专利名称：线性永久磁体马达的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于产生能量的方法和设备，特别地涉及一种用于从永久磁体 的循环运动产生能量的方法和设备。
背景技术：
具有两个或者更多磁极的永久磁体产生非均勻分布的磁场并且因此具有非均勻 的磁能空间分布。例如，通过垂直于它们的磁极的通常取向(水平地)移动磁体而在一 对永久磁体之间产生的吸引或者排斥力的分布不同于通过平行于它们的磁极的通常取向 (竖直地)移动磁体而产生的吸引或者排斥力的分布。当前可用的永久磁体马达通常包括放置在圆中并且被联结到旋转轴的磁体，并 且马达通常包括用于永久磁体的环形运动路径。关于包括旋转轴的磁体马达的一个实 例，参见例如美国专利5,594,289。还没有证实这些环形取向的马达产生净能量产出。不 存在任何净能量产出，因为当所包括的永久磁体为了发电循环而或合或分时的做功基本 等于将系统返回用于下一循环的开始位置所需要的功。结果，为了进行操作，以前的永 久磁体马达通常要求外部能量源。当前，不存在不具有外部能源的情况下即仅仅利用永 久磁体产生的力进行操作的永久磁体马达。
发明内容
公开了一种产生能量的方法和一种永久磁体马达，用于从永久磁体的循环运动 产生能量。公开了一种产生能量的方法，包括以下步骤提供在第一初始位置中的第 一永久磁体和在第二初始位置中的第二永久磁体，其中第一和第二磁体被放置为它们的 磁极具有大致相同的相关取向；通过基本沿着大致垂直于它们的磁极的取向的第一轴线 (水平方向)移动第一磁体和第二磁体中的任一个或者这两者而相对地朝向彼此地移动第 一和第二磁体；通过基本沿着大致平行于它们的磁极的取向的第二轴线(竖直方向)移动 第一磁体和第二磁体中的任一个或者这两者而分离第一和第二磁体；和，将第一和第二 磁体返回它们各自的第一和第二初始位置。公开了一种永久磁体马达，包括第一和第二磁体、被耦接到第一磁体的包括可 变杠杆臂形状的非圆形滑轮或者齿轮，和被耦接到非圆形滑轮或者齿轮的能量存储装 置，其中第一和第二磁体的运动自由度被约束为磁体仅能够通过基本沿着第一轴线或者 第二轴线移动第一磁体和第二磁体中的任一个或者这两者，而朝向彼此地移动或者分 离，其中第一轴线大致垂直于它们的磁极的取向(水平轴线)，并且其中第二轴线大致平 行于它们的磁极的取向(竖直轴线)。
所公开的产生能量的方法和永久磁体马达还可以包括使用吸引磁性力从而帮助 第一磁体和第二磁体朝向彼此的运动；提供围绕第一磁体和第二磁体中的任一个或者这 两者的一部分的磁屏蔽；存储当第一和第二磁体朝向彼此地移动时产生的动能的一部 分；以及使用弹簧来存储所产生的能量的一部分。可以提供可以是非圆形的并且包括可 变杠杆臂外形的第一滑轮或者齿轮和/或第二滑轮或者齿轮。第一滑轮或者齿轮和/或 第二滑轮或者齿轮的可变杠杆臂外形可以与当第一和第二磁体朝向彼此地移动时由或者 第一或者第二磁体经历的磁性力的曲线形状相关。所存储的能量的一部分可以被转移到 外部装置，例如发电机或者飞轮。
图IA是当第一可移动永久磁体被磁性吸引力朝向第二静止磁体拉拽(draw)时第 一可移动永久磁体的动能产生路径的图解视图，其示出本发明的第一实施例。图IB是在图IA中描绘的实施例中的当第一可移动永久磁体被所存储的能量力 从第二静止磁体拉离时第一可移动永久磁体的能量消耗路径的图解视图。图IC是当第一磁体沿着在图IA和IB中描绘的路径移动时以1/32”为间隔的 作用于第一磁体上的磁性力(以磅为单位)的定量比较。图2A、2B和2C是示出第二实施例的在示例性线性永久磁体马达的单个能量产 生循环内的三个位置的图解视图，该线性永久磁体马达包括两个可移动永久磁体和能量 存储装置，该能量存储装置包括具有被耦接到弹簧的可变杠杆臂外形的非圆形滑轮。图2D是当第一磁体沿着在图2A和2B中描绘的路径移动时作用于第一磁体上的 磁性力和当第一磁体移动时加载或者拉伸在图2A和2B中描绘的能量存储装置所需的力 的定性比较。图2E和2F是在于图2A-2C中描绘的实施例中具有可变杠杆臂外形的示例性非 圆形第一滑轮43a的两个旋转取向的图解视图。图3A和3B是示出第三实施例的分别地在使用和不使用围绕静止永久磁体的一 部分的磁屏蔽的情况下的围绕静止永久磁体的磁场形状和磁力线方向的图解视图。图4是示出第四实施例的示例性线性永久磁体马达的图解视图，该线性永久磁 体马达包括被耦接到单一机轴的三对可移动永久磁体，每一个磁体对在任何给定时间执 行能量产生过程的不同步骤。图5是示出第五实施例的示例性线性永久磁体马达的图解视图，该线性永久磁 体马达包括被耦接到单一机轴的被联结到单对可移动端头的六对永久磁体，每一个磁体 对在任何给定时间执行能量产生过程的相同步骤。图6是示出第六实施例的示例性线性永久磁体马达的图解视图，该线性永久磁 体马达包括两个可移动永久磁体和三个静止永久磁体。图7A和7B是示出第七实施例的示例性线性永久磁体马达的图解视图，该线性 永久磁体马达包括三个可移动永久磁体。图8是示出第八实施例的示例性线性永久磁体马达的图解视图，该线性永久磁 体马达包括四个可移动永久磁体。附录简要说明
附录A-I是示出从三次试验收集的原始数据的表格和图表，该三次试验以 1/32”为间隔沿着从中间位置P2移动到初始位置Pl的第一磁体11的水平路径测量作用 于第一磁体11 (根据在图1A-1C中描绘的第一实施例)上的吸引磁性力。附录A-2是示出从三次试验收集的原始数据的表格和图表，该三次试验以 1/32”为间隔沿着从中间位置P2移动到最终位置P3的第一磁体11的竖直路径测量作用 于第一磁体11 (根据在图1A-1C中描绘的第一实施例)上的吸引磁性力。附录A-3是示出从每组三次的五组试验收集的原始数据的表格和图表，该五组 试验使用间隙间隔13的五个不同数值以1/32”为间隔沿着从中间位置P2移动到初始位 置Pl的第一磁体11的水平路径测量作用于第一磁体11 (根据在图1A-1C中描绘的第一 实施例)上的吸引磁性力。附录A-4是示出从每组三次的五组试验收集的原始数据的表格和图表，该五组 试验使用交错间隔14的五个不同数值以1/32”为间隔沿着从中间位置P2移动到最终位 置P3的第一磁体11的竖直路径测量作用于第一磁体11 (根据在图1A-1C中描绘的第一 实施例)上的吸引磁性力。附录A-5是示出从25次试验收集的原始数据的表格和图表，该25次试验使用间 隙间隔13的五个不同数值测量沿着从中间位置P2移动到初始位置Pl (与方向Dl相反) 的第一磁体11的水平路径移动第一磁体11 (根据在图1A-1C中描绘的第一实施例)消耗 的总功(能量)和使用交错间隔14的五个不同数值测量沿着从中间位置P2移动到最终 位置P3 (在方向D2上)的第一磁体11的竖直路径移动第一磁体11 (根据在图1A-1C中 描绘的第一实施例)消耗的总功(能量)。
