CN1046907C - 磁动运输设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁动运输设备，它利用磁力作为推进力。它的动、静两部分都由若干块磁体组成，或其中之一为磁体，其中之一为能被磁体强烈吸引的金属，每块磁体的磁场方向与前进方向有一方向相同的夹角，该夹角为一锐角，从而可从动、静两部分的磁作用力中分解出一个与前进方向同向的分力作为运动部分的推进力。

Description

磁动运输设备

(一)本发明名称叫磁动运输设备。

(二)该发明涉及的是一种磁动运输设备。

(三)某些种类的硬磁性材料被磁化后具有很高的剩磁，这是储存在磁体中的能量；由于磁体同名极相斥，异名极相吸，另外，磁体对铁等金属也有吸引力，因此，这些剩磁具有的能量可以转化为机械能，电磁铁具有相同的效果，但需消耗电能。

中国专利申请说明书CN87102301A公开了一种无摩擦载重运输的磁力系统，它是把磁铁与带有垂直型壁的铁磁性型梁相配置，磁铁极面与型壁基本平行，通过二者的作用，获得使载荷悬浮起来的力。

这种磁力系统运动部分和静止部分间的磁作用力全部用来承受载荷，运动部分的前进运动，仍需要由电力等其它附加能量来完成。

(四)本发明的目的是提供一种磁动运输设备，它利用运动部分和静止部分间的磁作用力作为运动部分的前进动力。

(五)该发明的方案共有6种：前5种为永磁型，第6种为电磁型，a、一斜四棱柱，两底面与水平面平行放置，其倾斜方向可分解为两个分方向：一个上下垂直，一个水平。规定沿水平分方向为斜棱柱的长度，上下垂直分方向为其高度，与长度，高度垂直的方向为宽度。假设有一长度足够长的斜四棱柱，用硬磁性材料制成并磁化，使其磁场方向(指磁体内部及非常接近两极处的磁力线方向，以下所说磁场方向同)与其几何形状的倾斜方向重合，即：斜棱柱两底面为其两极；把该磁体固定住，然后把一同样的，长度较短的斜棱柱磁体(以下称动磁体)放置于前述磁体(以下称静磁体)上方，二者相距很近但不接触，即中间有一气隙，使二者几何形状的倾斜方向相同(亦即磁场方向相同或相反)。这样，动磁体受到静磁体的斥力或引力，这个力的方向与磁体几何形状的倾斜方向也是重合的，该力可分解为两个分力：一个分力上下垂直，一个分力水平，用一定的构件限制住动磁体受到的垂直分力，该构件除可沿水平分力方向运动外，沿其它方向不能运动，即：不限制水平分力。这样，动磁体在引(斥)力作用下，沿垂直分力方向的运动不能实现，而在水平分力的作用下，会沿该力方向前进，由于静磁体足够长，动磁体前进时一直受到静磁体的力的作用，便会一直前进下去。由于把磁体制成足够长是不可能的，因此可把前述磁体截切成长度适宜的若干块小磁体，每块仍为斜四棱柱，与原四棱柱倾斜度相同，但长度较短，这些磁体拼合在一起仍为原长磁体，它们的磁场方向都与原长磁体的相同，把它们固定起来。这样，由于这些磁体排列紧密，其磁场方向又相同，因此，可认为它们共同形成了一个连续的(相邻两磁体间隙较小)匀强磁场，即：与前述足够长的磁体是等效的。由于垂直分力是无用力，因此增大磁场的倾斜程度，可减小这个无用力，而增大另一有用力。对动磁体的操纵有两种方法：(1)在每块动磁体上缠绕上线圈，该线圈能在通入直流电后，形成与动磁体磁场方向完全相同或相反的磁场。在静磁体两侧架设输电线路，动磁体上装设有从此线路上引电的装置，当动磁体需停止运动时，引入一定方向的直流电，使所有动磁体线圈产生与动磁体反向的磁场，对动磁体施加矫顽力，使其失去磁性，启动时，再通入另一方向的直流电，使线圈产生的磁场与动磁体的磁场方向相同，使动磁体恢复磁性。(2)在动磁体上装上直流发电机和拖动机，利用拖动机带动发电机发出的电对动磁体进行操纵，从而不必架设输电线路。充磁：由于动磁体启动时有充磁过程，因此不须对动磁体充磁，而只须对静磁体充磁。有两种情况：(1)动、静磁体异名极相对的，在动磁体前进时，对其线圈通电，使线圈形成与动磁体同向的强磁场，即可在前进中对静磁体充磁。(2)动、静磁体以斥力作动力的(同名极相对)，有两种方面：一种是在动磁体前进时，只对其中一段动磁体的线圈通电，使动磁体形成反向强磁场(与静磁体磁场同向)，即可对静磁体充磁。由于这段动磁体只是所有动磁体的一部分，它与静磁体的引力小于其余动磁体与静磁体的斥力，因此动磁体总体仍是前进的。另一种是对所有动磁体线圈通电，矫顽后继续加大电流，使其形成反向强磁场，动、静磁体由通电前同名极相对而变为异名极相对，动磁体在与原运动方向相反的运动中，对静磁体充磁。

