专利名称：永磁体丝杆、永磁体蜗轮及应用蜗杆蜗轮的磁力发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种动力装置及其部件，特别涉及一种利用磁力驱动的磁力发动机及其应用的永磁体蜗杆和永磁体蜗轮。
背景技术：
永磁体本身受到外界磁场作用后，由于其具有高矫顽力，在外界磁场消失后磁性不易消失，能够稳定地对外部空间提供磁场。通过永磁体之间的磁力作用原理，可以制作无环境污染的动力机械，这种技术开发在国内外已有很多专利申请和信息报导。然而，在这些诸多的技术方案中，都是在机械的定子与转子上布设永磁体，存在有尚未克服的旋转平衡点、旋转不能连续等诸多技术难题。采用永磁体丝杆和永磁体蜗轮组合构造磁力发动机可以有效地解决这一问题，目前还未见有此类报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种动力机械装置，可以连续不断地将永磁体内贮存的能量转化为旋转的机械动能。
本发明的另一个目的是提供一种上述机械装置中应用的、能够利用其贮存的磁场能量相互螺旋旋转驱动和传动的永磁体丝杆和永磁体蜗轮。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的永磁体丝杆的螺旋齿圈为永磁材料制成，其磁极沿丝杆的轴向或径向排布。所述的永磁体丝杆可以包含轴体，也可以不含轴体，只是空心的永磁合金螺旋体。磁极的轴向排布是指，相邻螺旋齿圈的两端面磁性分别相同，在丝杆的轴向上呈NS·NS·NS……排列或SN·SN·SN……排列；磁极的径向排布是指，螺旋齿圈的内外侧极性分别相同，在丝杆的径向上呈 或 排列，在丝杆的轴向上则呈 或 排布。
所述的丝杆是环面蜗杆。
永磁体蜗轮，包括螺齿，所述的螺齿为永磁材料制成，其磁极沿蜗轮的径向或圆周排布。此处磁极的径向排布是指，螺齿内外端极性不同，相邻螺齿的极性分布一致，在蜗轮的径向上，螺齿磁极极性一致呈 或 排布，沿蜗轮圆周则是 或 排布；磁极沿圆周排布是指，螺齿的N、S磁极沿圆周方向呈NS·NS·NS……或SN·SN·SN……排布。
磁力发动机，包括具有外螺纹的永磁体丝杆和具有内螺纹的永磁体转子，丝杆的外螺纹和转子的内螺纹都是由永磁材料制成，丝杆的外螺纹与转子的内螺纹相互“悬浮”不接触啮合；丝杆与转子之间设置有限制其外螺纹和内螺纹啮合位置的齿轮变速传动机构，齿轮变速传动机构的速比与丝杆和转子之间的速比相同。
所述的永磁体转子为永磁体蜗轮，所述的永磁体丝杆是环面蜗杆。
上述磁力发动机，所述的永磁体丝杆是第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆，所述的永磁体转子或永磁体蜗轮是与第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆的螺旋齿圈不接触啮合的永磁合金螺齿蜗轮，第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆的相邻螺旋齿圈的磁极沿其轴向或径向排布，磁极轴向排布的相邻螺旋齿圈的相对面的磁极极性相反，磁极径向排布的相邻螺旋齿圈的外端磁极一致；与螺旋齿圈啮合的永磁合金螺齿蜗轮的螺齿磁极沿蜗轮径向或圆周排布；第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆的两端分别设置有轴向固定板，永磁合金螺齿蜗轮的中轴两端设置有固定板，永磁合金螺齿蜗轮的中轴伸出固定板的轴端上安装有第一传力伞齿，与永磁合金螺齿蜗轮的中轴垂直方向上设置有与第一传力伞齿啮合的第二传力伞齿，永磁合金螺旋齿圈蜗杆的一个轴端同轴安装有第四传力齿轮，与第二传力伞齿同轴安装的第三传力齿轮与第四传力齿轮啮合；所述的齿轮变速传动机构包括第一传力伞齿、第二传力伞齿、第三传力齿轮、第四传力齿轮，其速比与第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆和永磁合金螺齿蜗轮之间的速比相同。蜗杆螺旋齿圈的磁极采用径向排布时，蜗轮螺齿的磁极采用沿圆周排布；蜗杆螺旋齿圈的磁极采用轴向排布时，蜗轮螺齿的磁极采用径向排布。无论哪种磁极排列形式，螺旋齿圈和螺齿的磁极搭配都应是纵横交叉形式，使蜗轮螺齿两个侧面在蜗杆螺旋齿圈内受到的磁力方向一致。根据第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆的螺旋齿圈磁极极性与永磁合金螺齿蜗轮的螺齿磁极极性的不同排布，可以得到八种不同的磁极排列组合形式。各种磁极排列后磁力相互作用的结果只有两种使蜗轮顺时针或反时针旋转。
所述磁力发动机，还包括与永磁合金螺齿蜗轮啮合的第二永磁合金螺旋齿圈蜗杆、第三永磁合金螺旋齿圈蜗杆、第四永磁合金螺旋齿圈蜗杆，此三者与第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆依次互成直角排布，永磁合金螺齿蜗轮位于四者中间，第二永磁合金螺旋齿圈蜗杆、第三永磁合金螺旋齿圈蜗杆、第四永磁合金螺旋齿圈蜗杆的相邻螺旋齿圈的磁极排布与第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆的螺旋齿圈的磁极排布一致。第二永磁合金螺旋齿圈蜗杆、第三永磁合金螺旋齿圈蜗杆、第四永磁合金螺旋齿圈蜗杆的加入，并且其磁极排布与第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆一致，可以对蜗轮产生方向一致的作用力，增加使其旋转的能量。