具体实施例方式永久磁体具有非均勻磁能空间分布。因此，通过沿着第一路径(例如，水平地) 一起地移动一对永久磁体产生的功或者机械能可以超过沿着第二 “较弱”路径(例如， 竖直地)分离同一对永久磁体所需的机械能。使用前述第一路径和第二路径完成的永久 磁体运动循环可以引起可以被转移到外部装置例如发电机或者飞轮的机械能的净产出。示出永久磁体马达的第一实施例的图IA和IB描绘了当第一可移动永久磁体被 磁性吸引力朝向第二静止磁体拉拽并且然后通过使用所存储的能量力而被从第二静止磁 体拉离时第一可移动永久磁体的动能产生路径的三个位置。参考示出本发明的优选结构 和功能的图1A，永久磁体马达10包括第一磁体11和第二磁体12。第二磁体12包括磁 场部分20a和20b。在永久磁体马达10的第一实施例中，两个永久磁体11和12被用于产生优选地 被转移到外部装置(未示出)例如发电机的机械能。在图IA和IB中描绘的能量产生过 程具有其中第一磁体11位于初始位置Pl处并且第二磁体12位于位置PO处的初始状态。 在图IA所示实施例中，位置PO是磁体12的固定位置，但是在可替代实施例(例如图 2A、2B和2C所示实施例)中，磁体12可以是可移动的。当马达10在初始状态中时，以及在马达10的整个能量产生过程中，磁体11和 12的磁极优选地具有大致相同的相关取向，从而从每一个磁体11和12的北极到南极(极 轴)的磁力线是大致平行的。在一些实施例中，磁体11和12的极轴可以被布置为它们不是平行的，但是本发明人建立了如下理论，即磁体11和12的极轴的平行取向可以为马 达10产生更高的能量净产出。在一些实施例中，磁体11和12的极轴的相关取向可以在 能量产生过程期间改变。例如，当马达10在初始状态中时，磁体11和12的极轴可以是 平行的，但是在能量产生过程期间的中间步骤，磁体11和12的极轴可以不是平行的。当马达10在初始状态中时，以及在马达10的整个能量产生过程中，磁体11和 12的磁极优选地被取向为在磁体11和12之间的吸引磁性力是作用于磁体11和12上的支 配性磁性力。例如，在图IA所示的示例性实施例中，第一磁体11的南极是第一磁体11 的最靠近第二磁体12的北极的磁极。在其它实施例(未示出)中，在磁体11和12之间 的排斥磁性力可以是作用于磁体11和12上的支配性磁性力。在这些替代实施例中，相 对于磁体11的北_南磁极取向，磁体12的北-南磁极取向将被反转。在其它实施例(未示出)中，可以在马达10的发电过程期间使用磁体11和12 之间的吸引和排斥磁性力的组合。例如，磁体11和12可以起初地被取向为吸引磁性力 占支配地位，从而引起第一磁体11被朝向第二磁体12拉拽。在能量产生过程期间的一 些时间点处，第一磁体11可以相对于第二磁体12旋转，从而排斥磁性力占据支配地位， 从而引起第一磁体11被排斥远离第二磁体12。在示例性实施例中，第一磁体11和第二磁体12是由钕制成的永久磁体 (NdFeB)，这是由Hitachi Metals研发的一种材料。在其它实施例中，磁体11和12可以 由包括本领域技术人员广泛了解的那些材料的其它材料制成。在示例性实施例中，第一 磁体11和第二磁体12相对于彼此具有大致相同的尺寸、形状并且具有相同的磁场强度。 然而，在其它实施例中，根据马达10的具体的希望的能量产出性能，第一磁体11和第二 磁体12的相对尺寸、形状和磁场强度可以改变。在示例性实施例中，第一磁体11和第二磁体12中的每一个在形状方面都是比较 平坦的并且具有矩形截面，其中与长度和宽度(垂直于磁极轴线的维度轴线)相比，每 一个磁体11和12的高度(平行于通过磁体的北极和南极的直线即磁极轴线的维度轴线) 是最短的维度。与立方形磁体(具有相等长度、宽度和高度)相比，围绕具有相同重量 和材料的比较平坦的磁体的磁场将具有更高程度的空间非均勻性，本发明人建立如下理 论，即所述空间非均勻性可以允许马达10产生更高的净能量产出。包括比较平坦形的磁 体11和12的实施例可以比利用更加立方形的磁体的实施例产生更高的净产出百分比。然 而，在一些示例性实施例中，使用立方形磁体11和12。在示例性实施例中，磁体11和12每一个均限定在每一个维度上测量为3/4"的 立方形状。在其它实施例中，磁体11和12可以具有不同的各自的长度和宽度(例如，具 有非正方形截面)。在示例性实施例中，磁体11和12每一个均限定比较平坦的形状，其 具有矩形截面，测量为4" X2" X 1/2"(长度X宽度X高度)并且重量为17盎司， 并且在它们之间的最大磁性吸引力为641磅。根据它们被设计为其产生能量的机器的尺 寸，磁体11和12的尺寸可以改变。例如，对于较小的永久磁体马达10，磁体尺寸的范 围可以在1/8" -12" X 1/8" -12" X 1/16" -6"(长度X宽度X高度)之间。磁体11和12可以具有相对于彼此的任何旋转位置(围绕它们的极轴)。在一 些实施例中，磁体11和12可以限定非矩形截面，例如包括圆形、曲线形、三角形、六边 形、八边形或者任何其它截面。可以基于任何特定马达10的所期尺寸、形状和所期净能
7量产出以及其它性能特性确定在该马达10中使用的磁体11和12的形状。如在图IA中所示，能够看到第二磁体12的磁场部分20a和20b，并且磁场部分 20a的一部分包围第一磁体11的一部分。第一磁体11起初被置于足够靠近第二磁体12 从而在磁体11和12之间的吸引磁性力足够强的位置Pl处(由第一磁体11位于在第二磁 体12的磁场部分20a内的位置Pl处表示)以克服阻止第一磁体11开始移动的任何惯性 和/或摩擦力。在磁体11和12之间的这个初始距离可以根据马达10的具体应用和尺寸 改变。一旦在磁体11和12之间的吸引磁性力克服惯性力并且开始朝向第二磁体12移 动第一磁体11，第一磁体11便在方向Dl上朝向中间位置P2行进。如在图IA中所示， 方向Dl是大致垂直于第一磁体11和第二磁体12的磁极取向(竖直方向)的第一线性方 向(水平方向)。优选地可以利用包括本领域技术人员广泛理解的机构的任何机构，沿着 方向Dl约束第一磁体11的运动。例如，如在图2A中所示，可以使用两个导轨来约束 第一磁体11朝向第二磁体12沿着特定的线性或者非线性方向的运动。在图IA和IB中描绘的实施例中，第一磁体11在方向Dl上朝向静止第二磁体 12行进。在一些实施例中，第二磁体12可以在与方向Dl相反的方向上朝向第一磁体11 行进。在其它实施例中，第一磁体11和第二磁体12这两者可以同时地朝向彼此地行进， 第一磁体11在方向Dl上行进，并且第二磁体12在与方向Dl相反的方向上行进。在图IA和IB所示的示例性实施例中，方向Dl是线性的。在其它实施例中， 方向Dl可以是非线性的或者曲线的。当第一磁体11从初始位置Pl朝向中间位置P2行 进时第一磁体11的准确的路径可以基于马达10的所期尺寸、形状和所期净能量产出以及 其它性能特性而改变。在一些实施例中，来自外部源(未示出)或者开关机构(例如，机械、电气的或 者磁性开关)或者这两者的能量可以被用于提供克服惯性力所需的一些或者所有的能量 以开始从初始位置Pl朝向中间位置P2移动第一磁体11。在其它实施例中(未示出)， 第一磁体11可以仍然具有来自以前的能量产生循环的在方向Dl上的一些剩余动量，所述 剩余动量可以被用于开始第一磁体11从初始位置Pl朝向中间位置P2的运动。当第一磁体11朝向第二磁体12从位置Pl移动到位置P2时，通过第一磁体11 的运动产生的动能可以被转移到能量存储装置，如在图2A中所示，该能量存储装置优选 地存储通过第一磁体的运动产生的基本上所有的动能。该能量存储装置优选地是弹簧， 如在图2A中所示，但是该能量存储装置还可以是本领域技术人员理解的任何其它能量存 储装置。在一些实施例中，如在图4和6中所示并且在所附文中讨论的，可以无需任何 能量存储装置。例如，如在图4和6中所示，在其中多个磁体对被耦合到一起并且每一 磁体对与其它磁体对异相地在能量产生过程中循环的实施例中，可以不需要能量存储装 置。当第一磁体11到达邻近第二磁体12的中间位置P2时，第一磁体11和第二磁体 12优选地处于它们在马达10的这个实施例操作期间达到的相互间最近距离处。如在图 IA中所示，在位置P2处的第一磁体11和在位置PO处的第二磁体12的相对最接近位置 是由间隙间隔13(磁体11和12之间的竖直距离)和交错间隔14(磁体11和12的极轴之 间的水平距离)确定的。
