专利名称：永磁力发动机的制作方法
技术领域：
本发明的永磁力发动机属于一种动力机械，国际专利分类所谓磁永动机H02N 11/00。
背景技术：
能量守恒与转换定律是依据热能转换实验建立的。永磁能不直接与热能转换。认 为新的永磁能作功也一定遵守能量守恒定律，只是一种推想。1983年日本住友特种金属株式会社佐川发明钕铁硼(Nd-Fe-B)--第三代稀土永 磁。它的高剩磁、高娇顽力、高磁能积特性，让其磁场能量被动态利用可长达十年以上，几乎 无耗损，且无需再充磁。现在，实验室已达到N60标号。各国还在研究更高性能的永磁材料。 因此，这类永磁体完全可以被认为是具有取之不尽、用之不竭的永动能源。它已被广泛应用 于永磁电机和CT等设备中。但可惜，却一直未能找到利用它来制成磁永动机(转子和定子 均由永磁体构成的动力机械)的方法与结构。十几年前德国多位科学家预测2018年，宇宙飞船安装磁力推动装置，能飞向更 远的星球。(文汇报，1996. 1.17，第4版，中国，上海，夏洽沔。)在我们《永磁力发动机》的专利申请书中，提出一种含有转子、定子和机架的永 磁力发动机，其转子和定子均含有至少一个永磁体单元；多块永磁体构成的单元用搭接、叠 接、对接或/和间隔的方式连成；转子单元周边附近的小范围内的永磁体磁场，按磁力线方 向及磁性，分为七个区，即A、B、C、D、E、F、G ；利用其中的B区或A区作为推力区；定子单元 采用固定式或活动式；活动定子单元的动力，由转子自身旋转或/和外部能源提供；在运动 中，其永磁静态场将变成动态场，永磁场力为非保守力，一次作用上后、无需再不断添加能 源而能长期连续运动作功输出能量，或需要输入少量外界能源才能连续运动作功输出多余 能量；转子做功的动力矩M >>总阻力矩，从而实现永磁体能量的利用突破能量守恒定律， 属于一种永动机。(中国发明专利申请公开号CN 101观67164，申请日2007.4.24;国际专 利申请公布号W0/2007/131434，申请日=2007. 4. 29 )但上述专利申请还有很大缺陷1.采用传统方式，即，定子单元在转子外边缘推动转子单元前进的推力小，使转子 的动力矩M难于做大，因而实用性差。2. “分为七个区”，“B区或A区作为推力区”和“B段> A或C段，最佳比值大于3”
等的限定均太狭窄。3.用转子的“动力矩M >>总阻力矩”做有无真正实用性的评判标准，还不充分。本发明将提出克服这些缺点的措施。
发明内容
本发明的目的是提出一种增大活动定子单元推动转子单元的推力，即做大转子的 动力矩M的结构，使永磁体转子的动力矩M作功>>总阻力矩耗能，并能推动转子连续旋转作功，输出有实用性的高赢利能量。具体技术方案如下1. 一种永磁永动机，含有转子、定子和机架；机架支承转子轴和定子。转子含有至 少一个永磁体转子单元。其核心是，定子含有至少一个永磁体切入式活动定子单元，简称活 动定子单元或定子单元。2. 一个单元周边附近的小范围内的永磁体磁场，其B区为推力段；A区分为ΑρΑρ A2三段①A1段挨着B区。它们的分界线四。转子单元的A1段也是推力段。定子单元的 A1段是阻止自己前进的阻力段，但却起推动转子单元3前进的作用。②A2段挨着G区，是阻力段。③Atl段在头部是阻力段。但定子单元的Atl段也起推动转子单元3前进的作用。转子单元采用同性磁场的B区或/和A1区作为推力区(图1、4 6、8 11)。3.切入式活动定子单元，即定子单元切入到转子运动的范围内去推动转子单元的 方式当转子单元3头部阻力段A0刚超过定子单元头部后，定子单元受推力P作用，迅速突 破转子2的外边缘，切入到转子2运动的范围内，去接近转子单元3 ；两种单元的同性磁场 近距离接触、相斥，产生作用力与反作用力F，推动转子单元3前进；然后，定子单元继续受 力P作用，离开转子运动的范围回到原位；如此反复循环，间断地推动转子2前进。