CN102510241B - 一种磁动力机械 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁动力机械，包括定子组合和转子，转子固定在转轴上，定子组合通过固定在转轴两端的轴承座与转子相连接，所述定子组合包括定子座以及固定在定子座上的数个可独立受控的磁极单元，所述磁极单元分别对应设置有控制其磁场变化的驱动机构，通过数个磁极单元磁场的变化形成一个有规律布置、且能够连续变化的旋转磁场，以驱动转子持续旋转。本发明能尽量降低本身消耗，利用磁座和旋转电磁铁的基本工作原理，其将多个可旋转的磁极通过合理的磁场布局排列，利用通过控制固定在其定子上的多个独立磁极单元磁场的旋转使其对外呈现的磁极发生变化，使其在定子上产生一个稳定的可持续的旋转磁场，推动转子转动输出机械能。
Description
技术领域
本发明属于新能源电机技术领域，特别涉及一种使用以磁力为主要能量来源的构成的旋转磁场的磁动力机械。
背景技术
在现有的以电力为主要能量来源的动力机械中，如各种电机，其依靠的基本原理都是利用电流在磁场中做功，以此产生各种不同类型的旋转磁场，推动转子转动，将电能转变为机械能输出。
为了缓解对石油资源的依赖，人们将会越来越多的使用电力。然而在现有的电力机械中，由于其所需要的工作电流都比较大，因而使得现有的电力机械在使用以其它形式（如太阳能、蓄电池等）获得能量的电力系统中，对其它形式获得能量的新能源的容量都提出了较高的要求，使新能源的广泛应用受到了制约。例如现今各种电动车、电动汽车已被市场所接受，但阻碍其所获得更广泛应用的瓶颈就是其续航能力，这是由于电机所需要的工作电流较大，而蓄电池又受到其容量限制的缘故。
在现有技术中，永磁型的风力发电机就是利用磁力构成旋转磁场的典型应用案例。此外，磁座和旋转电磁铁技术在磁技术领域的应用也早已为公众所熟知的常识。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能尽量降低本身消耗，依靠自然能产生动力的新型动力机械，利用磁座和旋转电磁铁的基本工作原理，其将多个可旋转的磁极通过合理的磁场布局排列，利用通过控制固定在其定子上的多个独立磁极单元磁场的旋转使其对外呈现的磁极发生变化，使其在定子上产生一个稳定的可持续的旋转磁场，推动转子转动输出机械能。
本发明的技术方案是这样实现的：一种磁动力机械，包括定子组合和转子，转子固定在转轴上，定子组合通过固定在转轴两端的轴承座与转子相连接，其特征在于：所述定子组合包括定子座以及固定在定子座上的数个可独立受控的磁极单元，所述磁极单元分别对应设置有控制其磁场变化的驱动机构，通过数个磁极单元磁场的变化形成一个有规律布置、且能够连续变化的旋转磁场，以驱动转子持续旋转。
本发明所述的一种磁动力机械，其所述驱动机构采用电磁力或机械力控制磁极单元磁场的变化。
本发明所述的一种磁动力机械，其所述数个磁极单元为可独立旋转且受控的旋转磁极单元，所述旋转磁极单元的轴线与所述转轴的轴线平行或垂直，所述旋转磁极单元磁场的方向与其轴线相垂直，所述的数个可独立旋转的磁极单元均匀布置在定子座的同一圆周上。
本发明所述的一种磁动力机械，其所述旋转磁极单元包括磁芯转轴、安装在磁芯转轴上的磁芯以及等距对称环绕在磁芯外周的轭铁。
本发明所述的一种磁动力机械，其所述旋转磁极单元上的磁极按磁芯轴线对称分布，且所述等距对称环绕在磁芯外周的轭铁数量为旋转磁极单元上磁极的两倍。
本发明所述的一种磁动力机械，其所述磁芯在驱动机构的控制下由一个稳定状态旋转到另一个稳定状态。
本发明所述的一种磁动力机械，其所述稳定状态为：对称轭铁的中心线处或两个相邻轭铁的中心线处。
本发明所述的一种磁动力机械，其当稳定状态在对称轭铁的中心线处时，所述旋转磁极单元的轭铁外圆圆心与磁芯的轴线不重合，呈偏心结构，且在轭铁外圆圆周上与磁芯的外圆周有一个交点，在所述交点处的轭铁上设置有一个开口。