根据马达10的构件的具体相对尺寸和马达10的具体所期净能量生产性能要求， 第一磁体11和第二磁体12之间的间隙间隔13可以是任何距离。优选地，间隙间隔13 大于零，因为等于零的间隙间隔13可能引起开始分离第一磁体11和第二磁体12从而第 一磁体11能够在马达10的另一循环返回初始位置Pl需要非常高的初始力(在间隙间隔 13和开始分离磁体11和12所需的初始力之间存在反向关系)。如在附录A-3和A-5中 所示，对于第一磁体11和第二磁体12的具体尺寸和形状特别是净能量生产目标，可以以 试验方式优化间隙间隔13。如在图IA中所示，交错间隔14表示在马达10的操作期间达到的第一磁体11和 第二磁体12的极轴之间的最近距离。根据马达10的构件的具体相对尺寸和马达10的具 体所期净能量生产性能要求，第一磁体11和第二磁体12之间的这个交错间隔14可以是 任何距离。优选地，交错间隔14大于零，因为在交错间隔14和开始分离磁体11和12 所需的初始力之间存在反向关系。而且，在一些实施例中，当磁体11到达其方向Dl上 的行进终点时在磁体11中剩余的动量可能不足以允许磁体11和12的极轴变得一致而不 使用外部能量源。如在附录A-4和A-5中所示，对于第一磁体11和第二磁体12的具体 尺寸和形状特别是净能量生产目标，可以以试验方式优化交错间隔14。如在图IA中所示，可以通过沿着由方向Dl限定的轴线测量在磁体11和12的 远边缘(距磁体11的初始位置Pl最远)之间的水平距离来计算交错间隔14。在使用具 有大致相同尺寸的磁体11和12的实施例中，计算交错间隔14的前述基于边缘的方法可 以是在第一磁体11和第二磁体12的极轴之间的距离的紧密近似(close approximation)(基 于磁极的方法)。然而，在其中磁体11和12并不具有大致相同的尺寸的实施例中，计算 交错间隔14的基于边缘的方法和基于磁极的方法可能并不产生相同的结果，所以在这些 实施例中，应该使用基于磁极的方法来计算交错间隔14。如在图IB中所示，在第一磁体11到达邻近第二磁体12的位置P2之后，第一磁 体11在方向D2上离开第二磁体12朝向最终位置P3行进。方向D2是大致平行于第一 磁体11和第二磁体12的极轴的第二线性方向(竖直方向)。可以利用包括本领域技术 人员广泛理解的机构的任何机构，沿着方向D2约束第一磁体11的运动。例如，如在图 2A中所示，可以使用两个导轨来约束沿着特定线性或者非线性方向离开第二磁体12的第 一磁体11的运动。在于图IA和IB中描绘的实施例中，第一磁体11离开静止第二磁体12在方向 D2上行进。在一些实施例中，第二磁体12可以离开第一磁体11在与方向D2相反的方 向上行进。在其它实施例中，第一磁体11和第二磁体12这两者均可以同时地离开彼此 地行进，第一磁体11在方向D2上行进，并且第二磁体12在与方向D2相反的方向上行进。在图IA和IB中所示的示例性实施例中，方向D2是线性的。在其它实施例中， 方向D2可以是非线性的或者曲线的。当第一磁体11从中间位置P2朝向最终位置P3行 进时第一磁体11的准确的路径可以基于马达10的所期尺寸、形状和所期净能量产出以及 其它性能特性而改变。在该实施例中，第一磁体11从中间位置P2到最终位置P3的运动与在第一磁体 11和第二磁体12之间作用的磁性吸引力反向。在第一磁体11从中间位置P2到最终位置P3的运动期间，当磁体11和12最靠近彼此时，S卩，当磁体11在中间位置P2时，第 一磁体11和第二磁体12之间的磁性吸引力最强。因此，在该实施例中，当第一磁体11 在中间位置P2中时，应该在第一磁体11上施加分离力以抵制磁性吸引力，从而允许开始 分离磁体11和12。在该实施例中，可能需要一定大小的力来在方向D2上克服惯性力以 允许第一磁体11开始朝向最终位置P3移动。当第一磁体11从中间位置P2移动到最终位置P3时，在第一磁体11和第二磁体 12的极轴之间的交错间隔14优选地得以保持。然而，在一些实施例中，当第一磁体11 从位置P2移动到位置P3时第一磁体11沿着的方向D2可以是非线性的。在这些实施例 中，当第一磁体11朝向最终位置P3行进时，可以增加或者降低交错间隔14。在一些实施例中，在前述能量存储装置中存储的能量的第一部分可以被转移回 第一磁体11以允许第一磁体11朝向最终位置P3移动，从而在方向D2上克服作用于其 上的惯性力和磁性吸引力(在图2A中能量存储装置被描绘成例如弹簧)。在其它实施例 中，来自外部源(未示出)的能量可以被用于提供朝向最终位置P3移动第一磁体11所 需的能量中的一些或者所有。在其它实施例中(未示出)，当第一磁体11在最接近第二 磁体12的位置点处时，第一磁体11可以仍然在方向D2上具有一些动量，该动量可以被 用于开始第一磁体11朝向最终位置P3的分离运动。在一些实施例中，磁屏蔽可以被应用于第二磁体12和/或第一磁体11的一部分 以改变第二磁体12和/或第一磁体11的磁场，由此降低朝向位置P3将第一磁体11从第 二磁体12拉离所需的力和/或能量(在图3B中描绘出磁屏蔽的实例)。最终位置P3可以距离第二磁体12任何距离，但是在示例性实施例中，最终位置 P3距离第二磁体12足够远从而磁体11和12之间的吸引力基本上小于(例如，小于5%) 当第一磁体11在位置P2处时磁体11和12之间的吸引力。在图IA和IB所示实施例中，第一磁体11通过从最终位置P3移动到初始位置 Pi而完成能量产生循环，在初始位置Pi处，第一磁体11可以开始后面的循环。在图 IA和IB所示实施例中，一旦第一磁体11返回初始位置P1，然后就重复整个能量产生循 环，这可以导致由于第一磁体11在每一个相继运动循环期间的运动，而产生另外的净能 量。在每一个循环期间由马达10输出的净能量优选地被转移到外部装置例如发电机(未 示出)。在一些实施例中，在前述能量存储装置(在图2A中被示为例如弹簧)中存储的 能量的第二部分可以被转移回第一磁体11以允许第一磁体11从最终位置P3朝向初始位 置Pl移动，克服磁体11和12之间作用的比较小的磁性吸引力。在其它实施例中，来自 外部源(未示出)的能量可以被用于提供朝向初始位置Pl移动第一磁体11所需的能量中 的一些或者所有。在其它实施例中(未示出)，第一磁体11可以仍然具有朝向初始位置 Pi的方向上的一些动量，该动量可以用于帮助第一磁体11朝向初始位置Pi运动。当第一磁体11从最终位置P3朝向初始位置Pl行进时，可以利用包括本领域技 术人员广泛理解的机构的任何机构约束第一磁体11的运动。例如，当第一磁体11从位 置P3朝向位置Pl行进时，可以使用两个导轨来约束沿着特定线性或者非线性方向的第一 磁体11的运动。最终位置P3可以距离初始位置Pl任何距离，但是在优选实施例中，可以根据当第一磁体11位于特定位置P3处时磁体11和12之间的吸引磁性力的强度而优化位置P3 和Pl之间的距离。P3的具体位置P3可以被选择为可以对于特定尺寸、形状和磁场强度 的磁体11和12优化马达10的净能量产出。当位置P3和P2之间的距离增加时，磁体11 和12之间作用的吸引磁性力降低，但是如果位置P3距离位置Pl太远，则必须消耗更多 的能量来将第一磁体11从位置P3移回到位置Pl以开始下一循环。在一些实施例中，在前述能量存储装置中存储的能量的第三部分(净产出) (即，未被用于将第一磁体11从位置P2移动到位置P3并且然后返回位置Pl的剩余部分) 可以然后被转移到外部装置例如发电机(未示出)。