阅读说明：本技术 层叠电容电动机 (Laminated capacitor motor ) 是由 张嘉伟 于 2019-11-29 设计创作，主要内容包括：本发明属于静电电机技术领域，具体涉及一种层叠电容电动机，包括线圈和与输出轴固定连接的第一转轴，线圈设有四个电流霍尔传感器，第一转轴外侧套设有若干层电容传动组件，线圈桥式连接有第一绝缘双极型晶体管组、第二绝缘双极型晶体管组、第三绝缘双极型晶体管组和第四绝缘双极型晶体管组，四个电流霍尔传感器分别于第一绝缘双极型晶体管组、第二绝缘双极型晶体管组、第三绝缘双极型晶体管组和第四绝缘双极型晶体管组连接，本发明可以在较小的体积里面输出更大的力矩，且不需要对材料的过分需求和对转子位置的精准控制。(The invention belongs to the technical field of electrostatic motors, and particularly relates to a laminated capacitor motor which comprises a coil and a first rotating shaft fixedly connected with an output shaft, wherein the coil is provided with four current Hall sensors, a plurality of layers of capacitor transmission assemblies are sleeved on the outer side of the first rotating shaft, the coil is in bridge connection with a first insulation bipolar transistor group, a second insulation bipolar transistor group, a third insulation bipolar transistor group and a fourth insulation bipolar transistor group, and the four current Hall sensors are respectively connected with the first insulation bipolar transistor group, the second insulation bipolar transistor group, the third insulation bipolar transistor group and the fourth insulation bipolar transistor group.)

层叠电容电动机

技术领域

本发明属于静电电机技术领域，具体涉及层叠电容电动机。

背景技术

电磁式电动机诞生于100多年前,Andrew Gordan发明了利用同号电荷相排斥、异号电荷相吸引原理的电铃和电弹力车，这可以看成是最早的利用静电驱动的例子。目前静电电动机的运用比较少，原因在于介电常数过小，无法提供过大力矩，目前市面或者文献上提供的静电电动机例如利用极化的弛豫的异步电机，或者电容式的同步电机最大的能达到牛米量级的力矩。如今微电子的发展，微电机也成为如今的研究课题之一，上述的两种方式存在一些缺点，弛豫电机对于材料的控制和制作工艺有较高要求，电容同步电机又需精准控制每个转子的位置，使得制作难度大。

发明内容

本发明的目的是：旨在提供层叠电容电动机，解决上述问题，既可以进行大力矩的输出也可以运用在微小物体的传动中，由于不需要任何的频率匹配，可以加在任何电机上面，作为一种辅助的输出，由于电荷几乎没有厚度使得很小的体积里面就可以储存很大的电荷量，从而静电电动机相比于传统的但靠磁场驱动的电机而言，可以在较小的体积里面输出更大的力矩，而相比于同步或者异步静电电机而言，不需要对材料的过分需求和对转子位置的精准控制。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种层叠电容电动机，包括线圈、与输出轴固定连接的第一转轴、第一接线端子、第二接线端子、第三接线端子和第四接线端子，所述线圈设有四个电流霍尔传感器，所述第一转轴外侧套设有若干层电容传动组件，所述电容传动组件包括第一滚珠、电容负极板、第二滚珠、电容正极板和第二转轴，所述第一滚珠位于电容负极板内壁一侧，且所述第一滚珠表面粗糙，所述电容负极板和电容正极板内部均均匀分布有第一绝缘树脂，所述第二滚珠位于电容负极板与电容正极板之间，且所述第二滚珠表面光滑，所述电容正极板和第二转轴之间设有第二绝缘树脂，所述第一转轴与第二转轴均连接有与输出轴固定连接的第三转轴。

