CN101401286B - 磁力发动机 - Google Patents

Abstract

目的在于通过磁力形成一种力矩。发动机包括转子和一个定子，其中有磁铁和高导磁率材料(2)。定子由具有磁极的磁铁(1)组成，这些磁铁(1)以交错方式布置，逐渐更接近转子磁铁(3)，从而形成对转子的吸引并产生转动。围绕定子端的转子的各磁铁(3)在关于轴转动时形成发动机。它用于在脚踏车中推进力矩。

Description

磁力发动机

技术领域

本专利基于发动机的技术领域，更具体地，涉及磁力发动机。

背景技术

存在转子是由永久磁铁构成的，而在定子上有电流流过的线圈的发动机。在这种类型的发动机中，通常只有一个部件具有磁材料(磁铁)，磁铁一般位于转子中。

也有些装置在定子和转子中都有磁铁，以产生转动力矩。本申请文件中的装置属于这第二种。如果提到了其它的例子，则所引用的是专利JP56110483和EP256132。

现有技术

磁屏罩(magnetic shield)通过吸引磁铁的磁通量而起作用。与本申请文件最相符的专利是JP56110483；该专利示出一种位于定子中的倾斜磁铁，当转子靠近定子时，定子中的倾斜磁铁吸引转子中的倾斜磁铁，同样，当转子离开定子时，定子中的倾斜磁铁吸引磁屏罩，因为磁屏罩受磁铁的吸引。这样，磁屏罩无法脱离定子磁铁的磁场。为解决该问题，本发明的申请文件所提供的优点是：可以形成具有逐渐交错的多个磁铁的定子，并且吸引转子的定子的磁极总是最接近转子，以使转子以加速度到达最后的顶端磁铁，并克服磁屏罩的吸引。对磁极的正确布置是必要的，这是因为，相对于具有多于一个磁铁的分组，如果首先进入定子的转子磁极和该定子端的磁极具有相反的极性符号，则无法发生转动(因为它们在该端相互吸引)，或者如果最接近转子的每一定子磁铁所显现的磁极与转子磁极具有相同的极性符号，则无法发生转动(因为它们相互排斥)。

在专利JP56110483中，面对定子的转子磁铁中似乎只有一个磁极，因为如果有两个磁极，则当转子磁铁进入定子时，它们将导致相互排斥。另外，如果转子磁铁中有两个磁极，则倾斜的磁屏罩将遮蔽受定子吸引的磁极，因为磁屏罩吸引最接近的磁铁的磁通量。

如果改变磁极的布置，则如果最靠近的磁极具有相同的极性符号则磁铁无法相对于另一个磁铁转动。

如果专利JP56110483中的转动方向是相反的，即转子首先通过磁屏罩区域进入，之后在本发明的申请文件中将提到：与在本发明的申请文件中一样，具有两个磁极的定子的表面需要与定子的对称轴平行；相对于转子具有相反极性的定子磁极(该磁极受转子吸引并且最接近另一定子端)需要处于与转子所划的圆的切线相平行的表面内，因为如果该表面是倾斜的，则由于位于另一端(转子首先通过该端而进入)的相反磁极较低所以不存在对相反磁极的吸引力。

为形成发动机，需要固定的定子和围绕它转动的可移动的转子。在典型布置中，转子围绕它的轴转动，而定子组件位于附近的区域中。但是，如果在转子和定子中都布置磁铁，考虑到磁铁发出磁通量，则需要找到一种最佳的方法，使得当转子磁铁/组件进入也具有磁铁的定子时能够转动。对于转子组件来说，最好的方式是在平行于定子的对称轴的平面内围绕同一轴转动，围绕定子划同心圆，并且更接近地环绕具有顶端磁铁的定子端，其中定子是棱柱形状的结构(图6)。显而易见的是，该布置利用定子和转子之间的最佳磁相互作用表面产生转动，而其它的布置使相互作用的旋转力矩减半。因此，这是本发明的申请文件涉及在转子和定子中都有磁铁的情况下形成磁力发动机的最重要的优点之一。