b、与a大体相似，不同之处于a是利用构件限制动磁体，而该种是用磁力限制动磁体，即：动磁体处于悬浮状态。具体为：把a中的动、静磁体同名极相对，去掉限制动磁体的构件，动、静磁体长度、宽度足够(与长度方向相同，当宽度相当大时，沿宽度方向用铅垂面把磁体分成若干块宽度较窄的大小相同的磁体，并把它们固定在一起，与原磁体等效)，在静磁体两侧再对称地固定若干行静磁体，这几行静磁几何形状是长方体或正方体，磁场方向上下垂直(以下称这几行静磁体为垂直静磁体)，在a中的静磁体称为倾斜静磁体)，在a中的动磁体两侧，与垂直静磁体对应处也加装若干行与垂直静磁体相同的磁体(以下称这几行磁体为垂直动磁体)，这几行磁体中间的，原a中的动磁体称为倾斜动磁体)，把倾斜动磁体和位于它两侧的两部分垂直动磁体固定在一起，成为一个整体。因此，所有动、静磁体沿宽度方向的排列是：垂直动(静)磁体、倾斜动(静)磁体、垂直动(静)磁体，两侧的垂直动(静)磁体完全相同，四部分垂直动、静磁体相对应，两部分倾斜动、静磁体相对应。使垂直动、静磁体间的斥力可单独承载所有的重量，即：这个力可使动、静磁体不相接触，中间保留一气隙。在垂直静磁体两侧再对称地放置两行磁体(以下称侧磁体)，这两行磁体与垂直静磁体完全相同(几何形状和磁场方向都相同)，两行侧磁体与垂直静磁体相距很近，不接触，中间也有一气隙，两行侧磁体完全相同。然后用刚性支架把侧磁体与垂直动磁体和倾斜动磁体按上述位置关系固定成一个整体。这样，倾斜动、静磁体间的斥力的垂直分力和垂直动、静磁体间的斥力使动、侧磁体上升，上升到一定程度，动、侧磁体自身重力和上述力达到相等，动、侧磁体不再上升；同时，两行侧磁体与静磁体间也存在斥力，这一对力大小相等，方向相反，使动磁体不能从静磁体的磁场上滑移开，这样就限制了动磁体其它方向的运动，而使其只能沿受到的水平分力方向运动，该方案中动、静磁体必须足够长，足够宽，因为动、静磁体同名极相对，动磁体有翻转的趋势，翻转时，其一端降低，一端升高(沿长度方向)或一侧降低，一侧升高(沿宽度方向)，由于磁体间存在显著的力作用的距离(气隙)相对于磁体长度，宽度很小，升高的一端或一侧升高到一定程度，会因超出磁体间的这个有效作用距离而不再受到磁力作用；这时，升高的一端在自身重力作用下不会继续上升，因此，动磁体不会翻转。在所有动磁体及侧磁体上缠绕上线圈，线圈的缠绕能在通入直流电后，线圈形成与磁体的磁场方向相重合(相同或相反)的磁场，即：垂直动磁体和侧磁体的线圈的磁场也是上下垂直的，倾斜动磁体线圈的磁场也是倾斜的，倾斜方向、程度与倾斜动磁体的磁场的倾斜相同。对运动部分的操纵与a相似，但在停、开时，只是对所有倾斜动磁体的线圈通电，使其失去或恢复磁性，而对垂直动磁体和侧磁体的线圈不通电，由于垂直动磁体一直保留磁性，且能单独承载重量，因此在倾斜动磁体失去磁性时，动、静磁体仍不相接触，可避免因惯性造成动、静磁体发生摩擦，对动、侧磁体充磁时，只要对它们的线圈通入一定方向的直流电，即可充磁。对静磁体充磁方法，同a中对静磁体充磁两种情况中第二种情况的第一种方法。