第一接线端子和第二接线端子之间与第三接线端子和第四接线端子之间连接相同的交流电源，所述第一接线端子分别与四个电流霍尔传感器的第一电流检测端口连接，所述第二接线端子连接有电阻，所述电阻另一端连接有与第一接线端子连接的第二电容，所述电阻另一端还与四个电流霍尔传感器的第二电流检测端口连接，四个所述电流霍尔传感器的反相输出端均接地，四个所述电流霍尔传感器的输出端分别连接有第一绝缘双极型晶体管组、第二绝缘双极型晶体管组、第三绝缘双极型晶体管组和第四绝缘双极型晶体管组，所述第一绝缘双极型晶体管组和第四绝缘双极型晶体管组均由两个相同的NPN型绝缘双极型晶体管组成，所述第二绝缘双极型晶体管组和第三绝缘双极型晶体管组均由两个相同的PNP型绝缘双极型晶体管组成，所述第一绝缘双极型晶体管组和第四绝缘双极型晶体管组的NPN型绝缘双极型晶体管栅极与第二绝缘双极型晶体管组和第三绝缘双极型晶体管组的PNP型绝缘双极型晶体管栅极均与相对应的电流霍尔传感器输出端连接，所述第一绝缘双极型晶体管组其中一个NPN型绝缘双极型晶体管的源极和另一个NPN型绝缘双极型晶体管的漏极均与第三接线端子连接，所述第一绝缘双极型晶体管组剩余的源极和漏极均与线圈左侧接线端连接，所述第二绝缘双极型晶体管组其中一个PNP型绝缘双极型晶体管的源极和另一个PNP型绝缘双极型晶体管的漏极均与第三接线端子连接，所述第二绝缘双极型晶体管组剩余的源极和漏极均与线圈右侧接线端连接，所述第三绝缘双极型晶体管组其中一个PNP型绝缘双极型晶体管的源极和另一个PNP型绝缘双极型晶体管的漏极均与第四接线端子连接，所述第三绝缘双极型晶体管组剩余的源极和漏极均与线圈左侧接线端连接，所述第四绝缘双极型晶体管组其中一个NPN型绝缘双极型晶体管的源极和另一个NPN型绝缘双极型晶体管的漏极均与第三接线端子连接，所述第四绝缘双极型晶体管组剩余的源极和漏极均与线圈右侧接线端连接。

采用本发明技术方案，电容负极板内部均匀分布第一绝缘树脂，防止涡流热损耗；电容正极板和第二转轴之间设置第二绝缘树脂不仅能够防止涡流热损耗，而且第二绝缘树脂将电容正极板和第二转轴固定连接在一起，同步转动；NPN型绝缘双极型晶体管与PNP型绝缘双极型晶体管作为高频电子开关，同时使用两个保证线路的双向导通；使用四个电流霍尔传感器分别同步控制第一绝缘双极型晶体管组、第二绝缘双极型晶体管组、第三绝缘双极型晶体管组和第四绝缘双极型晶体管组，避免第一绝缘双极型晶体管组、第二绝缘双极型晶体管组、第三绝缘双极型晶体管组和第四绝缘双极型晶体管组之间电流相互影响；通过电阻和第二电容组成的积分电路，将第一接线端子和第二接线端子之间输入电源的电流增加四分之一周期的相位后流入电流霍尔传感器中；

