CN101867334A - 磁力发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机，尤其涉及一种磁力发动机，本发明包括U型管、工字型管、两个活塞和与活塞连接的输出轴，U型管的两端口分别与工字型管一侧的两端口连接，所述的U型管和工字型管中间的直线段外包裹有线圈；所述的活塞设置在工字型管与U型管连接处且活塞外设有线圈，所述的U型管和工字型管内充有磁流体；所述包裹在两个活塞外的线圈的感应磁场方向相同，所述包裹在U型管中间直线段外的线圈和包裹在工字型管中间直线段外的线圈产生的感应磁场方向相反。本发明通过包裹在U型管和工字型管中间直线段外的线圈产生的感应磁场分别对两活塞有吸引力和排斥力，并通过活塞和输出轴对外做功。本发明具有能量利用率高，功率高等优点。

Description

磁力发动机

技术领域

本发明涉及一种发动机，尤其涉及一种磁力发动机。

背景技术

目前发动机仍然以内燃机为主，无论是汽油机还柴油机，均以碳质燃料作为能源，在内燃机使用过程中因为燃料的不完全燃烧以及燃烧不充分均会导致污染，其次是燃烧后的产物之一二氧化碳加剧了温室效应；内燃机的使用效率一般都比较低下，严重的浪费了能源，使得运行成本提高。

中国专利局于2009年10月28日公开了公开号为CN101567649A的申请专利文献，名称为：一种磁力发动机，该发动机包括安装在曲柄一侧或两侧的动力机和磁感应发电组件，以及与曲柄的曲柄部位相连的磁动力组件；其中磁动力组件能为曲柄增加输出功率，且磁动力组件可直接利用磁感应发电组件提供电能或依靠电瓶提供电能，以使该磁力发动机利用消耗磁能和动力机能量的方式来提高其输出功率。该发动机由于增加了磁感应发电组件使得整个装置复杂化，在使用过程中装置的可靠性偏低。

发明内容

本发明主要解决了：传统的发动机使用时能耗大、污染严重等问题，提供了一种结构相对简单、使用无污染、能源使用率高的磁力发动机。

本发明采用的技术方案为：磁力发动机包括U型管、工字型管、两个活塞和与活塞连接的输出轴，U型管的两端口分别与工字型管一侧的两端口连接，所述的U型管中间的直线段外包裹有线圈，所述的工字型管中间的直线段外包裹有线圈；所述的活塞设置在工字型管与U型管连接处并与工字型管相配合，输出轴一端固定在活塞的相应端面的中部，输出轴另一端穿过工字型管的通孔并从工字型管另一侧的端口中伸出；所述活塞外包裹有线圈且以输出轴的运动方向为轴，所述输出轴在沿其伸长方向上处开有通孔，输出轴与活塞的连接端开有与通孔相连的电流供给通道，输出轴的另一端开有与通孔相连的出线孔，线圈的引线一端从输出轴的电流供给通道处穿入输出轴的通孔并从输出轴另一端出线孔穿出；所述的工字型管另一侧的两个端口处设有与输出轴相配合的密封盖；所述的U型管和工字型管内充有磁流体；所述包裹在两个活塞外的线圈的感应磁场方向相同，所述包裹在U型管中间直线段外的线圈和包裹在工字型管中间直线段外的线圈产生的感应磁场方向相反。

U型管和工字型管连接后，由于包裹在U型管中间直线段外的线圈和包裹在工字型管中间直线段外的线圈产生的感应磁场方向相反，两个感应磁场形成电磁线在U型管和工字型管中形成闭合的回路；设置在工字型管与U型管连接处的两个活塞的外部包裹有线圈，但两个线圈的感应磁场方向相同，这必然导致其中一个感应磁场的磁感线方向与整个回路中的磁感线的方向相反，另一个感应磁场的磁感线方向与整个回路中的磁感线的方向相同，则两个活塞将分别受到两个相反方向的磁场力；一个活塞将拉动与之连接的连杆，另一个活塞将推动与之连接的连杆，两个活塞的运动方向正好相反，利用电磁场之间的斥力和吸引力对外做功。