所述第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆的另一端、第二永磁合金螺旋齿圈蜗杆的两端、第三永磁合金螺旋齿圈蜗杆的两端、第四永磁合金螺旋齿圈蜗杆的一端分别都安装有蜗杆轴端啮合伞齿，并且依次相互啮合构成一组传动副，使四件蜗杆的运转同步。
所述磁力发动机包括四组由第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆、第二永磁合金螺旋齿圈蜗杆、第三永磁合金螺旋齿圈蜗杆、第四永磁合金螺旋齿圈蜗杆和永磁合金螺齿蜗轮构成的传动副，四组传动副中的永磁合金螺齿蜗轮的中轴依次固定连接。每组传动副的第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆轴端的第四传力齿轮依次相互啮合，使四组传动副的运转同步。
本发明采用的具有永磁材料制成的螺旋齿圈的蜗杆和具有永磁材料制成的螺齿的蜗轮相互“悬浮”啮合的这种结构，充分利用了螺旋传动原理中螺旋斜面传动的无限连续传动的延伸性质，有效地将常规单个永磁体的往复吸斥磁极，沿永磁合金螺旋齿圈蜗杆的螺旋斜面进行排列组合，形成了无限连续延伸的螺旋斜面磁场，这种磁极一致的螺旋磁场，在与蜗轮径向磁场的相互对应运转中，能平稳连贯地以磁极侧面的方式，切入和退出相互作用的磁场，同时仍能保持其它仍在啮合中的磁力作用。蜗轮的螺齿在其沿圆周上的两个侧面总是受到蜗杆的螺旋齿圈的一个斥力和一个吸力作用，而两个力在蜗轮螺齿圆周上是方向一致的，使蜗轮发生旋转，同时其反作用力也使蜗杆产生了向同一方向的吸拉、斥推的轴向力。两者磁力的作用在第一传力伞齿、第二传力伞齿、第三传力齿轮和第四传力齿轮组成的齿轮变速定传动中得到限位，使蜗杆的螺旋齿圈和蜗轮的螺齿一直保持磁悬浮状态，两者之间不会有接触摩擦阻力耗能。这种由吸拉斥推同向磁力牵引发生旋转的蜗轮，在自身旋转的同时，也将部分旋转动能经第一传力伞齿、第二传力伞齿、第三传力齿轮和第四传力齿轮返输供给蜗杆，使蜗杆连续转动，从而形成循环式的磁力旋转传动体系，运转中蜗杆所产生的轴向推力，绝大部分转移抵消于轴端的滚动轴承，而蜗轮产生的旋转力矩，就转换成了连续旋转的可向外输出的机械动力。
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的纵截面示意图；图3是本发明蜗杆的螺旋齿圈和蜗轮的螺齿结构关系示意图；图4是本发明实施例1的磁极排布示意图；图5是本发明实施例2的磁极排布示意图；图6是本发明实施例3的磁极排布示意图；图7是本发明实施例4的磁极排布示意图；图8是本发明实施例5的磁极排布示意图；图9是本发明实施例6的磁极排布示意图；图10是本发明实施例7的磁极排布示意图；图11是本发明实施例8的磁极排布示意图；图12是本发明的传动结构图；图中标号，1-1是第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆，1-2是第二永磁合金螺旋齿圈蜗杆，1-3是第三永磁合金螺旋齿圈蜗杆，1-4是第四永磁合金螺旋齿圈蜗杆，2是永磁合金螺齿蜗轮，3是第一传力伞齿，4是第三传力齿轮，5是蜗轮中轴，6是蜗杆轴，7是蜗杆轴端啮合伞齿，8是轴向固定板，9是固定板，10是第二传力伞齿，11是第四传力齿轮，12是蜗杆的螺旋齿圈，13是蜗轮的螺齿。
具体实施例方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。
实施例1如图1所示，永磁体螺旋蜗杆蜗轮磁力发动机包括四组传动副，每组传动副由一个永磁合金螺齿蜗轮2和围绕在其四周的第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-1、第二永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-2、第三永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-3、第四永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-4构成，每组传动副的永磁合金螺齿蜗轮2的中轴5依次同轴固定连接。每组传动副的第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-1、第二永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-2、第三永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-3、第四永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-4和永磁合金螺齿蜗轮2的本体由铝合金LY12制成。