CN110994945A - 一种双翼型磁力发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双翼型磁力发动机，包括定子磁场和转子，定子磁场由四块定子磁铁相互垂直又错位摆放成一个在圆周方向各段磁场梯度方向相同的闭合磁回路，形似桶状磁场；转子包括转子磁铁和转子磁铁的支撑体，转子磁铁连接在能使其发生翻转的转动机构上；转子磁铁置于定子磁场中并由定子磁场驱动，定子磁场与转子磁铁之间的偶合作用力是双翼型磁力发动机的动力来源。本发明利用了磁场对永磁铁的作用规律，自由转动的转子磁铁在磁场中其磁化方向总与所处的磁场方向一致。在非均匀磁场中由于强磁场的吸引作用，使转子磁铁在具有同方向场梯度的磁场中同一方向受力，并将这些力引出构成磁动机，其无污染，功率大，能在无氧环境中工作，是一种原动力机。

Description

一种双翼型磁力发动机

技术领域

本发明属于磁力发动机技术领域，具体涉及一种双翼型磁力发动机。

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；为了提高电动机效率，有的永久磁铁为转子或定子，但终归还要电能驱动。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(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

针对现有技术中的不足之处，本发明提供一种双翼型磁力发动机，利用磁场为动力来源。

为了达到上述目的，本发明技术方案如下：

一种双翼型磁力发动机，包括定子磁场和转子，所述定子磁场由四块定子磁铁相互垂直又错位摆放成一个在圆周方向各段磁场梯度方向相同的闭合磁回路，形似桶状磁场；转子包括转子磁铁和转子磁铁的支撑体，转子磁铁连接在能使其发生翻转的转动机构上；转子磁铁置于定子磁场中并由定子磁场驱动，定子磁场与转子磁铁之间的偶合作用力是双翼型磁力发动机的动力来源，无需要外加动力。

进一步的，所述转动机构还包括翻转钉，翻转钉在需要转子磁铁翻转的位置处固定一个凸起物并固定于定子结构上，转子磁铁与它相碰，帮助转子磁铁翻转，从而加速转子磁铁的翻转。

进一步的，所述转动机构还包括弹簧，弹簧加装在转子磁铁上或转动支架上，从而加速转子磁铁的翻转。

有益效果：本发明利用磁场分布规律，创造出由多块定子磁铁构成的闭合磁回路，而且这个磁回路在其磁场工作区域内的磁场梯度方向相同。利用磁场对永磁铁的作用规律，使可自由转动的转子磁铁的磁化方向总是与所在处的磁场方向一致。利用在非均匀磁场中强磁场的吸引作用，使得转子磁铁在具有同方向梯度场的磁场中向同一方向受力。将这些具有单向力的转子磁铁组合构成磁动机的转子，并将这些力引出就构成了磁动机。

附图说明

图1为本发明提供一种双翼型磁力发动机的结构示意图；

图2为图1中的定子磁场的模拟计算结构图；

图3为本发明提供的一种转子磁铁的瞬间状态示意图；

图4为本发明提供的一种四边桶状磁场的结构示意图；

图5为本发明提供的一种转子磁铁处在不同位置时的状态示意图；

图6为本发明提供的一种定子磁场与转子磁铁的关系图。

图中，1-架构，2-定子磁铁，3-转子，4-转子磁铁，5-弹簧。

具体实施方式

以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。

如图1至图6所示，一种双翼型磁力发动机，包括架构1、四块定子磁铁2和多个转子3；定子磁场由四块定子磁铁2相互垂直又错位摆放成一个在圆周方向各段磁场梯度方向相同的闭合磁回路，形似桶状磁场，架构1为四块定子磁铁2提供支撑结构；转子3包括转子磁铁4和转子磁铁的支撑体，转子磁铁4连接在能使其发生翻转的转动机构上；转子磁铁置于定子磁场中并由定子磁场驱动，定子磁场与转子磁铁之间的偶合作用力是双翼型磁力发动机的动力来源，无需要外加动力。

