CN108539959A - 一种磁体旋转装置、磁体平稳旋转的方法以及磁刹车系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种磁体旋转装置，其包括第一磁体、第二磁体和动力系统。第二磁体能够相对于所述第一磁体旋转，动力系统用于驱动所述第一磁体旋转或用于为所述第一磁体提供交流电。本装置可实现磁体的平稳旋转，且本装置可用于磁刹车系统。本装置结构简单，制作容易，可广泛应用于多种动力系统，且其实现平稳旋转的方法简单，实现容易。

Description

一种磁体旋转装置、磁体平稳旋转的方法以及磁刹车系统

技术领域

本发明涉及电磁技术领域，尤其是涉及一种磁体旋转装置、磁体平稳旋转的方法以及磁刹车系统。

背景技术

现有的已经可以应用的磁悬浮技术有两种：一种是超导磁悬浮，它离大范围应用还有漫长的路要走；另一种是通过磁体的同极相斥，异极相吸实现悬浮，现阶段我国开发的磁悬浮列车就是靠这一实验现象实现的。

此外，电机是法拉第根据奥斯特的电磁试验现象研制成功的，它采用通电导体在磁场中切割磁力线实现电能和动能的转换，他的结构设计具有一个很大的弊端，一个矩形线框，只有一对切割磁力线的导体是做有用功的，且旋转一周，有效地做功也只有2倍直径的长度，优质的铜材浪费严重。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种磁体旋转装置、一种磁体平稳旋转的方法及磁刹车系统。

根据本发明的一方面，提供了一种磁体旋转装置，包括：

第一磁体；

第二磁体，其能够在所述第一磁体的磁力作用下旋转；和

动力系统，其用于驱动所述第一磁体旋转或用于为所述第一磁体提供交流电。

其中，当所述第一磁体为电磁体时，所述动力系统为电源，电源为第一磁体提供交流电，从而使第一磁体的极性周期性变换，进而驱动第二磁体旋转。当所述第二磁体为永磁体时，所述动力系统可以是电机，用于驱动第一磁体旋转，从而使得第二磁体在第一磁体的磁力作用下旋转。

所述第一磁体和所述第二磁体可以围绕穿过所述第一磁体和所述第二磁体的几何中心点的轴旋转，也可以围绕穿过第一磁体和第二磁体的极面上的点的轴旋转。当第一磁体和第二磁体围绕穿过第一磁体和第二磁体的几何中心点的轴旋转时，该轴可以是实体轴，即穿过第一磁体和第二磁体的几何中心点设置一轴，使第一磁体和第二磁体能够绕该轴旋转，该轴也可以是虚拟轴，也即第一磁体和第二磁体围绕其自身的几何中心轴旋转，无需额外设置一穿过其几何中心点的轴，从而使得第一磁体和第二磁体能够实现无轴旋转。当第一磁体和第二磁体围绕穿过第一磁体和第二磁体的极面上的点的轴旋转时，该穿过第一磁体和第二磁体极面上的点的轴为实体轴。

在一实施方式中，所述第一磁体的面和所述第二磁体的面相对设置。

在一实施方式中，所述第一磁体和所述第二磁体之间构造有间隙。

在一实施方式中，在所述第一磁体和所述第二磁体的面相对设置的旋转体系中，所述第一磁体和所述第二磁体至少有一个是电磁体。

在一实施方式中，还包括第三磁体，所述第一磁体和所述第三磁体以第二磁体为中心线呈镜像设置，且所述第一磁体和所述第三磁体能够同步运动。

在一实施方式中，所述第一磁体和所述第三磁体呈刚性连接。

根据本发明的第二方面，提供了一种实现磁体平稳旋转的方法，包括以下步骤：

S1、使第二磁体的面与第一磁体的面相对设置；

S2、当第一磁体为电磁体时，为所述第一磁体通入交变电流使得第二磁体在第一磁体的磁力作用下旋转；当第一磁体为永磁体时，动力系统驱动第一磁体旋转，使得第二磁体在第一磁体的磁力作用下旋转。

其中，可逐渐增加第一磁体的转速，以减小第一磁体和第二磁体之间的相对振幅，从而实现第二磁体的平稳旋转。

根据本发明的第三方面，提供了一种磁刹车系统，包括第一磁体、第二磁体和电源，所述第一磁体和第二磁体至少有一个为电磁体，所述电源用于为所述电磁体提供直流电，以实现第一磁体和第二磁体之间相吸止动。

本装置结构简单，制作容易，可广泛应用于多种动力系统，且其实现平稳旋转的方法简单，实现容易。

上述技术特征可以以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了根据本发明的一种磁体旋转装置的示意图一。