如在附录A-5中所示，试验测试数 据表明，利用图IA和IB所示的实施例产生了足以允许能量的净产出被转移到外部装置 的能量。在该实施例中，在能量产生循环过程步骤期间，第二磁体12在位置PO处保持静 止，但是第一磁体11和第二磁体12之间的任何或者所有的相对运动步骤可以由第一磁体 11和第二磁体12中的任一个或者这两者执行。例如，可以通过朝向第二磁体12移动第 一磁体11来执行使得两个磁体11和12更加靠近到一起的能量产生步骤，而可以通过将 第二磁体12移动远离第一磁体11来执行两个磁体11和12被分离的步骤(在图2A、2B 和2C中示出其中第二磁体相对于第一磁体移动的实施例)。图IC是当第一磁体沿着图IA和IB中描绘的路径移动时，以1/32”为间隔的 作用于第一磁体上的磁性力(单位为磅)的定量比较。参考图1C，力比较图表30包括 动力行程曲线(power stroke curve) 31和分离行程曲线32。水平轴线代表以1/32”为单 位测量的磁体11和12的极轴之间的水平距离(在方向Dl上)(对于曲线31)和磁体11 和12之间的竖直距离(在方向D2上)(对于曲线32)。竖直轴线代表以磅为单位测量的 作用于第一磁体11上的磁性力。能够在附录A-I和A-2中看到在力比较图表30中显示 的原始数据。为了产生在力比较图表30中显示的测试数据，使用两个磁体11和12，每一个磁 体由带有镍涂层的N38型钕制成(NdFeB)，每一个磁体具有大致立方形状，在每一个维 度上的测量为3/4”并且重量为1.83盎司。使用43.40磅的拉力，并且表面场为5860高 斯。使用三次试验的平均力数值，并且对数值进行调整以消除在试验期间由第一磁体11 经受的摩擦阻力。当第一磁体11从初始位置Pl朝向中间位置P2行进时，间隙间隔13 被设为1/8”。当第一磁体从中间位置P2朝向最终位置P3行进时，交错间隔14被设为 1/32” 。动力行程曲线31描绘当第一磁体11从初始位置Pl (与第二磁体12分离)行进 到中间位置P2(邻近第二磁体12)时作用于第一磁体11上的磁性力。如能够在图IC中 看到的，在动力行程曲线31期间，当第一磁体11距第二磁体12大于一英寸时，作用于 第一磁体11上以朝向第二磁体12拉动它的吸引磁性力起初是低的。当第一磁体11接近 第二磁体12时，当磁体11和12的磁极大致分开14/32”时，磁性力增加至大致0.32磅 的峰值。随着第一磁体11继续接近中间位置P2(邻近第二磁体12)，磁性力下降，最终 达到小于在峰值处的水平的三分之一的大致0.10磅的水平。在图IC中，能够计算出在 磁体11从位置Pl到位置P2的运动期间产生的总能量为7.60英寸-磅的功，其等于在动 力行程曲线31下面的面积。
在该实施例中，如果使用者期望存储(例如，在能量存储装置例如弹簧中，如 在图2A、2B和2C中所示)当磁体11从位置Pl行进到位置P2时由磁体11产生的基本 上所有的动能，那么在达到峰值力水平之后减小作用于第一磁体11上的作用力可以使得 马达10的与动力行程曲线31的形状相关或者根据动力行程曲线31的形状而被调节的一 个或者多个构件的使用是有利的。在特定马达10中与动力行程曲线31的形状相关的这 种构件的实例是包括图2A、2B和2C所示的可变杠杆臂外形的非圆形滑轮。然而，在其 它实施例中，可以使用圆形滑轮、具有圆形或者非圆形形状的齿轮，或者用于第一磁体 的其它能量转移构件。分离行程曲线32描绘当第一磁体11从中间位置P2 (邻近第二磁体12)行进到最 终位置P3(与第二磁体12分离)时作用于第一磁体11上的磁性力。如能够在图IC中看 到的，在分离行程曲线32期间，当第一磁体11距第二磁体12小于四分之一英寸时，从 第二磁体12作用于第一磁体11上的吸引磁性力起初是高的。当磁体11和12分开大致 1/32”时，作用于第一磁体11上的磁性力开始于大致0.63磅的峰值处。在分离行程曲 线32期间方向D2上看到的该峰值磁性力几乎是在动力行程曲线31期间方向Dl上看到 的峰值磁性力的两倍。随着第一磁体11继续接近最终位置P3(与第二磁体12分离)， 磁性力下降，最终达到大致0.04磅的水平。在图IC中，能够计算出在磁体11从位置P2 到位置P3的运动期间消耗的总能量为6.21英寸-磅的功，这等于在分离行程曲线32下 面的面积。在该实施例中，如果使用者已经存储了在动力行程曲线31期间通过第一磁体11 的运动产生的基本上所有的动能，则使用者可以使用这个存储的能量的第一部分来驱动 在分离行程曲线32期间方向D2上第一磁体11离开第二磁体12的运动。如果在分离行 程曲线32期间使用这个存储的能量的第一部分，则在第一磁体11已经从初始位置Pl移 动到中间位置P2并且然后移动到最终位置P3之后产生大致0.90英寸-磅的净能量产出。 如果存储的能量的第二部分被用于将第一磁体11返回初始位置P1，则可以存在0.90英 寸-磅的这个净能量产出的可用于转移到外部装置例如发电机的相当多的第三部分。图2A、2B和2C是示出本发明第二实施例的示例性线性永久磁体马达的单一 能量产生循环内的三个位置的图解视图，该线性永久磁体马达包括两个可移动永久磁体 和能量存储装置，该能量存储装置包括被耦接到弹簧的具有可变杠杆臂外形的非圆形滑 轮。参考图2A、2B和2C，永久磁体马达40包括第一磁体41、第二磁体42、第一滑 轮43a(优选地是具有可变杠杆臂外形的非圆形)、第二滑轮43b(可以是圆形或者非圆形 的)、第一皮带44a、第二皮带44b、第一开关45a、第二开关45b和能量存储装置46 (在 图2A-2C中被示为弹簧)。在替代实施例中(例如，如在图7B中所示)，第一滑轮43a 和第二滑轮43b可以是圆形的或者非圆形的齿轮，其中的任一个或者这两者可以具有可 变杠杆臂外形。在图2A-2C中描绘的永久磁体马达40的实施例中，使用两个永久磁体41和42 来产生能量，所述能量优选地被转移到外部装置(未示出)例如发电机。在图2A-2C中 描绘的能量产生过程具有初始状态，其中第一磁体41位于初始水平位置Hl处，第二磁 体42位于初始竖直位置Vl处，能量存储装置46 (例如，在图2A-2C中被示为弹簧)处 于压缩位置，第一开关45a被松开(即，允许第一滑轮43a旋转)，并且第二开关45b被接通(即，防止第二滑轮43b旋转)。当马达40处于初始状态中时，以及在马达40的整个能量产生过程中，磁体41 和42的磁极优选地具有大致相同的相对取向，从而从每一个磁体41和42的北极到南极 (极轴)的磁力线是大致平行的。在一些实施例中，磁体41和42的极轴可以被布置为 它们不是平行的，但是本发明人建立如下理论，即，磁体41和42的极轴的平行取向可以 为马达40产生更高的能量净产出。在一些实施例中，在能量产生过程期间，磁体41和 42的极轴的相对取向可以改变。例如，当马达40处于初始状态中时，磁体41和42的极 轴可以是平行的，但是在能量产生过程期间的中间步骤，磁体41和42的极轴可以不是平 行的。当马达40处于初始状态中时，以及在马达40的整个能量产生过程中，磁体41 和42的磁极优选地被取向为磁体41和42之间的吸引磁性力是作用于磁体41和42上的 支配性磁性力。在其它实施例中(未示出)，在磁体41和42之间的排斥磁性力可以是作 用于磁体41和42上的支配性磁性力。在其它实施例中(未示出)，在马达40的发电过 程期间可以使用磁体41和42之间的吸引和排斥磁性力的组合。