专利名称：磁石磁力装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁石在电机电器领域的新应用。
电机电器主要是线圈和铁心组成，通过通电线圈产生的磁场的相互作用而产生动力或电动势。磁石在电机电器中的应用到目前为止通常是磁石在气隙中建立磁场，或磁石在磁场中以引力或斥力方式产生动力，象步进电动机以及磁悬浮技术那样应用。
从450年前一直到现在，人们不断的探索磁石永动机，但是没有一个成功的。原因是一直在斥力和引力范围内寻找方法。两个磁石在一个斥力(或引力)范围内相对移动，只是一种类似势能的转化。磁石最基本特征之一是同极相斥、异极相吸。但是仅仅依靠斥力和引力是不能做出磁石永动机的，只是一个美好的愿望而已。
磁石建立的磁场与通电线圈建立的磁场效能完全一样。都是能量表现形式。这种磁场能量应当取得出来加以应用。磁石磁场在合理使用条件下长期不变，相对来讲是取之不尽的。
本发明的目的是利用磁石节省能量，以及从磁石磁场中取出能量。
本发明的参考书是电气工程师手册(第二版)机械工业出版社；机械工程师手册(第二版)机械工业出版社；永磁机构，夏平畴著北京工业大学出版社。
1.磁石磁力
图1是静磁石J和动磁石D组成的装置，静磁石J为一圆管，外侧为S极，内侧是N极，动磁石D为一带中心孔的圆柱状，右端为N极，左端为s极。中心孔中穿过一根铜棒T，动磁石D能在铜棒T上滑动，将动磁石D和铜棒T置于静磁石J圆管内。动磁石D受到3种力，FA叫做磁石磁力，FB叫做斥力，FC叫做引力。方向如图示。斥力FB和引力FC的方向与磁力FA的方向相反，这三种力所在区域分别叫做磁力区、斥力区、引力区。FB是由于动磁石的N极与静磁石的N极产生的斥力，FC是由于动磁石的S极与静磁石的N极产生的引力。最有意义的是磁石磁力FA。
磁石磁极轴线的定义磁石的N极和S极的连线叫做磁石磁极轴线。磁石为矩形或圆柱形等形状时，其磁石磁极轴线为直线，其方向规定为从N极出发的磁力线方向为正方向，简称磁极轴线方向，或磁极轴线。
磁场方向的定义从磁场N极出发的磁力线方向为正方向，简称磁场方向或磁场。
磁石磁力的定义动磁石的磁极轴线方向与所在静磁场方向垂直(90°±45°)时，动磁石受到磁力、斥力、引力三种力。动磁石受到的磁力简称磁石磁力。磁石磁力的方向符合左右手定则，其规定为静磁场方向穿过左手掌或右手掌手心，并排四指和动磁石磁极轴线方向一致，四指所指方向(动磁石磁极轴线方向)即为磁石磁力方向。
动磁石磁极轴线方向与静磁石磁场方向所说的垂直是指一个范围，即90°±45°。在90°时磁石磁力最大，越靠近±45°磁石磁力越小，±45°时为0。今后说明中不提±45°时，但含有±45°。磁石磁力与电动机原理的电磁力定律有相似之处，本质上一回事。以直流电动机为例，转子上的绕组通电产生磁场(动磁场)与定子上的磁场(静磁场)产生电磁感应，转子绕组受到与定子磁场方向垂直，同时也与转子绕组的通电导线垂直的力，其方向符合左手定则。图2是直流电动机原理示意图。对转子导线通过电流I，通电导线在静磁场N中受到向下的力F，B是转子导线通电时产生的磁场，由静磁场N与动磁场B相互作用产生力F。