活塞设置在工字型管与U型管连接处并与工字型管相配合，活塞所在的工字型管的一端部管道即为活塞活动范围所在；活塞外部包裹有线圈，线圈的引线一端从输出轴的电流供给通道处穿入输出轴的通孔并从输出轴另一端出线孔穿出，这样线圈中电流可以在设备外部进行调节，进而可以对活塞所受到的作用力进行调节。工字型管和U型管外的线圈中的电流也是可调的，根据需要调节两处线圈中的电流，进而调节整个回路中的磁场强度。

U型管和工字型管内充有磁流体，在对包裹在U型管和工字型管外的线圈通电时，增强线圈产生的磁场强度，同时减少在U型管和工字型管组成的磁感线回路中的漏磁，将两个线圈产生的感应磁场的磁感线都集中在磁流体内部。

作为优选，两活塞外的线圈的引线并联连接在电源线上；可以分别控制两活塞外的线圈的感应磁场强度以及方向。

作为优选，所述的U型管和工字型管的连接处设有直管，直管的两端分别与U型管和工字型管嵌套连接或螺纹连接，所述的活塞设置在直管内，活塞与直管相配合；增加直管可以增加活塞的运动行程，同时在针对不同运动行程的需要时，只需要选择不同长度的直管，就可以改变活塞的运动行程，扩大使用范围且更换方便。为了增加连接处的密封性，作为优选，在连接处设有密封垫。

作为优选，U型管包括一个直管和两个90度弯管，直管的两端分别与两个90度弯管的一端嵌套连接或螺纹连接；工字型管包括两个90度三通和一个直管，直管的两端分别与两个90度三通的一端嵌套连接或螺纹连接；U型管和工字型管均采用组合式结构，可以通过给改变结构中的两个直管的长度来改变U型管和工字型管两侧的宽度，进而可以改变整个结构的体积，同理可以通过改变90度弯管和90度三通的端口各个端口长度来改变整个结构的体积，采用不同尺寸的组合可以扩大使用范围，其次是便于更换维修，根据实际需要调节选择最佳组合。

作为优选，所述U型管的直管和U型管的两个90度弯管的连接处均设有法兰，U型管直线段外的线圈通过法兰固定在直管外。所述工字型管的直管和工字型管的两个90度三通的连接处均设有法兰，工字型管中间直线段外的线圈通过法兰固定在直管外。设置法兰，便于安装固定线圈。

作为优选，所述活塞上缠绕线圈的端面设有下凹的台阶，活塞呈工字型，线圈绕在台阶上；设有下凹的台阶，便于缠绕线圈。

作为优选，所述活塞采用软磁材料。采用软磁材料，可以增加活塞外包裹的线圈产生感应磁场，同时也便于调节感应磁场的强度。

作为优选，U型管和工字型管采用功能陶瓷制作。作为优选，90度弯管、90度三通以及所有的直管均采用功能陶瓷；功能陶瓷为氮化铝，对环境没有污染，具有不导电、不导磁、导热良好的性能且具有高强度结构。

本发明取得的有益效果：1)使用时，对环境无污染；2)结构简单，整个装置采用的零部件较少，安装加工方便；3)采用组合式结构，根据实际需要来选择调节如整个装置的体积、活塞的行程等。适用面更广，且便于更换。

其次本发明磁力发动机具有极高效率：

每一种燃料都有它的能量密度(J/m³)，相应的燃料在发动机中燃烧会产生一定的压强(N/m²)，压强是一种能做功的势能。我们将压强与能量密度之比，并得出一个说明发动机本征效率的参数-能量利用率：

η＝Nm^-2/Jm^-3＝N*m/J........................................(1)

式(1)说明每个焦耳能做多少功。这是对动力装置将能量转换成可以做功的定量指标。即：效率的极限值。它忽略了所有的中间损耗环节，直接指出装置的效率可以达到的最高目标值。

一个电磁系统，包含有磁介质和气隙，他的总的磁能密度

$E_m=\frac{B^2}{2{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{\μ}}_{r1}}+\frac{B^2}{2{\mathrm{\μ}}_0}(J/m^3)...\left(2\right)$

前者是介质的磁能密度，后者为气隙的磁能密度。而在气隙中产生的吸力强度(称为压强)是：

$P_m=\frac{B^2}{{2\mathrm{\μ}}_0}(N/m^2)...\left(3\right)$

式(3)右边式子只要上下各乘以长度(m)就是功率密度。

根据式(1)(2)(3)，机器的极限效率(能量利用率)