c、把a中的动磁体和静磁体其中之一换为金属材料，该金属能被磁体强烈吸引。其它同a。

d、是b的小型化。去掉b中的垂直静、动磁体，且动磁体长度，宽度较小，依靠自身重力已不能抵抗翻转。在静磁体(即b中的倾斜静磁体)下面，再对称地放置两行磁体，这两行磁体(以下称下磁体)磁场倾斜方向与静磁体的倾斜方向相反，与静磁体也以同名极相对，宽度较窄，与静磁体间也有一气隙。把b中的侧磁体也换成磁场具有一定倾斜度(倾斜方向、程度与动磁体的相同)的磁体，然后把动、侧、下磁体用刚性支架连接固定在一起。这样，运动部分就象一个套在静磁体上可滑动的环，而不会翻转。对运动部分的操纵同a，充磁方法同b(在下磁体上也绕上线圈，对下磁体充磁时通入一定方向的直流电)。

e、把上述各种方案中的静磁体铺设成封闭的环形(以下称静磁环)，在环外为运动部分，运动部分分成很多小段，段与段之间连接起来，可以转动一定角度，所有的小段连接在一起，象一个链子(以下称动磁链)张紧在静磁环外，与静磁环间有一气隙，动磁链在磁力作用下便可以一直循环转动下去。对于b、d两种形式，还在下部动磁链下面，再固定上与下部静磁环相对应，面积相同的静磁体(以下称上推磁体)，上推磁体磁场倾斜方向与下部静磁环中磁体的磁场的倾斜方向相反，它用来抵消下部静磁环对动磁链的下推力，使动磁链保持悬浮状态。

f、上述5种方案，亦可用电力驱动，即把各磁体用软磁体材料制成，绕制上线圈，通入一定方向的直流电，使其与上述方案中的磁体等效。同时加大相邻动磁体与动磁体，静磁体与静磁体间的空隙，以供线圈散热。