力F > >力P。4.活动定子单元采用进退定子单元22 (参见图9)、旋转定子单元23 (图11)或/ 和半旋转定子单元M (图10)。旋转定子单元23与转子2同向旋转(同为顺时针或同为反时针)或反向旋转(一 个顺时针，另一个反时针)。5.活动定子单元的动力P，由转子自身旋转或/和外部能源提供。6.转子单元3采用固定式(图9、10)或活动式(图11、12)。7.转子轴输出的动力矩M等于，受各个定子单元同性磁场相斥而得的各个转子单 元的F推力矩之和Σ Mf，与各种耗能形成的阻力矩Σ Ma、Σ Md、Σ Mtl及Σ M1之和的差值， 即M = Σ Mf- Σ Ma- Σ Md- Σ M0- Σ M1,其中，Σ Ma为受定子单元同性磁场相斥而得的各个转子单元阻力矩之和，Σ Md为定子单元与转子单元异性磁场相吸而得的各个转子单元阻力矩之和，Σ M0为克服机械摩擦阻力和空气阻力等损耗功折合成的阻力矩之和，Σ M1为活动定子单元运动的耗能折合成的阻力矩之和；转子的动力矩M >>总阻力矩，及动力矩M作功>>总阻力矩耗能，并能推动转子 连续旋转作功，输出有实用性的高赢利能量。8.转子半径R越大，转子单元和定子单元的数量越多，单元的尺寸越大和磁块的 磁能积越高，则转子轴的动力矩M越大。定子单元的速度越快和惯性越大，所需P力越小。转子单元和定子单元的形状、相互位置及速度，将决定两种单元接触时间的长短 与接近距离的大小，最终决定推力矩的大小及与阻力矩的差值。关键是两种单元要“近距离”接触，因为磁场强度即斥力F随距离指数衰减。两种 单元之间的气隙25越小，力F、P均越大；B段越长，力F越大。
9.当转子或/和定子单元的惯性太大时，启动阶段可加外力助动。本发明的永磁永动机将成为一种新的绿色能源，用作动力机或玩具。它的结构简 单，制造容易，成本低。
图1是7种永磁体单元的外磁场的示意2是两个单元同性磁场相斥的作用与反作用力方向的示意3是一种旋转定子单元23的受力示意4是一个较大转子单元模型的磁力线5是两种单元模型头部的磁力线6是一个较小转子单元模型的磁力线7是一个闭合单元模型的磁力线8是一个模型的力F与P的测量9是切入式进退定子单元22的运动示意10是切入式半旋转定子单元M的运动示意11是切入式旋转定子单元23的运动示意12是一个永磁永动机模型的平面布置图
具体实施例方式图1示7种永磁体单元周边附近的小范围内磁场的磁力线30的方向。N-S场的分 界线28。A1区与B区同性磁场的分区线四。图Ia示单元有7个区A G。其中，A区又分为A。、A1, A2三段。图lb、c只有4个区A D。图Id示单元仅有一种同性区&、~、4。一侧是A1即8推力段。另一侧即是4阻 力段。图Ie示一种活动转子单元的磁力线示意图(参见图3、11)。图中部有短段的磁 力线方向与B的方向相反。它对形成转子单元的推力Fln并无影响，因而仍然可以被认为是 属于转子单元的推力区，称做伪推力段。它经常出现在块间有大缝的平拼磁块处(参见图 Ig)。图If示一种旋转定子单元23的磁力线示意图(图3、11)。它有伪推力段，增大了 切向磁滑动摩擦阻力，它将使力P增大。设计中应尽量避免。以上6种只是基本型式。实际结构，应根据转子单元与定子单元的关系，和定子单 元本身之间的关系确定，目标是追求使各个单元的推力最大。图Ig示3个平拼磁块用铁件41带缝固定，也可用胶粘无缝固定。平拼缝越宽，伪 推力段越长。横竖多块永磁体构成的大尺寸单元，应采用拼接结合。图2示为上下两个单元的同性磁场近距离接触，相互作用关系的典型范例。两个单元同性相斥产生斥力F，即作用力与反作用力F1与F2。它们可被分解成法 向分力Fln与F2n，和切向分力即磁滑动摩擦力Flt与F2t。单元磁力线30的方向不同，其切向作用力与反作用力的方向及大小，差异很大。