设第一接线端子和第二接线端子之间与第三接线端子和第四接线端子之间连接相同的交流电源为余弦交流电，在前四分之一个周期，电流由波峰逐渐减小至零，此时，由于电阻和第二电容组成的积分电路，将第一接线端子和第二接线端子之间输入电源的电流增加四分之一周期的相位后流入电流霍尔传感器中，由于为高电平，使得电流霍尔传感器动作，NPN型绝缘双极型晶体管接通，PNP型绝缘双极型晶体管截止，第一绝缘双极型晶体管组和第四绝缘双极型晶体管组双向导通使得线圈的电流与输入的交流电源相同，由波峰逐渐减小至零，线圈内的涡旋电场由零增至波峰，并使得电容正极板沿着一方向转动，而电容负极板反向转动；在第二个四分之一周期，电流霍尔传感器流入的电流为由波峰到零的高电平，因此同理，电流霍尔传感器打开，NPN型绝缘双极型晶体管接通，第一绝缘双极型晶体管组和第四绝缘双极型晶体管组双向导通使得线圈的电流与输入的交流电源相同，由零降至波谷，线圈内的涡旋电场由波峰降至零，电容正极板和电容负极板继续沿着之前的方向转动；在第三个四分之一周期，由于电流霍尔传感器流入的电流为由零降至波谷的低电平，电流霍尔传感器动作，NPN型绝缘双极型晶体管截止，PNP型绝缘双极型晶体管接通，此时，第二绝缘双极型晶体管组与第三绝缘双极型晶体管组双向导通，由于输入的交流电源的电流由波谷逐渐增至零，而第二绝缘双极型晶体管组和第三绝缘双极型晶体管组与线圈的连接方式与第一绝缘双极型晶体管组和第四绝缘双极型晶体管组与线圈的连接方式相反，因此线圈电流再次由波峰逐渐减小至零，线圈内的涡旋电场再次由零增至波峰，电容正极板和电容负极板继续沿着之前的方向转动；同理在第四个四分之一周期，电流霍尔传感器流入的电流为由波谷逐渐增至零的低电平，NPN型绝缘双极型晶体管截止，PNP型绝缘双极型晶体管接通，第二绝缘双极型晶体管组与第三绝缘双极型晶体管组双向导通，线圈电流由零逐渐减小至波谷，线圈内的涡旋电场由波峰降至零，电容正极板和电容负极板继续沿着之前的方向转动，因此第一接线端子和第二接线端子之间与第三接线端子和第四接线端子之间接通电源后，电容正极板一直沿着一方向转动，而电容负极板一直反向转动；由于第二滚珠表面光滑，同一电容传动组件内的电容正极板与电容负极板之间反相转动时摩擦阻力减少，电容正极板带动第二转轴转动，同时由于第一滚珠表面粗糙，电容负极板相对电容正极板反相转动时，带动第一滚珠滚动，使得该电容传动组件包裹的内一层电容传动组件的电容正极板或第一转轴受到第一滚珠的摩擦力而与电容负极板的转动方向相反，且提供力矩，通过线圈和若干电容传动组件的配合，使得第一转轴和第二转轴同向转动，而第一转轴与第二转轴均和第三转轴连接，通过将叠层电容电机安装在输出轴上，使得输出轴获得较大的力矩，其力矩能够达到nm级，超过普通的静电电动机；由于层叠电容电动机结构简单，体积较小，不仅可以单独使用，还能够配合其他电机进行辅助输出；而只要第一接线端子和第二接线端子之间与第三接线端子和第四接线端子之间连接相同的交流电源便可以工作，不需要任何的频率匹配；本发明既可以进行大力矩的输出也可以运用在微小物体的传动中，由于不需要任何的频率匹配，可以加在任何电机上面，作为一种辅助的输出，由于电荷几乎没有厚度使得很小的体积里面就可以储存很大的电荷量，从而静电电动机相比于传统的但靠磁场驱动的电机而言，可以在较小的体积里面输出更大的力矩，而相比于同步或者异步静电电机而言，不需要对材料的过分需求和对转子位置的精准控制。

进一步限定，四个所述电流霍尔传感器位于线圈外侧。这样的结构，避免电流霍尔传感器被干扰。

进一步限定，所述电容负极板和电容正极板均为铝制极板。这样的结构，结构简单且降低成本。

本发明与现有技术相对比既可以进行大力矩的输出也可以运用在微小物体的传动中，并且由于不需要任何的频率匹配，使用限制小，可以加在任何电机上面，作为一种辅助的输出，由于电荷几乎没有厚度使得很小的体积里面就可以储存很大的电荷量，从而静电电动机相比于传统的但靠磁场驱动的电机而言，可以在较小的体积里面输出更大的力矩，而相比于同步或者异步静电电机而言，不需要对材料的过分需求和对转子位置的精准控制。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本发明一种层叠电容电动机实施例的机械结构示意图；

图2为本发明一种层叠电容电动机实施例的第一转轴、第二转轴和第三转轴的装配结构示意图；

图3为本发明一种层叠电容电动机实施例的电路示意图；

图4为本发明一种层叠电容电动机实施例1中接入余弦交流电源后第一接线端子和第二接线端子之间与第三接线端子和第四接线端子之间的电流与时间的坐标图；

图5为本发明一种层叠电容电动机实施例1中电流霍尔传感器第一电流检测端口和第二电流检测端口之间的电流与时间坐标图；

图6为本发明一种层叠电容电动机实施例1中线圈电流与时间坐标图；

图7为本发明一种层叠电容电动机实施例1中线圈内的涡旋电场与时间坐标图；

主要元件符号说明如下：

线圈1、电流霍尔传感器11、第一转轴2、电容传动组件3、第一滚珠31、电容负极板32、第一绝缘树脂321、第二滚珠33、电容正极板34、第二转轴35、第三转轴36、第一接线端子41、第二接线端子42、第三接线端子43、第四接线端子44、电阻5、第二电容51、第一绝缘双极型晶体管组61、第二绝缘双极型晶体管组62、第三绝缘双极型晶体管组63、第四绝缘双极型晶体管组64。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