图3是磁石磁力示意图，由静磁石J和动磁石D组成，动磁石D产生动磁场B与图2中通电导线产生的动磁场B方向一致。动磁石受到一个向下的力F，符合磁石磁力方向规定。这样图2中电动机转子导线受力F与图3中动磁石D受力F方向一致。由此判断磁石磁力与直流电动机转子受到的电磁力本质上是一样的。都是静磁场与动磁场相互作用产生磁力，而且方向一致，只是名称上一个叫做电磁力，一个叫磁石磁力，可以说磁石磁力是电磁力在磁石上的一种表现形式。
从磁力区取出磁石磁力作为动力源，对斥力和引力采用技术方法或者避开，或者加以利用或者尽量减小。
上述所说动磁石与静磁石只是相对的，把动磁石固定。给静磁石导轨，则动静磁石则发生转换。同样磁极N和S也是相对的，可以互换。相应的方向也对应转换。
2.磁石结构形式1)静磁石结构形式①管状结构如图1所示的结构形式。直线圆管中动磁石直线运动受力均匀。当进行曲线或回转运动时，管子则呈现弧形，或者出现螺旋形式。实际应用中采用有一小缝隙的管状，缝隙用于动磁石支撑杆传递磁力。
②对称结构图4是对称结构的示意图。J1和J2为静磁石，磁极方向相对。D是动磁石，放在J1和J2之间进行运动，直线运动时受力均匀。当进行曲线或回转运动时，静磁石做成弧形或螺旋形等。对称结构是管状结构的一部份，应用灵活，磁场泄漏相对较小。
③单体结构图5是单体结构的示意图。J是静磁石，D是动磁石。动磁石D受到磁石磁力，另外还受到一个力矩M。这个力矩M是由于静磁石J的N极对动磁石D的S极的引力，以及与动磁石D的N极的斥力产生的力矩。设计时要考虑这个力矩的存在。单体结构也可以做成弧形，扇形，螺旋形等。管状结构和对称结构中没有这个力矩M，原因是管状结构和对称结构中也受到力矩M，但是不仅是一组，而是2组力矩M，方向相反，互相抵消。
这3种结构形式在实际使用中选一种形式，或同时2种以上。
2)动磁石结构形式和运动方式动磁石结构形式与静磁石结构形式密切相关，相互配合，动磁石由一个或多个组成。
动磁石运动方式，图1所示是导轨滑块形式。在直线或曲线运动中使用。当运动为旋转方式时，采用导轨滑块，也可以采用绕轴旋转方式。运动方式和产生磁力的矩心矢经的选择有很大关系。
3.磁石电磁铁装置本发明是磁石在电器中的应用。以往的电磁铁及由其为核心做的继电器、接触器的操作部分都是由线圈和衔铁组成，线圈通电后，衔铁运动到规定位置，带动触头动作。要维持运动后的吸合状态必须一直对线圈通电，本装置解决维持运行时不用电能的任务。
本装置由电磁线圈和磁石组成，静磁场由电磁线圈产生的磁场以及由静磁石产生的磁场两部分组成。由动磁石代替原来的衔铁，动磁石的磁极轴线方向与静磁场方向垂直。图6是该装置的原理示意图(俯视图)。由静磁石J1和J2电磁线图X1和X2组成静磁场。动磁石D在静磁场中间运动。图7是图6的侧视展开图。本图只表示静磁石J2、电磁线圈X1、动磁石D，FA、FB、FC分别表示静磁石与动磁石相互作用产生的磁力、斥力、引力及其所代表的磁力区、斥力区、引力区。H1和H2为弹簧。在初始状态动磁石D受FB斥力和弹簧H1的压力而稳定，规定电磁线圈X1和X2产生的静磁场强度要大于静磁石J1和J2产生的静磁场强度。如图示，规定电磁线圈X1和X2的引力区与静磁石J1和J2的引力区位置相同，电磁线圈X1和X2的磁力区要全部覆盖住静磁石J1和J2的磁力区，同时覆盖静磁石J1和J2的斥力区的一部分。启动时，电磁线圈X1和X2通电，产生与静磁石J1和J2相同方向的磁场。产生磁力，动磁石在该磁力的作用下，克服静磁石J1和J2的斥力进入静磁石的磁力区，再进入到引力区，然后断开电流，动磁石D在静磁石J1和J2的磁力及引力共同作用下，稳定在磁力区和引力区的交界点，弹簧H2防止动磁石D运动惯性过大而设置。