若把上部单元视为转子单元3，下部单元视为活动定子单元，则可见定子单元的磁力线方 向，对其切向合力I72t的方向及大小影响巨大，即影响所需动力P的大小。图加示两个单元的磁力线方向相反(图示上部向右、下部向左)，各种作用力与反 作用力，均大小相等、方向相反，即F1 =-F2，Fln = _F2n，Flt =-F2t。图2b示两个单元的磁力线方向相同(均向右)，不在一条直线上的切向作用力与 反作用力大小相等、方向相同，即Flt = F2to图2c、d示的特点是①下部单元磁力线方向分成两段，各向左右。两段切向力F2ta与F2tb的方向相反， 大小部份相互抵消。切向合力I72t为F2t = F2ta-F2tbo②上部单元的切向力为下部单元的两段切向力的绝对值之和，即Flt = -F2ta-1 F2tb |。③上下两个单元的切向作用力与反作用力Flt与F2t大小不相等、方向不相同，即
Flt 兴？2t0图2d示下部单元的两段切向力大小相等、方向相反，即F2ta = -F2tb，其切向合力为F2t = F2ta-F2tb = 0。图3示旋转定子单元23 (最大半径r)受推力P作用，切入到转子2的运动范围内， 去接近和推动转子单元3时，两种单元的同性磁场相斥，产生作用与反作用斥力。推动转子 单元3前进的力Fln。作用于定子单元上的力有法向力F2n(它垂直于轴31的力臂u)、切 向力即磁滑动摩擦力F2t，头部A1和Atl区的阻力F2a ；它们分别形成转矩M2n、M2t、M2a M2n = F2n*u，M2t = F2t*r，M2a = F2a*r。
定子单元自身的转矩M2为M2 = M2n+M2t-M2a-M0 ；判断定子单元是否需要外加动力P的条件是①当M2 > 0时，表明定子单元的推力矩M2n或/和M2t较大，头部阻力矩M2a小；它 靠自身的动力即可旋转；②当M2彡0时，需要外加动力P即转矩Mp ；它由转子自身旋转或/和外部能源提{共。所以，一是要减小定子单元头部的阻力F2a;二是要使它前部的磁力线向后一边 倒，避免出现图中所示的磁力线朝向与B方向相反的伪推力段。图4示转子单元模型B区的磁力线一边倒向右、且较长。A1段为推力区。Atl段是 阻力区。图5示两种单元模型头部全用大小N-S端极块构成。N极在前，S极在后。图6示转子单元模型的结构较简单。A1段为推力段。图7示单元推力区B的磁力线已达到头部。若把此种单元用来作成活动定子单元， 则图示A1区可能起推力或阻力作用，这将取决于它的位置。(参见图3、llb)显然，头部右侧的分界线四已没有了原先定义的作为B区与A1区分界的标记意 义。
磁块固定在铁条42上。面极块的N极朝外。端极块的N极在前，S极在后。下部 右侧无磁块，但该处内边的铁条42已被磁化。图8是一个活动定子单元切入转子内，去推动转子单元3时的力测量图。单元高 度为一个磁块50mm。图a示弹簧称力F 2. 5kgo图b示力P 0. 4kg。图示定子单元的Atl和A1段均是阻力段，产生的阻力由力P克服。B段产生的切向 磁滑动摩擦力，帮助减小所需推动力P。图9示进退定子单元22被固定在滑轮架38的前部。后者沿固定在定子上的外滑 轨37进退。转子单元3被固定在转子2的外部。转子半径R。气隙25。图9a示为临界状态，即转子单元3头部阻力段A0刚超过定子单元头部，到达& 位置；定子单元即将迅速前进切入转子2范围时的Ttl位置。从图可见无论是定子单元的A0区或B区，均使转子单元的B区和A1区成为推力 区。图9b示，定子单元受推力P作用，已从Ttl位置切入转子内，直到T1位置；两种单元 同性相斥产生力F，推动转子单元3前进，从&到Sp然后，定子单元受反向力P作用，从T1退出转子2外边缘，回到原Ttl处，等右边的 另一个转子单元3到来。