磁铁发出磁通量，在它们相距一定距离时磁通量产生磁相互作用。如果两个磁铁彼此靠近，则它们的磁通量被叠加到一起，但它们不具有与它们被分开时一样的效果。因此，像专利JP56110483中那样利用同一平面上的多个定子磁铁来形成发动机是不可行的，除非定子关于很长的转子轴布置在不同的平面内，分离开使它们的磁通量不再相互作用的足够距离。本发明的申请文件中所提供的优点是在发动机中只形成一个定子块的磁铁布置。如果我们希望使发电机更紧凑，则需要使定子为棱柱状。这避免了使转动无效的不希望的多个定子间的叠加，并且不需要延长转子轴。

发明内容

本装置的目的是只使用磁铁的能量来产生转动，而无需其它形式的能量。该装置由定子和转子组成，其中具有用于提供转动所需的力的磁铁，该转动是由于转子和定子间产生了磁吸引而产生的。

转子：

依赖于构成定子的材料，转子可以仅包括高导磁率材料，仅包括磁铁，或者二者的组合。

位于转子内的磁铁可以围绕它的轴在臂上转动，从而划出圆。磁铁可以具有倾斜角或者没有太大的倾斜，并且它可以在最接近定子的端具有切面。另外，在一些面上可以使用高导磁率材料屏蔽磁铁，当该高导磁率材料将磁通量重定向到其它区域时，防止了过多的磁通量泄漏，从而封闭了磁路。

通过未被屏蔽的磁铁面和定子之间的磁吸引使转子产生运动。如果转子的磁铁未被屏蔽，则在以更接近定子的方式转动的转子磁极和该定子间产生相互作用。

可以无需磁铁而仅使用高导磁率材料来形成转子组件，因为这些材料对构成定子的磁铁具有很大的吸引。

定子：

定子包括一组磁铁和具有高导磁率的材料，或者仅包括磁铁。

组成分组的磁铁可以是矩形的或者是环形的，它们可以在面对转子的侧具有斜切面，并且在它们之间相对于定子的对称轴它们可以有微小的锐角倾斜。

在吸引模式下以交错布置的方式将磁铁布置得很接近并且相互平行，在该交错布置中，各磁铁的外部磁极与定子轴之间的距离逐渐增大并逐渐更靠近转子组件，直到最大限制或顶端磁铁，为了防止定子块一端的磁通量外泄，挨着顶端磁铁布置由高导磁率材料制成的屏罩(图1)。因此，定子的一端表现为一种磁极，另一端表现出相反的磁极但该磁极被磁屏罩屏蔽。磁屏罩的合适的几何形状使得可以把磁通量再次引导到所有的磁铁和定子的相反磁极，因此磁路是封闭的。为了更好地封闭定子中的磁路，可以使高导磁率材料沿着定子轴远离末端磁铁而延伸(图1)，或者可选地，可以在该端布置另一磁屏罩(图2)，从而在定子两端具有两个面积不同的磁屏罩。另外，如果磁屏罩没有充分地屏蔽定子的最大面的磁通量，或者如果我们不想屏蔽转子磁铁，则可以非常接近地挨着磁屏罩放置薄磁铁，以使一旦转子经过就排斥转子。

可以将离转子组件的运动最远的定子磁铁布置得稍微倾斜，以防止转子在通过离转动最远的定子端进入时引起排斥。

如果交错布置的定子磁铁具有轴向的磁化方向，则面对转子的侧在平行于定子轴的表面上具有两个磁极(图2)，或者如果该表面是倾斜的(图1)，则最靠近转子的磁极是吸引转子的磁极。

定子中多个磁铁的分组导致转子的加速度。可以产生旋转运动的一种方式为：当磁铁/转子组件通过具有较少表面面积并且表现出与进入定子的转子侧相同的磁极的端进入定子时，由于存在对最接近磁屏罩和转子的最后的顶端磁铁的磁极的磁吸引，磁铁被吸引向另一端的顶端磁铁和磁屏罩，并且在经过吸收表面面积最大的定子端的磁通量的磁屏罩之后，转子不再经历与定子的磁相互作用，从而产生转动力矩。