这样动磁石D在电磁线圈不通电状态下，稳定在这一点。关闭时，对电磁线圈通以反方向电流。因为电磁线圈的静磁场强度大于静磁石的磁场强度，动磁石在电磁线圈通电时，在产生的反方向磁场作用下，又回到初始位置，然后再断开电流。动磁石又维持初始状态。通断电流靠开关或电磁铁的触头的开合的程序来执行。本装置做到了只在启动和关闭的瞬间用电，维持运行不用电。本装置对磁力、斥力、引力全部加以利用。
为缩小体积，也可以做成电磁铁继电器接触器的经常使用的形式。例如把电磁线圈做成圆形，只有一个，静磁石做成圆管型，也只有一个，2者套成一体，动磁石在中间运动。
本装置可用在电磁铁，接触器、继电器等产品上，达到节能无噪声运行。
4.磁力线，受力曲线，磁场变化率1)磁力线。
磁力线是磁场分布的方向线，磁力线上任一点切线方向就是该点磁场的方向，磁力线的疏密正比于磁场强度。从一个磁源发出的磁力线，不能相交，每相邻两根磁力线都是相互排斥的(即同极相斥)，所以磁力线是发散的。磁力线从N极发出又回到S极，导磁率高的材料能使磁力线容易集中运行。图8是磁力线不同阶段受力方向不同的示意图。从静磁场J的N极出发的磁力线与动磁石D的磁极轴线方向夹角90°±45°范围内有正方向的磁力FA，夹角为90°±45°时，磁力为0。当夹角大于90°±45°时，则产生斥力FB和引力FC。FA、FB、FC在不同点其大小不同。
2)受力曲线。
受力曲线的测试采用单体静磁石以及铜棒上有滑动的带孔磁石的受力大小来进行。
①受力曲线1图9是一个N极向上的静磁石J(指纸面)其X方向和Y方向大小相近，在X方向和Y方向测得受力曲线QX1和QY1，这两条曲线形状相近，在0点以上是正方向FA，在0点以下为斥力FB和引力FC。
②受力曲线2图10是在一个静磁石J的N极极面上测得的受力曲线QX2和QY2，N极极面X方向比Y方向长几倍。两条曲线的宽度和幅度都相差很多。曲线QX2中间略有凹陷，曲线QY2中间是高峰。
③受力曲线3图11是在一个静磁石J的N极极面上测得的受力曲线QX3和QY3，N极极面X方向的长度远远大于Y方向长度。QY3成为很窄很陡，幅值很大的曲线。QX3成为两端略有峰值中间大部分受力接近于0。曲线QX3叫做凹受力曲线。在设计静磁路时要避免出现。想利用强受力曲线时，可利用QY3曲线。
④受力曲线方向的变化图11中X方向若为圆弧状扇形面。也存在凹受力曲线。在扇形磁石两端有近似QX3的受力曲线。中间大部分受力曲线几乎接近于0。而曲线QY3的峰点很高。当进一步将扇形磁石的两端延伸而变成环状磁石时，则QX3受力曲线中两端的受力峰点全部消失，QX3曲线变成0线。在Y方向则处处为高峰点。从一个小扇面逐步变成圆环时，圆环中心圆线不再受力(X方向不受力)而全部集中到Y方向(径向)。这是凹受力曲线的极端情况。
⑤多个磁石组成的磁路也容易出现凹受力曲线单体，对称，管状结构形式，只要同一磁极极面指向一致，而且距离小，容易形成一个成片的磁场也容易出现凹受力曲线。凹受力曲线的中间部分即使不到0，其受力也大大降低。要避免这种情况出现，要使磁石的长度和宽度相适应，磁石间的距离也适当。
