CN102005986A - 永磁能发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种永磁能发生装置，主要包括输入轴(1)、转子轭(2)、转子永磁体磁环(3)、摆子永久磁铁(4)、摇柄(5)、摇轴(6)和原动机。转子永磁体磁环是S磁极与N磁极相间排列的八极或八极以上的磁环；摆子磁铁有4个或4个以上，摆子磁铁设在摇柄上，摇柄设在摇轴上；摆子磁铁对称或平均分布在转子磁环的周围，其中，有一半摆子磁铁的S极向轴排列，另一半摆子磁铁的N极向轴排列；转子磁环的磁极数量是摆子磁铁的数量的2倍。转子磁环由原动机带动，用机械的方法将两组特定拓朴结构的恒定磁场转换成交变磁场，其中，一组磁场的作用力对轴相互抵消，另一组磁场的作用力转换成机械回转运动的动力，从而实现将永磁能转换成机械能。

Description

永磁能发生装置

技术领域

本发明涉及一种能源、动力系统，特别是一种将永磁能转换成机械能的永磁能发生装置。

技术背景

人类现在利用的能源主要有石油、煤、水力、风电、太阳能等，成本高、环境污染严重。

人们对磁铁的研究应用很广泛，但磁铁仅限于作为力传递的媒介。也有不少人试图利用磁力制造永动机，但由于没有理想的磁屏蔽材料，所以很难成功。如本人的“杠杆式磁力机”就是众多不成功的磁力机中的一个。

本发明用机械的方法将两组特定拓朴结构的恒定磁场转换成交变磁场，其中，一组磁场的作用力对轴相互抵消，另一组磁场的作用力转换成机械回转运动的动力，从而实现将永磁能转换成机械能。

发明内容

本发明是这样实现的：一种永磁能发生装置，主要包括输入轴(1)、转子轭(2)、转子永磁体磁环(3)、摆子永久磁铁(4)、摇柄(5)、摇轴(6)和原动机，其特征是转子永磁体磁环是S磁极与N磁极相间排列的八极或八极以上的磁环；摇轴有4条或4条以上，摇轴上设有摇柄，摆子永久磁铁有4个或4个以上，摆子永久磁铁设在摇柄上；摆子永久磁铁对称或平均分布在转子永磁体磁环的周围，其中，有一半摆子永久磁铁的S极向轴排列，另一半摆子永久磁铁的N极向轴排列；转子永磁体磁环的磁极数量是摆子永久磁铁数量的2倍，而且两者都是偶数；摆子永久磁铁与转子永磁体磁环相对而设且绕轴对称或平均分布；转子轭固定在输入轴上，转子永磁体磁环固定在转子轭上，原动机与输入轴联接。

工作原理：转子永磁体磁环由原动机带动，转子转动时，永磁体磁环相对于摆子永久磁铁是一个交变磁场，转子永磁体磁环与摆子永久磁铁交替产生吸力和斥力，一方面，摆子永久磁铁作用于转子永磁体磁环的吸力和斥力绕轴对称抵消，另一方面，转子永磁体磁环作用于摆子永久磁铁的交变的相吸相斥的磁力部分被转换成摇柄往复摆动的动力，通过摇轴向外输出机械往复回转运动的动力，从而实现将永磁能转换成机械能。

理论上摆子永久磁铁作用于转子永磁体磁环的吸力和斥力可以绕轴对称相互抵消，原动机只需克服磨擦力就可以带动转子转动，但实际上摆子永久磁铁和转子永磁体磁环的各个磁极的磁通量很难做到完全一致，转子转动多少会受到一点来自未能完全相互抵消的磁力的影响。

