)定轉(zhuǎn)動提供了弧形勢阱；如果使用線圈和鐵芯組合為定子，線圈一般繞制成截面為長方形，這樣鐵芯就容易選擇，而弧形勢阱需要另外制作弧形的凹面。
[0017]無軸電動機的轉(zhuǎn)子，可以選擇硬幣直接使用；也可以制作表面有圖案的圓盤形轉(zhuǎn)子，可以選擇軟鐵磁材料，或者永磁體和軟鐵磁材料組合制作的方式。
[0018]必要時，可以配合變頻器(或變頻變壓器)、頻閃儀等一起使用。
[0019]物質(zhì)波觀察實施例
在使用硬幣作為轉(zhuǎn)子時，可以觀察的現(xiàn)象大體為兩種情況:一種是硬幣僅有垂直軸的轉(zhuǎn)動，這種情況比較少一些。只有垂直軸轉(zhuǎn)動的情況下，硬幣的兩個面都可以看到，兩個面重疊在一起。這是視覺暫留現(xiàn)象，歷史上的鳥入籠子就為人類所熟知(一個圓盤，一面畫上一只鳥，另一面畫上一只籠子，當(dāng)圓盤繞著直徑(垂直軸)轉(zhuǎn)動時，由于視覺暫留的原因，鳥和籠子重合在一起，好像鳥走入了籠子一樣，稱為鳥入籠子)。第二種情況是，硬幣在垂直軸轉(zhuǎn)動的情況下，還伴隨水平軸的快速轉(zhuǎn)動，這種情況比較多，即比第一種情況硬幣只有垂直軸的轉(zhuǎn)動的情況多(后來發(fā)現(xiàn)這和定子線圈通電后的交變磁場的強弱有關(guān))。伴隨水平軸的轉(zhuǎn)動，硬幣只能夠被看到一個面，另一個面“消失”了。隨著每次硬幣轉(zhuǎn)動的情況不同，有時看到正面，有時看到反面，兩個面不可能同時看到。從任意的角度和位置去看，只能夠看到硬幣的一個面。
[0020]硬幣轉(zhuǎn)動時，看到硬幣的兩個面重合在一起的情況稱為“鳥入籠子”，只能看到硬幣的一個面而另一個面消失的情況稱為“鳥飛籠丟”。硬幣在無軸電動機中轉(zhuǎn)動時只能夠看到一個面的鳥飛籠丟現(xiàn)象稱為轉(zhuǎn)動干涉。
[0021]物質(zhì)波:轉(zhuǎn)動干涉和微觀粒子的干涉是一致的，光的波粒二象性，其波動性是通過狹縫后光發(fā)生了干涉現(xiàn)象，這是靜態(tài)的干涉，兩個狹縫(或更多狹縫，如光柵)的干涉證明了光的波動性，而電子等粒子因為可以相互干涉而稱為物質(zhì)波。硬幣轉(zhuǎn)動時，本來應(yīng)該看到鳥入籠子的現(xiàn)象，可是卻出現(xiàn)鳥飛籠丟的結(jié)果，這是硬幣轉(zhuǎn)動方式引起的干涉現(xiàn)象，稱為轉(zhuǎn)動干涉。從斜上方的角度如果看到硬幣的正面，那么從斜下方的角度看到的就是硬幣的背面，斜上方和斜下方位置的不同看到不同的正面或者背面，這和光的干涉現(xiàn)象的明暗條紋實質(zhì)上是一致的，因此稱為宏觀物體的物質(zhì)波。
[0022]轉(zhuǎn)動干涉的特點:特點一，水平軸轉(zhuǎn)動依賴:硬幣在伴有水平軸轉(zhuǎn)動的情況下，只能夠看到一個面，而另一個面看不到好像是丟失了，即鳥飛籠丟的現(xiàn)象，這是轉(zhuǎn)動干涉；如果只有垂直軸轉(zhuǎn)動而沒有水平軸的轉(zhuǎn)動，硬幣兩個面都可以看到，鳥入籠子，兩個面重疊在一起，這種轉(zhuǎn)動并沒有引起轉(zhuǎn)動干涉。特點二，單色性依賴:硬幣的表面某一部分如果涂上不同的顏色，這時即使有水平軸的轉(zhuǎn)動，這些不同顏色的部分還是不會發(fā)生鳥飛籠丟的現(xiàn)象，而是被看到，即兩個面上的不同顏色的部分重合在一起。