图2为图1中两磁体相吸状态示意图。

图3为由圆形导线绕制的螺线管形成的电磁体。

图4为由圆形或方形导线绕制的线圈形成的电磁体。

图5为由圆形、方形、板状或三角形直导线形成的电磁体。

图6为采用图6a、图6b或者图6c的螺线管二级缠绕形成的电磁体。

图6a为圆形螺线管。

图6b为方形螺线管一。

图6c为方形螺线管二。

图7为长方形磁体的结构示意图。

图8显示了根据本发明的一种磁体旋转装置的示意图二。

图9为图8中两磁体相斥状态示意图。

图10显示了根据本发明的一种磁体旋转装置的示意图三。

图11为图10中两磁体相对旋转180度后的状态示意图。

图12显示了根据本发明的一种磁体旋转装置的示意图四。

图13为图12中两磁体相对旋转180度后的状态示意图。

图14显示了根据本发明的一种磁体旋转装置的示意图五。

图15为图14中两磁体相对旋转180度后的状态示意图。

图16显示了根据本发明的一种磁体旋转装置的示意图六。

图17为图16中两磁体相斥状态示意图。

图18为根据本发明的组合永磁体的结构示意图一。

图19为根据本发明的组合永磁体的结构示意图二。

图20为组成图18和图19的组合永磁体的结构单元示意图。

图21为根据本发明的组合电磁体的结构示意图。

图22为组成图21所示的组合电磁体的结构单元。

图23为现有技术公开的电机的结构示意图。

图24为图23中的线圈结构示意图。

图25为根据本发明的一种电机的结构示意图。

图26为图25中的转子旋转90度后的示意图。

图27为图25中的转子旋转270度后的示意图。

图28为图25中的转子旋转360度后的示意图。

图29为根据本发明的磁效应风机或磁效应液体泵的转子的结构示意图。

图30为根据本发明的水中潜航器的结构示意图一。

图31为根据本发明的水中潜航器的结构示意图二。

图32为根据本发明的水上交通工具的结构示意图。

图33为根据本发明的无齿齿轮的结构示意图。

图34为根据本发明的轴变向电机的结构示意图。

图35为根据本发明的磁动变速器的结构示意图一。

图36为根据本发明的磁动变速器的结构示意图二。

图37为根据本发明的磁动变速器的结构示意图三。

图38为根据本发明的磁动变速器的结构示意图四。

图39为根据本发明的离心机或者离心平台的结构示意图。

图40为根据本发明的磁缆的剖面图一。

图41为根据本发明的磁缆的剖面图二。

图42为根据本发明的磁缆的剖面图三。

图43为根据本发明的磁缆的剖面图四。

图44为根据本发明的磁缆的剖面图五。

图45为根据本发明的磁缆的剖面图六。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图8-15所示的方形磁体，该方形磁体有六个面，N极和S级各占一个面，本发明中将其定义为极。另外四个普通面，本发明将其定义为面(柱形磁体沿着轴向充磁时只有一个面；磁滚筒沿着柱状充磁时具有内圆面和外圆面两个面)，当两个磁体的极面趋近时，异名磁极相吸；同名磁极相斥，这是我们熟知的，而且极之间的作用力是直线型的，相吸或相斥的两个相对应的极面是可以任意角度旋转的。

磁体面的特性比极更复杂，当两块磁体的面呈现面相对应关系时，这两块磁体既可能相吸也可能相斥，相吸和相斥的力都是以旋转的方式释放，如图9所示，相斥的两个面相对旋转180度后呈现如图8所示的相吸的关系；反之，如图8所示的相吸的两个面相对旋转180度后，又呈如图9所示的相斥的关系，这种相吸相斥关系以相吸关系为稳定关系、且牢固，并能保持，相斥关系是不稳定关系，只有在外力的作用下才能维持，但是它具有维持稳定关系的趋势，并最终通过旋转形成相吸的稳定关系。这也就是说两块磁体面对应时有两种状态，相吸的稳定状态，和相斥的不稳定的旋转状态，不稳定的状态通过旋转实现相吸的稳定状态。

本发明就是根据磁体的面既有相吸又有相斥的这一双重特性设计的。如当两块磁体的面呈叉乘式趋近时，两磁体相对产生扭力，使两磁体具有维持稳定关系的趋势。

图1和图2示出了根据本发明的一种磁体旋转装置，该磁体旋转装置包括第一磁体1、第二磁体2和动力系统(图中未显示)。第二磁体2能够在第一磁体1的磁力作用下旋转。动力系统，其用于驱动第一磁体1旋转或用于为第一磁体1提供交流电。

其中，当第一磁体1为电磁体时，动力系统为电源，电源为第一磁体1提供交流电，从而使第一磁体1的极性周期性变换，进而驱动第二磁体2旋转。当第一磁体2为永磁体时，动力系统可以是电机，用于驱动第一磁体1旋转，从而使得第二磁体2在第一磁体1的磁力作用下旋转。但是，要想实现第二磁体2的平稳旋转，必须使第二磁体2的转速加快，当第二磁体2的速度达到一定值，上下振动趋近于零时，第二磁体2实现平稳旋转；理论上第二磁体2旋转的越快稳定性越好。

第二磁体2优选为具有强磁性的永磁体，更优选以圆形、径向充磁的永磁体，第二磁体2也可以是电磁体，电磁体可以是：

由圆形或方形导线绕制的螺线管通入交流电后形成的电磁体，或者由圆形或方形导线绕制的线圈通入交变电流形成的电磁体，或者由圆形、方形、板状直导线通入交变电流后形成的电磁体，或者由螺线管二级缠绕形成复合线圈通入交变电流后形成的电磁体。图3是由圆形导线绕制的螺线管形成的电磁体10A，图4是由圆形或方形导线绕制的线圈形成的电磁体10B，图5是由圆形、方形或板状直导线形成的电磁体10C，图6是由如图6a、6b或6c的螺线管二级缠绕形成的电磁体10D。图6a为圆形螺线管11A，图6b和图6c所示分别为方形螺线管11B、11C，该方形导线由于没有了圆形导线的孔隙，因此可以减小电机的体积。

以提升浮力为主要设计思路的，优选永磁体，这是因为线圈和铁芯偏重，不利于提升浮力，但从生产工艺的角度考虑，电磁体要比永磁体容易实现，且造价较低，又不使用稀缺的稀土，同时也不像永磁体那么脆弱，实际应用中根据不同的应用领域权衡选择。地球和太阳虽然也是磁体，但却是人类现阶段所不能撼动的，如果人类社会科技能发展到一定程度，制作一个超大的线圈，如图1，形成地磁体与电磁体的面对应，通电以后改变地球极轴角度也是能做到的。如第二磁体作为定子时，是不受重量约束的；不以提升浮力为主的其他领域也是可以不用考虑转子重量的。当第二磁体采用电生磁时，还应包括电源。当电源为直流电源时，还需设置换向器。该换向器可以是电子的也可以是机械摩擦式的。

第一磁体1可以为永磁体，也可以是电磁体、地磁、太阳磁或其它具有磁性的天体。为了描述方便，本发明的实施例中给出的均是长方形永磁体，且该长方形永磁体具有代表性，如图7所示，图中箭头表示充磁方向。当采用永磁体作为第一磁体时不限于使用一块，可以采用多块磁体按一定角度叠放，或采取多极充磁；当使用电磁体时，不限于两个凸极，可以设置数对凸极，按顺序分别通电后实现步进电机的效果。