转子的转动方向依赖于转子吸引的方向。因此，一些图示出以相反方向转动、首先进入磁屏罩区域的转子(图3和图4)。例如图3示出：如果在定子中使用具有倾斜角的角度磁铁，则转子首先被吸引向磁屏罩，然后被吸引向顶端磁铁的相反磁极。

形成定子的另一方法是仅使用磁铁；如以上所述那样在吸引模式下将具有相同特性的磁铁交错布置得相互接近并完全平行，在这些磁铁之间相对于转子组件的距离逐渐减小，显示出递增系列(progression)，直到顶端磁铁，顶端磁铁具有斜切面与定子轴相平行的倾斜的相互作用表面；然后，可以以与顶端磁铁相互排斥的方式布置磁铁或磁铁组(图5)，或者可选地，挨着顶端磁铁呈递减系列的角度磁铁，或者二者的组合。通过这种方式，可以使转子在经过定子中的顶端磁铁之后被排斥，从而产生转动力矩。在该改变中，未被屏蔽的转子在通过定子的一端进入时发生运动，它以加速度向顶端的磁铁运动，并且在经过该顶端之后，位于定子另一端的其它磁铁将引起对它的排斥。通过磁相互作用，第一吸引，然后排斥，产生这里的运动。

在限定了可被形成的转子和两种定子的类型之后，需要对两种元件的布局进行说明。对于转子磁通量来说，适当地进入定子并且显示为无太多的排斥或者具有磁相互作用最佳的表面的最好的方式，需要转子组件围绕具有顶端磁铁的定子端，在平行于定子对称轴的平面内转动(图6)；显而易见的是，转子和定子间的这种布置非常重要，因为它们是发出磁通量的磁铁。另外，为了避免定子间的磁通量的叠加，可以减少用于构成发动机的定子块的数量。因此，通常发动机中只布置一个棱柱状的定子。发动机的更典型的布置包括围绕轴转动的转子组件和位于接近转动的侧面区域上的定子块(图7)。为使转子正确地进入定子，需要像锯齿那样以交错的方式布置角度磁铁，使吸引转子的磁极呈现为更接近转子。

定子需要两个逐渐更接近地面对转子的磁极，即使它们不是相同的磁铁，当具有只示出一个磁极并且布置在转子的两侧的磁铁时(图8)，也可以产生对末端屏罩的吸引。

附图说明

图1-定子由呈递增系列的具有斜切面的磁铁(1)而形成。构成磁屏罩的高导磁率材料(2)位于表面面积最大的面上。磁屏罩沿着对称轴向另一定子端延伸。转子具有被高导磁率材料(2)屏蔽的磁铁。

图2-定子磁铁(1)不具有斜切面。在定子的两端都有构成磁屏罩的高导磁率材料(2)。挨着表面面积最大的磁屏罩有一薄磁铁(4)。转子磁铁(3)未被屏蔽。

图3和图4-未被屏蔽的转子磁铁(3)首先进入布置有磁屏蔽材料(2)的端，并且它被定子磁铁(1)吸引。

图5-递增布置磁铁(1)直到倾斜的顶端磁铁，然后递减布置角度磁铁(5)或者相排斥的磁铁(6)。

图6-转子组件围绕具有顶端磁铁的定子端在平行于定子对称轴的平面内转动。

图7-定子磁铁(1)具有斜切面，但是它们逐渐接近转子。构成磁屏罩的材料(2)布置为挨着顶端磁铁。转子磁铁(3)具有成螺旋状布置的臂。

图8-定子磁铁(1)只展现出一种可选择的磁极，它们逐渐更接近转子组件(7)，并布置在转子组件(7)的两侧。定子磁铁(1)将转子组件(7)吸引向顶端磁铁和构成磁屏罩的材料(2)。