第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-1、第二永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-2、第三永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-3、第四永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-4沿其轴向表面设置有永磁材料制成的螺旋齿圈12，永磁合金螺齿蜗轮2沿其圆周均匀布置有永磁材料制成的螺齿13，螺齿13与螺旋齿圈12如图3所示互相“悬浮”啮合。螺旋齿圈12和螺齿13的螺旋升角都为6°，螺距为12mm，厚度为3mm。螺旋齿圈12和螺齿13的磁极极性的排布如图4所示。每组传动副的第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-1、第二永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-2、第三永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-3、第四永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-4的两端都设置有轴向固定板8，四件蜗杆的轴分别通过轴承固定安装在轴向固定板8上。依次固定连接的永磁合金螺齿蜗轮2的中轴5的两端设置固定板9(图1中为表示内部结构，一端的固定板9未画出)，中轴5通过轴承安装在固定板9上。
如图1和图2所示，每组传动副的第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-1、第二永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-2、第三永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-3、第四永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-4依次互成直角排布，第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-1的中轴一端、第二永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-2的中轴两端、第三永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-3的中轴两端、第四永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-4的中轴一端都设置有彼此依次啮合的蜗杆轴端啮合伞齿7，第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-1的中轴另一端设置有第四传力齿轮11。每组传动副的第四传力齿轮11依次相互啮合。最内侧的一组传动副的永磁合金螺齿蜗轮2的中轴5伸出固定板9的轴端上安装有第一传力伞齿3，与中轴5处于同一水平面的垂直方向上设置有第二传力伞齿10与第一传力伞齿3啮合，与第二传力伞齿10同轴安装有第三传力齿轮4，第三传力齿轮4与最内侧的一组传动副的第四传力齿轮11啮合。
为加工方便，并达到合适的速比，可在第三传力齿轮4与第四传力齿轮11之间再设置齿轮变速传动机构，并保持整个变速传动机构(包括第一传力伞齿3、第二传力伞齿10、第三传力齿轮4、第四传力齿轮11和新增设的齿轮变速传动机构)的速比与蜗杆和蜗轮之间的速比相同，即第一传力伞齿3和第四传力齿轮11的速比与蜗杆和蜗轮之间的速比相同。
第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-1的蜗杆轴6上还可以安装齿轮。
上述结构中，为了实现蜗杆的螺旋齿圈12与蜗轮的螺齿13之间无接触啮合的悬浮间距在运转中得到限定和精确控制，因此在蜗杆与蜗轮结构之间，“搭接引入”了齿轮变速传动机构。其结构形式为齿轮变速传动机构的高速轴端与蜗杆轴端相连接，低速轴端与蜗轮轴相连接。
齿轮变速传动机构的设置，确保了螺旋齿圈12和螺齿13之间的磁悬浮空间精确定位啮合，保证了运转中的间隔距离的准确定位性。
本实施例的传动结构如图12所示。
实验测得，本实施例中，齿轮变速传动机构消耗的能量占蜗轮旋转产生总能量的10％，蜗杆螺旋升角造成的回旋返转造成的耗能占20％左右，装置中其它阻力损耗如齿轮运转的阻力损耗、轴承阻力损耗以及部分位置的磁性干扰造成的能力损耗等，约占5％。因此，本装置能量损耗占其产生的总能量的40％，最终有60％的动能可以向外输出，并可以循环连续输出。