已知的，地球和指南针就是面相对应设置的两块磁体，当你把一块很大的磁体像指南针那样放到一摩擦力很小的支撑物上时，他同样指向南北，这说明地磁也是不容小觑的，所以说地磁合理开发也会使我们节约些宝贵的能源，如图1、图8、图16等的布局，第一磁体为地球，第二磁体作为转子，第三磁体作为磁力的补充，形成一个电动或发电单元，也是一种不错的尝试。

在一实施例中，第一磁体为板型材磁体，因为板型材的重量轻，当需要提升重物时可以采用加厚的板型材；同时充磁时以磁体的小面充磁为优先选择，这样第一磁体的大面与第二磁体的面相对应，形成的对应面面积大，运动时产生的磁力强，当不用于以提升浮力为主的所应用领域时，可以不刻意考虑这一因素。

在一个实施例中，第一磁体和第二磁体面相对设置的旋转体系中，第一磁体和第二磁体中至少有一个是电磁体，这样无论是电动机，还是发电机，结构都是最精简的，作为电动机，为导体通入交变电流后形成电磁力，即可推动永磁体旋转；当作为发电机时，产生的电能能通过导体直接传输出去。

在一实施例中，第一磁体的外表面构造有结构保护层。保护层用高强度的材料，如碳纤维、树脂、高强度的铝材及塑料等高分子材料及以后开发的重量轻结构性能好的新型材料中的一种或复合多种，以防止磁体断裂。还可以利用软磁体对磁力进行引导并充当保护层。

在一实施例中，如图8-9所示，第一磁体11和第二磁体21可以围绕穿过第一磁体11和第二磁体21的几何中心点的轴旋转。在另一实施例中，如图10-13所示，也可以围绕穿过第一磁体11和第二磁体21的极面上的点的轴旋转。当第一磁体11和第二磁体21围绕穿过第一磁体11和第二磁体21的几何中心点的轴旋转时，该轴可以是实体轴，即穿过第一磁体11和第二磁体21的几何中心点设置一轴，使第一磁体11和第二磁体21能够绕该轴旋转(如图8-9所示)，该轴也可以是虚拟轴，也即第一磁体11和第二磁体21围绕其自身的几何中心轴旋转(如图1-2所示)，无需额外设置一穿过其几何中心点的轴，从而使得第一磁体1和第二磁体2能够实现无轴旋转。由于磁体面的相对运动力的释放是以扭力的形式释放的，是一种旋转运动，而不像极之间的作用力是直线的，所以它旋转起来非常平稳。当第一磁体11和第二磁体21围绕穿过第一磁体11和第二磁体21的极面上的点的轴旋转时，该穿过第一磁体11和第二磁体21极面上的点的轴为实体轴(如图10-13所示)。

具体的，如图8-9所示，当第一磁体11和第二磁体21沿实体轴3趋近时，第一磁体11和第二磁体21既可能相吸，也可能相斥，图9中相斥的两个相对的面相对旋转至90度角附近的位置时，表现为吸力，两块磁体相对旋转到如图8所示的180度角的位置后吸力最强，图9中相斥的两个相对的面相对旋转至270度角的位置时两块磁体之间又开始表现为斥力，两块磁体相对旋转到如图9所示的360度的位置时，这两块磁体斥力最强。在两磁体面对应相对旋转的体系的一个旋转周期中，引力和斥力是此消彼长的过程。如图8的相吸关系是稳定、且牢固，并能保持，如图9的相斥关系是不稳定关系，维持住这种相斥的关系实际上就实现了磁悬浮，这种关系只有在外力的作用下才能维持，但是作为相斥的两个磁体他自身有维持稳定关系的趋势，并最终通过旋转形成稳定关系。这也就是说两块磁体面对应时只有两种状态，相吸的稳定状态，和不稳定的旋转状态，不稳定的相斥状态通过旋转实现相吸的稳定状态，所以说悬浮状态需要有外力才能维持。

如图10-13所示，实体轴3穿过第一磁体11和第二磁体21的极面设置，当第一磁体11和第二磁体21沿该实体轴3趋近时，第一磁体11在动力系统的带动下旋转，第二磁体21在第一磁体11的相吸(图10和图11)或相斥(图12和图13)的作用下稳定旋转。在该实施例所述的系统中，第一磁体11和第二磁体21原来是相吸的关系就还是相吸的关系，如图10和11所示。第一磁体11和第二磁体21原来是相斥的关系就还是相斥的关系，如图12和13所示。该种偏心结构设置，即可在实现旋转功能的同时，还实现振动功能。

在一实施例中，如图8、附图10和附图11所示，第一磁体11和第二磁体21之间可以构造有间隙4，间隙4使得该旋转装置的启动变得容易。因为如果磁体是强磁体的话，无论是极相吸还是面相吸，吸引力都非常强劲。如果不设间隙，特别是第一磁体11和第二磁体21都是永磁体的时候，两者处于相吸且呈吸合状态，这时的吸力是非常强劲的，启动该旋转装置将变得非常困难。当然也可以不设间隙可以的，装置启动时需要多费些能量。当第一磁体11为电磁体时，二者之间的间隙可以设置的很小，因为在未通电之前，导电线圈(第一磁体)和第二磁体之前只有微弱的吸引力，可以认为二者都不受彼此约束，是自由运动的。二者之间微小的间隙有利于提升动力，因磁力的大小与其距离的平方成反比，也就是说，两块磁体相距的距离越远，二者之间相互作用力就越小。

在一实施例中，如图14所示，第一磁体11和第二磁体21的面呈线性相对设置。第一磁体11和第二磁体21呈现相吸的稳定关系，并能够保持。当第一磁体11和第二磁体21相对的面呈相斥关系时，如图15所示，这种关系不稳定，斥力以旋转的方式将能量传递出去，旋转后又恢复至如图14所示的稳定状态。这一旋转特性同样适合电动机，通过通入交流电，或换相的直流电即可实现稳定的旋转。