3)磁场变化率①两个以上磁石磁场的相互影响从一个磁石磁源出发的磁力线不能相交，但是从两个磁石磁源发出的磁力线可以相交。其交点的磁力线方向是原来两条磁力线在这点上的矢量和的方向。只有这个矢量和方向与动磁石轴线方向夹角在90°±45°以内时才有正方向的磁石磁力。多条磁力线矢量和方向如果始终为一个方向而且连续则易产生凹受力曲线。
在非封闭磁场，即开放磁场，因为磁力线为发散的，在一个区域内所有磁石之间都有相互影响。
②磁场变化率电磁感应定律中E=dφmdt,]]>即通过一个闭合回路的磁通量变化时，产生电动势，这个电动势E与穿过回路的磁通量фm随时间的变化率的负值成正比。这个磁通量的变化也就是磁场的变化，也就是磁场的变化率。磁场的变化包括磁场方向的变化和幅值的变化。其实在电磁力定律中必须有磁场变化率。同样没有磁场的变化，则易出现凹受力曲线，甚至不受力。磁场变化率和凹受力曲线在本质上一样，两种否定对方的表现形式。所以一个完整的磁石磁路必须有磁场变化率。
4)磁力力矩三要素的选择力的作用点，力的矢经，力的矩心构成力矩三要素。力的作用点在本装置中就是动磁石，即动磁石受到磁力作用。矢经和矩心的选择结果是为了使动磁石受到的磁力最大。例如，动磁石在一个圆环静磁石的向上的N极极面上，即受力作用点为圆环上，矩心选择圆环的圆心，矢经为圆环的半径，则动磁石不受力。同样情况只改变矩心，如果把矩心也选择在圆环上，则动磁石受到很大的力。所以设计时，要先分考虑到动磁石的运动轨道，静磁石磁场变化率，及矩心和矢经得选择。
5)由多个磁石组成运动装置的三个必要条件①动磁石的磁极轴线方向与静磁场方向垂直(90°±45°)②足够的磁场变化率，防止凹受力曲线出现③避免或减小斥力和引力，避免或减少90°±45°以外的反方向磁力5.磁石电动机磁石在电机上的应用。无刷直流电电动机，磁石式步进电动机，无换向器交流同步电动机等，转子上都有磁石，定子上有绕组。转子旋转是由于转子磁石与定子绕组产生的磁场之间的斥力或引力来作用的。磁石的磁场方向是面向气隙，与绕组产生的磁场方向成180°或0°。
本机和无刷直流电动机结构相近，转子上都有磁石，定子上有绕组，带有转子位置检测器。不同之处有2个。一个是，无刷直流电动机转子磁石磁场方向面向气隙，与绕组磁场方向成180°或0°。本机转子上的动磁石的磁极轴线方向垂直于定子绕组的磁场方向。另一个是，无刷直流电动机定子上只有绕组，本机是定子上有绕组，也有静磁石，绕组的铁心极靴与静磁石相间隔而且无缝连接，转子的旋转是靠动磁石磁场与定子的静磁场产生的磁力来带动的，转子上的位置检测器将位置信号传递给定子上的接受部分。经信号处理后，来控制绕组的通电时刻与时间长短。图12是磁石电动机原理示意图(俯视图)，定子由静磁石J1、J2、J3，电磁线圈X1和X2组成。电磁线圈与静磁石相间均布。电磁线圈的铁心极靴与静磁石紧连而无间隙。由若干静磁石和电磁线圈围成圆环型。转子由动磁石D，转轴O，径向连杆L组成。动磁石D有多个均匀分布。动磁石D进入静磁石J1的磁场N后，受磁力带动继续向前运动，接近电磁线圈X1时，电磁线圈X1通电，这时静磁石J1、电磁线圈X1、静磁石J2的磁场连成一片，磁场方向一致，动磁石D在磁力作用下通过电磁线圈X1，进入静磁石J2的磁场后断开电磁线圈X1电流，当动磁石D接近电磁线圈X2时，对电磁线圈X2通电，此时静磁石J2、电磁线圈X2、静磁石J3的磁场连成一片。磁场方向一致。由于此时电磁线圈X1，不通电，其铁心将静磁石J1、J2的磁场隔开。动磁石D在磁力作用下，通过电磁线圈X2进入静磁石J3磁场后，再断开电磁线圈X2的电流。