CN1302114A - 多功能磁能动力机 - Google Patents

Abstract

本发明主要由左横磁体(3)、纵磁体(4)、转换机构(10)、右横磁体(17)、补偿磁体(19)变换机构(22)、输出装置(25)等构成。利用磁体的同极性相斥,异极性相吸的原理,靠纵磁体(4)和横磁体(3)、(17)的吸斥力使纵磁体(4)运动并带动转换机构(10)和变换机构(22)工作。靠转换机构(10)将横磁体(3)、(7)极性转换,使纵磁体(4)向另一个方向工作,带动变换机构(22)通过输出装置(25)输出动力。具有不需要外部能源、无任何污染、体积小、重量轻、适用能力强等优点。

Description

多功能磁能动力机

本发明公开了一种利用磁性体(简称磁体，或称吸铁石、磁铁，包括铁磁磁体和其他能够产生磁力线的永久磁体或永久磁体和电磁磁体的混合体及液体磁体以下同)的相对移动时的纵向(指顺着磁力线的延伸方向或带有适当夹角，以下同)移动的吸斥力(异极性磁体相吸称吸力或拉力，同极性磁体相斥称斥力或推力，单个磁极组产生的力称吸力或斥力，两个或两个以上的磁极组产生的即有吸力又有斥力的合力称为吸斥力，以下同)大于横向(指垂直于磁力线的延伸方向或带有适当夹角，以下同)移动时的吸斥力的原理工作的，不需要任何外界能源，靠自身静止磁吸力变为动能使其维持运动，并把多余的能量转化为可用能源输出供人类使用的多功能磁能动力机(也称多功能磁能体永动机，这里所说的永动机是指不需要外部能源或需少量的外部能源而输出大与输入的、在磁性体衰减期内并且机构无故障而言的，并不是无条件的永远运动下去，以下同)属能源领域。

目前公知的人类所用能源大部分为不可再生能源，如石油、煤、天然气等到一定程度将会用竭，尽管核能源和太阳能能源是用之不尽的再生能源，但投资巨大，占地面积大，绝大部分能源使用的局限性大，给自然界带来严重的污染，在开发和利用的同时，破坏了人类的生态平衡，给自然界和人类带来了灾难，甚至人类为能源而发动战争，给人类带来灭顶之灾。因此开发新的廉价能源，保护人类自己，保护环境解决环境污染，是人类急需解决的问题。

众所周知，磁性体的磁力线是一种可以产生吸斥力的静止力源，通过实践和实验发现，磁性体磁力线的纵向(是指顺着磁力线的延伸方向，以下同)移动时吸斥力(或称纵向移动的保持力)远大于磁性体磁力线横向(是指垂直于磁力线的延伸方向，以下同)移动时的吸斥力(或称横向移动的保持力)。本发明的目的就是将磁性体的静止吸斥力变为一种动力，提供一种新型能源，它不需要任何外界能源，而将纵向移动时的吸斥力大于横向移动时的吸斥力减去机构本身摩擦损耗的剩余部分转换为动态能源供人类使用。他和现有的已知能源相比，具有可以人工合成、取之不尽、可以再生、制造方便、投资低、体积小、重量轻、结构简单、适用范围广、安全可靠、可以在各种恶劣环境中工作、没有空气和噪声等任何污染的特点，可广泛应用于工业、农业、军事、航空、家庭等一切需要动力或需要动力转换为其他形式的能源的地方。

本发明的目的是这样实现的：利用磁体同性相斥，异性相吸的原理，当纵磁体在起始端(即初始横磁体与纵磁体间隙最小的位置)时，起始端左横磁体3与纵磁体4同性相斥，产生推力：而另一端(即起始端的相对一端)横磁体17与纵磁体4异性相吸，产生拉力，使纵磁体4向另一端运动，并带动转换机构10和变换机构22工作，当运动到另一端时，转换机构10使左横支架8和右横支架21以连接轴6为中心带动左横磁体3和右横磁体17转一个与纵磁体4相对应的角度，使横磁体3、17对应于纵磁体(4)的磁极的极性改变，使另一端横磁体17与纵磁体4同极性相斥，产生推力，而起始端横磁体3与纵磁体4异极性相吸产生拉力，使纵磁体4向起始端方向运动，带动转换机构10和变换机构22工作，周而复始，利用磁体纵向移动的吸斥力大于横向移动的吸斥力的原理，使纵向移动的吸斥力大于横向移动的吸斥力部分去掉自身损耗的剩余部分做功或通过变换机构22、输出装置25做功或输出动力供人类使用。