在一优选的实施例中，该磁体旋转装置还包括第三磁体5，如图16和图17所示，第一磁体1和第三磁体5以第二磁体2为中心线呈镜像设置，且第一磁体和所述第三磁体能够同步运动。该实施例中，动力系统驱动第二磁体2旋转实现发电机的功能，如果为第二磁体2通入交变电流实现驱动第一磁体1和第三磁体3旋转，这样就实现了电动机的功能，在该实施例中，第二磁体2在其以Y轴为中心轴的旋转平面内，始终受到两个相同大小的引力(如图16所示)或相同大小的斥力(如图17所示)，这样第二磁体2的稳定性更好。可以理解的，为了使本系统旋转的更稳定，和提高功率的需要，这种镜像结构可以设计成多层。

为了检测更多的位置、方向等参数，用于洲际导弹和宇宙飞船的陀螺仪，采取多对磁悬浮系统，如第二磁体与太阳、第二磁体与地球和第二磁体与永磁体，构成三对磁悬浮陀螺系统，将会取得飞船更多姿态和位置的技术参数，再如，洲际导弹的陀螺仪，设置一套第二磁体对地球和一套第二磁体与永磁体，不借助全球定位系统，也能实现精确定位，这样就实现即使我方卫星遭受攻击且不能及时补全时对敌目标的攻击。

在一个实施例中，磁体旋转装置包括如下磁组，第一磁体1、第二磁体2以及第三磁体5可以采用如图18、图19所示的结构。在图18和图19所示的结构中，是以如图20所示的片状永磁体11E为单元，以异极相吸的方式将其连接，并延伸至设计需要的长度，形成组合磁体10E，产生一组共面。可以理解的，也可以采用如图21所示的线圈组合体10F，该线圈组合体10F以如图22所示的片状绕线结构11F为单元，若干个该片状绕线结构11F形成线圈组合体10F，也就是说形成数个极连的电磁体。

在一个实施例中，磁体旋转装置还包括飞轮，飞轮在一定速度下形成的扭力大于第二磁体与第一磁体形成的扭力和/或第二磁体与第三磁体形成的扭力的合力，这样只要保持这一不平衡的力，本磁体旋转装置即可连续发电，或连续制动，不需要持续为飞轮供能，间歇性供能的设计有更多的发挥空间。

本发明的旋转装置用于电动机，第二磁体作为电机的转子，通过转子的旋转实现动力输出。现有的电机如图23和图24所示，是法拉第根据奥斯特的电磁试验现象研制的，它采用通电导体在磁场中切割磁力线实现电能和动能的转换。如图23中，线圈210位于磁体110形成的磁场中，他的结构设计具有一个很大的弊端，如图24，一个矩形线框210，只有左右两侧的a和c导线是做功的，而上下两侧的导体在体系中是不做功的，需要消耗能量使其转动，在线圈的一周旋转中，有效做功距离只有2b长度，大量优质的铜材被浪费，电机也很难做得小巧，电压的波动较大。

根据图8-13所示或图16-17所示的磁体旋转装置，当第一磁体采用直流电时，设有换向器，因为本发明是采取磁体面对应形式制动，如果不进行换向，电机将处于锁死状态，公知的机械的或电子的均可以。当采用交流电时，如果需要控制电机的转向，设有电机转子位置检测传感器(可以是霍尔传感器或磁传感器)，在智能控制系统的综合调控下，通入正向电流或反方向电流，通过控制起始电流方向，实现电机的正传和反转，另外也可以采取棘突装置，强制引导以实现正传和反转，如果不采取引导措施，本电动机将是随机旋转，假设起始通电的瞬间电流是正的，假设是正传，如果赶上通电的瞬间是反向的电流，电机将反转，通过引导后即可实现可控转向。

根据本发明的一个实施例，如图25-28所示，方形槽线框内绕有导体，导体线圈12通电以后形成一电磁体，因为通入的是交变电流，所以线圈的NS极是随着频率的变化而有规率的变化的，假设此时上面是N极，下面是S极，如图25所示，转子逆时针旋转，当旋转到如图26所示的位置时极面相异，呈相吸的锁死状态，随着电流极性的改变上面变成S极，此时又处于相斥状态，转子在惯性的作用下继续旋转，当旋转到如图27所示的位置时，又呈现相吸的锁死状态，电流换向以后又继续旋转如图28所示的位置，实现一个旋转周期，这样就使得该电机控制变得非常简单，通过频率的控制即可实现转速的控制，通过电压和电流的调节，即可实现扭矩大小的控制。根据需要可以设计的很大，也可以设计的很小，由于他不是靠切割磁力线实现能量转换，而是通过两块磁铁的面相吸和相斥的交替变换实现能量转换的，能量转化率高，电机结构简单，直流电需要换向器，换向器可以是机械的或电子的，此为公知技术，此处不再赘述。但是电机中常用的传感器还是必不可少的，如转速传感器、温度传感器、振动传感器等，用于监测电机工作性能的开环和闭环监视系统和反馈系统及功率控制系统。

可以理解的，当第一磁体和第二磁体的面呈线性相对时，同样可以用于制造电机。该电机包括如图14-15所示的旋转装置，与上述电机相似，这里不再累述。由于是旋转运动，所以转子优选圆形，这样运动中空气阻力较小，如永磁体采用圆形的磁体，采取径向充磁。同时还可以将转子腔抽成真空的，实现转子无阻力运行。而法拉第的电机是利用相吸和相斥的实验现象设计的，而不是利用面之间相对运动时产生扭矩这一实验现象设计。后来的人们都被其绑架，没有突破。当上述第一磁体为永磁体且其数量不限于一块时，将多块磁体按一定角度叠放，或者采用多极充磁。当第一磁体为电磁体时，不限于两个凸极，可以设置数对凸极，按顺序分别通电后实现步进电机的效果。

一种立式电机，其包括本发明所述的磁体旋转装置，转子利用同名磁极相斥的思路进行悬浮，转子的主轴采用光轴，这样本电机的安装就变得非常简单。

一种电动机，其包括本发明所述的磁体旋转装置，为了达到非纳米级别的最小化，不采用螺线管形成电磁体，而是用通入交变的直流电或交流电的直导线产生的磁力推动转子磁体旋转，或固定磁体让导线旋转，以适合人体血管等微细管道内运行。