在线圈不通电时，其铁心部分通过磁力线，但与相邻静磁石磁场方向相反。所以断开了相邻静磁石磁场，在这种反方向磁场中的受力，正是斥力和引力，线圈一通电则斥力和引力消失。依次类推，磁力区成为一个不断重新组合的旋转磁场。在动磁石所受到的力中，斥力和引力始终被排除在外。从而避开了斥力区和引力区。电磁线圈的通电时刻和通电时间长短由转子位置检测器将信号处理后来控制的。静磁石的结构形式可采用管状，对称状，单体等形式。电磁线圈作相应的结构变化。
静磁石和电磁线圈的磁极方向为纸面的上面和下面。以上只说明了低面的上面N极的情况。其实在下面的S极也可设置动磁石。但上下动磁石极性相反，但运动方向一致。利用2个磁极效率将提高。同理将这种轴向(上下)静磁场改变成径向(左右)静磁场也一样，使用2个磁极。
改变通电电流的大小，方向，通电时间，可以具有调速和刹车功能。
当定子上的电磁线圈产生的有效磁场面积等于静磁石的有效磁场面积时，大体上输入100％的功率，将有200％的功率输出。实际制作时，在采用各种技术措施后将电磁线圈的有效磁场面积小到静磁石有效磁场面积的十分之一或更小。例如将静磁石做成中间厚，与电磁线圈接触部分变薄等措施，降低电磁线圈的输入功率。
无刷直流电动机，磁石式步进电动机，无换向器交流同步电动机等所有在转子上有磁石的电机，均可以将转子上的动磁石的磁极轴线方向与定子的磁场方向垂直，能提高效率或简化结构。
本机可做动力设备来使用，也可以组成发电机组。
6.相邻静磁石间隙中磁石铁心交替静磁路装置与5中所述磁石电动机一样，只把电磁线圈置换成小磁石和小铁心。用图12来说明，小磁石和小铁心尺寸一样，与图中电磁线圈即静磁石间隙尺寸一样。其作用是当小磁石在间隙中时，相当于电磁线圈通电状态，当小铁心在间隙中时，相当于电磁线圈不通电。动磁石的磁极轴线方向与静磁场方向垂直。当动磁石接近相邻静磁石间隙时，将小磁石推入间隙内，小磁石磁场方向与相邻静磁场方向一致。所以小磁石把相邻静磁石磁场连成一片。动磁石经过小磁石磁场进入下一个静磁石磁场时后，将小磁石从间隙中退出。同时把小铁心带入间隙，这样小铁心又把相邻静磁石磁场间隔开。依次类推，磁力区也变成一个不断重新组合的旋转磁场。动磁石不断受磁力进行运动。本装置避开了斥力和引力。小磁石和小铁心进入间隙由一套位置同步连动装置进行。例如，通过齿轮与转轴连接的凸轮传动装置及弹簧来完成。本装置中静磁场也可经过技术处理后，尽量减小小磁石和小铁心的尺寸。降低使其进出间隙的功率。本装置除不用电外，其他和磁石电动机一样。但是需要初始的启动力。
7.相邻静磁石用绝磁材料间隔的静磁路装置这里指绝缘材料目前只看到超导体材料具有抗磁性，超导材料能阻止大量磁力线通过，就像电绝缘材料阻抗电流通过一样。采用图12的结构形式，把电磁线圈改变成绝磁材料，让动磁石的磁极轴线方向与静磁场方向垂直，这时静磁场变成一个一个磁场正脉冲，在磁场脉冲之间则由于绝磁材料不让磁力线通过，则动磁石磁极轴线方向与静磁场方向只有90°±45°以内的磁力线，避开了其他角度磁力线，减小了斥力和引力。