在示例性实施例中，第一磁体41和第二磁体42是由钕制成的永久磁体 (NdFeB)，这是由Hitachi Metals研发的一种材料。在示例性实施例中，第一磁体41和 第二磁体42具有大致相同的尺寸、形状并且具有相同的磁场强度。然而，在其它实施例 中，第一磁体41和第二磁体42的相对尺寸、形状和磁场强度可以根据马达40的具体的 所期能量产出性能而改变。在示例性实施例中，第一磁体41和第二磁体42中的每一个 在形状方面都是比较平坦的并且具有矩形截面，其中与长度和宽度相比，每一个磁体41 和42的高度是最短的维度。在其它优选实施例中，使用立方形的磁体41和42。如在图2A中所示，第一磁体41起初被置于初始水平位置Hl处，位置Hl充分 靠近起初被置于初始竖直位置Vl处的第二磁体42，从而磁体41和42之间的吸引磁性力 足够强以克服阻止第一磁体41开始移动的任何惯性和/或摩擦力。在磁体41和42之间 的这个初始距离可以根据马达40的具体应用和尺寸而改变。一旦磁体41和42之间的吸引磁性力克服惯性力并且开始朝向第二磁体42移动 第一磁体41，第一磁体41便在方向Dl'上朝向最终水平位置H2行进。如在图2B中所 示，方向Dl'是大致垂直于第一磁体41和第二磁体42的磁极的取向(竖直方向)的第 一线性方向(水平方向)。优选地可以利用包括本领域技术人员广泛理解的机构的任何机 构沿着方向Dl'约束第一磁体41的运动。例如，如在图2A-2C中所示，可以使用两个 导轨来约束第一磁体41沿着特定的线性或者非线性方向朝向第二磁体42的运动。在图2A-2C中描绘的实施例中，第一磁体41在方向Dl'上朝向静止第二磁体 42行进。在其它实施例中，第一磁体41和第二磁体42这两者可以同时地朝向彼此地行 进，第一磁体41在方向Dl'上行进，并且第二磁体42在与方向Dl'相反的方向上行 进。在图2A-2C所示优选实施例中，方向Dl'是线性的。在其它实施例中，方向 Dl'可以是非线性的或者曲线的。当第一磁体11从初始水平位置Hl朝向最终水平位置 H2行进时第一磁体11的准确的路径可以基于所期尺寸、形状和所期净能量产出以及马达 40的其它性能特性而改变。
在一些实施例中，来自外部源(未示出)或者开关机构(例如机械、电气或者磁 性开关)或者这两者的能量可以被用于提供克服惯性力所需的能量中的一些或者所有以 开始从初始水平位置Hl朝向最终水平位置H2移动第一磁体41。在其它实施例中(未 示出)，第一磁体41可以仍然具有来自以前的能量产生循环的方向Dl'上的一些剩余动 量，所述剩余动量可以被用于开始第一磁体41从初始位置Hl朝向最终位置H2的运动。当第一磁体41朝向第二磁体42从初始水平位置Hl移动到最终水平位置H2时， 通过第一磁体41的运动产生的动能可以被转移到在图2A-2C中被示为弹簧的能量存储装 置46，该能量存储装置优选地存储通过第一磁体41的运动产生的基本上所有的动能。该 能量存储装置优选地是弹簧，但是该能量存储装置还可以是本领域技术人员理解的任何 其它能量存储装置。在该实施例中，第一磁体41经由优选地被围绕第一滑轮43a的一部分缠绕的第 一皮带44a(其可以是皮带、金属丝或者任何其它耦接联结)而被耦接到能量存储装置 46，第一滑轮43a优选地是包括可变杠杆臂外形的非圆形滑轮。如上所述，优选的是第 一滑轮43a的外形或者形状应该与第一磁体41在能量生产循环期间经历的磁性力与距离 的曲线的形状相关。第一滑轮43a的轮廓或者形状的这种精调(通过匹配第一滑轮43a的轮廓与第一 磁体41经历的作用力曲线的形状)可以允许通过第一磁体41的运动产生的、更高百分比 的动能被存储在能量存储装置46中。在其它实施例中，第一滑轮43a可以是圆形滑轮或 者适于将通过第一磁体41的运动产生的动能转移到能量存储装置46的另一耦接机构。具 有可变杠杆臂外形的第一滑轮43a可以最大化在马达40的操作期间能够被存储或者转移 的动能的量。虽然在图2A-2C中描绘的第二实施例中描绘了第一滑轮43a(优选地是具有可变 杠杆臂轮廓的非圆形的)并且在图1A-5中的其余图中示出的其它实施例中描述了对其进 行了描述，但是也可以使用其它可变杠杆机构。例如，替代或者除了包括可变杠杆臂外 形的第一滑轮43a之外，马达40可以包括可变弹簧机构，可以具有或者可以不具有可变 杠杆外形的齿轮或者多个齿轮(例如，如在图7B中所示)，或者在本技术领域中已知的 任何其它可变力机构。虽然优选的是第一滑轮43a的外形(优选地可变杠杆臂外形)与第一磁体41在 能量生产循环期间经历的磁性力与距离的曲线的形状相关，并且被耦接到弹簧46(如在 图2A-2C中所示)，但是可以利用可以替代弹簧46和第一滑轮43a的可变弹簧机构完成 这种关联和耦接。在具有可变弹簧机构(未示出)的这种实施例中，当第一磁体41从初 始水平位置Hl移动到最终水平位置H2时，该动能能够经由第一皮带44a而被转移到可 变弹簧机构(未示出)。这个可变弹簧机构优选地将与在能量生产循环期间当第一磁体 41从位置Hl移动到位置H2时第一磁体41经历的磁性作用力与距离的曲线的形状相关。 以此方式，可变弹簧机构可以存储在动力行程循环期间通过第一磁体41的运动产生的基 本上所有的能量。当第一磁体41从初始水平位置Hl移动到最终水平位置H2时，在该实施例中是 弹簧的能量存储装置46开始接收(经由第一皮带44a)并且存储来自第一磁体41的运动 的动能。当第一磁体41移动时，第一滑轮43a开始在旋转方向Rl上旋转，该实施例中Rl是顺时针方向。在能量存储装置46是弹簧的情形中，弹簧开始拉伸，将第一磁体41 的动能转换成弹簧的线圈中存储的势能。在其它实施例中，可以使用其它能量存储装置 46，包括蓄电机构例如电容器和其它机械或者非机械存储机构。为了使得第一磁体41从初始水平位置Hl到最终水平位置H2的运动充分地拉 伸弹簧从而它存储通过第一磁体41的运动而产生的动能，第二开关45b应该被接合(锁 定)。如果第二开关45b未被接合(断开)，则弹簧将不存储大量能量。相反，经由第 一皮带44a而被转移到弹簧的能量将经过弹簧，并且通过第二皮带44b(其可以是皮带、 金属丝或者任何其它耦接联结)，以在第一磁体41已经到达在最终位置H2处的正确位置 之前开始在D2'方向上移动第二磁体42(图2C所示)。在另一方面，如果当第一磁体 41从位置Hl移动到位置H2时第二开关45b被正确地接合，则经由第一皮带44a而被转 移到弹簧的能量将拉伸弹簧，以将动能存储为势能，从而该能量能够在以后被用于当第 一磁体41已经到达最终水平位置H2时移动第二磁体42。如能够在图2B中看到的，当第一磁体41到达邻近第二磁体42的最终水平位置 H2时，第一磁体41和第二磁体42优选地处于它们在马达40的这个实施例的操作期间达 到的相互间最近距离处。如在图2B中所示，在最终水平位置H2处的第一磁体41和在 初始竖直位置Vl处的第二磁体42的相对最接近位置是由间隙间隔(磁体41和42之间的 竖直距离，在图2A-2C中未示出，但是在图IA中由间隙间隔13表示)和交错间隔(磁 体41和42的极轴之间的水平距离，在图2A-2C中未示出，但是在图IA中由交错间隔14 表示)确定。如上所述，根据马达40的构件的具体相对尺寸和马达40的具体所期净能量生产 性能要求，在第一磁体41和第二磁体42之间的间隙间隔(在图2A-2C中未示出)可以 是任何距离。优选地，间隙间隔大于零，因为等于零的间隙间隔可以导致开始分离第一 磁体41和第二磁体42需要非常高的初始力。