一种发电机，其包括根据本发明图8-13所示或者图16-17所示的磁体旋转装置，可以采取：线圈-永磁体-线圈，或永磁体-线圈-永磁体的结构布局，或多层交替布局；线圈的内芯采用优质铁芯，也可以不放铁芯，这种发电机所产生的电流振幅比较小，电压比较平稳，因为线圈在360度的旋转中几乎时刻都在做功，死点时间是瞬间的，而法拉第的电机死点时间比较长，当线圈运转到与两极垂直的平面及附近时是不做功的。带动转子旋转的能量可以采取风能、水能、太阳能等自然能源，当然也可以采用内燃机、外燃机输出的化学能或核能等。

一款无轴电机，其包括根据本发明图8或图16或图25所示的磁体旋转装置。当然，其还包括电动机和发电机。如该旋转装置采用垂直式布局，只需在磁体的几何中心点设一滚珠支撑点，该支撑点不设也是完全可以的，为了减少启动起始时的摩擦力，转子的下表面，和定子的上表面进行润滑处理，也可以采用特氟龙涂层或用超高分子量聚乙烯制作接触面，或做镜面抛光处理。

一种薄壁环永磁转子电动机：其包括根据本发明图8或图16或图25所示的磁体旋转装置。在本发明中永磁体的应用较多，实体的转子需要的用磁材料要比空心薄壁转子应用的磁性材料多很多，同时由于转子偏重，运动惯量较大，对小功率频繁启动的电机不利，所以这款电机采用薄壁永磁转子，径向充磁，形成面对应结构，同时转子的其他配件，也采用轻型材料设计。

一种机械扭矩陀螺仪，其包括图8-13所示、图14-15所示或者图16-17所示的磁体旋转装置。在如图16-17所示的磁体旋转装置中，这种镜像堆叠结构单元不限设一层，多层的设置会使陀螺仪的稳定性更好，这种陀螺仪要比现在使用的同极相吸异极相斥思路设计的磁悬浮陀螺仪，更容易小型化，稳定性更好。当然该机械扭矩陀螺仪还包括采集各种参数的传感器，和控制动力系统的智能系统。

一种电动陀螺仪，其包括图8-13所示、图14-15所示或者图16-17所示的磁体旋转装置。第一磁体和/或第三磁体由一个方形线圈形成电磁体，也就是说在线圈的内芯中放置第二磁体，形成磁体面对应关系，由同一个线圈产生的磁力将更加均衡，陀螺仪(电动机)的稳定性更好，这种陀螺仪要比现在使用的同极相吸异极相斥思路设计的磁悬浮陀螺仪，更容易小型化，稳定性更好，当然第二磁体也可以不用永磁体而用电磁体，这种结构可以做成纳米级别的微型陀螺仪。当然第一磁体和/或第三磁体也可以分别用永磁体和电磁体，可以根据实际需要变通选择。当然该电动陀螺仪还包括采集各种参数的传感器，和控制电压和电流的智能控制系统。这种陀螺仪实际上只有一个线圈(定子)和一个转子，是现今市面上所有的陀螺仪和电机无法比拟的。

一种磁效应风机，其包括根据本发明的磁体旋转装置。如图29所示，第二磁体23是一个沿着转子轴绕制的线圈，形成一种腔型结构或添加其他材料后，形成一定的容积型扇叶，这样它就具有了两个作用，可以作为空气动力形成装置使用，同时其本身具有散热的作用，使本装置工作在适宜的温度下，延长装置的使用寿命，工作也更稳定。

一种磁效应液体泵，其包括根据本发明的磁体旋转装置。如图29所示，其原理与磁效应风机相同，只是由液体替代了气体，同时具有传输液体和为本机散热的双重作用。

一种磁悬浮飞行器，其包括根据本发明的磁体旋转装置。该磁悬浮飞行器可以是磁效应直升机、一种磁效应旋翼机、一种磁效应涵道飞行器、一种磁效应航天器、一种磁效应星际航天器、一种磁效应汽车、一种磁效应热气球、一种磁效应飞艇、一种磁效应滑板、一种磁效应列车、一种磁效应近地空间飞行器、一种磁效应远地空间飞行器中的任何一种。该磁悬浮飞行器，采用永磁材料或者电磁材料制作飞行器的桨叶、扇叶，该桨叶、扇叶相当于本发明的旋转装置中的第二磁体，该第二磁体与第一磁体(地球、太阳、永磁体或电磁体)形成一磁悬浮单元，也可以将磁性材料附在上述空气动力形成装置的桨叶或扇叶上，使飞行器的扇叶或桨叶既具有磁效应能力，又具有空气动能力，成为混合动力飞行器，像这种以提升浮力为最终目的的，采取小面充磁，以增大第二磁体与第一磁体和第三磁体的对应面，使扭矩达到最大化。

一种磁悬浮效果教学展示系统，其包括根据本发明的磁体旋转装置。该磁悬浮效果教学展示系统包括上述一磁悬浮单元、透明的可形成真空的容器和一个真空形成装置，将磁悬浮单元放入透明的容器内并启动，展示磁悬浮效果，随即启动真空系统，使容器内呈真空状态，再次展示磁悬浮效果，如果不是磁悬浮系统发挥作用，处于真空状态时就不会有悬浮现象和升力。

一种磁效应振动器，其包括图8-13所示、图14-15所示或者图16-17所示的磁体旋转装置，根据振幅和频率的要求调节第二磁体的角速度和第二磁体与第一磁体的距离，角速度不能调的太快，否则振幅过小或趋近于零，失去振动的效果。

一种偏心振荡器：其包括图11-13所示的磁体旋转装置，这款振荡器不像上款那样受频率限制，其可快可慢，根据需要调节频率，即可对振子(也就是第二磁体)的振动频率进行改变。