转子永磁体磁环作用于摆子永久磁铁的交变的相吸相斥的磁力也存在部分不能转换成摇柄往复摆动的动力的情况，如附图2所示，当摆子永久磁铁正对着磁环的磁极的时候，摆子永久磁铁两侧受到相同的吸力或斥力，摆子永久磁铁两侧受到的力相互抵消。转子永磁体磁环作用于摆子永久磁铁的交变的相吸相斥的磁力被转换成摇柄往复摆动的动力的比例与转子转动的速度也有关系，若转子转得较慢，摆子永久磁铁换向需较长的时间，则被转换成摇柄摆动动力的磁力较少，若转子转得较快，摆子永久磁铁换向时间较短，则被转换成摇柄摆动动力的磁力相对较多，因此，通过调节原动机的转速，可以控制永磁能发生装置输出机械往复回转运动动力的大小。

从总体上看，转子转动所需克服的阻力是很小的，而4个或4个以上的摆子永久磁铁各自受磁力的作用往复摆动，彼此不相抗，因此摆子永久磁铁摆动输出的机械往复回转运动的动力远远大于转子转动所需克服的阻力，从而实现能量的放大。

转子永磁体磁环的磁极数量是4的倍数，如8极、12极、16极、24极等等，用磁对极表述则是4对极、6对极、8对极12对极等等。八极永磁体磁环相当于磁环有4个S极向外、4个N极向外和4个S极向内、4个N极向内，12极永磁体磁环相当于磁环有6个S极向外、6个N极向外和6个S极向内、6个N极向内，余此类推。

摆子永久磁铁对称或平均分布在永磁体磁环的周围，摆子永久磁铁的数量是2的倍数，如4个、6个、8个、12个等等。转子永磁体磁环的磁极数量是摆子永久磁铁的数量的2倍，4个摆子永久磁铁与八极转子永磁体磁环匹配，6个摆子永久磁铁与12极转子永磁体磁环匹配，8个摆子永久磁铁与16极转子永磁体磁环匹配，余此类推。

摆子永久磁铁的尺寸不宜过大，也不宜过小，也要与转子永磁体磁环相匹配。以八极转子永磁体磁环周围的4个摆子永久磁铁为例，其设计方法是：首先确定摆子永久磁铁的摆动角度(如20度)，再确定摆子永久磁铁与转子永磁体磁环的间距，根据摆子永久磁铁的设计厚度画出圆环，将该圆环分成8等份，1个摆子永久磁铁的截面大小相当于圆环的1/8，2个摆子永久磁铁之间的间距在空间上也相当于圆环的1/8的直线距离。

八极永磁体磁环由8块S极与N极相间排列的永久磁铁组成，12极永磁体磁环由12块S极与N极相间排列的永久磁铁组成，16极永磁体磁环由16块S极与N极相间排列的永久磁铁组成，余此类推，组成永磁体磁环的永久磁铁的数量是摆子永久磁铁数量的2倍。

永磁体磁环是完整的磁环或间隔式磁环。组成完整的磁环的磁铁之间没有间隔，磁铁一个挨着一个连续排列；组成间隔式磁环的磁铁之间有间格，磁铁之间的间格留空或用非导磁性材料填充。

此外，可以利用充模或压模的方法制造一个完整的磁环，然后在一个特制的夹具中进行充磁，采用该方法加工出的八极或八极以上的永磁体磁环。

无论永磁体磁环是一个完整的磁环还是由多块永久磁铁组成的磁环，都适宜事先将磁环固定在转子轭上再用特制的夹具进行充磁。其制造方法与永磁电机的制造方法相同。

转子永磁体磁环为完整的圆形磁环或正多边形磁环，或者，转子永磁体磁环为间隔式圆形磁环或正多边形磁环。

组成永磁体磁环的永久磁铁为弧形或扇形或梯形或方形。摆子永久磁铁为弧形或扇形或梯形或方形永久磁铁。

转子永磁体磁环和摆子永久磁铁的磁极方向一般为径向，也可以做成切向或轴向。当转子永磁体磁环的磁极方向为轴向时，摆子永久磁铁设在转子永磁体磁环的一侧或两侧，相应地，摆子永久磁铁的磁极方向为轴向。