具体实施方式

形成具有转子和只有一个定子的发动机(图6)，转子具有磁铁(3)。为了形成定子，将磁铁(1)布置得分离开一定距离，以避免涡流(eddy current)，并将它们相互平行地布置在吸引模式下，且在定子轴两侧呈递增系列，形成具有两个不同表面面积的端的棱柱，直到最大的限制或顶端磁铁，该顶端磁铁是最接近转子组件的转动的磁铁。靠近该顶端磁铁，由高导磁率材料(2)构成的磁屏罩被布置得完全平行于具有定子的最后的磁极的面，以减少从定子的该端泄漏的磁通量。如果使用表现出轴向磁化方向的磁铁(1)，则将其表面上具有两个磁极的面布置成面对转子磁铁(3)，并且将吸引转子组件的磁极布置得最接近磁屏罩和顶端磁铁(图1)。

转子可以包括磁铁(3)和高导磁率材料(2)。磁铁和屏蔽材料之间的距离可以变化。转子还可以仅包括未被屏蔽的磁铁(3)，但是如果具有轴向的磁化方向的磁铁组成定子和转子，则首先进入定子磁铁(1)的转子磁铁(3)的磁极是这样的磁极：与它进入所通过的端具有相同极性，并且吸引最接近另一定子端的具有相反极性的顶端磁铁的磁极。

依赖于转子磁铁(3)的倾斜，可能存在不同方向的转动。在图1和图2中，例如，转子磁铁(3)轻微地向具有最小表面面积的定子端倾斜，该定子端是转子磁铁(3)在转动过程中通过它首先进入的定子端。可选地，如图3和图4所示，转子磁铁(3)的第一磁极首先通过磁屏罩端进入，并被最接近另一定子端的顶端磁铁的相反的磁极所吸引，为此，以下是必要的：面对转子的定子的具有两个磁极的表面要平行于定子的对称轴，并且与转子所划的圆在磁屏罩的点处的切线大体上平行，因为如果该表面是倾斜的则不存在吸引力。

转子组件布置在可以关于同一轴转动的臂上，从而围绕棱柱状的定子划出同心圆。需要将转子组件布置为相比于另一端更接近定子一端的顶端磁铁和磁屏罩，来使其它围绕定子，在平行于转子中的唯一定子的对称轴的平面内转动。

工业实用性

当前，发动机不能完全如期望那样地工作。将来可能会发现促进更自动的转动的精确的磁力，以及磁铁可以负担而不消磁的负载的程度；另外，发动机在温度方面表现为升高。

因为它不像当前的自动发动机那样工作，因此其将包括有助于转动力矩的装置。使转子经过定子磁铁是困难的，它需要帮助。因此，限定了这样的装置：它可以用于脚踏车的踏板，因为该处理实际上对踏板有帮助。暂时地，可以以非常小的转动在注意到转动的中断后获得强大的转动力矩。

Claims (3)

1.一种使用磁铁的磁场能的磁力发动机，包括转子和定子；转子围绕转动轴相对于定子转动；转子包括磁铁(3)和高导磁率材料(2)；转子和定子磁铁具有分开一定距离的磁极，在转子和定子之间产生磁相互作用，从而产生转动力矩；其特征在于：至少有一个具有两个相反的磁极的棱柱状定子，这两个磁极与转子磁铁(3)相距不同的距离；定子的一个区由以吸引的模式关于定子的对称轴交错布置的一组磁铁(1)组成，这些磁铁相互完全平行，直到定子的顶端磁铁，顶端磁铁是磁相互作用表面最接近转子磁铁(3)的磁铁；定子的另一个区挨着顶端磁铁，并且所述定子的另一个区包括高导磁率材料(2)，所述高导磁率材料(2)被布置成具有与顶端磁铁的磁极充分平行并接近顶端磁铁的磁极的最大的表面。

2.根据权利要求1所述的磁力发动机，其特征在于，形成定子的磁铁(1)在面对转子的一侧具有两个磁极。

3.根据权利要求1所述的磁力发动机，其特征在于，首先进入定子的转子磁铁(3)的磁极具有与位于定子端的磁铁(1)的磁极相同的磁极性，该定子端为转子磁铁(3)通过它而进入定子的定子端。

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