一种“三无”地面运输工具，其包括根据本发明所述的上述电动机(优选轮毂式)。当然还包括用于容纳人员或容纳货物的容纳部、电源或发电机、无人或手动控制系统；防撞系统、红外、超声和电容传感器、及参数反馈和综合处理系统等。工作时，通过电机的正反转实现前进和后退，而功率的调节可通过电流和电压的大小来调节，转速可以通过变频实现，低频时转速慢，高频时转速快，根据需要调节即可，刹车采用通入直流电即可实现转子锁死，起到刹车的目的。而传统的运输工具除动力系统外，还包括变速系统、离合系统、刹车系统，而本发明的地面运输工具这三项结构复杂的机构都不复存在，将使车体自身的重量大大减轻。

一种轨道列车，其包括本发明所述的磁体旋转装置。其中，第一磁体(从起点到终点只用一个线圈即可，当然为了施工方面可以有如现在的轨道做成模块化的，到现场链接，这样施工进度将会非常快)为线圈导轨；所述的线圈轨道不限设一条，可以像现在的铁路一样设两条或多条，实行阶段性供入交流电，避免了现在高铁各种变电的复杂，以及避免了现有的磁悬浮列车运行中的不安全、不稳定隐患。因为现有的磁悬浮列车采用磁体的同极相斥异极相吸的实验现象设计，为了达到相吸或相斥的目的，两磁体的极必须相对，这样必须要有大量的线圈单体通过串联或并联形式阵列式排放在轨道上和/或列车上，以形成浮力，而这种极相斥的悬浮是不稳定的，同时施工的劳动强度也是非常大的，施工的周期长。

其中，磁制动的原理为：要实现第二磁体持续向第一磁体靠拢，只要让这两个磁体连续产生吸力即可，而如果想要离开第二磁体持续远离第一磁体，只要让第二磁体与第一磁体连续产生斥力即可。永磁体解决这一问题比较困难，因为它的极向不能改变，我们可以采取两块片状磁体，两片磁体之间进行磁力隔离，防止由于两磁体的相互作用而影响地磁效应，有两部制动系统驱动这一块磁体，使其既沿着Y轴旋转，同步又做X轴方向同步旋转，保证实现连续同极或连续异极。而电磁体通过电源正负极的换向，实现磁极的转换就比较容易，使第一磁体和第二磁体始终保持异极达到相吸，或始终保持同极达到持续相斥，这样就实现了电磁推进。

另一实施例中，第一磁体1为永磁体，采用如图20所示的片状或块状磁体极相连的方式延伸铺设导轨(如图18和图19所示)，这样，就在上边形成了磁体的面，不需要地面供电系统，如传统的铁路一样。车体上设有第二磁体，第二磁体设有N个单元，都与轨道形成面对应的关系，用永磁体或线圈都可，上面已经介绍了这里不再累述。也可以在车体的顶部再设置第三磁体，根据需要灵活设计即可。

一种磁效应节，包括本发明所述的磁体旋转装置。具体的，其包括依次设置的第一磁体-绝缘体-第二磁体-绝缘体-第三磁体，各磁体可采用电磁体也可以采用永磁体，永磁体可以用溅射、蒸镀、微加工等方式获得，然后采取小面充磁，形成面对应结构，可用于电路相关功能控制和磁性相关性能检测和产生震荡。可以接单级、双极、三极或四极，根据实际需要设计即可。

另一种磁效应节，包括本发明所述的磁体旋转装置。具体的，其包括依次设置的第一磁体-第二磁体-三磁体，各磁体可采用电磁体也可以采用永磁体，永磁体可以用溅射、蒸镀、微加工等方式获得，然后采取小面充磁，形成面对应结构，可用于电路相关功能控制和磁性相关性能检测，第二磁体可以采用直导线或螺线管。

一种磁效应开关，其包括本发明所述的磁体旋转装置。

一种磁效应计算器，其包括本发明所述的磁体旋转装置。上述的磁效应开关实现了0-1的数字化转变，可用来开发计算器。

一种磁效应计算器，其包括本发明所述的磁体旋转装置。上述的开关实现0---1的转变是有动作原件(转子)的，计算器寿命不可能太长，而这一实施例采取第一磁体、第二磁体，或/和第三磁体均固定模式，也就是说无转子，通过测试第一磁体和第三磁体，也就是导线两端通电时电阻、电流和电压的变化或第二磁体扭力的检测，经过处理后实现0---1的数字化转变，可用于开发各种存储器和计算器。

一种纳米级别的陀螺仪，其包括本发明所述的磁体旋转装置。通过纳米级精加工技术实现上述陀螺仪，使陀螺仪进入纳米级时代。

一种纳米级别的电动机，其包括本发明所述的磁体旋转装置。通过纳米级精加工技术实现上述电动机，为微型机器人的开发铺平了道路。

一种真空磁旋转装置，其包括本发明所述的磁体旋转装置。上述的电机、陀螺等转子均可封装在真空系统中，以减少空气阻力。

一种分体式电动工具，其包括本发明所述的磁体旋转装置。具体的，第一磁体采用螺线管式电磁体，如图6所示，第二磁体可以是一个磁性夹头，可夹持各种实用工具，也可以是一次性消耗品，如各种由永磁体，或部分由永磁体制作的螺丝、木螺丝等，可以把这些消耗品预埋入构件中，通过磁体这种面之间的扭力，实现隔空作业，使构件更加精美。

一种水中潜航器，其包括根据本发明的磁体旋转装置。如图30和图31所示，具体的，其包括艇体38、分水锥39、入水口30、出水口31，及由第一磁体36和第二磁体37组成的第一推进系统、第一磁体34和第二磁体35组成的第二推进系统、第一磁体32和第二磁体33组成的第三推进系统，第一推进系统、第二推进系统和第三推进系统可以采用如图14-15、图25或图8-13所示的磁体旋转装置，第二磁体37、35、33采用滚筒式永磁体，径向充磁，滚筒内构造有桨叶、扇叶或绞龙。分水锥的设置使潜航器受到的阻力变得很小，把阻力变成了增加水流速的动力，提高了入水口水的流速；多级推进使潜航器的运行速度更快；出水口31可以采取可变方向设置，实现潜航器的转向；同时潜航器的体表可以设置鳍或导流槽，以使潜航器行进的更平稳；上面介绍的是单一水路推进，也可以设置成两通道或三通道推进，特别是三通道推进，通过合理的布局出水口，和力量分配，实现转弯、下潜和上浮。

