CN1581640A - 将永磁体作为能源来使用的方法及由此而设计的动力系统 - Google Patents

Abstract

将永磁体作为能源来使用的方法及由此发明的模拟永动机，它涉及能源和机电领域。是在发明人已获发明专利：“永磁式直流增量电动机”的基础上，进一步研究，发现了这是将永磁体作为能源来使用的方法。它是将线圈和永磁体置于同一直线磁场中，当线圈通入电流时，线圈的电磁场与永磁体永磁场产生相吸或相斥的叠加的磁合力，永磁体磁场强度越强，其磁合力越大。将数台依据该原理发明的增量电机设计在一起，就具备了“输出功率大于输入功率”的特性，在配备了电气控制系统后即可实现永动。考虑到机电配件的有效使用期限，发明人将该系统称为模拟永动机。该系统可广泛的替代现有的电动机、发动机和发电机，其原理可广泛的应用于机电产品的设计与制造中。

Description

将永磁体作为能源来使用的方法及由此而设计的动力系统

所属技术领域

本发明涉及一种新型能源以及与之相关的机电设备的设计与制造。更明确的说，是在发明人已获发明专利：“永磁式直流增量电动机”的基础上，经进一步深入研究，发现了这是一种将永磁体作为能源来使用的方法，并由此而发明了一种新型动力系统——模拟永动机。

背景技术

目前，永磁体只是作为一种机电配件，被广泛的用应于机电产品的设计与制造中，国内外尚未有将其作为能源来使用的先例。

原发明专利永磁式直流增量电动机(专利号：ZL01107954.1，国际专利号主分类号：H02K 33/18。)，在增量原理的分析上不够深入，使人看了以后不能够充分理解其增量的实际意义，没有完全表达出发明人的实际意图。

现在世界范围内，所使用的电动机、发动机、发电机等机电设备，普遍的是以消耗大量的不可再生的石化资源为代价。由此而造成了世界范围内的能源危机和环境污染等问题，严重的危害着人类的生存与发展。

发明内容

本发明的目的，在于克服上述的不足，通过进一步在原发明专利永磁式直流增量电动机(以下通称：增量电机)原理的基础上，进行更深入的研究而提出新的发现和新的技术方案。首先发现了这是一种将永磁体作为能源来使用的方法，并由此而发明了一种将数台增量电机设计在一起实现永动的方法。由于该系统即具有电动机的特征，又具有发动机的特征，所以发明人将其称之为是一种将电动机和发动机合二为一的新型的动力系统。考虑到机电配件的有效使用期限和机械磨损，发明人认为将该动力系统称之为“模拟永动机”较为适宜。鉴于本发明的相互连贯性，本文从以下三个方面给予所明。

一、发明了一种将永磁体作为能源来使用的方法

(注：原发明专利中称的电磁铁，在本文中通称为线圈或线圈绕组。)

本发明提出新的发现和新的技术方案是：将线圈(或线圈绕组)和永磁体置于同一直线磁场中。当线圈通入电流时，线圈所产生的电磁场与永磁体的永久性磁场产生相吸或相斥的叠加的磁合力，永磁体磁场强度越强，其磁合力越大，这种磁合力远大于电磁力。(注：如用超导体制造成超导线圈，再与强永磁体配合，其磁合力就会更大。)这种以线圈消耗较少的电能(能源)，产生相对较弱的电磁力与永磁体的强磁力叠加，而获取更大磁动力的方法，发明人将其称之为“增量”。这部分增量是由永磁体磁场的参与而获得的，那么这部分增量的获得，按照“能量守恒定律”，必然要消耗相应的能源，而在这里增加的磁动力没有消耗石化资源，也没有放出有害气体，它是由永磁体的“永久性”磁场所起的作用，且永磁体所消耗的磁能可忽略不计。所以，发明人将上述现象称之为，发现了一种将永磁体作为能源来使用的方法。

那么，发明人依据该增量原理发明的已获发明专利的增量电机，就有了一个永久性内能源，它的最大特点在于以消耗较少的电能而获取更大的磁动力。

附图所明

以下结合线圈与永磁体相互作用的原理图作更进一步的说明，实际上也是对原发明专利原理的一种补充和完善。

参照示意图1、2、3，该机构由固定的线圈架1、线圈或线圈绕组2、可移动的永磁体3(又称活塞或动子)、电气控制系统4组成。

具体实施方式

图1表示，当线圈没有电流通过时，线圈不产生电磁场，它与右边的永磁体没有相互作用关系。

图2表示，当线圈通入电流，并通过电气控制系统使线圈的右侧产生的是S极、左侧产生的是N极，电磁场与永磁场叠加产生相吸的磁合力，且这个磁合力远大于线圈消耗电能所产生的电磁力，永磁体受到磁合力的作用，迅速的移动到线圈腔内。