实施例2如图2所示，磁力发动机包括第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-1，与其螺旋齿圈不接触啮合的永磁合金螺齿蜗轮2，第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-1的相邻螺旋齿圈12的相对面磁极相反，伸入其间的永磁合金螺齿蜗轮2的螺齿13磁极内外端相反，第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-1的两端分别设置有轴向固定板8，永磁合金螺齿蜗轮2的两端设置有固定板9(图2中未画出)，永磁合金螺齿蜗轮2的中轴5伸出固定板9的轴端上安装有第一传力伞齿3，与永磁合金螺齿蜗轮2的中轴5垂直方向上设置有与第一传力伞齿3啮合的第二传力伞齿10，第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-1的一个轴端同轴安装有第四传力齿轮11，与第二传力伞齿10同轴安装的第三传力齿轮4与第四传力齿轮11啮合。
该磁力发动机还包括与永磁合金螺齿蜗轮2啮合的第二永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-2、第三永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-3、第四永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-4，此三者与第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-1依次互成直角排布，永磁合金螺齿蜗轮2位于四者中间，第二永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-2、第三永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-3、第四永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-4的相邻螺旋齿圈12的相对面磁极相反，其磁极排布与第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-1的螺旋齿圈12的磁极排布一致。第二永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-2、第三永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-3、第四永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-4的加入，并且其磁极排布与第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-1一致，可以对蜗轮产生方向一致的作用力，增加使其旋转的能量。螺旋齿圈12和螺齿13的磁极极性的排布如图5所示。
第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-1、第二永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-2、第三永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-3、第四永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-4沿其轴向表面设置有永磁材料制成的螺旋齿圈12，永磁合金螺齿蜗轮2沿其圆周均匀布置有永磁材料制成的螺齿13，螺齿13与螺旋齿圈12如图3所示互相“悬浮”啮合。螺旋齿圈12和螺齿13的螺旋升角都为6°，螺距为12mm，厚度为3mm。
第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-1、第二永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-2、第三永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-3、第四永磁合金螺旋齿圈蜗杆1-4分别与永磁合金螺齿蜗轮2的速比都是24∶1，第一传力伞齿3与第四传力齿轮11的速比也是1∶24。
实施例3基本结构如实施例1，螺旋齿圈12和螺齿13的磁极极性的排布如图6所示。
实施例4基本结构如实施例1，螺旋齿圈12和螺齿13的磁极极性的排布如图7所示。
实施例5基本结构如实施例1，螺旋齿圈12和螺齿13的磁极极性的排布如图8所示。
实施例6基本结构如实施例1，螺旋齿圈12和螺齿13的磁极极性的排布如图9所示。
实施例7基本结构如实施例1，螺旋齿圈12和螺齿13的磁极极性的排布如图10所示。
实施例8基本结构如实施例1，螺旋齿圈12和螺齿13的磁极极性的排布如图11所示。
权利要求
1.永磁体丝杆，包括螺旋齿圈，其特征在于所述的螺旋齿圈为永磁材料制成，其磁极沿丝杆的轴向或径向排布。
2.如权利要求1所述永磁体丝杆，其特征在于所述的丝杆是环面蜗杆。