如图5至图6所示，为了转子磁铁4在需要其翻转时能够迅速有效地翻转，转动机构上还设有弹簧5，弹簧5直接设在转子磁铁4上或其支架上。

如图4所示，组成定子磁场的四块定子磁铁，分别依次编号A、B、C、D，其中A号磁铁与C号磁铁的S磁极向内设置，B号磁铁与D号磁铁的N磁极向内设置，四块磁铁的中心线相对偏离放置。由此形成的磁力线分布，以A号磁铁为例，看A号磁铁上的标记点（1），若以A号磁铁上的【A（1）】点为圆心画一个圆【圆A（1）】，【圆A（1）】与D号磁铁不能相交，而与B号磁铁相交，说明A（1）距离B号磁铁比距离D号磁铁近，根据磁场分布特性，几个不同磁性磁极之间建立磁力线时，磁力线总是找距离近的异性磁极连接，所以A号磁铁【A（1）】点左边的磁极面产生的磁力线会连接到B号磁铁，而A号磁铁【A（1）】点右边磁极面产生的磁力线会连接到D号磁铁上。由于几何位置的关系，可以看出，A号磁铁与D号磁铁之间的磁力线的分布由右向左逐渐加密，也就是它的磁场强度逐渐增强。同理可以看出：A号磁铁与B号磁铁之间建立的磁力线是由上而下逐渐加密，也就是他的磁场强度逐渐增强。B号磁铁与C号磁铁之间建立的磁力线从左向右逐渐加密，也就是它的磁场其强度逐渐增强。C号磁铁与D号磁铁之间建立的磁力线从下而上逐渐加密，也就是它的磁场其强度逐渐增强。这四个区域的磁场方向不同，但是他们都在同一方向（圆的角度方向）上增强。既这四段磁场的磁场梯度方向在圆周角度方向一致。这是磁力发动机的主动磁场----定子磁场。它的磁场分布规律是我们所需要的磁场分布规律。在这样的磁场中，任何一段磁场中，不管磁场方向是正还是负，放入一个自由运动的转子磁铁，它都是向同一方向受力。如果转子磁铁是转子的一部分，这个转子磁铁可以带动转子转动，计算模拟结果见图2所示。

为了使转子磁铁的受力方向总是在定子磁场的梯度方向，就要求转子磁铁的磁化方向不能刚性地固定不动。转子磁铁应有一个维度可以转动，使得转子磁铁的磁化方向不论在定子的什么位置都能与定子磁场的磁场圆周方向分量一致，类似于指南针。当定子磁场方向改变，转子磁铁随之转动，使其磁化方向与定子磁场的方向保持一致。结果，转子的受力方向总是处在定子磁场磁场强度增加的方向。也就是磁场梯度场的方向。这样，转子磁铁处在定子磁场的任何区段中他都将受到同一方向的驱动力。这样就可以把具有单向场梯度的定子磁场对转子磁铁产生的驱动力叠加累积，形成转子的转矩，并可以输出。

如图3和图5所示，转子磁铁在定子磁场不同区段的位置和状态。结合图2提供的定子磁场磁力线的分布图。从定子磁场磁力线分布图中已知，定子磁场的磁力线通过空间时，在两块定子磁铁之间的中段部位，其方向是以转子圆的切向方向为主。在定子磁铁内磁极面相对的部位处，磁力线是以转子的经向方向为主。在定子磁场磁力线切线方向为主的区段，转子磁铁所受的力是切向力，迫使该转子磁铁翻转使其磁化方向与外磁场方向相同。同时再与已有的限位装置配合，二者共同作用，使转子磁铁的磁化方向与定子磁场的磁场方向同向。转子磁铁的磁极面平行于转子圆直径又平行于轴。此时转子磁铁受定子磁铁作用产生的力变成转子的转矩。但是，当转子磁铁移动到接近定子磁铁的磁极面时，转子磁铁所受的切向力变小，所受的径向力增加。这个径向力将由转子磁铁的转轴上的轴承承受。此时转子磁铁与转子的角度和位置不变，但它依旧可以围绕其轴自由地转动。转子磁铁的转动机构可以使转子磁铁在其承受的正向力小的时候，可以回到平衡位置，还可以辅助性地控制转子磁铁的角度位置。