如上所述，根据马达40的构件的具体相对 尺寸和马达40的具体所期净能量生产性能要求，第一磁体41和第二磁体42之间的交错 间隔(在图2A-2C中未示出)可以是任何距离。优选地，交错间隔大于零，因为在交错 间隔和开始分离磁体41和42所需的初始力之间存在反向关系。当第一磁体41到达最终水平位置H2时，能量存储装置46(被示为弹簧)可以完 全地加载有能量。在其中能量存储装置46是弹簧的实施例中，当第一磁体41位于最终 水平位置H2处时，弹簧可以被完全拉伸。此时，可以完成产生可以被转移到外部装置的 能量的循环的部分。在该实施例中(图2A-2C所示)，存储的能量的一部分可以被用于 分离第一磁体41和第二磁体42并且然后将马达40返回它的初始位置以开始另一能量产 生循环。在其它实施例中，可以存在多组磁体41和42，从而当第一组磁体41和42前进 通过该过程的其余部分以返回它们的初始位置时，可以从其它组磁体41和42产生更多的 能量°如能够在图2C中看到的，在第一磁体41到达邻近第二磁体42的最终水平位 置H2之后，第二磁体42朝向最终竖直位置V2在方向D2'上离开第一磁体41。在图 2A-2C所示实施例中，第二磁体42移动离开第一磁体41。然而，在其它实施例中(例 如图1A-1B中所示的实施例)，第一磁体可以移动远离第二磁体。磁体41和42中的任 一个或者这两者可以优选地在大致平行于磁体41和42的极轴的方向D2'上彼此离开地移动。将基于马达40的所期尺寸、形状和所期净能量产出以及其它性能特征选择在能量 产生过程的任何特定步骤期间移动磁体41和42中的哪一个。方向D2'是大致平行于第一磁体41和第二磁体42的极轴的第二线性方向(竖 直方向)。优选地可以利用包括本领域技术人员广泛理解的机构的任何机构，沿着方向 D2'约束第二磁体42的运动。例如，如在图2A-2C中所示，可以使用两个导轨来约束 第二磁体42沿着特定的线性或者非线性方向离开第一磁体41的运动。在于图2A-2C中描绘的实施例中，第二磁体42在方向D2'上行进离开第一磁体
41。在其它实施例中，第一磁体41和第二磁体42这两者可以同时地朝向彼此地行进， 第二磁体42在方向D2'上行进，并且第一磁体41在与方向Dl'相反的方向上行进。在图2A-2C所示的优选实施例中，方向D2'是线性的。在其它实施例中，方 向D2'可以是非线性或者曲线的。基于马达40的所期尺寸、形状和所期净能量产出以 及其它性能特性，当第二磁体42从初始竖直位置Vl朝向最终竖直位置V2行进时第二磁 体42的准确的路径可以改变。在该实施例中，第二磁体42从初始竖直位置Vl到最终竖直位置V2的运动与在 第一磁体41和第二磁体42之间作用的磁性吸引力反向。在第二磁体42从初始竖直位置 Vl到最终竖直位置V2的运动期间，当磁体41和42最靠近彼此时，S卩，当第一磁体41 处于最终水平位置H2并且第二磁体处于初始竖直位置Vl时，第一磁体41和第二磁体42 之间的磁性吸引力最强。因此，在该实施例中，当第二磁体42处于初始竖直位置Vl时， 必须在第二磁体42上施加分离力以抵制磁性吸引力，从而允许开始分离磁体41和42。 在该实施例中，可能需要一定大小的作用力来在方向D2'上克服惯性力以允许第二磁体 42开始朝向最终竖直位置V2移动。在优选实施例中，在能量存储装置46(在图2A-2C中被示为弹簧)中存储的能 量的第一部分可以被转移到第二磁体42以允许第二磁体42朝向最终竖直位置V2移动， 从而在方向D2'上克服作用于其上的惯性力和磁性吸引力。在图2A-2C所示实施例中， 其中能量存储装置46是弹簧，在弹簧46中存储的势能经由第二皮带44b转移到第二磁体42。为了使得能量存储装置46当第一磁体41保持基本静止时将能量转移到第二磁体 42，第一开关45a优选地被接合(即，防止第一滑轮43a旋转)，并且第二开关45b松开 (即，允许第二滑轮43b旋转)。在图2B和2C中示出第一开关45a和第二开关45b的 该取向。当第一开关45a被接合并且第二开关45b松开时，弹簧46开始压缩，这拉动第 二皮带44b，其在旋转方向R2(在该实施例中是顺时针的)上旋转第二滑轮43b。当弹簧 46压缩时，弹簧46的势能经由第二皮带44b而被转移到第二磁体42，引起第二磁体42 在方向D2'上朝向最终竖直位置V2移动。在其它实施例中，来自外部源(未示出)的 能量可以被用于提供朝向最终竖直位置V2移动第二磁体42所需的能量中的一些或者所有 或者在朝向最终竖直位置V2移动第二磁体42的任务中协助能量存储装置。当第二磁体42从初始竖直位置Vl移动到最终竖直位置V2时，优选地保持第一 磁体41和第二磁体42的极轴之间的交错间隔14。然而，在一些实施例中，当第二磁体 42从位置Vl移动到位置V2时第二磁体42沿其行进的方向D2'可以是非线性的。在 这些实施例中，当第二磁体41朝向最终竖直位置V2行进时，可以增加或者降低交错间隔
1614。在一些实施例中，磁屏蔽可以被应用于第一磁体41和/或第二磁体42的一部分 以改变磁体41和42的磁场，由此降低朝向最终竖直位置V2从第一磁体41拉离第二磁体 42所需的力和/或能量(在图3B中描绘出磁屏蔽的实例)。最终竖直位置V2可以距离第一磁体41的任何距离，但是在示例性实施例中，最 终竖直位置V2距离第一磁体41足够远从而磁体41和42之间的吸引力小于当第二磁体 42在初始竖直位置Vl处时磁体41和42之间的吸引力的5%。在优选实施例中，位置 Vl和V2之间的距离可以根据当第二磁体41位于具体的最终竖直位置V2处时磁体41和 42之间的吸引磁性力的强度而优化。可以最优地选择位置V2的具体位置，从而可以对 于具体尺寸、形状和磁场强度的磁体41和42优化马达40的净能量产出。随着位置Vl 和V2之间的距离增加，磁体41和42之间作用的吸引磁性力降低，但是如果位置V2距 离位置Vl太远，则必须消耗更多的能量来将第二磁体42从位置Vl移回到位置Vl以开 始下一循环。当每一个能量产生循环完成时，马达40的所有的构件优选地返回它们的初始位 置。在图2A-2C所示的实施例中，通过将第一磁体41移回到初始水平位置Hl并且将第 二磁体42移回到初始竖直位置Vl而完成能量产生循环，在上述初始位置磁体41和42可 以开始随后的循环。一旦磁体41和42返回它们各自的初始位置Hl和VI，然后便重复 整个能量产生循环，这可能导致由于第一磁体41在每一个相继运动循环期间的运动而导 致产生另外的净能量(在该实施例中产生动能)。在优选实施例中，在能量存储装置46(在图2A-2C中被示为弹簧)中存储的能 量的第二部分可以被转移到第一磁体41和第二磁体42以允许磁体41和42返回它们各 自的初始位置Hl和VI，从而提供所需的动能并且克服相对于它们各自的初始位置Hl和 Vl的它们各自的最终位置H2和V2上的磁体41和42之间作用的比较小的磁性吸引力差 (由于围绕磁体41和42的空间非均勻磁场)。这个势能被经历压缩的弹簧46从弹簧46 转移到第二磁体42，这将存储的能量的第二部分从势能转换成动能。在一些实施例中，可以由被耦接到磁体41和42的另外的能量存储装置(例如在 图7B中被示为弹簧85a和85b)供应移动磁体41和42返回它们各自的初始位置Hl和Vl 所需的能量。当磁体41和42从它们各自的初始位置Hl和Vl移动到它们各自的最终位 置H2和V2时，另外的能量存储装置或者弹簧被拉伸。当磁体41和42到达它们各自的 最终位置H2和V2时，在另外的能量存储装置或者弹簧中存储的少量势能被用于将磁体 41和42拉回它们各自的初始位置Hl和VI。