由于正向力F远大于切向耗力P，F的力矩M作功 >>阻力矩耗能，所以，定子单元 可以如此反复循环进入与退出转子2的范围，间断地推动转子绕轴1顺时针旋转前进，并不 断地将它加速。作用于定子单元22的反力F，由滑轮架38传给滑轨37承受。滑轮架38和滑轨37可用磁悬浮方式联结，以便减少轮_轨的摩擦力。定子单元22被安置为斜向，或虚线示的竖向。斜向安置产生的推力F大。图9c示轴对称的两个定子单元22通过连杆机构39相互依存，一个进入时，另一 个退出。图10示，半旋转定子单元M (头部的最大旋转半径r)固定在长连杆27的左部。 右部固结非磁性平衡重物W，以保证结构的动平衡。右端连结拉力弹簧43。连杆27的中部 支承在固定轴31上，并可绕其旋转。图IOa示转子单元3到达&位置，定子单元到达Ttl的临界状态。图示转子单元 的B区和A1区为推力区。图IOb示，定子单元受推力P作用，绕轴31旋转，已从Ttl位置到T1位置。两种单 元相斥产生力F，推动单元3从&到Sp同时，拉簧43收缩复原，帮助定子单元切入转子2 的范围。然后，定子单元受反向力P作用，从T1位置，逆时针旋转退出转子2外边缘，回到 原Ttl处，等右边的另一个转子单元3从&处到来(图10c)。与此同时，弹簧43被拉长。由于F >> P，定子单元间断地推动转子前进。作用于定子单元的反力F由固定轴31支承。图11示，旋转定子单元23 (头部的最大旋转半径r)和非磁性配重W，通过连杆 27 (右端连结拉力弹簧43)与固定轴31连结，并可绕轴旋转。图Ila示转子单元3到达S0位置，定子单元到达Ttl的临界状态。图示转子单元的B区和A1区为推力区。图lib示，定子单元受推力P作用，绕轴31旋转，已从Ttl到T1位置。两种单元相 斥产生力F，推动转子单元3前进。在单元3前进的同时，其尾段将受到定子单元头部的斥力作用，从而绕旋转轴36 作逆时针旋转，尾端从&到& ；而头部则逆时针返旋回来从&到S1处，去接近并相斥定子 单元的尾部。这样可以缩短两种单元的距离，增大此刻的力F。与此同时，弹簧43也被拉 长，从 S2 S30然后，定子单元继续受力P作用，从T1位置，连续顺时针旋转退出转子2外边缘， 回到原Ttl处。当两种单元相离开后，拉簧43缩短复位到原&处(见图Ila)。由于F >> P，定子单元间断地推动转子前进。作用于定子单元的反力F由固定轴31承受。图12示转子2与旋转定子单元23的转速为1 8。8个转子单元3为活动式，编号为81 88。它们各自与固定在转子板2上的轴36 相连，并可绕它来回旋转(参见图11)。7个旋转定子单元23的支座板71 77，固定在各自的轴31上。各个轴31上还 分别固定有同步带轮61 67。定子单元73和76的轴31上还固定有换向齿轮70。各个定子单元的象位岔开，以便进入转子2范围和推动转子单元的时间不同。图 中，仅在支座72上显示了一个定子单元23。转子轴1上固定两个铝合金同步带轮60 (型号HTD 5M-120P)。它们通过同步带 51和55连接齿轮61和65。齿轮61又通过带52连接齿轮62。直径Im的同步带轮68(8M-400P-周长3200mm)用同步带制成。它被粘钉在转子板 2外边缘上。齿轮68与换向齿轮69(8M-50P)啮合。后者逆时针旋转，并与齿轮70啮合。由此，转子2与7个旋转定子单元71 77 (即2 连接成一个运动联合体，同步 顺时针旋转。转子轴1输出动力矩M。附图标记A G-单元外周附近磁场的分区或分段号，A0-单元头部处构成相斥阻力作用的区段号，即阻力段，A1-靠近B区的A段，它可能成为推力段或阻力段，A2-易于避开的阻力段，F、Fp F2-转子单元与定子单元同性磁场相斥产生的正向作用与反作用力，Fln、F2n-法向分力，简称法向力，Flt、F2t、F2ta, F2tb-切向力，即磁滑动摩擦力，M-转子轴输出剩余能量折合成的动力矩，Ma-转子单元A区的阻力矩，Md—转子单元D区的阻力矩，Mf-转子单元的推力矩，Mp-P力构成的动力矩或所耗的能，Mci-机械摩擦阻力矩，M1-其它耗能折合成的阻力矩，