8.磁石封闭磁场静磁路装置图13是封闭磁场的示意图。用磁石本身来引导和约束磁力线方向。图中箭头所指方向是每一块的磁石内部磁场方向。每相邻小磁石之间有微小的间隙，在管状体内部形成一个磁场，而管状体外磁场泄漏很少。绝大部分磁场集中在管状体所围的空间内。当把图13中的每块小磁石再分解成更多的小磁石，每相邻小磁石内部磁场方向的夹角变得更小。其磁场变得更均匀，外泄更少。动磁石D是两个。一个靠近磁场N极，一个靠近磁场S极，两个动磁石极性相反，受力方向相同，磁极轴线与静磁场垂直。通过静磁路的缝隙靠连杆与轴O相连。由若干个这种单个管状封闭磁场组合成一个圆环或曲线形状，每相邻封闭磁场之间留有间隙，按相邻静磁石间隙处理技术来处理，减小反方向力。
本装置还可以把磁石电动机所述的电磁线圈的作用拿来使用。在这里把电磁线圈做成由2个围成一个管状，极性与封闭磁场一样。把电磁线圈置于相邻封闭磁场的间隙处，电磁线圈的N极和S极与封闭磁场的N极和S极方向一致。电磁线圈起到把相邻2个封闭磁场连接起来或断开的作用。具有磁石电动机的所有性能。
9.动磁石运动轨道四周错位排列静磁路装置图14是这种结构形式的示意图。静磁石J1～J6在一个圆环轨道上排列。图15是图14的径向展开图。静磁石J1、J2、J3在圆环空间上依次如图15所示排列。其磁场方向全部指向圆环中心线，动磁石D在圆环中心线上运动。J4、J5、J6与J1、J2、J3排列一样。依次类推，由若干静磁石围成一个近似螺旋线形式的整体静磁路。动磁石D磁极轴线方向与静磁场垂直。圆环型静磁场上相同位置的静磁石之间有较大空间距离。例如J1和J4，位置相同，但有段距离。这样就有了磁场变化率。相邻静磁石连接经相邻静磁石间隙处理技术处理减小反方向力。相邻静磁石的静磁场可有微小的磁场重叠。但仍有一定角度。
这种错位排列形势多种多样，只要相似位置有一定间隔，各相邻静磁场方向不同，不产生凹受力曲线。
10.相邻静磁石间隙处理技术在相邻静磁石间隙处一般情况下有斥力和引力。均为磁力的反方向力。在有时也存在由于磁力线方向的变化产生的反方向磁力。
1)采用静磁石中间厚，边缘薄的形式如图16所示。静磁石J的形状，减小斥力和引力。
2)用磁石本身来引导和约束磁力线方向类似图13中所示方法，在静磁石边缘部分采用这种技术，如图17所示。在边缘处将主磁场方向改变。改变方向的结果减小反方向力。这种引导方向尽量把磁场方向引导到动磁石D运动平面的垂直方向上。
3)将磁极极性不同的磁石片嵌入间隙处目的是将相邻静磁场断开增加磁场变化率。同时要求这种磁石嵌入片的磁场要远远小于主静磁场。
4)用通电线圈解决静磁石结构复杂难解决的问题类似图12中电磁线圈的作用。建立短暂磁场。
5)利用多层静磁路进行互补。可以在轴向和径向分层排列以上技术采用一种或多种。
权利要求
1.磁石的磁力区、斥力区、引力区过去的认识中，两个磁石之间只有斥力和引力。本发明的特定技术特征是磁石的磁极轴线与另一个磁石的磁场方向垂直(90°±45°)，产生磁石磁力区、斥力区、引力区；从磁力区取出磁力作为动力源；对斥力区的斥力、引力区的引力采用技术手段或避开或加以利用或尽量减小。
2.磁石电磁铁装置一般电磁铁通电时衔铁运动到规定位置，要维持这种状态需要一直通电。根据权利要求1所述三个区的特点，本装置技术特征是由电磁线图和静磁石组成两个静磁场，衔铁被动磁石代替，动磁石的磁极轴线方向与两个静磁场方向垂直；初始状态规定两个静磁场引力区相重合，电磁线圈的磁场长度和强度要大于静磁石磁场，即电磁线圈的磁力区要复盖住静磁石的磁力区和斥力区的一部分，动磁石在线圈不通电状态下稳定在静磁石斥力区，受斥力区的斥力和弹簧力来稳定；启动时线圈通电，动磁石在线圈的磁力作用下运动到静磁石的引力区后断电，动磁石在静磁石的磁力力和引力作用下稳定在此处，维持无电运行；关闭时对线圈通反方向电流，动磁石受电磁线圈磁场的反方向磁力回到初始状态后断电，并维持在初始状态；实现在启动和关闭时瞬间用电，维持运行时不用电，本装置用在电磁铁、继电器、接触器等产品上，做到节能无噪声运行。