图3表示，当电气控制系统对线圈通入的电流换向时，线圈磁场右侧变化为N极、左侧为S极，电磁场与永磁场相斥，永磁体迅速的移动到线圈腔外。

二、实施增量电机技术方案

这里所说的技术方案，只是对原发明专利技术方案的一种补充和完善。

附图所明

参照示意图4，它是由定子线圈绕组1、活塞(内置永磁体)2、缸体3、电气控制系统4、曲轴连杆机构5、电瓶6等共同组成。

具体实施方式

线圈绕组套在缸体上，活塞在缸体内通过连杆与曲轴连接，线圈绕组导线与电气控制系统连接，电气控制系统通过导线与电瓶连接。

当接通电源(电瓶)，电流通过电气控制系统，使线圈绕组内产生电磁场与活塞内置的永磁场叠加，产生更强的磁合力。当活塞在磁合力的作用下迅速的移动到上下顶点时，电流在电气控制系统作用下瞬时换向(在电流较小时也可用机械换向器)，活塞在这种相吸或相斥的交变磁场作用下，急速的上下振荡，通过连杆带动曲轴作旋转运动。这就是增量电机以消耗较少的电能而获取更大磁动力的过程。

以下参照示意图5、6，将电动机转子和增量电机曲轴与转距的关系做一下对比分析，以进一步说明增量电机增量的实际意义。

两者的相同点：电动机的转子与增量电机的曲轴，均是受到磁力的作用而产生的一种旋转的转动力矩，驱动定子或曲轴旋转。

两者的不同点：参照示意图5，电动机中转子的转动力矩，是定子磁场对转子磁场的作用力，用f表示，f可分为两部分：一部分与转子轴线垂直，用fr表示；另一部分与转子轴线水平，用fv表示。实际上，只有fr部分对转子旋转起作用，而fr的大小将随着转子轴线的位置的不同而变化，它的变化规律是：

f＝frcosα其式中：

f——使转子产生转距的力

fr——与转子垂直的力

而图5中fv与转子轴线水平对旋转不起作用。

参照示意图6，增量电机中，活塞的永磁场与定子的电磁场直线叠加而产生的磁合力，是曲轴产生转动力矩的力，用F表示。活塞的永磁力用Fv表示。定子的电磁力用Fr表示。随着曲轴销与主轴线位置的不同而变化，它的变化规律是：

F＝(Fr+Fv)cosα其式中：

F——使曲轴产生旋转力矩的磁合力

Fr——定子的电磁力

Fv—活塞的永磁力

因永磁体的磁场强度可以是定子电磁场强度的数倍，所以式中：

  Fv＞＞Fr

当增量电机和电动机消耗同等电量时：

(Fr+Fv)cosα＞＞frcosα

即：F＞＞f

注；(Fr+Fv)并不是表示两种磁场简单的数字相加，而是表示两种磁力在实际物理磁场中的有效叠加。

通过以上分析，得出结论：当两种电机耗电量相同时，增量电机的转动力矩数倍于电动机的转动力矩。

尽管电动机和增量电机所产生输出的力矩相差很大，但它们输出力矩的变化范围确十分类似。

二级转子的电动机，每转动一圈要经过最大转距点两次和转距为零点两次。相对于这一点，依赖活塞往复运动的增量电机曲轴连杆机构，每进行一次循环活塞都要经过缸体的上下两点各一次，中间点两次。上下两点称为死点转距为零，中间点转距最大。对于电动机，随着转子级数的增加，不管转子转到什么位置都能产生转距，这就解决了输出转距随着转距而变化的问题。转子的级数越多，转距变化的范围越小，转动也越平滑。对于增量电机，把交变电流动态特性不同的多个增量电机设计在一起，动态地改变活塞的上下死点的位置，就可以得到变化很小的输出转距，这与多缸发动机的机械原理相同。增量电机数越多，转距的变化范围越小，转动也越平滑。象多缸发动机中的多个活塞同时作用于同一曲轴一样，将多台增量电机设计成增量电机组，因在耗电量相同时，增量电机的转动力矩是电动机转动力矩的数倍，增量电机组的输出功率也应是电动机输出功率的数倍，同样其效率也应是电动机效率的数倍。目前，使用的电动机效率普遍的在60％至90％以上，那么增量电机组的效率将超过100％。这样增量电机组的输出功率就会远大于输入功率，也就是说；增量电机组是一种“输出功率大于输入功率”的动力系统。