设在摇柄上的摆子永久磁铁有一段或一段以上，设在转子轭上的转子永磁体磁环有一段或一段以上。由于摆子永久磁铁及转子永磁体磁环不能像电磁铁和电磁铁磁环那样做得很大，为了加大机器的输出功率，永磁能发生装置可以做成多段式。

摇柄和转子轭用软铁材料制成，以利于导磁，如硅钢片、锰锌铁氧体等。

永磁能发生装置是如何将永磁能转换成机械能的呢？我们知道，当两个大小相等、方向相反的吸力或斥力同时发生作用时，其合力为零。如附图2、3、4、5所示，无论转子转到哪个角度，4个摆子永久磁铁作用于转子永磁体磁环的力都是可以相互绕轴对称抵消的，理论上转子只需克服磨擦力就可以转动。而转子永磁体磁环作用在4个摆子永久磁铁上的吸力和斥力却彼此不相抗，部分或大部分吸力和斥力都被转换成摇柄往复摆动的动力。摇柄往复摆动的动力远远大于原动机带动转子转动所需消耗的磨擦力。

转子永磁体磁环四周的摆子永久磁铁既可以S极与N极相间向轴排列，也可以参照步进电机的磁铁排列组合方式，按一定的规则排列组合。摆子永久磁铁的S极与N极的排列组合方式有：S-N-S-N或S-S-N-N或S-S-S-N-N-N或S-S-N-S-N-N或S-S-N-S-N-N-S-N等多种方式。

由于摆子永久磁铁只做往复摆动运动，而且摆子永久磁铁与转子永磁体磁环的距离不能过大，必须对摆子永久磁铁的摆动范围予以设定和限制，防止摆子永久磁铁与转子永磁体磁环相互碰撞。利用缓冲限位装置可以实现对摆子永久磁铁的摆动范围予以设定和限制。缓冲限位的方法有很多，其中最简单的有：在机架上设缓冲挡块、在传动轴上设挡板，缓冲挡块用弹璜和/或橡胶制成，在挡板上也可以加设弹璜和/或橡胶，以限制传动轴的往复回转角度，或者，在传动轴上设凸块机构，利用凸块机构限制传动轴的往复回转角度，或者，利用不完全齿轮机构限制齿轮的往复回转角度。用挡块、挡板或凸块机构或不完全齿轮机构缓冲限位的方法简单、成本低，缺点是机件磨损较大，噪音大。此外还可以利用磁力或液压式缓冲装置限制摇轴的回转角度。

所述原动机为电动机或起动机或水轮机或内燃机。

由于输入较小的能量可以输出较大的能量，所以原动机一般为配有蓄电池和转速调节器的电动机。电动机的调速方法有变极调速、变频调速、电阻调速、降压调速等多种调速方式，可以根据永磁能发生装置的不同用途选择合适的转速调节器。

机器启动时，需要输入外部能量，机器启动后，部分输出的能量以电能或机械能的方式转为原动机的动力，就无需另外输入能量了。

利用可以将机械往复回转运动的动力转换成机械旋转运动或机械往复运动动力的传动系统，将摇轴往复回转运动的动力转换成机械旋转运动或机械往复运动的动力，可以用来发电，也可以作为交通工具、机械设备的引擎等等。