(六)由于磁动运输设备利用动、静两部分间的磁力作为前进动力，因此不再需要专用于前进运动的附加能量，从而省去了动力机及传动机构，使结构更加简单；

其中的有些类型，由于动、静两部分相作用的是斥力，因此这种磁作用力既能作前进动力，又可承受载荷。

(七)图1为图2中沿B-B线的剖视图；

    图2为方案b中的磁动运输设备的俯视图；

    图5为图1的左视图；

    图6为方案b中固定静磁体的金属框格的俯视图；

    图7为图6的主视图；

    图8为图6的左视图；

    图14为图2中沿A-A线的剖面图；

    图15为图1中沿C-C线的剖视图；

    图3为图4中沿E-E线的剖视图；

    图4为方案d中的磁动运输设备的俯视图；

    图9为图4中沿D-D线的剖面图；

    图11为图3的左视图；

    图10为图11中沿F-F线的斜剖视图；

    图12为方案a中磁动运输设备的主视图；

    图13为图12中治G-G线的剖视图；

    图16为方案e的其中一种类型的磁动运输设备的主视图；

    图17为方案f的其中一种类型的磁动运输设备的主视图；

    图18为图17的俯视图。

(八)对于a方案，用混凝土筑成路基，把静磁体铺在上面，静磁体两端(非两极)有一定凹陷(如图13，中间两静磁体接头处所示)，用与之形状相应的金属条块8，卡入凹陷，使金属条块外表面与静磁体表面平齐。路基每隔一块静磁体的长度，在两侧各向外凸出一块，中有通孔，8两端也有两孔，与此对应，把8的两端用铆钉固定到路基的这两块凸出物上。两块静磁体间留有一定空隙7，作为磁体的膨胀余量。动磁体(1)长度较小，这是为了能在上面缠绕线圈的缘故。动磁体上下两端(两极)有两行凹陷，用与之形状相应的金属框2卡入其内，用若干纵向金属条块3，把两个2连接固定起来，在上下两金属框上每隔一定长度，对应地装上轴承类构件，在轴承中装上轴，在轴上装上有凹槽的轮子，轮子卡在凝固于路基中的导轨4上，使动磁体只能沿导轨方向运动。对于b方案，由于宽度较大，因此沿宽度方向，把动、静磁体分成若干行(图中为9行)，图中，最左二块，最右二块为垂直动(静)磁体，中间五块为倾斜动(静)磁体，把垂直2、倾斜静磁体1铺设在混凝土路基上，2和1两端有凹陷，用与之形状相应的金属框格7卡入其内，7外表面与静磁体外表面平齐，把7的两端用铆钉固定到路基上相应处。倾斜动磁体5上下有两行凹陷，下部凹陷不与5下表面平齐，而是距下表面有一定距离。与凹陷形状相应的金属框格8有两个，上下各一，用来装填五行倾斜动磁体。8的一端(比如可以是图15中左右某一端)是开口的，把五行5从该端装入后，把该端用金属条块封住，在8外侧，与6照应处，用上下垂直的金属条块(图1中右半部剖视部分显示出了该金属条块，即最外两行4与倾斜动磁体交界处的垂直金属条块，同a中的3)把上下两个8连接起来，并与6也连接起来。垂直动磁体4和侧磁体3两端有凹陷(4、3上表面无凹陷)，用相应形状的金属框卡入，使金属框外表面与4、3表面平齐(4、3上表面，金属框条高出该面)，4下表面的金属框条从5下穿过，使5两边的4下面的金属框条连在一起，并与5、4下表面平齐，然后与箍套3的金属框也连接在一起，5两边的4上表面的金属框条，从5上经过(不与5上表面平齐，高出5上表面)，把两边4上表面的金属框条也连接在一起，从而成为6。然后在3的金属框(6的一部分)与4的金属框(6的一部分)间连接一斜金属条块，使其形成三角形结构，增强其刚度。所有动、侧磁体固定前绕上线圈。对于c方案，可应用于火车。在两条铁轨间辅设上铁板(不与车轮接触)，在车厢下与之对应处(面积相同)，装上磁体。