$\mathrm{\η}=\frac{P_m}{E_m}=\frac{{\mathrm{\μ}}_r}{{\mathrm{\μ}}_r+1}...\left(4\right)$

这就是电磁系统的能量利用率。它直接与介质的相对磁导率有关。

式(4)说明μ_r大，用同样大小的电流，就能产生较大的磁场，故而能产生较大的力。举例如下表：

μr	1	10	100	1000
					η(％)	50	90.9	99	99.9

表(1)磁导率与极限效率的关系

现计算磁力发动机的能量利用率：

磁场的吸引力：

$f=\frac{B^2}{{2\mathrm{\μ}}_0}\·S=P\·S...\left(5\right)$

在磁力发动机中，活塞两个端面均受到同样大小的排斥力和吸引力，并且方向相同：一个端面是推力、另一个端面是拉力。因此，在横截面面积不变的情况下，P增加了一倍，即对磁力发动机来说，其单位面积的受力变成

$P=2\frac{B^2}{{2\mathrm{\μ}}_0}=\frac{B^2}{{\mathrm{\μ}}_0}...\left(6\right)$

将结果代入式(4)得：

$\mathrm{\η}=\frac{P_m}{E_m}=\frac{{\mathrm{\μ}}_r}{{\mathrm{\μ}}_r+\frac{1}{2}}=\frac{{2\mathrm{\μ}}_r}{{2\mathrm{\μ}}_r+1}...\left(7\right)$

在同样的μ_r下，与式(4)比较：双活塞、吸力和推力都利用起来的能量利用率与极限效率的关系如表(2)所示。

μr	1	10	100	1000
					η(％)	67	95	99.5	99.95

表(2)磁导率与极限效率的关系(双活塞磁力电动机)

从上述比较可知，将排斥力和吸引力都利用起来的优点非常明显。

当然磁力发动机的效率尚未计入机械阻力、电损耗(铜损、铁损)和漏磁等损耗。这些损耗都是已知的，将具体损耗计算在内，就能算出真实磁力发动机的实际效率。

具有代表性的名车发动机产生的压强(N/cm²)可根据下式计算而得：

型号	奔驰S600	康明斯
			排量(L)缸数(n)	5.5/12	3.8/12
功率(kw)	380	1176
			扭矩(N.m)	830	5470
缸径(mm)	82	159
			行程(mm)	87	159
压强(N/m2*104)	30.10	28.71
			所用燃料能量密度(J/m3*107)	3.47	3.7
能量利用率η10-3	8.6	7.76

表(3)名车的能量利用率

从上表可以看出，奔驰轿车燃烧汽油，能量利用率为8.6*10^-3，康明斯用柴油，能量利用率为7.76*10^-3.可见燃料的能量大部分以热的形式消耗掉了。

再是内燃机的燃料燃烧之后，产生压力，作用于活塞端面，推动活塞做功。但产生的压强随着行程的增加(亦即体积的增加)，压强迅速下降，所以内燃机的行程不能太长，这就造成另一个结果：曲轴的直径不能做得过大，由于扭矩M＝F·R，所以扭矩也受到限制。

但对磁力电动机，有如下特点：作用于活塞端面的压强(p)在整个行程中在可控电流保持不变时，则整个行程中的力保持不变。因此，它的行程是可长可短。所以曲轴半径可长可短，对于输出的扭矩，可根据需要设定，非常灵活。

最后是本发明的输出功率大；

电磁铁的最大吸引力为：

$f=P\·S=\frac{B^2}{{2\mathrm{\μ}}_0}\·S...\left(9\right)$

将μ₀＝4π·10^-7H/m，B按Gs为单位，S按厘米平方为单位，f按Kg为单位，代人得：

$f={\left(\frac{B}{5000}\right)}^2\·S...\left(10\right)$

其中，B(Gs)S(cm²)f(Kg)

根据磁铁S极N极对称性，同极性的排斥力也为f。

由于电磁铁的最大吸引力，按单位面积引力强度计为：

又根据本装置结构特点(两个活塞共受到4个力两个吸引力两个排斥力)，则：

在B＝1(T)＝1000(Gs)时

P_吸＝P_斥＝16kg/cm²

这个压强在整个行程始终保持不变，这与燃油发动机的“做功”行程中，压强随行程增加迅速下降的明显的差别，也是一个显著的特点。以下是按式(8)计算的各种汽车发动机的输出压强，作为比较。