在其它实施例中，来自外部源(未示出) 的能量可以被用于提供将磁体41和42返回它们各自的初始位置Hl和Vl所需能量中的 一部分或者全部。在优选实施例中，在能量存储装置46中存储的能量的第三部分(净产出)(即， 未被用于将磁体41和42从它们各自的最终位置H2和V2移回到它们各自的初始位置Hl 和Vl的剩余部分)可以被从马达40转移到外部装置例如发电机(未示出)或者飞轮(在 图7B中示出实例飞轮88)。在图2A-2C所示实施例中，当第一滑轮43a在动力行程(当 在磁体41和42之间的吸引磁性力辅助下第一磁体41朝向第二磁体42移动时)期间在方 向Rl上旋转时，被转移到第一滑轮43a的动能的一部分可以被转移到被耦接到第一滑轮43a的旋转中心并且被耦接到外部装置例如发电机或者飞轮的轴(未示出)。在一些实施例中，在存储装置46中存储的能量的第二部分和第三部分可以被同 时地转移到它们各自的目标，或者第二部分可以被首先地转移，或者第三部分可以被首 先地转移。在其中能量存储装置46是弹簧的实施例中，能量的第二部分可以经由第二皮 带44b而被转移到第二磁体42，而能量的第三部分可以经由耦接机构(例如未示出的机轴 或者本技术领域中已知的任何其它耦接机构)而被转移到外部装置(未示出)。在一些优 选实施例中，能量的第二部分和第三部分的转移可以是在弹簧46的单一压缩运动期间转 移的。在其它优选实施例中，能量的第二部分在弹簧46的第一局部压缩运动期间被转移 到第二磁体42，在这之后，一些势能仍然保留在弹簧46中。然后，能量的第三部分在弹 簧46的第二进一步压缩运动期间被转移到外部装置，在这之后，在弹簧46中没有剩余任 何显著的势能。为了使得磁体41和42返回它们各自的初始位置H2和V2，第一开关45a和第二 开关45b优选地松开(即，允许各自的第一滑轮43a和第二滑轮43b旋转)。当第一开关 45a接合并且第二开关45b松开时，弹簧46开始压缩，这拉动第二皮带44b，其在旋转方 向R2(在该实施例中是顺时针的)上旋转第二滑轮43b。当弹簧46压缩时，弹簧46的势 能经由第二皮带44b而被转移到第二磁体42，引起第二磁体42在方向D2'上朝向最终竖 直位置V2移动。在其它实施例中，来自外部源(未示出)的能量可以被用于提供朝向最 终竖直位置V2移动第二磁体42所需能量的一部分或者全部或者在朝向最终竖直位置V2 移动第二磁体42的任务中协助能量存储装置。图2D是当第一磁体沿着在图2A和2B中描绘的路径移动时作用于第一磁体上的 磁性力，与当第一磁体移动时加载或者拉伸在图2A和2B中描绘的能量存储装置所需的 力的定性比较。参考图2D，力比较图表47包括动力行程力曲线48a和能量存储装置力曲线 48b。水平轴线代表当第一磁体11从初始位置Hl移动到最终位置H2时(在图2A和2B 中描绘的动力行程过程期间)第一磁体11行进的水平距离(在方向Dl'上)。竖直轴线 代表作用于第一磁体11上的磁性力(其可以被转移到能量存储装置46)和加载或者拉伸 能量存储装置46(在图2A和2B中被描绘成弹簧)所需的力。中间位置49a到49f是当 第一磁体11从初始位置H2移动到最终位置H2时第一磁体11的位置(距初始位置Hl的 距离)。如能够在图2D中看到地，动力行程力曲线48a具有非线性形状。动力行程力曲 线48a的这种非线性形状反映当第一磁体11从初始位置Hl移动到最终位置H2 (如在图 2A和2B中所示)时作用于第一磁体41上的磁性力的非线性变化。然而，在一些实施例 中，能量存储装置力曲线48b可以具有更加线性的形状。能量存储装置力曲线48b的这 个更加线性形状反映当第一磁体41从位置Hl移动到位置H2时继续拉伸能量存储装置或 者弹簧46(以存储增加的量的能量)所需的力的更加线性的变化。如在图2D中明显地，在第一磁体41的水平行进期间距位置Hl任何给定距离处 (在中间位置49a到49f处)作用于第一磁体41上的力可以不同于拉伸弹簧46相同距离 所需的力。如果使用圆形的第一滑轮43a，则作用于第一磁体41上的力相对于拉伸弹簧 46相同距离所需的力的这种错配可以导致通过第一磁体41的运动产生的一些动能未被存储(即，低效率)。为了存储当第一磁体41从位置Hl行进到位置H2(动力行程)时从 第一磁体41的运动产生的基本上所有的动能，可能有益的是，在第一滑轮43a中包括可 变杠杆臂轮廓(如在图2A-2C中所示并且在图2E-2F中更加详细地示出)。包括根据动 力行程力曲线48a和能量存储装置力曲线48b的形状而调节的可变杠杆臂外形的这种第一 滑轮43a，可以允许更高百分比的通过第一磁体41的运动产生的能量被弹簧46存储。图2E和2F是图2A-2C中描绘的实施例中具有可变杠杆臂外形的示例性非圆形 第一滑轮43a的两个旋转取向的图解视图。参考图2E和2F，具有可变杠杆臂外形的示例性非圆形第一滑轮43a包括第一凸 轮半部43c、第二凸轮半部43d、旋转中心43e、第一凸轮半部皮带44c和第二凸轮半部皮 带44d。第一凸轮半部43c包括杠杆臂49a'到49f，该杠杆臂49a'到49f与当第一 磁体11从初始位置H2移动到最终位置H2时在第一磁体11的中间位置49a到49f (距初始 位置Hl的距离)处第一滑轮43a的所期杠杆作用相关。第二凸轮半部43d杠杆臂49a" 到49f〃，该杠杆臂49a〃到49f〃也与第一磁体11的中间位置49a到49f处第一滑轮43a 的所期杠杆作用相关。图2E描绘在初始位置中的非圆形第一滑轮43a，而图2F描绘在 旋转方向Rl上围绕旋转中心43e旋转的在最终位置的非圆形第一滑轮43a。为了存储当第一磁体41从位置Hl行进到位置H2 (动力行程)时从第一磁体41 的运动产生的基本上所有的动能，可能有益的是，根据动力行程力曲线48a和能量存储装 置力曲线48b的形状调节第一滑轮43a的可变杠杆臂外形。在图2E-2F中所示的第一滑 轮43a的示例性实施例中，可以通过提供第一凸轮半部43c杠杆臂49a'到49f'和第二凸 轮半部43d杠杆臂49a"到49f"而完成这种外形调节。杠杆(杠杆臂、齿轮、滑轮等) 允许再成形由给定量的动能传递的从第一磁体41输出的力。在中间位置49a处，例如能量存储装置力曲线48b在动力行程力曲线48a上方。 因此，杠杆臂49a'应该比相应的杠杆臂49a"更长。这个杠杆可以是有益的，因为作用 于第一磁体41上的力可以在更小距离之上被施加到弹簧46，这可以允许更高百分比的从 第一磁体41的运动产生的能量被存储在弹簧46中。在中间位置49d处，例如能量存储 装置力曲线48b大致等于动力行程力曲线48a。因此，杠杆臂49d'应该与相应的杠杆臂 49d"大致相同，因为在第一磁体41行进中在这个位置处，需要比较小的杠杆作用。如能够在图2E和2F中看到的，非圆形第一滑轮43a可以包括第一凸轮半部43c 和第二凸轮半部43d。这个双半部凸轮设计可以允许第一凸轮半部43c位于第二凸轮半部 43d上方或者下面(在不同的二维平面中)。第一凸轮半部43c和第二凸轮半部43d的这 种相对定位的原因在于，第一凸轮半部皮带44c和第二凸轮半部皮带44d仅仅在每一个各 自皮带的一部分中接触第一滑轮43a。如能够在图2E和2F中看到的，当第一滑轮43a从图2E中所示的初始位置到图 2F中所示的最终位置在旋转方向Rl上旋转时，第二凸轮半部皮带44d将会最终接触第一 凸轮半部43c。这个另外的接触可能部分地损害力曲线48a和48b的调节，因为杠杆臂 49a‘到49f'和49a〃到49f〃作用于凸轮半部皮带44c和44d与各自的凸轮半部43c和 43d的最后接触点处。