3.永磁体蜗轮，包括螺齿，其特征在于所述的螺齿为永磁材料制成，其磁极沿蜗轮的径向或圆周排布。
4.磁力发动机，其特征在于包括具有外螺纹的永磁体丝杆和具有内螺纹的永磁体转子，丝杆的外螺纹和转子的内螺纹都是由永磁材料制成，丝杆的外螺纹与转子的内螺纹相互“悬浮”不接触啮合；丝杆与转子之间设置有限制其外螺纹和内螺纹啮合位置的齿轮变速传动机构，齿轮变速传动机构的速比与丝杆和转子之间的速比相同。
5.如权利要求4所述磁力发动机，其特征在于所述的永磁体转子为永磁体蜗轮，所述的永磁体丝杆是环面蜗杆。
6.如权利要求4所述磁力发动机，其特征在于所述的永磁体丝杆是第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆(1-1)，所述的永磁体转子是与第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆(1-1)不接触啮合的永磁合金螺齿蜗轮(2)；第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆(1-1)的相邻螺旋齿圈(12)的磁极沿其轴向或径向排布，磁极轴向排布的相邻螺旋齿圈(12)的相对面的磁极极性相反，磁极径向排布的相邻螺旋齿圈(12)的外端磁极一致；与螺旋齿圈(12)啮合的永磁合金螺齿蜗轮(2)的螺齿(13)磁极沿蜗轮径向或圆周排布；第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆(1-1)的两端分别设置有轴向固定板(8)，永磁合金螺齿蜗轮(2)的中轴(5)两端设置有固定板(9)，永磁合金螺齿蜗轮(2)的中轴(5)伸出固定板(9)的轴端上安装有第一传力伞齿(3)，与永磁合金螺齿蜗轮(2)的中轴(5)垂直方向上设置有与第一传力伞齿(3)啮合的第二传力伞齿(10)，第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆(1-1)的一个轴端同轴安装有第四传力齿轮(11)，与第二传力伞齿(10)同轴安装的第三传力齿轮(4)与第四传力齿轮(11)啮合；所述的齿轮变速传动机构包括第一传力伞齿(3)、第二传力伞齿(10)、第三传力齿轮(4)、第四传力齿轮(11)，其速比与第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆(1-1)和永磁合金螺齿蜗轮(2)的速比相同。
7.如权利要求6所述磁力发动机，其特征在于与永磁合金螺齿蜗轮(2)啮合的还有第二永磁合金螺旋齿圈蜗杆(1-2)、第三永磁合金螺旋齿圈蜗杆(1-3)、第四永磁合金螺旋齿圈蜗杆(1-4)，并与第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆(1-1)依次互成直角排布，永磁合金螺齿蜗轮(2)位于四者中间，第二永磁合金螺旋齿圈蜗杆(1-2)、第三永磁合金螺旋齿圈蜗杆(1-3)、第四永磁合金螺旋齿圈蜗杆(1-4)的相邻螺旋齿圈的磁极排布与第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆的相邻螺旋齿圈的磁极排布一致。
8.如权利要求7所述磁力发动机，其特征在于第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆(1-1)的另一端，第二永磁合金螺旋齿圈蜗杆(1-2)的两端、第三永磁合金螺旋齿圈蜗杆(1-3)的两端、第四永磁合金螺旋齿圈蜗杆(1-4)的一端分别都安装有蜗杆轴端啮合伞齿(7)，并且依次相互啮合构成一组传动副。
9.如权利要求8所述磁力发动机，其特征在于所述磁力发动机包括四组由第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆(1-1)、第二永磁合金螺旋齿圈蜗杆(1-2)、第三永磁合金螺旋齿圈蜗杆(1-3)、第四永磁合金螺旋齿圈蜗杆(1-4)和永磁合金螺齿蜗轮(2)构成的传动副，四组中的永磁合金螺齿蜗轮(2)的中轴(5)依次固定连接，每组传动副的第一永磁合金螺旋齿圈蜗杆(1-1)轴端的第四传力齿轮(11)依次相互啮合。
全文摘要
本发明公开了一种永磁体丝杆、永磁体蜗轮及应用该丝杆和蜗轮的磁力发动机，涉及一种动力装置，可以解决磁极之间相互运转而吸、斥磁力不能同向旋转的技术难题。永磁体丝杆的螺旋齿圈和永磁体蜗轮的螺齿都是由永磁材料制成，磁力发动机包括具有外螺纹的永磁体丝杆和具有内螺纹的永磁体转子，丝杆(即蜗杆)的外螺纹与转子(即蜗轮)的内螺纹相互“悬浮”不接触啮合；蜗杆与蜗轮之间设置有限制其“悬浮”不接触啮合位置的齿轮变速传动定位机构，齿轮变速传动定位机构的速比与蜗杆蜗轮之间的速比相同。本发明可将永磁体贮存的能量转化为可以连续旋转输出的机械动能，可作为动力机械、动力发电等工程领域的永磁动力发动机。
文档编号H02N11/00GK1870416SQ20061002125
公开日2006年11月29日 申请日期2006年6月26日 优先权日2006年6月26日
发明者周光力, 周恒 申请人:周光力