下面结合说明书附图对本发明加以说明：

图1是本发明纵向结构剖视原理图；

图2是本发明磁体布局平面原理图；

图3是本发明摇臂式结构原理图；

图4是本发明杠杆式结构原理图；

图5是本发明曲轴式结构原理图；

图6是本发明多组并联(或串联)式结构原理图。

在图1-图6中各标注为：1、壳体，2、屏蔽层，3、左横磁体，4、纵磁体，5、导杆，6、连接轴，7、轴承，8、左横支架，9、导孔，10、转换机构，11隔磁体，12、调速机构，13、纵向支架，14、纵向轴承，15、位置传感检测元件，16、场强传感检测元件，17、右横磁体，18磁体补偿线圈，19、补偿磁体，20、铁轭，21、右横支架，22、变换机构，23、缓冲装置，24、制动装置，25、输出装置，26、离合变换器，27、储能装置，28、支点，29、摇臂，30、杠杆，31、联动臂，32、曲轴，33、附加纵磁体，34、附加横磁体，35、附加纵支架，36、附加横支架。

在图1-图6中，左横磁体3、纵磁体4、右横磁体17的磁力线的吸斥力是本发明的动力力源，采用磁能积大，矫顽力强，剩磁大，性能稳定的磁体加工而成。而补偿磁体19，铁轭20用高导磁率的材料加工而成，当不用永久磁体而只用电磁磁体做成本发明时，补偿磁体19同时兼备磁体3、4、17的作用。这里加以说明。利用磁体纵向移动的吸斥力大于横向移动的吸斥力的原理，当纵磁体4工作到极限后通过转换机构10，使横磁体3、17自动转换一个和纵磁体4的磁极相对应的角度，使横磁体3、17极性调换，使纵磁体4保持不停的往返运动是本发明的核心；将纵向运动的吸斥力大于横向运动的吸斥力部分的力量(即能源)取出来转化为其它形式的能源供人类使用是本发明的目的。下面结合说明书附图对本发明的工作情况加以说明：

图1是纵向结构正面剖视原理图，在图1中左磁体3和右磁体17通过左横支架8、右横支架21、连接轴6成为整体，通过轴承7安装在壳体1上，形成横向往返运动或转动(转动设计时结构上需作必要的修改)。左横磁体3和右横磁体17在形状上可以是圆形、方形、扁形、条形、棱形及其它适合本发明最佳工作状态的形状，厚度根据需要而定。与纵磁体相吸的一端可以是平面、圆面、斜面、及其它适合切入和离开时产生最佳吸斥力的面。在数量上必须是两个以上，以确保使纵向磁体能够产生往返运动的适合极性，也可以是两个以上的若干个，根据设计需要而定。在结构上，可以在铁轭20的中间，用一个磁体产生两个磁极，也可以在铁轭的端部，根据设计需要而定。在布局上可以等分角度均匀分布，也可以是不均匀分布，可以是以圆心向外单层分布，也可以是多层分布。极性布局及磁路布局根据实际需要而定。

支架8和21用非磁性材料加工而成，将横磁体固定在上边或镶入在里边，它是横磁体3和17横向转动的支承体，也可以用顺磁材料加工成横磁体3和17的磁回路，或用磁性体材料加工而成在需要的位子固定以铁轭20作为横向磁体的磁极，几何形状根据需要而定。纵向磁体4通过纵向支架13，纵向轴承14以连接轴6为中心、以导杆5为支点作纵向往返运动，并带动转换机构10、调速机构12、变换机构22工作。纵磁体4在形状上可以是圆形、方形、条形、扇形或其他适合切入或移开时能够产生最佳吸斥力的形状，厚度根据需要而定，在数量上可以是单个，也可以是多个或与横磁体相对应的数量，在结构上可以是在铁轭20的中间用一个磁体产生两个不同的极性，也可以在铁轭的端部，根据设计需要而定。在布局与层次上和横磁体4、17相对应。