因电动机和发电机的原理相同，以上发明原理用于发电机，同样具有增量的效果，同样可以实现“输出功率大于输入功率”。

三、实施模拟永动机技术方案

附图所明

参照示意图7所示，该图仅以4台增量电机组成的模拟永动机为例，而设计时可根据需要设计增量电机的多少。

具体实施方式

将多台增量电机设计在一起，各增量电机的活塞通过连杆分别与同一曲轴连接。多台增量电机中电动机和发电机的比例按需要塔配，增量电机的导线与电气控制系统相连，电气控制系统与电源相连。

当接通电源(电瓶)，通过电气控制系统，给增量电机供电，增量电机通过曲轴带动增量发电机一起旋转并发电，发电机在给增量电机供电的同时给电瓶充电，这样就实现了永动。根据实际工作的需要来设计增量电机的多少，适当调整增量电机和增量发电机的比例，该机即可调整输出能量的方式，也就是说；模拟永动机即可以输出机械能，也可以输出电能或两者兼顾。

该机可广泛的替代现有的电动机、发动机和发电机，其增量原理可广泛的应用于相关机电产品的设计与制造中。

四、举例说明该发明原理在其它机电产品中的用应

例1、该发明原理在电磁铁、电磁阀上的用应；

附图所明

参照示意图8，它是由线圈外壳1、线圈2、永磁体3、电气控制系统4、输出轴5等组成。

具体实施方式

将目前使用的电磁铁、电磁阀的铁芯换成永磁体，采用换向开关或电力电子、机电一体化控制技术。给电磁铁、电磁阀线圈通入可控的正负电流，那么它所产生的推拉力、就会提高数倍。

特点是：速度快，效率高，节能。

例2、该发明原理在长距离列车上的用应；

附图所明

参照示意图9，它是由长距离的筒形直线线圈绕组绕成的定子1、多段永磁体相隔一定距离制成具有多节客货舱的列车2、电器控制系统3等组成。

具体实施方式

理论上线圈部分可以是以绕组形式无限长，将其称之为定子，在运行时，通过位置传感器，定子绕组电流分段切换，列车即可高速来往于某一区间。

特点是：效率高，节能，噪音小，速度快，无污染。

Claims (5)

1.将永磁体作为能源来使用的方法，其特征是：将线圈(或线圈绕组)和永磁体置于同一直线磁场中。当线圈通入电流时，线圈所产生的电磁场与永磁体的永久性磁场产生相吸或相斥的叠加的磁合力，永磁体磁场强度越强，其磁合力越大，磁合力可达电磁力的数倍。

2.按照权利要求1所述的将永磁体作为能源来使用的方法，其特征是：在发明人已获发明专利“永磁式直流增量电动机”的基础上，进一步设计的增量电机，它是由定子线圈绕组、活塞(内置永磁体)、缸体、电气控制系统、曲轴连杆机构、电瓶等共同组成增量电机，将多台增量电机设计在一起，各增量电机的活塞通过连杆分别与同一曲轴连接，在电气控制系统控制下，即可设计成一种“输出功率大于输入功率”的增量电动机。

3.按照权利要求2所述的增量电机，其特征是：将多台增量电机中电动机和发电机的比例按需要塔配，当接通电源，通过电气控制系统，给增量电机供电，增量电机通过曲轴带动增量发电机一起旋转并发电，发电机在给增量电机供电的同时给电瓶充电，适当调整增量电机和增量发电机的比例，模拟永动机即可输出机械能或电能或两者兼顾。

4.按照权利要求1所述的将永磁体作为能源来使用的方法，其特征是：将电磁铁、电磁阀的铁芯换成永磁体，采用换向开关或电力电子、机电一体化控制技术。给电磁铁、电磁阀线圈通入可控的正负电流，那么它所产生的推拉力、就会提高数倍。

5.按照权利要求1所述的将永磁体作为能源来使用的方法，其特征是：它是由长距离的筒形直线线圈绕组绕成的定子，多节永磁体相隔一定距离制成具有多节客货舱的列车，根据需要铺设定子的长度，在运行时，通过位置传感器，定子绕组电流分段切换，列车即可高速来往于某一区间。

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