M2, M2n, M20 M2a-活动定子单元23的转矩，N—极性，P-推动定子单元切入或退出转子2范围所需要的力或所耗的能，W—非磁性配重，R—转子半径，r-定子单元的最大旋转半径，S—极性，S0 &一转子单元端部的运动点，T0 T1-活动定子单元端部的运动点，U—力Fai的力臂，1—转子轴，2—转子、转子上固定的园板或转子外边缘的运动轨迹，3—永磁体转子单元，22—切入式进退定子单元，23—切入式旋转定子单元，24-切入式半旋转定子单元，25—气隙，27—长连杆，28—N-S场的分界线，29—A1区与B区同性磁场的分区线，3O-磁力线，31-活动定子单元的转动轴，32—半旋转转子单元，36—活动转子单元的转动轴，37-固定在定子上的外滑轨，38—滑轮架，39—连杆机构，41—铁件，42—铁条，43—弹簧，51 55—同步带，60-转子轴上固定的同步带轮，61 67—同步带轮，68—转子2外边缘用同步带制成的同步带轮，69、70—换向齿轮，71 77-7个旋转定子单元23或其支座板号，81 88—8个活动转子单元号。
权利要求
1.一种永磁力发动机，含有转子、定子和机架，机架支承转子轴和定子，转子含有至少 一个永磁体转子单元，其特征在于(1)定子含有至少一个永磁体切入式活动定子单元；它受动力P作用，突破转子[2]的外边缘，切入到转子运动的范围内，去接近转子单元 [3]；两种单元的同性磁场近距离接触、相互作用，产生作用力与反作用力F，推动转子单元 前进；然后，定子单元继续受力P作用，离开转子运动的范围回到原位，如此反复循环，间断 地推动转子单元前进；力F>>力P;(2)转子轴输出的动力矩M等于，受各个定子单元同性磁场相斥而得的各个转子单元 的F推力矩之和Σ Mf，与各种耗能形成的阻力矩Σ Ma、Σ Md、Σ Mtl及Σ M1之和的差值，即M = Σ Mf- Σ Ma- Σ Md- Σ M0- Σ M1,其中，Σ Ma为受定子单元同性磁场相斥而得的各个转子单元阻力矩之和，Σ Md为定子单元与转子单元异性磁场相吸而得的各个转子单元阻力矩之和，Σ M0为克服机械摩擦阻力和空气阻力等损耗功折合成的阻力矩之和，Σ M1为活动定子单元运动的耗能折合成的阻力矩之和；转子的动力矩M >>总阻力矩，及动力矩M作功>>总阻力矩耗能，并能推动转子连续 旋转作功，输出有实用性的赢利能量。
2.根据权利要求1所述的永磁力发动机，其特征在于活动定子单元采用进退定子单 元[22]、旋转定子单元[23]或/和半旋转定子单元[24]；活动定子单元的动力P，由转子 自身旋转或/和外部能源提供。
全文摘要
本发明公开了一种永磁力发动机。其定子由永磁体切入式活动定子单元构成。即，活动定子单元受动力P作用，切入到转子[2]运动范围内去接近永磁体转子单元[3]；两种单元的同性磁场相斥产生斥力F，推动转子单元前进；然后，定子单元离开转子范围回到原位，如此反复循环；F＞＞P。转子单元采用B或/和A1区为推力区。转子的动力矩M等于各转子单元F推力矩之和，与各种耗能形成的阻力矩之和的差值。转子的动力矩M作功＞＞总阻力矩耗能，从而推动转子旋转做功输出能量。活动定子单元采用进退定子单元[22]、旋转定子单元[23]或/和半旋转定子单元[24]。动力P由转子自身旋转或/和外部能源提供。本发明将成为一种新的绿色能源，作成动力机或玩具。其结构简单，制造容易，成本低。
文档编号H02N11/00GK102082529SQ20101022484
公开日2011年6月1日 申请日期2010年7月13日 优先权日2009年11月27日
发明者祝培钫 申请人:北京金科奥赛技术研究中心, 祝培钫, 陆毓敏