纵向支架13用非导磁材料加工，将纵磁体4固定在上边或镶入在里边，是纵向磁体移动和将静磁力线转换为动能向外输出的承力件，也可以用顺磁材料加工成为纵磁体4的磁回路或用磁体加工而在所需要的位置固定以铁轭20，作为纵向磁体的磁极，几何形状根据需要而定。铁轭20是象征性布局，它是横磁体3、17和纵磁体4的辅助磁极，它布局在各个磁体的端部，用以集中或增加磁体的吸力；这种布局，也可用一块磁体产生两个磁极对纵磁体4产生吸斥力；也可以在两块磁体的中间，还可以加工成横支架8和21及纵支架13，作为横磁体及纵磁体的磁回路。它采用高导磁率的铁磁材料加工而成。横向磁体3、17和纵向磁体4及铁轭20的形状可以是“一”字形、“口”字形，“U”形，“马蹄”形，“山”形等各种形状，根据需要而定。

转换机构10的作用是在纵向磁体4靠磁体的吸斥力运动到一端后，让横磁体3和17自动转一个与纵磁体4的磁极相对应的角度，使横向磁体极性转换，使纵磁体4靠磁体的吸斥力向另一个方向运动，如此反复。它可以用纵磁体4的力量带动，也可以用外力转换；还可以用另外一套磁能体动力机互相联动，互控转换。还可以靠纵向磁体的运动产生液压或气压或电能(或外电源)，由液压、气压、电磁机构或电动机构转换，也可用其它形式转换。在转换速度上一般采用瞬间跳动转换，但根据需要也可采用等速或慢速转换，根据具体需求由设计时而定。

变换机构22的作用是将纵向磁体4的直线往返运动变为单向连续的旋转运动将力量输出。它在结构上采用了方向相反的单向离合器，与纵向支架13相啮合。带动齿轮或其它结构形式将动力运动的形式进行变换，直接与纵向支架13相连接、当用在内部做功(如发电、液压、气压等)的机械上时，也可将纵向支架13与连接轴6直接相连，而从连接轴的端部直接输出，或将变换机构22直接与连接轴6的端部相连，将动力取出。当直接使用纵向支架13作功时，变换机构22也可以不要。

缓冲装置23的作用是使能源输出平稳，由于纵磁体4运动到一端时横磁体3、17有一个转换的时间，所以输出的动力不是平稳的。因此，增加缓冲装置后起一个滤波作用，它用金属材料或橡胶制品，也可用液压、气压、弹簧式结构，加工而成，在动力波动的瞬间，吸收一部分动能，当动力减弱时，将能量放出，起到动力平稳的目的。当转速比较平稳或对转速的波动要求不高时，缓冲装置也可以不用。

制动装置24的作用是使机构停止工作。由于当整个机构工作后，从理论上讲会不停止的运动，因此，在不需要能源时，应使其停止运动，停止的方法可以采用卡滞法，即用构件卡住任何一个能够承受其停止运动力量的运动件使其停止，也可以采用摩擦法，即用摩擦离合器增加阻力使其停止。还可以用磁短路法，即将横磁体或纵磁体磁极短路使其停止，也可采用其他形式的机构使其停止工作。对于连续工作不需要停止的设备，制动装置也可不要。

输出装置25是动力与外部设备相连接的机构。它通过齿轮或皮带轮、链条、无级变速器等与所需动力设备的速度相匹配，实现动力的输出，对于在本发明内部做功时，输出装置25也可以不要。