本发明所述的一种磁动力机械，其在所述相邻两个旋转磁极单元之间设置有由导磁材料构成的屏蔽板。
本发明所述的一种磁动力机械，其所述采用电磁力的驱动机构由铁芯线圈构成，所述铁芯线圈直接与所述环绕在磁芯外周的轭铁相连接或所述铁芯线圈的轭铁位于环绕在磁芯外周的两相邻轭铁之间，且与所述环绕在磁芯外周的轭铁不相连。
本发明所述的一种磁动力机械，其所述数个磁极单元为可独立直线运动且受控的直线运动磁极单元，所述直线运动磁极单元的磁芯由驱动机构控制其与轭铁之间的位置关系，从而控制直线运动磁极单元的磁场变化。
本发明所述的一种磁动力机械，其在所述转子的外圆周上有按转子的转轴轴线对称布置的磁极，所述对称布置的磁极其极性相异，在所述转子两端面对称布置有由导磁材料制成的磁屏蔽板。
本发明所述的一种磁动力机械，其所述驱动机构包括通过轴承固定在转轴上的传动齿轮、与传动齿轮固定为一体的拨盘以及固定在所述多个旋转磁极单元的磁芯转轴上的驱动齿轮，在所述拨盘外周沿对称设置有用于拨动驱动齿轮转动的拨杆，在所述拨杆顶端设置有可转动的拨轮。
本发明所述的一种磁动力机械，其所述拨杆的组数为磁动力机械的极对数的两倍，在转动过程中，其每次拨动驱动齿轮转动的拨杆的组数与磁动力机械的极对数相等，其中，拨杆驱动旋转磁极单元转动的顺序为先开启转子旋转方向前端对应的至少一组驱动齿轮，然后关闭旋转方向尾端对应的至少一组驱动齿轮。
本发明产生的有益效果是：充分发挥稀土合金永磁体的强磁作用，利用磁能使机械动力装置中产生更好的节能效果，降低对电力的消耗，对节能减排做出贡献。现今各种电动车、电动汽车已被市场所接受，但阻碍其所获得更广泛应用的瓶颈就是其续航能力，这是由于电机所需要的工作电流较大，而蓄电池又受到其容量限制的缘故。本发明所提供的这种主要依靠磁场力来做功的新型动力机械，则能克服和打破上述的瓶颈，使各种电动车、电动汽车能获得更大的利用，呈现更好的节能效果。
附图说明
图1～3是本发明实施例1中A相连通呈现对应的N、S磁极时，转子变换转动过程的一组结构示意图。
图4～6是本发明实施例1中B相连通呈现对应的N、S磁极时，转子变换转动过程的一组结构示意图。
图7～9是本发明实施例1中C相连通呈现对应的N、S磁极时，转子变换转动过程的一组结构示意图。
图10是本发明中旋转磁极单元的结构示意图。
图11～16是本发明实施例2的结构示意图。
图17是本发明实施例3的结构示意图。
图18是本发明实施例4的结构示意图。
图19～20是本发明实施例4中驱动机构的结构原理图。
图中标记：1为转子，2为转轴，3a为定子座，3b为磁极单元，4为磁芯转轴，5为磁芯，6为轭铁，7为屏蔽板，8为直线运动磁极单元的磁芯，9为直线运动磁极单元的轭铁，10为磁屏蔽板，11为传动齿轮，12为拨盘，13为驱动齿轮，14为拨杆，15为拨轮。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：众所周知，双凸极电机就是利用磁阻最小的原理工作的，在本实施例中利用旋转磁极替换常规双凸极电机中的励磁线圈，以6-4极双凸极结构为例，如图1～9所示，一种磁动力机械，包括定子组合和转子1，转子1固定在转轴2上，定子组合通过固定在转轴2两端的轴承座与转子1相连接，所述定子组合包括定子座3a以及固定在定子座3a上的6个可独立受控的磁极单元3b，所述6个磁极单元3b为可独立旋转且受控的旋转磁极单元，所述旋转磁极单元的轴线与所述转轴2的轴线平行，所述旋转磁极单元分别对应设置有控制其磁场变化的驱动机构，通过6个旋转磁极单元磁场的变化形成一个有规律布置、且能够连续变化的旋转磁场，以驱动转子1持续旋转。
图1～3是本发明实施例1中A相连通呈现对应的N、S磁极时，转子变换转动过程的一组结构示意图。
图4～6是本发明实施例1中B相连通呈现对应的N、S磁极时，转子变换转动过程的一组结构示意图。
图7～9是本发明实施例1中C相连通呈现对应的N、S磁极时，转子变换转动过程的一组结构示意图。