附图说明

图1为本发明工作时结构的一种示意图；

图2为本发明工作时结构的第二种示意图；

图3为本发明工作时结构的第三种示意图；

图中：1-U型管，2-磁流体，3-线圈，4-活塞，5-工字型管，6-输出轴，7-密封盖，8-连杆，9-曲柄，10-直管，11-90度弯管，12-法兰，51-90度三通；A、B表示本发明的两侧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例1：一种磁力发动机(参见附图1)，包括U型管1、工字型管5、两个活塞4和与活塞4连接的输出轴6，U型管1的两端口分别与工字型管5一侧的两端口连接，U型管5中间的直线段外包裹有线圈3并将线圈3固定，工字型管5中间的直线段外包裹有线圈3并将线圈3固定；活塞4设置在工字型管5与U型管1连接处并与工字型管5相配合，输出轴6一端固定在活塞4的相应端面的中部，输出轴6另一端穿过工字型管5的通孔并从工字型管5另一侧的端口中伸出；活塞4外以输出轴6的运动方向为轴包裹有线圈3并将线圈3固定，输出轴6在沿其运动方向上处开有通孔，输出轴6与活塞4的连接端开有与通孔相连的电流供给通道，输出轴6的另一端开有与通孔相连的出线孔，输出轴6外的线圈3的引线一端从输出轴6的电流供给通道处穿入输出轴6的通孔并从输出轴6另一端出线孔穿出；工字型管5另一侧的两个端口处设有与输出轴6相配合的密封盖7；所述的U型管1和工字型管5内充有磁流体2；包裹在两个活塞4外的线圈3的感应磁场方向相同，包裹在U型管1中间直线段外的线圈3和包裹在工字型管5中间直线段外的线圈3产生的感应磁场方向相反；输出轴6从工字型管5中伸出的一端与连杆8的一端连接，连杆8另一端与曲柄9连接；活塞4上缠绕线圈3的端面设有下凹的台阶，活塞4呈工字型，线圈3固定在台阶上。

工作时，向包裹在U型管1中间直线段外的线圈3和包裹在工字型管5中间直线段外的线圈3中通以电流，且使得这两个线圈3产生的感应磁场方向相反；这两个线圈3产生的感应磁场的磁感线经过U型管1和工字型管5形成一个闭合的回路，由于U型管1和工字型管5中充有磁流体2，它把感应电场产生的磁感线都集中在磁流体2内部，使得产生的感应磁场的漏磁减少。同时也向包裹在活塞4外的线圈3通电，且两个活塞4外的线圈3产生的感应磁场的方向相同，由于活塞4设置在U型管和工字型管5的连接处，两个活塞4外的线圈3产生的感应磁场处在前面所述的两个线圈3产生的感应场的中间(参见附图1)，并处在前面所述形成回路的磁感线上；又因为两个活塞4外的线圈3产生的感应磁场的方向相同，则这两个感应磁场分别受到两个相反方向的磁场力。

某时刻，通电后包裹在两个活塞4外的线圈3的感应磁场方向相同，左侧的为S极、右侧为N极；包裹在工字型管5外的线圈3产生的感应磁场在A、B两侧分别为N极和S极，分别对A、B两侧的两个活塞4有排斥力F₁和吸附力F₂，即推动A侧的活塞向左运动，推动B侧活塞向右运动；包裹在U型管1中间直线段外的线圈3产生的感应磁场在A、B两侧分别为S极和N极，分别对A、B侧的两个活塞4有吸附力F₃和排斥力F₄，即推动A侧活塞4向左运动，推动B侧活塞4向右运动；通过调节4个线圈的通电电流，使得F₁、F₂、F₃和F₄相等，构成一个力矩。当活塞4走完一个行程后，改变线圈4中的电流方向，使得活塞反方向移动，如此往返运动。活塞4受到磁场力后沿着工字型管5的管道运动(参见附图1)，活塞4移动并带动输出轴6移动以及连杆8和曲柄9一起运动，对外做功。