离合变换器26与储能装置27是为间断性工作的设备(如机动车辆等)而设计的。设备不用动力时，离合变换器将动力转换到储能器27的位置，使储能器将动力储存起来，当设备起动时，再将能量放出，帮助本发明使起动力增大。离合变换器26用摩擦离合器式结构，也可以用电磁结构或齿轮啮合式结构。储能装置27采用发电机发电给电瓶充电，再由电瓶带动电动机协助设备起动，也可以用机械式(如飞轮式、涡簧式等)结构，对于不间断工作的设备，离合变换器26、储能装置27也可以不要。

变换机构22，缓冲装置23，制动装置24，输出装置25，离合变换器26，储能器27属一般机械结构或机电结合的结构，均属已有技术，而且具有多种形式，因此，结构原理没有给出，这里加以说明。

屏蔽层2是为防止磁场对外界干扰而设的。用导磁率高的材料加工而成，当磁场对外界不产生干扰时，屏蔽层2也可以不用，也可用壳体作为屏蔽层。

补偿磁体19是对横磁体和纵磁体起补偿作用。当设备起动时需要较大的动力或需要输出动力增大时，如果只靠纵磁体和横磁体的作用力不足以迅速起动，或不能满足设备动力要求时接通已储存的电能或外电源，储存的电能使补偿磁极磁化，其极性与横磁体与纵磁体相同，产生吸斥力，使合成吸斥力或外电源加强，输出动力增大。在结构上，它与横磁体3、17和纵磁体4并行、也可在横磁体与纵磁体的一端。还可以和铁轭20合并，在用全电磁体而不用永久磁体时，用导磁率特别高的软磁材料加工，起到了横磁体3、17和纵磁体4的作用，只不过是在横磁体3、17转换时不产生吸斥力，使转换的吸斥力等于零。也可用导磁率高的磁滞消磁磁性材料(即智能型磁性材料或具有相同功能的其它材料)加工成补偿磁体19(即充磁后延续一段时间磁场自行消除，或再反向充后延续一段时间磁场又自行消除)、在磁保持的阶段纵磁体运动做功。当横磁体和纵磁体的吸斥力足够大，并且负载平稳时，补偿磁体19也可以不要。

充磁补偿线圈18的作用是使补偿磁体19磁化。同时它还起对横磁体与纵磁体充磁的作用，即当某种原因使横磁体与磁体失磁时，靠充磁补偿线圈18给它们进行充磁，以产生足够的吸斥力；它还起到发电的作用，当需要用内部动力发电时，使纵磁体在充磁线圈内动作，使线圈18切割磁力线而发电输出到外部供使用。在结构上它可以合并在一起，也可以将充磁、补偿、发电分别设置，根据需要而定，对于不需要上述功能的本发明，充磁补偿线圈18也可以不要。

位置传感检测元件15和场强传感检测元件16是在自动控制时与微机配套检测、传感、控制各种参数而设置的，其数量与位置及元件型号与参数根据实际需要而定，对于不需要用微机等配套自动控制或不需要指示本发明的工作状态时，位置传感检测元件15与场强传感检测元件16也可以不要。

隔磁体11是为防止横磁体3、17与纵磁体4磁粘合而设置，尽管当纵磁体4工作到一端后与横磁体保留有一定的间隙以消除横磁体转换过程中的磨擦力，但为防止万一，增加了隔磁体11。隔磁体11用抗磁性材料加工而成(如铜、铝等)厚度根据需要而定。