3.磁石电动机现在的无刷直流电动机等转子上有磁石和转子位置检测器，定子上有绕组，转子运转靠磁石与绕组产生的磁场之间的斥力或引力进行的，转子上磁石磁场方向朝向气隙。根据权利要求1所述三个区特点，本机技术特征是转子上有动磁石(一个或若干个)和转子位置检测器，定子上由绕组(电磁线圈)也有静磁石，规定定子上电磁线圈与静磁石的磁场极性相同，相间均布，电磁线圈的铁心极靴与静磁石无间隙连接，转子上的动磁石的磁极轴线与定子上的磁场方向垂直(90°±45°)；转子动磁石受到第一静磁石磁场磁力而运动，接近第一电磁线圈时，对第一电磁线圈通电，此时第一静磁石、第一电磁线圈、第二静磁石的磁场连成一体，在第一电磁线圈磁场磁力作用下，进入第二静磁石后断电，继续运动，接近第二电磁线圈时，对第二电磁线圈通电，此时第二静磁石、第二电磁线圈、第三静磁石磁场连成一体，与第一静磁石磁场隔离，动磁石在第二电磁线圈磁场磁力作用下，进入第三静磁石磁场后断电，依次类推，磁力区成为一个不断重新组合的旋转磁场；线圈不通电时，由线圈中的铁心将相邻两个静磁场间隔开，在铁心处有斥力和引力存在，通电时将相邻静磁石磁场连成一体，排除了斥力和引力；电磁线圈的通电时刻和时间长短由转子位置检测器的信号加工处理后来控制，这样形成一个完整磁石电动机。静磁石的结构形式有管状、对称状、单体状、电磁线圈有相应的结构变化。静磁石和电磁线圈的磁场方向有轴向或经向分布，其两个磁极N和S能同时使用，相应的动磁石采用2个而且极性相反，受力方向一致。本机在轴向，经向能做成多层结构形式。改变通电电流的大小、方向，通电时间具有对电机进行调速、刹车等功能。采用合适的相邻静磁石间隙处理技术，降低电磁线圈的功率。无刷直流电动机等所有转子上有磁石的电机，均可将转子上的磁石的磁极轴线方向与定子的磁场方向垂直，用来提高功率或简化结构形式。保证正常运转情况下，使静磁石磁场有效面积尽量多的大于电磁线圈磁场的有效面积，有利于减少输入功率增大输出功率；当静磁石和电磁线圈产生的有效磁场面积相同时，输出功率大于输入功率。本机可单独作为动力设备使用，也可以用于组合成发电机组。本机可以做成直线或曲线电机。
4.相邻静磁石间隙中磁石铁心交替静磁路装置根据权利要求3所述，静磁场由静磁石和电磁线圈相间均布，动磁石磁极轴线方向与静磁场垂直；本装置中只将电磁线圈置换为小磁石和小铁心，其基本工作方式不变小磁石和小铁心尺寸相同，同时与相邻静磁石的间隙尺寸相同，当动磁石接近静磁石间隙时，将小磁石推入间隙内，小磁石将相邻静磁石磁场连成一体，动磁石经小磁石磁场进入下一个静磁石磁场后，将小磁石退出间隙，同时将小铁心带入间隙，这样铁心又把相邻静磁石磁场间隔开，依次类推，磁力区成为一个不断重新组合的旋转磁场，动磁石也就不断的受磁力推动而转动，本装置避开了斥力和引力，小磁石和小铁心进出间隙由一套同步连动装置进行，用通过齿轮与转轴连接的凸轮转动装置及弹簧来实现。采用合适的相邻静磁石间隙处理技术，使小磁石和小铁心尺寸变小，降低推动进出间隙的功率。