一种水上交通工具，其包括根据本发明的磁体旋转装置。如图32所示，具体的，其包括船体48、楔形压水锥49、入水口40、出水口41，及由第一磁体46和第二磁体47组成的第一推进系统、第一磁体44和第二磁体45组成的第二推进系统、第一磁体42和第二磁体43组成的第三推进系统，第一推进系统、第二推进系统和第三推进系统可以采用如图14-15、图25或图8-13所示的磁体旋转装置，第二磁体47、45、43采用滚筒式永磁体，径向充磁，滚筒内构造有桨叶、扇叶或绞龙。楔形压水锥的设置使船体受到的阻力变得很小，把阻力变成了增加水流速的动力，提高了入水口处水的流速；多级推进使船的运行速度更快，也可以采取单级推进；每个主体船可以采取单一水路推进，也可以采取双通道或多通道推进。

一款无齿齿轮，包括根据本发明的磁体旋转装置，如图33所示，第一磁体14和第二磁体24是两个径向充磁的强磁体，其中之一在力系统的作用下旋转，另一个磁体即向相反的方向旋转，实现齿轮的作用效果。

一款轴变向电机，包括根据本发明的磁体旋转装置，如图34所示，第一磁体15和第二磁体25是两个径向充磁的锥形强磁体，其中之一在力系统的作用下旋转，实现力向和轴向双重改变的的作用效果，当改造一些旧的动力系统，空间位置受限时这种结构布局可以采用。

一款磁动变速器：包括根据本发明的磁体旋转装置，如图35-38所示，第一磁体16、17和第二磁体26、27是两个径向充磁的锥形强磁体，旋转着的第一磁体16、17沿第二磁体26、27锥面左右运动时，实现无级变速；也可以将第二磁体进行分层布局并进行隔离，实现有级变速。

一种普通离心机，如图39所示，包括根据本发明所述的磁体旋转装置，转子56(也即第二磁体)和轴52均采用活动机构，将待分离的样本(如血液样本、工业污水等)放入样本孔58内，将转子56推入支架51内，轴52穿过支架孔53和转子孔55与支架底部的支架孔形成轴连接，同时做好相关锁紧工作即可工作。

一种高速离心机，如图39所示，包括根据本发明所述的磁体旋转装置。

一种超高速离心机，包括根据本发明所述的磁体旋转装置。由于超高速离心机需要工作在低温和真空环境下，而本磁体旋转装置的这种布局又非常容易做到，所以这就使得如用于分离生物大分子和铀浓缩用的10万转/分钟及以上的超高速离心机的结构变得非常精简。

一种免配平离心机，包括根据本发明所述的磁体旋转装置。已知的，离心机都是需要配平的，而本磁体旋转装置本身就是一款平稳的旋转装置，所以用于离心机时就不需要配平，或简单配平即可。

一种活动式转子离心平台，包括根据本发明所述的磁体旋转装置。第一磁体为线圈式电磁体，这样它就形成一个空腔；当然，也可以采取本发明的其他布局，如图39所示，设一个支架1，当沿着滑道(或传送带)57运行的第二磁体(转子56)到达转子预定位置时(由位置传感器检测)，轴52在动力系统的驱动下，穿过转子56的轴孔55与支架1底部的支架孔形成轴连接或滑动连接，临时组合成为一台离心机，这种布局几乎不用配平，因为转子是在两个支点的固定下工作的，不像现在普遍使用的离心机，转子只有一个支点，不配平离心机很容易损毁，同时这种结构非常适合自动化操作，如超大型体检中心，前期需要处理大量的标本，而这一技术主要被国外垄断，每台自动化离心机都需要十几万，主要是其自动离心技术，本装置的推出将打破这一局面。

一种磁缆，如图40所示，包括第一磁体61、第二磁体62和外绝缘材料63，第一磁体61和第二磁体62之间的缝隙填充绝缘材料64，第一磁体61和第二磁体62不作为力的执行件，而是作为力的传递媒介，也就是说这里所有的磁体宏观上来说都是不运动的。或者如图41所示，包括第一磁体71、第二磁体72、第三磁体75和外绝缘材料73，第一磁体71和第二磁体72之间以及第二磁体72和第三磁体75之间的缝隙填充绝缘材料74。第一磁体1和第三磁体5优选为软磁体，当然也可以用永磁体，但是永磁铁的造价高，永磁体又比较脆，最主要这里不是作为力的执行件，采用软磁体同样具有屏蔽和引导第二磁体磁能的作用，所述的软磁体采取片状线性堆叠或片状同心堆叠的形式，根据实际需要选择即可。第二磁体优选为电磁体，第二磁体的形状可以是圆形(如图40和41所示)、方形(如图42所示)、各种带有折皱(如图43所示)或百叶式实心或空心直导线(如图44所示)、双绞线或多绞线，也可以是螺线管(如图45所示)。由于电子具有趋肤性，表面积的增加利于传递更多的电子。将电能转变为磁能进行传递，并进行了屏蔽，电能的损耗将非常小，同时高压或超高压电能的传输也将变得更容易、安全。

具体的，在如图42所示的实施例中，除了包括第一磁体81、第二磁体82、第三磁体85和外绝缘材料83以及填充绝缘材料84外，还包括芯材86，芯材86用于承载导线的重量。在如图43所示的实施例中，除了包括第一磁体91、第二磁体92、第三磁体95和外绝缘材料93以及填充绝缘材料94外，还包括芯材96，芯材96用于承载导线的重量。在如图44所示的实施例中，除了包括第一磁体101、第二磁体102、第三磁体105、外绝缘材料103和填充绝缘材料104以及芯材106外，还包括支撑材料107，芯材106用于承载导线的重量，支撑材料107用于保持导线腔体的形状，第二磁体102采用百叶式。在如图45所示的实施例中，包括第一磁体111、第二磁体112、第三磁体115、外绝缘材料113和填充绝缘材料114以及芯材116，芯材116用于承载导线的重量，第二磁体112采用螺线管式。