下面根据说明书附图对本发明的基本过程中加以说明：

图1是本发明的纵向结构剖视原理图(所谓纵向是指与摇臂式、杠杆式、曲轴式等结构形式区分而言的)。在起始位置，纵向磁体4上边左端为S极，右端为N极，而下边左端为N极，右端为S极；左横磁体3上边为S极与纵磁体4相斥，下边为N极与纵磁体4也相斥：右横磁体17上边为S极，与纵磁体4相吸，下边为N极，与纵磁体4也相吸，这样使纵向支架13通过纵同轴承14以导杆5为支点向右运动(运动的距离根据需要而定，以能产生最大磁吸力又能充分利用磁能为原则)。同时带动转换机构10和变换机构22工作，使吸斥力所产生的力量输出。当纵向支架13运动到右边时，转换机构10产生的力矩使横向磁体转向。这时左横支架8和右横支架21以连接轴6为中心转90度(如附图2所示，也可根据磁极安装的几何位置或数量转一个横磁体与纵磁体对正的需要角度)，使横磁体倒相。这时，左横磁体3上边变为N极，与纵磁体4相吸，下边变为S极，与纵磁体4也相吸，而右横磁体17上边为N极，与纵磁体4相斥，下边变为S极与纵磁体4也相斥，它们产生的吸斥力使纵磁体4向左移动，带动转换机构10和变换机构22工作，而变换机构22工作的方向根据需要而定，对以单一方向旋转的输出，应当用离合器倒向，使输出方向一致，而对于需要往返工作的输出，也可以不进行倒向。(当工作距离达不到要求时，应增加相应的机构转换进行匹配)。如此反复，由于纵向移动的吸斥力远大于横向移动时的吸斥力(横磁体离开时的吸斥力和切入时的斥力的总和)，因此，本发明能够连续不断的工作。而输出功率的大小取决于磁体的数量、面积、结构形式、内部的损耗与磁体的磁能积。正常情况下：吸斥力一(横向磁体转换力+机构内部的摩擦力)=输出功率。导孔9是为横向支架21转动时不影响机构的正常工作而设的长孔，以横支架8和21转动适当角度不影响正常工作为原则。

为了减少横向磁体转换时的摩擦，在纵向磁体4运动到一端后，其端面与横磁体端面的隔磁体11保持有一定的间隙，这样就消除了转换时的摩擦力。对于大型设备，也可以在横磁体或纵磁体端面或某个部位增加滑动轴承或滑动体以减少机构的承载力和减少摩擦力。滑动轴承或滑动体应用非导磁材料加工而成。

在实际设计时，也可只用一面左横磁体3或右横磁体17，也可将纵磁体4加工为“U”形结构，结构比较简单，磁极数量根据需要而定。在实际设计时，也可将纵磁体4固定不动，将纵磁体4运动到一端后(或到适当的位置)转动一个适当的角度使磁极与横磁体的磁极相对应，利用吸斥力使纵磁体向另一个方向运动，周而复始。

图3是摇臂式结构原理图，它是以摇臂支点28为圆心通过摇臂29使纵磁体4作往返运动。横磁体3、17的工作方式与图1相同，也可设计为只用横磁体3或只用横磁体17，数量根据需要而定，也可采用“U”形或其他形状的磁体，这样体积可相对减小。

图4为杠杆式结构原理图，它是以支点28为支点，通过杠杆30使纵磁体4作往返运动，横磁体3和17与图1的工作方式相同，也可设计为只用横磁体3或只用横磁体17，数量根据需要而定，也可采用“U”形或其他形式的磁体。

图5为曲轴式结构原理图，目的是为了代替现有的曲轴式燃油发动机和增加新的结构形式的本发明，它是通过联动臂31将纵向磁体4的运动传递给曲轴，横向磁体3和17的工作方式与图1相同，但考虑到曲轴的排列方式，可以每个曲轴(相当于燃油发动机的一个气缸)一套本发明独立工作，也可整个曲轴(即相当于几个缸)联动采用几套本发明联动工作，采用联动时本发明磁体的数量根据需要而定，工作的顺序根据曲轴的几何布局而定。纵磁体4的运动距离应和曲轴的圆周工作距离相同，其产生吸磁力最大值的位置与曲轴转角相同步。并且可使横磁体3或17采用平移式结构，也可只用横磁体3或17，并采用“U”磁性体，这样可以减小体积。