结合图6，当转子磁铁接近翻转区时，正向切向力在逐渐减小，直到负值。若等到它到达有负向切向力时再起动翻转，这个翻转过程在负向切向力区间内，显然加大了反向力，牺牲了正向力。控制转子磁铁翻转的弹簧有个临界值（如0.2N）。当转子磁铁所在角度上，其所受的正向切向力小于临界值，此时的正向力对转子转矩贡献也不大。这时弹簧起作用，在弹簧的弹力下转子磁铁开始起动翻转。之后，转子再向前转动，此时转子磁铁所受的正向力越来越小，直到负向切向力出现。此时该转子磁铁已转动到了中间位置，即磁极面平行于定子磁场方向，已无切向力。然而此时该转子磁铁所在位置的定子磁场方向改变，而且磁场强度不断增大，当反向磁场强度增加到足够大时，转子磁铁就自动地翻转到其磁化方向与定子磁铁方向相同的位置上。由于磁场方向改变但磁场的梯度方向不变。此时转子磁铁同样得到正向的切向力。转子将继续向前转动。直到下次磁铁翻转点。

用计算模拟出一个模型。该模型的具体尺寸：

（1）转子的直径：58mm；

（2）定子磁铁组装后的内切圆直径：60mm；

（3）定子磁铁：50 mm×60 mm×

mm；材料NdFeB35；数量4块；

（4）转子磁铁：10 mm×5 mm×

mm；材料NdFeB35；数量20块；

（5）外框架尺寸：180 mm×180 mm×180mm；

（6）轴承选用无磁轴承。

根据上述磁力发动机原理过程已知，转子磁铁在它随转子运行时，在各个角度上，其受力是不一样的。具体数据见表1。表1是模型为单位长度（轴长为1m）下的结果。

表1 转矩单位：N-M（牛-米），力单位：N（牛顿）

由表1可知，模型计算时设定转子每正向转动1度计算一次，在第1列序号，是计算点的次数累计值。第2列是转子标记点所在的角度，第3列的转矩是转子瞬间总转矩值。第4列以后的各列的数值是转子上某单个磁铁的数据。转子磁铁的标记表示在第4列中。第5列的度数是当时计算的转子磁铁所在角度。第6列第9列是单个转子磁铁（轴向尺寸为1米）不同方向的受力数值和总力角度。第11列的数据是转子上单个转子磁铁长度为5mm时的切向力。这个力可以驱动转子磁铁围绕其转轴转动。但是当转子磁铁转到其磁化方向与定子磁场方向同向时它受到定位器的限制不再转动。而当这个切向力变成了负值，负向力将推动转子磁铁围绕自身的转轴向负向转动，直到翻转180°，其切向力的数值变成正值，再次推动转子前进。表1中第10到15行、27到33行、46到51行、65到69行、82到86行都是反应出某一个转子磁铁处于定子磁场变换方向的界面前后的受力状态。此时虽然有一个转子磁铁受反方向力，但是转子整体依旧有约50牛-米的力矩，所以转子不会停下，而且继续向前转动。因此迫使处在原方向的转子磁铁进入反向磁场区，此时该转子磁铁就像指南针一样翻转180°使其磁化方向与定子磁场方向一致。并在定子磁场的作用下又继续向前进。所以转子不会因为有一个转子磁铁进入反向磁场区而停止转动。

Claims (3)

1.一种双翼型磁力发动机，其特征在于：包括定子磁场和转子，所述定子磁场由四块定子磁铁相互垂直又错位摆放成一个在圆周方向各段磁场梯度方向相同的闭合磁回路，形似桶状磁场；转子包括转子磁铁和转子磁铁的支撑体，转子磁铁连接在能使其发生翻转的转动机构上；转子磁铁置于定子磁场中并由定子磁场驱动，定子磁场与转子磁铁之间的偶合作用力是双翼型磁力发动机的动力来源，无需要外加动力。

2.如权利要求1所述的双翼型磁力发动机，其特征在于，所述转动机构还包括翻转钉，翻转钉在需要转子磁铁翻转的位置处有一个凸起物并固定于定子结构上，转子磁铁与它相碰，帮助转子磁铁翻转，从而加速转子磁铁的翻转。

3.如权利要求1所述的双翼型磁力发动机，其特征在于，所述转动机构还包括弹簧，弹簧加装在转子磁铁上或转动支架上，从而加速转子磁铁的翻转。

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