无轴电动的制造方法
【专利摘要】本发明公开了电磁科研领域的科普教具和特殊工作需要的电动机，一种无轴电动机，包括转子和定子，其特征在于：转子为圆盘状铁磁材料，转子悬浮在定子形成的交变磁场内，转子在交变磁场的驱动下转动，所述的定子是由放置转子的开口弧形势阱和绕有线圈的管状载体构成，空心线圈在单相交流电作用下形成闭合磁路；绕有线圈的U形软铁磁在单相交流电作用下形成非闭合磁路，U形软磁铁定子的电磁场和重力组成弧形势阱，弧形势阱保持转子稳定持续转动。本发明具有结构新颖、用途广泛、制造成本低和容易实现等优点。
【专利说明】无轴电动机
【技术领域】
[0001]本发明涉及电磁科研领域的科普教具和特殊工作需要的电动机，一种无轴电动机。
【背景技术】
[0002]在现有技术中，电动机必须在有转轴和轴承的情况下才能够工作，转轴受到轴承的限制，转动时始终绕着一个固定的轴转动，不可能发生进动和倾斜。无轴电动机因为没有转轴和轴承的限制，转动时可以以更加自由的方式转动。无轴电动机在稳定持续转动时，转子转动的特点表现在同时发生:1.垂直轴的转动；2.水平轴的转动；3.转子本身是以它自身的直径为轴转动，不以某一固定直径为轴，而是任意一条直径为轴，并且不断地变化着；
4.转动时伴随进动和倾斜；5.定子在交变磁场中以上述方式运动的同时，还可以发生前后周期性的移动，或者进动形成一个圆周轨迹式的伴随运动。
[0003]在量子力学中光的波粒二象性是一个重要的物理概念，其波动性是通过狭缝后光发生了干涉现象，这是静态的干涉，两个狭缝(或更多狭缝，如光栅)的干涉证明了光的波动性，而电子等粒子因为可以相互干涉而称为物质波。目前常规的测量仪器无法实现对物质波的观察。
[0004]
【发明内容】
[0005]本发明的目的是突破现有技术的局限，设计一种特殊状态的电磁驱动型电动机，利用转子的进动倾斜旋转效果，可作为科普教具和特殊工作需要的电动机使用，并且作为一种新领域科研探索的工具。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的:
一种无轴电动机，包括转子和定子，其特征在于:转子为圆盘状铁磁材料，转子置于定子形成的交变磁场内，转子在交变磁场的驱动下转动，所述的定子是由放置转子的开口弧形势阱和绕有线圈的管状载体构成，转子自由的摆放于开口容器形成的空间中；定子线圈接交流电。本专利采用开口容器作为磁场空间，在一个半闭合的磁场内进行磁作用力，从而改变传统转子与定子磁场关系，所产生的不同在于，使转子绕中心做公转，同时转子进行了自转，由此便会产生子大量了物理现象供教具使用。
[0007]对上述技术方案作进一步的改进，所述的定子呈圆筒状，线圈缠绕在于筒体的外壁，转子自由放置在筒体内；所述的定子被横向放置，转子可以任意的置于筒体内的任何位置。
[0008]所述定子是由线圈缠绕体和弧形放置盘构成，所述的线圈缠绕体的截面呈U形，线圈缠绕在U形的底部，所述的弧形放置盘平放在U形口，转子摆放于弧形放置盘上。
[0009]在磁场条件合适的情况下，借助弧形势阱的支持，转子可以在定子线圈的任意位置持续稳定转动；转子在交变磁场的驱动下以进动和倾斜方式转动；转子为软铁磁材料或永磁体和软磁材料组合体，或用有铁磁性的硬币，圆盘状转子的两面可设有各种图案和造型，转子的表面设计有不同的雕刻图案用来观察转动干涉这种宏观物体的物质波；转子受弧形势阱的限制，可位于定子线圈周围的任意位置；定子只有一组线圈，工作电源为单相交流电，转子从零速启动自动达到同步转速而稳定转动，如果需要获得不同的转速，定子线圈的电源可以采用变频器驱动。在科研中，如果希望获得更高的转速，可以把转子放入真空容器内的弧形势阱中。
[0010]本发明具有以下有益效果:
无轴电动机是特殊状态的电磁驱动型电动机，在没有转轴和轴承限制的情况下，转动时会伴随进动倾斜，实现宏观物体的物质波，可以作为科普教具、特殊工作需要的电动机使用，并且作为一种新领域的科研探索的工具。具有结构新颖、用途广泛、制造成本低和容易实现的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为空心线圈定子的无轴电动机示意图；
图2为U形软磁铁定子的无轴电动机示意图。
[0012]图中:转子1、空心线圈无轴电动机内部的弧形势阱2、空心线圈定子的无轴电动机3、U形软磁铁定子的转子转动时的弧形势讲4和U形铁磁性定子5。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和实施例对本发明的内容做进一步的说明:
无轴电动机的工作原理是转子(硬币或其他圆盘状软磁性材料)在交变磁场被磁化，磁场冻结在转子中，因此转子转动时的频率和定子线圈的交变电磁场的频率完全一致，是一种新式的同步电动机。当转子使用永磁体和软磁性材料组合使用的情况下，转子转速还是和定子线圈的交变电磁场的频率完全一致。无轴电动机只有一组线圈，工作时通以单相交流电，转子可以直接从零速启动自动达到同步转速而稳定的转动。如果转子仅仅使用软磁性材料，因为转子必须首先被磁化后才能够被定子线圈磁场驱动，因此需要比较大的交变磁场条件。转子在定子线圈内部空间自由跳动，一般需要O到10秒的时间，即可稳定的转动;稳定转动后，降低磁场条件仍然可以实现稳定转动。转子如果采用永磁体和软磁性材料组合的方式制作，一般在3秒之内就可以自动启动并实现稳定转动。
[0014]图1所示的空心线圈定子的无轴电动机示意图，无轴电动机的空心线圈定子通以交流电后，就可以驱动转子连续转动，通过转子的进动和倾斜旋转就可以观察宏观物体的物质波了。
[0015]图2为U形软磁铁定子的无轴电动机示意图，转子在U形软磁铁定子的电磁场和重力组成弧形势阱上，弧形势阱保持转子稳定持续转动。
[0016]无轴电动机的定子线圈绕制时，要考虑是否使用铁芯，如果使用空心线圈作为定子，那么线圈一定绕制成圆柱形，这样线圈内部的弧形，就自然为转子稳定转动提供了弧形势阱；如果使用线圈和铁芯组合为定子，线圈一般绕制成截面为长方形，这样铁芯就容易选择，而弧形势阱需要另外制作弧形的凹面。
[0017]无轴电动机的转子，可以选择硬币直接使用；也可以制作表面有图案的圆盘形转子，可以选择软铁磁材料，或者永磁体和软铁磁材料组合制作的方式。
[0018]必要时，可以配合变频器(或变频变压器)、频闪仪等一起使用。
[0019]物质波观察实施例
在使用硬币作为转子时，可以观察的现象大体为两种情况:一种是硬币仅有垂直轴的转动，这种情况比较少一些。只有垂直轴转动的情况下，硬币的两个面都可以看到，两个面重叠在一起。这是视觉暂留现象，历史上的鸟入笼子就为人类所熟知(一个圆盘，一面画上一只鸟，另一面画上一只笼子，当圆盘绕着直径(垂直轴)转动时，由于视觉暂留的原因，鸟和笼子重合在一起，好像鸟走入了笼子一样，称为鸟入笼子)。第二种情况是，硬币在垂直轴转动的情况下，还伴随水平轴的快速转动，这种情况比较多，即比第一种情况硬币只有垂直轴的转动的情况多(后来发现这和定子线圈通电后的交变磁场的强弱有关)。伴随水平轴的转动，硬币只能够被看到一个面，另一个面“消失”了。随着每次硬币转动的情况不同，有时看到正面，有时看到反面，两个面不可能同时看到。从任意的角度和位置去看，只能够看到硬币的一个面。
[0020]硬币转动时，看到硬币的两个面重合在一起的情况称为“鸟入笼子”，只能看到硬币的一个面而另一个面消失的情况称为“鸟飞笼丢”。硬币在无轴电动机中转动时只能够看到一个面的鸟飞笼丢现象称为转动干涉。