对于d方案，其连接固定方法同b(箍套下磁体6的金属框，有上下两个，上面一个不与6的上表面平齐，而有一定距离)。

对于e方案，运动部分的每小段的固定同b，段与段的连接方法是：在固定测磁体2的金属框条外侧装上类似于链传动中的结构。图16所示为利用斥力工作的形式(b方案的变化形式)，只有b中的倾斜动、静磁体和侧磁体，动、静磁体宽度足够，静磁体长度较小，线圈不再缠绕在动磁体上，而是缠绕在静磁体上，利用对静磁体线圈的通电，来操纵动磁体，所有动磁体形成了一个不与静磁体接触的张紧的链子(图16只画出动磁链和静磁环的一部分)，由于静磁体较短，采用与动磁体相同的固定方法：在静磁体两极处有两行凹陷，把形状相应的金属框7卡入，然后再用6把上下两7连接起来，并把6两端，用铆钉从路基中穿透(穿到路基另一侧)，固定在路基上。7与6对应处，7和该处磁体及该处路基向内凹陷，以容纳6，使6表面与8表面平齐。图中两个6成对出现，是因为7长度有限，成对出现的两个6之间为四个7的接头处，接头处的两块静磁体，三个表面有凹陷，因为箍套8的每个金属框的沿长度方向的两根金属框条在此沿宽度方向连接在一起，为了容纳宽度方向的金属框条，所以接头处的静磁体多了一行宽度方向的凹陷。处于拐弯圆孤上的静磁体，形状稍有变化，外端(一个磁极)大，内端(另一磁极)小。

对于f方案，为了能缠绕线圈，动、静磁体均较短(图17、图18)，很多块动、静磁体铸在一起，只在八个角处相互连在一起，从而使两块中间留有空隙1、2，该空隙在缠绕线圈后仍有空隙，供线圈散热。由于不可能把所有动磁体都直接铸在一起，因此可把把有动磁体分为若干段，每段有若干块，把这若干块铸在一起，每段与另一段接头处4，在动磁体上表面和两侧，凸出几块，中有通孔，用铆钉(最好为螺栓)从中穿过，铆住，即把段与段之间连结起来，图17、图18中只画了上表面两个铆钉对两段的连接，两侧未画。同样，静磁体也分为若干段，在两段接头处3，用一铆钉(最好为螺栓)上部的钉帽把两段端部都压住，铆钉从静磁体中穿过，路基侧面有凹陷，把铆钉铆在这里。

上述各种固定磁体的金属框，金属条块，为了使其感应的电势不能形成电流，因此应在某些地方使其断开(图中未断开)，比如可把原一根金属条块断成两段，两段之间垫上绝缘材料，再用螺栓把这两段连接起来，在螺栓与这两段相接触的地方，也垫上绝缘材料，使螺栓也不与这两段直接接触，然后把螺母拧紧。另外为了安全，应对金属中的感应电势加以绝缘。

Claims (4)

1、一种磁动运输设备，包括运动部分和静止部分，运动部分由若干块动磁体组成，静止部分由若干块静磁体组成，所有动磁体和所有静磁体分别排成长列，两部分长列平行，中间有气隙，动磁体一个极与静磁体一个极相对，磁体极面与磁体长列的长度方向平行或重合，动磁体同名极在同一端，静磁体同名极在同一端，同一块磁体的磁场是匀强磁场，磁体的磁场方向与磁体长列的长度方向有一张开方向相同的夹角，动磁体受到的前进力能使其前进，运动部分被限制住其它方向的运动，只能沿磁体长列的长度方向运动，其特征是：

磁体的磁场方向与磁体长列长度方向的夹角是锐角。

2、一种磁动运输设备，包括运动部分和静止部分，二者其中之一由若干块磁体组成，其中之一由若干块能被磁体强烈吸引的金属组成，所有磁体和所有金属块分别排成长列，两部分长列平行，中间有气隙，磁体的一个极面与金属块的一个面相对，二者的相对面与磁体长列的长度方向平行或重合，同一块磁体的磁场是匀强磁场，磁体的磁场方向与磁体长列的长度方向有一张开方向相同的夹角，运动部分的磁体或金属块受到的前进力能使该磁体或金属块前进，运动部分被限制住其它方向的运动，只能沿磁体长列的长度方向运动，其特征是：

磁体的磁场方向与磁体长列长度方向的夹角是锐角。

3、根据权利要求1或2所述的磁动运输设备，其特征在于磁场方向与磁体长列长度方向的夹角是锐角的磁体是磁场方向与其几何形状的倾斜方向相重合的斜四棱柱体。

4、根据权利要求1或2所述的磁动运输设备，其特征在于磁体长列具有连续的匀强磁场。

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