如图10所示，所述旋转磁极单元包括磁芯转轴4、安装在磁芯转轴4上的磁芯5以及等距对称环绕在磁芯5外周的轭铁6，所述旋转磁极单元上的磁极按磁芯5轴线对称分布，且所述等距对称环绕在磁芯5外周的轭铁6数量为旋转磁极单元上磁极的两倍，即当磁芯的磁极为两个时，环绕在磁芯外周的轭铁数量为四个，如图10中所示。其中，所述磁芯5在驱动机构的控制下由一个稳定状态旋转到另一个稳定状态，所述稳定状态为：对称轭铁6的中心线处或两个相邻轭铁6的中心线处；当稳定状态在对称轭铁6的中心线处时，所述旋转磁极单元的轭铁6外圆圆心与磁芯5的轴线不重合，呈偏心结构，且在轭铁6外圆圆周上与磁芯5的外圆周有一个交点，在所述交点处的轭铁6上设置有一个开口。
其中，所述驱动机构采用电磁力或机械力控制磁极单元磁场的变化。所述采用电磁力的驱动机构由铁芯线圈构成，所述铁芯线圈直接与所述环绕在磁芯5外周的轭铁6相连接或所述铁芯线圈的轭铁位于环绕在磁芯5外周的两相邻轭铁6之间，且与所述环绕在磁芯5外周的轭铁6不相连。
6-4极结构工作原理：如图1～3所示为A相旋转磁极单元对转子作用的一组示意图，其中B、C两相的旋转磁极单元在驱动机构的控制下磁芯在轭铁中的位置使其对外转子不产生任何磁场作用，其中径向相对的两个旋转磁极单元组成一相。此时A相产生磁通，磁力线从最近的的转子齿极进入，磁力线可看成极有弹力的线，在磁力的牵引下转子开始作逆时针转动。图1为转子还未转动时示意图，图中A相的两个旋转磁极单元分别对转子的两个齿极牵引，使转子产生转动；图2是转子转了10度的示意图，图3是转子转了20度的示意图，A相的磁力一直牵引转子转到30度为止，当到了30度时，此时磁路最短，转子不在转动。
如图4～6所示为B相旋转磁极单元对转子作用的一组示意图，其中A、C两相的旋转磁极单元对外转子不产生任何磁场作用。为了使转子继续转动，在转子转到30度前，A相的旋转磁极单元通过驱动机构的控制使其对外转子不再产生磁场作用，同时驱动机构控制B相的旋转磁极单元产生磁通，磁力线从最近的的转子齿极进入，转子在B相旋转磁极单元的作用下继续转动，磁力一直牵引转子转到60度为止。图4～6为转子从30度旋转至50度的示意图。
如图7～9所示为C相旋转磁极单元对转子作用的一组示意图，其中A、B两相的旋转磁极单元对外转子不产生任何磁场作用。在转子转到60度前，通过驱动机构控制B相的旋转磁极单元使其外转子不再产生磁场作用，同时驱动机构控制C相的旋转磁极单元产生磁通磁力线从最近的的转子齿极进入转子在C相旋转磁极单元的作用下继续转动，磁力一直牵引转子转到90度为止。图7～9为转子从60度旋转至80度的示意图。
当转子转到90度时，驱动机构控制C相旋转磁极单元对外转子不再产生磁场作用，此时转子在90度得状态与前面未开始转动时的状态一样，然后重复前面的过程，使A相旋转磁极单元产生磁通，牵引转子继续转动，按此不停的重复下去，从而使转子不停的旋转。
实施例2：如图11所示，一种磁动力机械，包括定子组合和转子1，转子1固定在转轴2上，定子组合通过固定在转轴2两端的轴承座与转子1相连接，在所述转子1的外圆周上有按转子1的转轴轴线对称布置的两个磁极，所述对称布置的磁极其极性相异；所述定子组合包括定子座3a以及固定在定子座3a上的十个可独立受控的磁极单元3b，所述十个磁极单元3b为可独立旋转且受控的旋转磁极单元，所述旋转磁极单元的轴线与所述转轴2的轴线平行，所述旋转磁极单元分别对应设置有控制其磁场变化的驱动机构，所述转子上对称布置的磁极与对应的旋转磁极单元产生的磁极相异，通过十个旋转磁极单元磁场的变化形成一个有规律布置、且能够连续变化的旋转磁场，以驱动转子1持续旋转。
其中，在所述相邻两个旋转磁极单元之间设置有由导磁材料构成的屏蔽板7，在所述转子1两端面对称布置有由导磁材料制成的磁屏蔽板10，所述磁屏蔽板10覆盖转子磁极对应区域且随转子同步转动。
如图10所示，所述旋转磁极单元包括磁芯转轴4、安装在磁芯转轴4上的磁芯5以及等距对称环绕在磁芯5外周的轭铁6，所述旋转磁极单元上的磁极按磁芯5轴线对称分布，且所述等距对称环绕在磁芯5外周的轭铁6数量为旋转磁极单元上磁极的两倍，即当磁芯的磁极为两个时，环绕在磁芯外周的轭铁数量为四个，如图10中所示。