实施例1

如图1-7所示，一种层叠电容电动机，包括线圈1、与输出轴固定连接的第一转轴2、第一接线端子41、第二接线端子42、第三接线端子43和第四接线端子44，线圈1设有四个电流霍尔传感器11，第一转轴2外侧套设有若干层电容传动组件3，电容传动组件3包括第一滚珠31、电容负极板32、第二滚珠33、电容正极板34和第二转轴35，第一滚珠31位于电容负极板32内壁一侧，且第一滚珠31表面粗糙，电容负极板32和电容正极板34内部均均匀分布有第一绝缘树脂321，第二滚珠33位于电容负极板32与电容正极板34之间，且第二滚珠33表面光滑，电容正极板34和第二转轴35之间设有第二绝缘树脂36，第一转轴2与第二转轴35均连接有与输出轴固定连接的第三转轴36，第一滚珠31和第二滚珠33均由蔷薇辉石制成；

第一接线端子41和第二接线端子42之间与第三接线端子43和第四接线端子44之间连接相同的交流电源，第一接线端子41分别与四个电流霍尔传感器11的第一电流检测端口连接，第二接线端子42连接有电阻5，电阻5另一端连接有与第一接线端子41连接的第二电容51，电阻5另一端还与四个电流霍尔传感器11的第二电流检测端口连接，四个电流霍尔传感器11的反相输出端均接地，四个电流霍尔传感器11的输出端分别连接有第一绝缘双极型晶体管组61、第二绝缘双极型晶体管组62、第三绝缘双极型晶体管组63和第四绝缘双极型晶体管组64，第一绝缘双极型晶体管组61和第四绝缘双极型晶体管组64均由两个相同的NPN型绝缘双极型晶体管组成，第二绝缘双极型晶体管组62和第三绝缘双极型晶体管组63均由两个相同的PNP型绝缘双极型晶体管组成，第一绝缘双极型晶体管组61和第四绝缘双极型晶体管组64的NPN型绝缘双极型晶体管栅极与第二绝缘双极型晶体管组62和第三绝缘双极型晶体管组63的PNP型绝缘双极型晶体管栅极均与相对应的电流霍尔传感器11输出端连接，第一绝缘双极型晶体管组61其中一个NPN型绝缘双极型晶体管的源极和另一个NPN型绝缘双极型晶体管的漏极均与第三接线端子43连接，第一绝缘双极型晶体管组61剩余的源极和漏极均与线圈1左侧接线端连接，第二绝缘双极型晶体管组62其中一个PNP型绝缘双极型晶体管的源极和另一个PNP型绝缘双极型晶体管的漏极均与第三接线端子43连接，第二绝缘双极型晶体管组62剩余的源极和漏极均与线圈1右侧接线端连接，第三绝缘双极型晶体管组63其中一个PNP型绝缘双极型晶体管的源极和另一个PNP型绝缘双极型晶体管的漏极均与第四接线端子44连接，第三绝缘双极型晶体管组63剩余的源极和漏极均与线圈1左侧接线端连接，第四绝缘双极型晶体管组64其中一个NPN型绝缘双极型晶体管的源极和另一个NPN型绝缘双极型晶体管的漏极均与第三接线端子43连接，第四绝缘双极型晶体管组64剩余的源极和漏极均与线圈1右侧接线端连接。

采用本发明技术方案，电容负极板32和电容正极板34内部均均匀分布第一绝缘树脂321，防止涡流热损耗；电容正极板34和第二转轴35之间设置第二绝缘树脂36不仅能够防止涡流热损耗，而且第二绝缘树脂36将电容正极板34和第二转轴35固定连接在一起，同步转动；NPN型绝缘双极型晶体管与PNP型绝缘双极型晶体管作为高频电子开关，同时使用两个保证线路的双向导通；使用四个电流霍尔传感器11分别同步控制第一绝缘双极型晶体管组61、第二绝缘双极型晶体管组62、第三绝缘双极型晶体管组63和第四绝缘双极型晶体管组64，避免第一绝缘双极型晶体管组61、第二绝缘双极型晶体管组62、第三绝缘双极型晶体管组63和第四绝缘双极型晶体管组64之间电流相互影响；通过电阻5和第二电容51组成的积分电路，将第一接线端子41和第二接线端子42之间输入电源的电流增加四分之一周期的相位后流入电流霍尔传感器11中；