[0021]物质波:转动干涉和微观粒子的干涉是一致的，光的波粒二象性，其波动性是通过狭缝后光发生了干涉现象，这是静态的干涉，两个狭缝(或更多狭缝，如光栅)的干涉证明了光的波动性，而电子等粒子因为可以相互干涉而称为物质波。硬币转动时，本来应该看到鸟入笼子的现象，可是却出现鸟飞笼丢的结果，这是硬币转动方式引起的干涉现象，称为转动干涉。从斜上方的角度如果看到硬币的正面，那么从斜下方的角度看到的就是硬币的背面，斜上方和斜下方位置的不同看到不同的正面或者背面，这和光的干涉现象的明暗条纹实质上是一致的，因此称为宏观物体的物质波。
[0022]转动干涉的特点:特点一，水平轴转动依赖:硬币在伴有水平轴转动的情况下，只能够看到一个面，而另一个面看不到好像是丢失了，即鸟飞笼丢的现象，这是转动干涉；如果只有垂直轴转动而没有水平轴的转动，硬币两个面都可以看到，鸟入笼子，两个面重叠在一起，这种转动并没有引起转动干涉。特点二，单色性依赖:硬币的表面某一部分如果涂上不同的颜色，这时即使有水平轴的转动，这些不同颜色的部分还是不会发生鸟飞笼丢的现象，而是被看到，即两个面上的不同颜色的部分重合在一起。特点三，水平轴转动依赖和单色性依赖的消失:采用多层硬币作为转子仳如使用5个硬币用4块小的薄圆片钕铁硼磁铁粘在一起)，用无轴电动机驱动，转子太过于重了，因此不可能发生水平轴转动，而硬币的颜色不同，比如I角和5角硬币颜色不同，但是仍然只看到一个面。现在，这种转动干涉和光的干涉就更加一致了。光的干涉是明暗相间的条纹或者彩色交替的条纹，多层硬币组成的转子的特点是，观察者的眼睛移动一点位置，观察到的硬币表面就会交替，即I角和5角硬币表面图案交替，据此，转动干涉，运动引起的干涉，可以看做和光的狭缝引起的干涉等价了。干涉是波的特性，无轴电动机驱动的硬币转动体现了干涉的特性，这就是宏观物体的物质波。
[0023]使用频闪仪光源来观察转动的硬币，用变频器改变定子线圈的交流电的频率，硬币转速和频闪仪的频闪频率成整数倍关系时，看到的硬币的表面就突破了频闪仪工作的特点和原理，这也是硬币的转动干涉的重要特点之一。
【权利要求】
1.一种无轴电动机，包括转子和定子，其特征在于:转子为圆盘状铁磁材料，转子置于定子形成的交变磁场内，通过以单相交流电的定子线圈可以驱动转子持续转动，所述的定子是由放置转子的开口弧形势阱和绕有线圈的管状载体构成，定子线圈接单向交流电；转子倾斜的转动状态发生转动干涉。
2.根据权利要求1所述的无轴电动机，其特征在于:所述的定子呈圆筒状，线圈缠绕于筒体的外壁，转子自由放置在筒体内；所述的定子被横向放置，转子可以任意的置于筒体内壁的任何位置。
3.根据权利要求1所述的无轴电动机，其特征在于:所述定子是由线圈缠绕体和弧形托盘构成，所述的线圈缠绕体为铁磁性材料，所述的线圈缠绕体的截面呈U形，线圈缠绕在U形的底部，所述的弧形托盘平放在U形口，转子摆放于弧形放置盘上。
4.根据权利要求1所述的无轴电动机，其特征在于:转子为软铁磁材料或永磁体和软磁材料的组合体，或为有铁磁性的硬币，圆盘状转子的两面可设有各种图案和造型。
5.根据权利要求3所述的无轴电动机，其特征在于:转子受弧形势阱的限制，可位于定子线圈周围的任意位置。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的无轴电动机，其特征在于:所述的定子只有一组线圈，工作电源为单相交流电，转子从零速启动自动达到同步转速而稳定转动。
【文档编号】H02N15/00GK104079211SQ201410346556
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月21日 优先权日:2014年7月21日
【发明者】张建军, 侯在滨 申请人:侯在滨, 张建军