其中，所述驱动机构采用电磁力或机械力控制磁极单元磁场的变化(图中未直接画出)。所述采用电磁力的驱动机构由铁芯线圈构成，所述铁芯线圈直接与所述环绕在磁芯5外周的轭铁6相连接或所述铁芯线圈的轭铁位于环绕在磁芯5外周的两相邻轭铁6之间，且与所述环绕在磁芯5外周的轭铁6不相连。
工作原理：如图11所示，以最上方的旋转磁极单元为第1旋转磁极单元，按逆时针方式依次分为第1～10号旋转磁极单元，此时转子上下两端分别为S和N极，第1、2、10号旋转磁极单元对应转子S极端均为N极，第3、4、8、9号磁极对外转子不产生磁场作用，第5、6、7号旋转磁极单元对应转子N极端均为S极，此时在定子、转子产生的磁场中心重合，转子稳定在如图11所示位置。
如图12所示，通过驱动机构控制第3、8号旋转磁极单元，使第3号旋转磁极单元对应转子部分产生N极，第8号旋转磁极单元对应转子部分产生S极，由于旋转磁极单元构成的定子磁场中心发生变化，此时转子的磁场中心会向定子产生的磁场中心偏转以保持其稳定状态，转子会产生逆时针转动。
如图13所示，通过驱动机构控制第5、10号旋转磁极单元，使第5、10号旋转磁极单元变为对外不产生磁场状态，从而使旋转磁极单元构成的定子磁场再次发生变化，在此时在定子、转子的合成磁场的作用力下，转子会继续作逆时针转动。
如图14所示，通过驱动机构控制第4、9号旋转磁极单元，使第4旋转磁极单元对应转子部分产生N极，第9旋转磁极单元对应转子部分产生S极，由于旋转磁极单元构成的定子磁场发生变化，此时转子会继续作逆时针转动。
如图15所示，通过驱动机构控制第1、6号旋转磁极单元，使第1、6号旋转磁极单元变为对外转子不产生磁场作用，从而使旋转磁极单元构成的定子磁场再次发生变化，在此时磁场的作用力下，转子会继续作逆时针转动。
如图16所示，通过驱动机构控制第5、10号旋转磁极单元，使第5旋转磁极单元对应转子部分产生N极，第10旋转磁极单元对应转子部分产生S极，由于旋转磁极单元构成的定子磁场发生变化，此时转子会继续作逆时针转动。
通过上述步骤，转子在十个旋转磁极单元形成的旋转磁场的变化下已沿逆时针方向旋转了90°，依次按上述控制方式，使十个旋转磁极单元形成的旋转磁场始终对转子产生逆时针转动的牵引力，从而实现转子的持续转动。
实施例3：如图17所示，一种磁动力机械，包括定子组合和转子1，转子1固定在转轴2上，定子组合通过固定在转轴2两端的轴承座与转子1相连接，所述定子组合包括定子座以及6组可独立受控的磁极单元，所述6组磁极单元为可独立直线运动且受控的直线运动磁极单元，所述直线运动磁极单元的磁芯8由驱动机构控制其与直线运动磁极单元的轭铁9之间的位置关系，从而控制直线运动磁极单元的磁场变化，其中，所述驱动机构采用机械力控制（推、拉控制）磁极单元磁场的变化。其他结构和工作原理与实施例1基本相同。
实施例4：在该实施例中，其驱动旋转磁极单元转动的驱动方式采用外部机械力驱动机构，其他结构及工作原理与实施例2基本相同。
如图18所示，所述驱动机构包括通过轴承固定在转轴上的传动齿轮11、与传动齿轮11固定为一体的拨盘12以及固定在所述多个旋转磁极单元的磁芯转轴4上的驱动齿轮13，在所述拨盘12外周沿对称设置有用于拨动驱动齿轮13转动的拨杆14，在所述拨杆14顶端设置有可转动的拨轮15。
在该实施例中，磁动力机械的极对数为两极，则所述拨杆14的组数为4组，在转动过程中，其每次拨动驱动齿轮13转动的拨杆14为对称地两组，其中，拨杆14驱动旋转磁极单元转动的顺序为先开启转子1旋转方向前端对应的一组驱动齿轮13，然后关闭旋转方向尾端对应的一组驱动齿轮13，开启和关闭的驱动齿轮至少是一组。