附图说明

图1为本发明第一实施例结构示意图。

图2、图3、图4为永磁体磁环受力情况示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

第一实施例

参见图1，一种永磁能发生装置，主要包括输入轴(1)、转子轭(2)、转子永磁体磁环(3)、摆子永久磁铁(4)、摇柄(5)、摇轴(6)、蓄电池和电动机，其特征是转子永磁体磁环是由8块S磁极与N磁极相间排列的永久磁铁组成的八极磁环；摇轴有4条，摇轴上设有摇柄，摆子永久磁铁有4个，摆子永久磁铁设在摇柄上；摆子永久磁铁平均分布在转子永磁体磁环的周围，其中，有左边和右边两个摆子永久磁铁的S极向轴排列，上面和下面两个摆子永久磁铁的N极向轴排列；4个设在摇柄上的摆子永久磁铁与转子永磁体磁环相对而设且绕轴平均分布。电动机通过联轴器与输入轴联接，电动机启动所需的电源由蓄电池提供。单向箭头表示输入轴转动的方向，双向箭头表示摇轴做往复回转运动。转子由电动机带动，转子转动时，转子永磁体磁环相对于摆子永久磁铁是一个交变的磁场，转子永磁体磁环交替对摆子永久磁铁相吸、相斥，摇柄往复摆动，摇轴向外输出机械往复回转运动的动力。电动机设有转速调节器，通过调节转子的转速，控制摇轴输出机械往复回转运动动力的大小。

参见图2、图3、图4，直线箭头表示4个摆子永久磁铁作用于转子永磁体磁环的力，无论转子永磁体磁环旋转多少度，4个摆子永久磁铁作用于永磁体磁环的力都是绕轴对称抵消的。理论上转子转动不受磁力的影响，电动机只需克服磨擦力就可以带动转子转动。

Claims (10)

1.一种永磁能发生装置，主要包括输入轴(1)、转子轭(2)、转子永磁体磁环(3)、摆子永久磁铁(4)、摇柄(5)、摇轴(6)和原动机，其特征是转子永磁体磁环是S磁极与N磁极相间排列的八极或八极以上的磁环；摇轴有4条或4条以上，摇轴上设有摇柄，摆子永久磁铁有4个或4个以上，摆子永久磁铁设在摇柄上；摆子永久磁铁对称或平均分布在转子永磁体磁环的周围，其中，有一半摆子永久磁铁的S极向轴排列，另一半摆子永久磁铁的N极向轴排列；转子永磁体磁环的磁极数量是摆子永久磁铁数量的2倍，而且两者都是偶数；摆子永久磁铁与转子永磁体磁环相对而设且绕轴对称或平均分布；转子轭固定在输入轴上，转子永磁体磁环固定在转子轭上，原动机与输入轴联接。

2.根据权利要求1所述一种永磁能发生装置，其特征是永磁体磁环是由8块或8块以上S极与N极相间排列的永久磁铁组成的8极或8极以上的永磁体磁环，磁环的磁极数量是4的倍数；或者，利用充模或压模的方法制造一个完整的磁环，然后在一个特制的夹具中进行充磁，采用该方法加工出的8极或8极以上的永磁体磁环，磁环的磁极数量是4的倍数。

3.根据权利要求2所述一种永磁能发生装置，其特征是所述永磁体磁环为完整的圆形永磁体磁环或正多边形永磁体磁环，或者，永磁体磁环为间隔式圆形永磁体磁环或正多边形永磁体磁环。

4.根据权利要求1或2所述一种永磁能发生装置，其特征是组成永磁体磁环的永久磁铁为弧形或扇形或梯形或方形永久磁铁；摆子永久磁铁为弧形或扇形或梯形或方形永久磁铁。

5.根据权利要求1或2所述一种永磁能发生装置，其特征是永磁体磁环和摆子永久磁铁的磁极方向为径向或切向或轴向。

6.根据权利要求1所述一种永磁能发生装置，其特征是摆子永久磁铁有一段或一段以上，转子永磁体磁环有一段或一段以上。

7.根据权利要求1所述一种永磁能发生装置，其特征是摇柄和转子轭用软铁材料制成。

8.根据权利要求1所述一种永磁能发生装置，其特征是利用缓冲限位装置对摆子永久磁铁的摆动范围予以设定和限制。

9.根据权利要求1所述一种永磁能发生装置，其特征是所述原动机是配有蓄电池和转速调节器的电动机。

10.根据权利要求1所述一种永磁能发生装置，其特征是利用能将机械往复回转运动动力转换成机械旋转运动或往复运动动力的传动系统，将摇轴往复回转运动的动力转换成机械旋转运动或往复运动的动力。

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