图6是多组并联(或串联)式结构原理图，为增大动力的输出和减小体积，可以将若干套本发明并联(并联是从动力的输出角度而言，串联是指多组在一个轴线上而言)起来，这里增加附加纵磁体33和附加横磁体34。附加纵支加35，附加横支架36。附加横磁体34通过附加横支架36和连接轴6成为一体，与左横支架8、右横支架21同步转动，附加纵磁体33通过附加纵支架35与变换机构22形成输出功率的连接，即可以用单独与变换机构22结合，也可以通过齿条等机械机构和纵支架13共同与转换机构22相结合。在运动方向上附加纵磁体33可以是和纵磁体4相向运动，也可以相对运动(如图6所示，从横磁体17承力角度而言，相对运动比较有利)，在附加的数量上可以是一套，也可以是若干套，根据输出功率和体积的需要而定。磁体的布局原则上和横磁体及纵磁体4相同，也可根据实际需要设计为不同。在实际设计中，转换机构10应使左横磁体3、右横磁体17、附加横磁体34转换的时机和位置同步，纵磁体4和附加纵磁体35达到极限的位置同步，但在设计时也可不同步，以达到功率的互相补偿，使输出功率平稳。33和34的数量根据需要而定，磁体的布局原则上和横磁体及纵磁体4相同，也可根据需要设计为不同。在实际设计中，转换机构10应使左横磁体3、右横磁体17、附加横磁体34转换的时机和位置同步

在图3、图4、图5、图6中，壳体1、屏蔽层2、导孔9、转换机构10、隔磁体11、调速机构12、纵向轴承14、位置传感检测元件15、场强传感检测元件16、充磁补偿线圈18、补偿磁体19、铁轭20、变换机构22、缓冲装置23、输出装置25、离合变换器26、储能装置27均未标出，在实际设计中，可根据具体设计要求进行，这里加以说明。

对于在水中工作的本发明整体应采取严格的密封防水措施。一般情况下，本发明的工作温度不会太高，完全可以不需要采取降温措施，但对于温度较高时，也可采用风冷或水冷或其它形式的降温措施。

为了最大限度的发挥本发明的动力输出，在成为整体后可以在内部充以(或换以)导磁率高的气体或元素以增大磁体的吸斥力和运动速度的均匀性。

为了防止噪声，在设计时除整体密封外，还应在结构上、尺寸上选用最佳结构和消声材料。

对于较大设备须用微机等自动控制时，可根据需要增加位置传感检测元件15和场强传感检测元件16，以与微机相匹配，或增加必要的功率及功能性显示仪表作指示。

本发明做成后是一个坚固的整体，其几何形状和尺寸及输出功率可根据使用条件和需要而定。

在最佳实施例中，磁性体用高磁能积的永磁材料或高导磁率的铁磁材料加工而成，其余用金属材料加工而成，也可用非金属材料加工而成。

Claims (1)

1. 一种多功能磁能动力机，它主要包括左横磁体(3)、纵磁体(4)、连接轴(6)、左横支架(8)、转换机构(10)、纵向支架(13)、右横磁体(17)、充磁补偿线圈(18)、补偿磁体(19)、右横支架(21)、变换机构(22)、输出机构(25)等部分组成；其特征还在于：利用磁性体同极性相斥，异极性相吸的原理，当纵磁体(4)在起始端时，起始端左横磁体(3)与纵磁体(4)同极相斥，产生推力，而另一端横磁体(17)与纵磁体(4)异极性相吸，产生拉力，使纵磁体(4)向另一端运动，并带动转换机构(10)和变换机构(22)工作；当运动到另一端时，转换机构(10)使左横支架(8)和右横支架(21)以连接轴(6)为中心带动左横磁体(3)，右横磁体(17)转一个与纵磁体(4)的磁极相对应的角度，让横磁体(3)、(17)对应于纵磁体(4)的极性改变，使另一端横磁体(17)与纵磁体(4)同极性相斥产生推力，而起始端横磁体(3)与纵磁体(4)异极性相吸，产生拉力，使纵磁体(4)向起始端方向运动，带动转换机构(10)和变换机构(22)工作，周而复始，利用磁体纵向移动的吸斥力大于横向移动的吸斥力的原理，使纵磁体(4)纵向移动的吸斥力大于横磁体(3)、(17)横向移动的吸斥力去掉自身损耗的剩余部分做功或通过变换机构(22)、输出装置(25)输出动力供人类使用。

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