5.相邻静磁石用绝磁材料间隔的静磁路装置根据权利要求3所述，静磁场由电磁线圈和静磁石相间分布，本装置中只把绝磁材料替换电磁线圈，其他不变，基本方式一样；这里指的绝磁材料目前只看到超导材料具有抗磁性，阻止大量磁力线通过，就像绝缘材料阻抗电流通过一样，保持动磁石磁极轴线方向与静磁场垂直，这样静磁场变成一个一个的脉冲磁场，脉冲磁场之间由于有绝磁材料不让磁力线通过，动磁场与静磁场之间只有90°±45°以内磁力线，避开了90°±45°以外的磁力线，减少了斥力和引力。
6.磁石封闭磁场静磁路装置根据权利有求1所述三个区的特点，本装置技术特征是用磁石本身来引导和约束磁力线方向，由若干小磁石片围成管状，即管壁完全由若干小磁石组成，逐步改变小磁石内部磁场方向，每相邻小磁石间有微小间隙，在管中形成一个磁场N极和S极，而外侧磁场泄漏很小，绝大部分磁力线被约束在这个管中；这种结构是对外干扰小，同时外部对其干扰小；动磁石是2个，一个靠近N极，一个靠近S极，两个动磁石极性相反运动方向一致，动磁石磁极轴线与静磁场垂直，动磁石通过静磁石磁路的缝隙靠连杆与轴相连，用若干这种管状封闭磁场组合成一个圆环状，每相邻管状封闭磁场之间留有间隙，按合适的相邻静磁石间隙处理技术来处理，减少反方向力，动磁石在这个圆环状磁路中运动。根据权利要求3所述，电磁线圈和静磁石组成静磁场；本装置中静磁石磁场换成管状封闭磁场，电磁线圈变成2个，并且围成管状，其极性与静磁石管状封闭磁场相同，动磁石有2个，一个靠近N极，一个靠近S极；电磁线圈通断电方式与权利要求3一样；这样就组成一个由管状封闭磁场和电磁线圈组成的磁石电动机，其功能与权利要求3一样。
7.动磁石运动轨道四周错位排列静磁石装置根据权利要求1所述三个区特点，本装置技术特征是设定动磁石运动为一个圆，其轨道四周静磁石则组成一个圆环，动磁石磁极轴线与静磁场垂直，动磁石在圆环中心线上运动；静磁石分布在圆环上，若干静磁石在圆环上近似一条螺旋线一样分布，彼此有间隙，其磁场全部指向圆环中心线，圆环上相同位置的静磁石有较大的空间距离，保持了磁场变化率，相邻2个静磁石，其磁场方向也有一个角度差别，这种错位排列形式有多种，目的是不产生凹受力曲线。
8.动磁石在静磁场中运动条件及相邻静磁石间隙处理技术动磁石在静磁场中，不断运动必须同时具备三个条件才能组成磁石磁力装置①动磁石的磁极轴线方向和静磁场方向垂直②足够的磁场变化率防止凹受力曲线出现③避免或减少斥力，引力以及反方向磁力采用合适的相邻静磁石间隙处理技术，减少反方向力及输入功率①静磁石中间厚边缘薄的结构形式②利用磁石本身引导和约束磁力线的方法将静磁石边缘磁极方向改变到动磁石运动方向以外的方向上③将磁极极性不同的磁石嵌入相邻静磁石间隙处④用通电线圈解决静磁石复杂结构的难题，用瞬间通电方法改变静磁石结构⑤利用径向或轴向多层静磁路进行互补，用以减小反方向力，提高输出功率
全文摘要
磁石在电机电器领域的新应用。过去认为磁石之间只有斥力和引力。当磁石的磁极轴线与另一个磁石的磁场方向垂直时，产生磁石磁力区、斥力区、引力区。从磁力区取出磁力作动力源。本发明中有一种叫做磁石电动机，转子上有动磁石D，定子上有静磁石J和电磁线圈X，动磁石D受磁力F
文档编号H02K57/00GK101013870SQ20061016192
公开日2007年8月8日 申请日期2006年12月8日 优先权日2006年12月8日
发明者矫祥田, 矫健 申请人:矫祥田