特點三，水平軸轉(zhuǎn)動依賴和單色性依賴的消失:采用多層硬幣作為轉(zhuǎn)子仳如使用5個硬幣用4塊小的薄圓片釹鐵硼磁鐵粘在一起)，用無軸電動機驅(qū)動，轉(zhuǎn)子太過于重了，因此不可能發(fā)生水平軸轉(zhuǎn)動，而硬幣的顏色不同，比如I角和5角硬幣顏色不同，但是仍然只看到一個面?，F(xiàn)在，這種轉(zhuǎn)動干涉和光的干涉就更加一致了。光的干涉是明暗相間的條紋或者彩色交替的條紋，多層硬幣組成的轉(zhuǎn)子的特點是，觀察者的眼睛移動一點位置，觀察到的硬幣表面就會交替，即I角和5角硬幣表面圖案交替，據(jù)此，轉(zhuǎn)動干涉，運動引起的干涉，可以看做和光的狹縫引起的干涉等價了。干涉是波的特性，無軸電動機驅(qū)動的硬幣轉(zhuǎn)動體現(xiàn)了干涉的特性，這就是宏觀物體的物質(zhì)波。
[0023]使用頻閃儀光源來觀察轉(zhuǎn)動的硬幣，用變頻器改變定子線圈的交流電的頻率，硬幣轉(zhuǎn)速和頻閃儀的頻閃頻率成整數(shù)倍關(guān)系時，看到的硬幣的表面就突破了頻閃儀工作的特點和原理，這也是硬幣的轉(zhuǎn)動干涉的重要特點之一。
【權(quán)利要求】
1.一種無軸電動機，包括轉(zhuǎn)子和定子，其特征在于:轉(zhuǎn)子為圓盤狀鐵磁材料，轉(zhuǎn)子置于定子形成的交變磁場內(nèi)，通過以單相交流電的定子線圈可以驅(qū)動轉(zhuǎn)子持續(xù)轉(zhuǎn)動，所述的定子是由放置轉(zhuǎn)子的開口弧形勢阱和繞有線圈的管狀載體構(gòu)成，定子線圈接單向交流電；轉(zhuǎn)子傾斜的轉(zhuǎn)動狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)動干涉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無軸電動機，其特征在于:所述的定子呈圓筒狀，線圈纏繞于筒體的外壁，轉(zhuǎn)子自由放置在筒體內(nèi)；所述的定子被橫向放置，轉(zhuǎn)子可以任意的置于筒體內(nèi)壁的任何位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無軸電動機，其特征在于:所述定子是由線圈纏繞體和弧形托盤構(gòu)成，所述的線圈纏繞體為鐵磁性材料，所述的線圈纏繞體的截面呈U形，線圈纏繞在U形的底部，所述的弧形托盤平放在U形口，轉(zhuǎn)子擺放于弧形放置盤上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無軸電動機，其特征在于:轉(zhuǎn)子為軟鐵磁材料或永磁體和軟磁材料的組合體，或為有鐵磁性的硬幣，圓盤狀轉(zhuǎn)子的兩面可設(shè)有各種圖案和造型。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無軸電動機，其特征在于:轉(zhuǎn)子受弧形勢阱的限制，可位于定子線圈周圍的任意位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的無軸電動機，其特征在于:所述的定子只有一組線圈，工作電源為單相交流電，轉(zhuǎn)子從零速啟動自動達到同步轉(zhuǎn)速而穩(wěn)定轉(zhuǎn)動。
【文檔編號】H02N15/00GK104079211SQ201410346556
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】張建軍, 侯在濱 申請人:侯在濱, 張建軍