实施例2：一种磁力发动机(参见附图2)，其基本结构与实施例1相同，不同之处为：U型管1和工字型管5的连接处设有直管10，直管10的两端分别与U型管1和工字型管5螺纹连接，活塞4设置在直管10内且活塞4与直管10相配合。

实施例3：一种磁力发动机(参见附图3)，其基本结构与实施例2相同，不同之处为：U型管1包括一个直管10和两个90度弯管11，直管10的两端分别与两个90度弯管11的一端螺纹连接；工字型管5包括两个90度三通51和一个直管10，直管10的两端分别与两个90度三通51的一端螺纹连接；U型管1和工字型管5均采用组合式结构。所述U型管1的直管10和U型管1的两个90度弯管11的连接处均设有法兰12，U型管1直线段外的线圈3通过法兰12固定在直管10外。所述工字型管5的直管10和工字型管5的两个90度三通51的连接处均设有法兰12，工字型管5中间直线段外的线圈3通过法兰12固定在直管10外。

使用时，根据实际情况，选择合适尺寸的U型管1和工字型管5。其工作原理基本与实施例1相同。

本发明磁力发动机以磁力来推动负载，并将磁力的吸引力和排斥力都利用起来，本发明的技术要点是能将电流经线圈产生的磁力，高效地传递到活动部件，以此高效地将电能转换成机械能。在此基础上的任何机械结构简单的变化就均落在本专利的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁力发动机，其特征在于：其包括U型管、工字型管、两个活塞以及与活塞连接的输出轴，U型管的两端口分别与工字型管一侧的两端口连接，所述的U型管中间的直线段外包裹有线圈，所述的工字型管中间的直线段外包裹有线圈；所述的活塞设置在工字型管与U型管连接处并与工字型管相配合，输出轴一端固定在活塞的相应端面的中部，输出轴另一端穿过工字型管的通孔并从工字型管另一侧的端口中伸出；所述活塞外包裹有线圈且以输出轴的运动方向为轴，所述输出轴在沿其伸长方向上处开有通孔，输出轴与活塞的连接端开有与通孔相连的电流供给通道，输出轴的另一端开有与通孔相连的出线孔，线圈的引线一端从输出轴的电流供给通道处穿入输出轴的通孔并从输出轴另一端出线孔穿出；所述的工字型管另一侧的两个端口处设有与输出轴相配合的密封盖；所述的U型管和工字型管内充有磁流体；所述包裹在两个活塞外的线圈的感应磁场方向相同，所述包裹在U型管中间直线段外的线圈和包裹在工字型管中间直线段外的线圈产生的感应磁场方向相反。

2.根据权利要求1所述的磁力发动机，其特征在于：所述的U型管和工字型管的连接处设有直管，直管的两端分别与U型管和工字型管嵌套连接或螺纹连接，所述的活塞设置在直管内，活塞与直管相配合。

3.根据权利要求1或2所述的磁力发动机，其特征在于：U型管包括一个直管和两个90度弯管，直管的两端分别与两个90度弯管的一端嵌套连接或螺纹连接；工字型管包括两个90度三通和一个直管，直管的两端分别与两个90度三通的一端嵌套连接或螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的磁力发动机，其特征在于：所述U型管的直管和U型管的两个90度弯管的连接处均设有法兰，U型管直线段外的线圈通过法兰固定在直管外。

5.根据权利要求3所述的磁力发动机，其特征在于：所述工字型管的直管和工字型管的两个90度三通的连接处均设有法兰，工字型管中间直线段外的线圈通过法兰固定在直管外。

6.根据权利要求4所述的磁力发动机，其特征在于：所述工字型管的直管和工字型管的两个90度三通的连接处均设有法兰，工字型管中间直线段外的线圈通过法兰固定在直管外。

7.根据权利要求6所述的磁力发动机，其特征在于：所述活塞上缠绕线圈的端面设有下凹的台阶，活塞呈工字型，线圈绕在台阶上。

8.根据权利要求7所述的磁力发动机，其特征在于：所述活塞采用软磁材料制作。

9.根据权利要求1所述的磁力发动机，其特征在于：U型管和工字型管采用功能陶瓷材料制作。

10.根据权利要求8所述的磁力发动机，其特征在于：90度弯管、90度三通以及所有的直管均采用功能陶瓷材料制作。

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