如图19～20所示，拨盘带动对称地两组拨杆先驱动第3、8号旋转磁极单元对应的驱动齿轮，使第3、8号旋转磁极单元旋转90°变为对外对外不产生磁场状态，当第3、8号旋转磁极单元转动完成后，另外两组对称地拨杆处于正准备驱动第5、10号旋转磁极单元对应的驱动齿轮转动的状态。依此类推，实现对应旋转磁极单元的转动。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种磁动力机械，包括定子组合和转子（1），转子（1）固定在转轴（2）上，定子组合通过固定在转轴（2）两端的轴承座与转子（1）相连接，其特征在于：所述定子组合包括定子座（3a）以及固定在定子座（3a）上的数个可独立受控的磁极单元（3b），所述磁极单元（3b）分别对应设置有控制其磁场变化的驱动机构，通过数个磁极单元（3b）磁场的变化形成一个有规律布置、且能够连续变化的旋转磁场，以驱动转子（1）持续旋转；所述数个磁极单元（3b）为可独立旋转且受控的旋转磁极单元，所述旋转磁极单元的轴线与所述转轴（2）的轴线平行或垂直，所述旋转磁极单元磁场的方向与其轴线相垂直，所述的数个可独立旋转的磁极单元均匀布置在定子座（3a）的同一圆周上。
2.根据权利要求1所述的一种磁动力机械，其特征在于：所述驱动机构采用电磁力或机械力控制磁极单元磁场的变化。
3.根据权利要求1所述的一种磁动力机械，其特征在于：所述旋转磁极单元包括磁芯转轴（4）、安装在磁芯转轴（4）上的磁芯（5）以及等距对称环绕在磁芯（5）外周的轭铁（6）。
4.根据权利要求3所述的一种磁动力机械，其特征在于：所述旋转磁极单元上的磁极按磁芯（5）轴线对称分布，且所述等距对称环绕在磁芯（5）外周的轭铁（6）数量为旋转磁极单元上磁极的两倍。
5.根据权利要求4所述的一种磁动力机械，其特征在于：所述磁芯（5）在驱动机构的控制下由一个稳定状态旋转到另一个稳定状态。
6.根据权利要求5所述的一种磁动力机械，其特征在于：所述稳定状态为：对称轭铁（6）的中心线处或两个相邻轭铁（6）的中心线处。
7.根据权利要求6所述的一种磁动力机械，其特征在于：当稳定状态在对称轭铁（6）的中心线处时，所述旋转磁极单元的轭铁（6）外圆圆心与磁芯（5）的轴线不重合，呈偏心结构，且在轭铁（6）外圆圆周上与磁芯（5）的外圆周有一个交点，在所述交点处的轭铁（6）上设置有一个开口。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的一种磁动力机械，其特征在于：在相邻两个旋转磁极单元之间设置有由导磁材料构成的屏蔽板（7）。
9.根据权利要求8所述的一种磁动力机械，其特征在于：采用电磁力的驱动机构由铁芯线圈构成，所述铁芯线圈直接与环绕在磁芯（5）外周的轭铁（6）相连接或所述铁芯线圈的轭铁位于环绕在磁芯（5）外周的两相邻轭铁（6）之间，且与所述环绕在磁芯（5）外周的轭铁（6）不相连。
10.根据权利要求8所述的一种磁动力机械，其特征在于：在所述转子（1）的外圆周上有按转子（1）的转轴轴线对称布置的磁极，所述对称布置的磁极其极性相异，在所述转子（1）两端面对称布置有由导磁材料制成的磁屏蔽板（10）。
11.根据权利要求1至7中任意一项所述的一种磁动力机械，其特征在于：所述驱动机构包括通过轴承固定在转轴上的传动齿轮（11）、与传动齿轮（11）固定为一体的拨盘（12）以及固定在所述数个旋转磁极单元的磁芯转轴（4）上的驱动齿轮（13），在所述拨盘（12）外周沿对称设置有用于拨动驱动齿轮（13）转动的拨杆（14），在所述拨杆（14）顶端设置有可转动的拨轮（15）。
12.根据权利要求11所述的一种磁动力机械，其特征在于：所述拨杆（14）的组数为磁动力机械的极对数的两倍，在转动过程中，其每次拨动驱动齿轮（13）转动的拨杆（14）的组数与磁动力机械的极对数相等，其中，拨杆（14）驱动旋转磁极单元转动的顺序为先开启转子（1）旋转方向前端对应的至少一组驱动齿轮（13），然后关闭旋转方向尾端对应的至少一组驱动齿轮（13）。
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