工作原理：设第一接线端子41和第二接线端子42之间与第三接线端子43和第四接线端子44之间连接相同的交流电源为余弦交流电，在前四分之一个周期，电流由波峰逐渐减小至零，此时，由于电阻5和第二电容51组成的积分电路，将第一接线端子41和第二接线端子42之间输入电源的电流增加四分之一周期的相位后流入电流霍尔传感器11中，由于为高电平，使得电流霍尔传感器11动作，NPN型绝缘双极型晶体管接通，PNP型绝缘双极型晶体管截止，第一绝缘双极型晶体管组61和第四绝缘双极型晶体管组64双向导通使得线圈1的电流与输入的交流电源相同，由波峰逐渐减小至零，线圈内的涡旋电场由零增至波峰，并使得电容正极板34沿着一方向转动，而电容负极板32反向转动；在第二个四分之一周期，电流霍尔传感器11流入的电流为由波峰到零的高电平，因此同理，电流霍尔传感器11打开，NPN型绝缘双极型晶体管接通，第一绝缘双极型晶体管组61和第四绝缘双极型晶体管组64双向导通使得线圈1的电流与输入的交流电源相同，由零降至波谷，线圈1内的涡旋电场由波峰降至零，电容正极板34和电容负极板32继续沿着之前的方向转动；在第三个四分之一周期，由于电流霍尔传感器11流入的电流为由零降至波谷的低电平，电流霍尔传感器11动作，NPN型绝缘双极型晶体管截止，PNP型绝缘双极型晶体管接通，此时，第二绝缘双极型晶体管组62与第三绝缘双极型晶体管组63双向导通，由于输入的交流电源的电流由波谷逐渐增至零，而第二绝缘双极型晶体管组62和第三绝缘双极型晶体管组63与线圈1的连接方式与第一绝缘双极型晶体管组61和第四绝缘双极型晶体管组64与线圈1的连接方式相反，因此线圈1电流再次由波峰逐渐减小至零，线圈内的涡旋电场再次由零增至波峰，电容正极板34和电容负极板32继续沿着之前的方向转动；同理在第四个四分之一周期，电流霍尔传感器11流入的电流为由波谷逐渐增至零的低电平，NPN型绝缘双极型晶体管截止，PNP型绝缘双极型晶体管接通，第二绝缘双极型晶体管组62与第三绝缘双极型晶体管组63双向导通，线圈1电流由零逐渐减小至波谷，线圈内的涡旋电场由波峰降至零，电容正极板34和电容负极板32继续沿着之前的方向转动，因此第一接线端子41和第二接线端子42之间与第三接线端子43和第四接线端子44之间接通电源后，电容正极板34一直沿着一方向转动，而电容负极板32一直反向转动；由于第二滚珠33表面光滑，同一电容传动组件3内的电容正极板34与电容负极板32之间反相转动时摩擦阻力减少，电容正极板34带动第二转轴35转动，同时由于第一滚珠31表面粗糙，电容负极板32相对电容正极板34反相转动时，带动第一滚珠31滚动，使得该电容传动组件3包裹的内一层电容传动组件3的电容正极板34或第一转轴2受到第一滚珠31的摩擦力而与电容负极板32的转动方向相反，且提供力矩，通过线圈1和若干电容传动组件3的配合，使得第一转轴2和第二转轴35同向转动，而第一转轴2与第二转轴35均和第三转轴36连接，通过将叠层电容电机安装在输出轴上，使得输出轴获得较大的力矩，其力矩能够达到nm级，超过普通的静电电动机；由于层叠电容电动机结构简单，体积较小，不仅可以单独使用，还能够配合其他电机进行辅助输出；而只要第一接线端子41和第二接线端子42之间与第三接线端子43和第四接线端子44之间连接相同的交流电源便可以工作，不需要任何的频率匹配；本发明既可以进行大力矩的输出也可以运用在微小物体的传动中，由于不需要任何的频率匹配，可以加在任何电机上面，作为一种辅助的输出，由于电荷几乎没有厚度使得很小的体积里面就可以储存很大的电荷量，从而静电电动机相比于传统的但靠磁场驱动的电机而言，可以在较小的体积里面输出更大的力矩，而相比于同步或者异步静电电机而言，不需要对材料的过分需求和对转子位置的精准控制。

优选，四个电流霍尔传感器11位于线圈1外侧。这样的结构，避免电流霍尔传感器11被干扰。实际上，也可以根据具体情况考虑使用其他连接方式或结构避免电流霍尔传感器11被干扰。

优选，电容负极板32和电容正极板34均为铝制极板。这样的结构，结构简单便于加工且降低成本。实际上，也可以根据具体情况考虑使用其他的材质极板以便于加工。

上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。