一种预设电缆电车，其包括根据本发明的磁体旋转装置。现阶段城市的交通工具主要有无轨和有轨两种形式，无轨的一般采用电能和化学燃料，电能由于电瓶现阶段还差强人意，总的行驶里程是其软肋，而使用化学燃料的汽车，对环境的污染严重，地铁部分的解决了污染和运力问题，现在地上轻轨发展势头强劲，如比亚迪的云轨，但是它运力有限，且其轨道上只能它自己行驶，同时在地面上横亘一轨道，为其他交通工具的运行带来了不便。

本发明提供的上述预设电缆电车将上述两者的优点集于一身。具体的，该预设电缆电车包括设在地下或高空的电缆、电能传输件和地上的包括本发明所述磁体旋转装置的电动车，还包括绘制在地上的可识别轨迹、和车载轨迹识别系统。电能传输件采用挠性件与电动车可伸缩性电相连，与电缆滑动摩擦式电相连。电缆供电优选为对人体安全的低压供电，同时做好安全防护。电动车还包括自身携带的蓄电池，只要是安装有连接件的电动车都可以在这条轨迹上利用电缆的电能驱动电动车行驶，可随时上线和下线，还可以在线上充电。这样电动车再也不用担心没电了，对新能源汽车的推广有利。即使以后电池的续航里程大为提高，该系统仍可起到活动充电桩的作用。

本发明中，根据电磁学领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件，如磁钢(采用磁钢对磁力进行引导)、单元(如控制单元或系统)及降温系统等。

旋转磁体装置的上述应用，具有以下有益效果：为地磁和太阳磁，也就是说为宇宙磁的开发利用打开了一扇窗，使普通磁悬浮的大范围应用成为可能。同时可使陀螺仪的稳定性和精度进一步提高，地磁陀螺系统，和太阳磁陀螺系统的应用使飞行器能收集到更多的相关参数。同时飞行器可以不过多的依赖空气动力，使深空探测走的更远。本装置结构简单，制作容易；悬浮方法简单，实现容易；由于本装置结构简单容易小型化，使机器人等微动力系统制作的更加小巧；同时该装置的推出必将掀起人们对电磁理论和电磁现象研究的热潮，推动节能减排和航空航天事业的发展。

根据本发明的另一方面，提供了一种磁体平稳旋转的方法，包括以下步骤：

S1、使第二磁体的面与第一磁体的面相对设置；

S2、当第一磁体为电磁体时，通入交变电流使得第二磁体在第一磁体的磁力作用下旋转；当第一磁体为永磁体时，动力系统驱动第一磁体旋转，使得第二磁体在第一磁体的磁力作用下旋转。

其中，可逐渐增加第一磁体的转速，以减小第一磁体和第二磁体之间的相对振幅，从而实现第二磁体的平稳旋转。

使第二磁体的面与第一磁体的面面相对并保持对应状态，不要求绝对平行对应这样实现悬停时就变得容易操作，然后旋转第二磁体，当第二磁体的面与第一磁体的面趋近时，如果第一和第二磁体的端部磁极相同，两磁体表现为相斥关系，如果第一和第二磁体的端部磁极相异，两磁体表现为相吸关系；继续旋转第二磁体使之与第一磁体相对呈180度角后，两磁体间呈现与刚才作用力相反的作用力，随着运转速度的增加，吸力和斥力达到平衡，这时就实现了第二磁体的平稳旋转。

在如图16和图17所示的体系中，增加了第三磁体，形成“三明治”结构，第三磁体与第一磁体相对于第二磁体呈镜像结构，这样第二磁体在其以Y轴为旋转轴的旋转平面内，始终受到两个相等的力的作用，理论上讲处于这一位置时应该就是悬浮的，但是由于磁体处于相斥位置时的不稳定性，而这时既有可能是相斥的状态，也有可能是相吸的状态，是一种不稳定的平稳旋转状态，当第二磁体旋转起来以后，不是像处于静止状态时那样，只受引力或只受斥力，第二磁体瞬间交替受引力和斥力的作用，并且这种力一直处于平衡状态，所以这种平稳旋转才是稳定的悬浮。

根据本发明的第三方面，提供了一种磁刹车系统，该磁刹车系统包括第一磁体、第二磁体和电源，第一磁体和第二磁体至少有一个为电磁体，电源用于为电磁体提供直流电，以实现第一磁体和第二磁体之间相吸止动。从而使得第一磁体和第二磁体呈现锁死状态，实现刹车作用，同时这种结构非常适合开发各种流体(如气体或液体)阀，假设通入正电流时驱动阀芯导通，那么通入负电流时就处于截至状态。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (7)

1.一种磁体旋转装置，其特征在于，包括：

第一磁体；

第二磁体，其能够在所述第一磁体的磁力作用下旋转；和

动力系统，其用于驱动所述第一磁体旋转或用于为所述第一磁体提供交变流电。

2.根据权利要求1所述的磁体旋转装置，其特征在于，所述第一磁体的面和所述第二磁体的面相对设置。

3.根据权利要求1所述的磁体旋转装置，其特征在于，所述第一磁体和所述第二磁体之间构造有间隙。

4.根据权利要求1所述的磁体旋转装置，其特征在于，还包括第三磁体，所述第一磁体和所述第三磁体以第二磁体为中心呈镜像设置，且所述第一磁体和所述第三磁体能够同步运动。

5.根据权利要求4所述的磁体旋转装置，其特征在于，所述第一磁体和所述第三磁体呈刚性连接。

6.一种根据权利要求1-5中任一项所述的磁体旋转装置实现磁体平稳旋转的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、使第二磁体的面与第一磁体的面相对设置；

S2、当第一磁体为电磁体时，为所述第一磁体通入交变电流使得所述第二磁体在所述第一磁体的磁力作用下旋转；当第一磁体为永磁体时，动力系统驱动第一磁体旋转，从而使得第二磁体在第一磁体的磁力作用下旋转。

7.一种磁刹车系统，其特征在于，包括第一磁体、第二磁体和电源，所述第一磁体和第二磁体至少有一个为电磁体，所述电源用于为所述电磁体提供直流电，以实现第一磁体和第二磁体之间相吸止动。