例如，如在图2F中所示，为了实现应该与中间位置49f处力曲线 48a和48b的比率相关的长度49f'和49f〃的适当比率，第二凸轮半部皮带44d与第一滑 轮43a的最后接触点应该在杠杆臂49f"处。然而，如果两个凸轮半部43c和43d在同一二维平面中，则第二凸轮半部皮带44d将会接触第一凸轮半部43c。能够在图2F中看 到这个潜在的另外的接触点，在该点第二凸轮半部皮带44d在杠杆臂49b'处在第一凸轮 半部43c之上或者下面经过。图2E和2F所示的第一滑轮43a设计允许第二凸轮半部皮 带44d避免接触第一凸轮半部43c，因此保持凸轮半部43c和43d根据力曲线48a和48b 的调节。在一些实施例中(例如，如在图2D-2F中所示)，将第二磁体42移动离开第一 磁体41所需的大多数能量可以被存储在弹簧46中以在以后转移到第二磁体42。在其它 实施例中(例如，如图7B中所示)，可以利用比较少的能量存储直接地从第一磁体转移 将一个或者多个第二磁体移动离开第一磁体(分离行程)所需的大多数能量。在这些较 低能量存储实施例中，可以有益的是，根据动力行程力曲线48a(在图IC中被示为动力行 程曲线31)和分离行程力曲线(在图2D中未示出，但是在图IC中被示为分离行程曲线 32)的形状调节第一滑轮43a的可变杠杆臂外形。如能够在图IC中看到的，分离行程曲线32起初高于动力行程曲线31 (第一和 第二磁体之间较小距离)，并且在其它位置点处，动力行程曲线31高于分离行程曲线 32 (第一和第二磁体之间较大距离)。当动力行程曲线高于分离行程曲线时，杠杆臂例如 49a‘(通过第一凸轮半部皮带44c耦接到第一磁体)可以比相应的杠杆臂例如49a"(通 过第二凸轮半部皮带44d耦接到目标力接收器，例如第二磁体)更长。当动力行程曲线 低于分离行程曲线时，杠杆臂例如49d'(通过第一凸轮半部皮带44c耦接到第一磁体) 可以比相应的杠杆臂例如49d"(通过第二凸轮半部皮带44d耦接到目标力接收器，例如 第二磁体)更短。图3A和3B是示出本发明第三实施例的分别在使用和不使用围绕静止永久磁体 的一部分的磁屏蔽的情况下的围绕静止永久磁体的磁场形状和磁力线方向的图解视图。参考图3A和3B，永久磁体马达50包括第一磁体51、第二磁体52和可选的磁屏 蔽53。在不包括可选的磁屏蔽53的图3A中，第二磁体52限定大致同等地成形的磁场 部分54a和54b。在包括可选的磁屏蔽53的图3B中，第二磁体52限定非均勻成形(相 对于彼此)的磁场部分54b和54c。在一些实施例中(例如，在图3B中示出的)，磁屏 蔽可以被应用于第一磁体51和/或第二磁体52的一部分以改变磁体51和52的磁场，由 此降低将51和52拉离彼此所需的力和/或能量。在图3A中，磁场部分54a和54b大致同等地成形。当可选的磁屏蔽53被应用 于第二磁体52时，例如，如在图3B中所示，左磁场部分54a被改变并且采取左磁场部分 54c的形状。在图3B中，第二磁体52的左侧上的磁场力线的路径被改变，被拉动更靠 近第二磁体52的表面。这增加了当马达50经历能量产生过程步骤时作用于第一磁体51 上的非均勻分布的磁性力。当使用可选的磁屏蔽53时(例如，如在图3B中)，对于磁 体51和52的具体尺寸、重量和配置，可以降低分离第一磁体51和第二磁体52所需的力 (与图3A相比)，并且可以增加由马达50产生的净能量产出。图4是示出本发明第四实施例的示例性线性永久磁体马达的图解视图，该线性 永久磁体马达包括被耦接到单一机轴的三对可移动永久磁体，每一个磁体对在任意给定 时间执行能量产生过程的不同步骤。参考图4，永久磁体马达60包括第一磁体61a、61b和61c、第二磁体62a、62b和62c和机轴63。如在图4中所示，永久磁体马达60的示例性实施例包括三对永久磁 体，每一对经历它自身的能量产生过程。对于特定的一对第一磁体61和第二磁体62的 运动，能够使用任何实施例来控制能量产生过程步骤，例如，可以使用图1A-1C所示的 第一实施例、图2A-2C所示的第二实施例、图5所示的第五实施例(在下面讨论)或者 根据前述讨论的任何其它实施例。图4所示的示例性马达60基于三个磁体对的运动，每一个磁体对使用大体上根 据图2A-2C所示的第二实施例的过程。在图2A-2C中的第一磁体41和第二磁体42的 运动可以被一般地分类成动力行程(当第一磁体41朝向第二磁体42移动，从初始水平位 置Hl行进到最终水平位置H2时)、分离行程(当第二磁体42移动离开第一磁体41，从 初始竖直位置Vl行进到最终竖直位置V2时)和返回行程(当第一磁体41和第二磁体42 返回它们各自的初始位置Hl和Vl时)。在图1A-1C中的磁体的运动也可以被分类成动 力行程(例如动力行程曲线31)、分离行程(例如分离行程曲线32)和返回行程。在于图4中描绘的实施例中，在任意给定时间，三个磁体对之一处于下述三个 步骤中的每一个中动力行程、分离行程和返回行程。如在图4中所示，第一组磁体61a 和62a处于动力行程步骤中，第二组磁体61b和62b处于分离行程步骤中，并且第三组磁 体61c和62c处于返回行程步骤中。具有第一磁体61和第二磁体62的这三个磁体对中 的全部可以被耦接到单一机轴63，通过机轴63，能量可以被转移到外部装置例如发电机 (未示出)。虽然在图4中未示出在第一磁体61、第二磁体62和机轴之间的具体耦接机 构，但是可以使用在本技术领域中已知的任何耦接机构。在该实施例中，能量存储装置(在图2A-2C中被示为能量存储装置46，弹簧) 可以是可选的。可以不需要能量存储(或者在一些实施例中可以需要比较少的能量存 储)，因为当在动力行程步骤中第一磁体61a在方向Dla上朝向第二磁体62a移动(借助 磁体61a和62a之间的磁性吸引力)时通过第一磁体61a的动力学运动产生的能量的第一 部分可以被转移到第二磁体62b以有助于第二磁体62b在分离过程步骤中在方向D2b上离 开第一磁体61b的运行(与在磁体61b和62b之间的磁性吸引作用力相反地)。同时，当 第一磁体61a在动力行程步骤中移动时通过第一磁体61a的动力学运动产生的能量的第二 部分可以被转移到第一和第二磁体61c和62c以有助于它们在返回步骤中分别在方向Dlc 和D2c上的运动(到它们的初始位置)。同时，当第一磁体61a在动力行程步骤中移动 时通过第一磁体61a的动力学运动产生的能量的第三部分(剩余部分)可以被转移到外部 装置例如发电机(未示出)。在该实施例中，因为在磁体61a和62a的动力行程步骤中产生的能量的所有的三 个部分同时地被转移到磁体61b和62b(在分离步骤中)、被转移到磁体61c和62c(在返 回步骤中)，并且被转移到外部装置，所以可以不需要在马达60中包括集成的能量存储 装置。外部装置例如发电机可以包括能量存储装置，但是在马达60中包括能量存储装置 是可选的。例如，在其中多个磁体对61和62被耦接到一起并且每一磁体对与其它磁体 对在能量产生过程中异相循环的实施例中，能量存储装置可以是不需要的。在一些实施 例中，为了完全避免对于能量存储装置的需要，可能有必要使用足够的磁体61和62对从 而马达60的移动部件能够经由它们的动量存储动能，并且这个动能中的一些能够根据需 要被转移到马达60的其它构件。
在该实施例中，马达60的三个磁体对可以在如在图2A-2C中所示的能量生产的 三个阶段之间连续地循环，其中每一对磁体61和62在它的动力行程期间向其它两个磁体 组和外部装置提供能量，并且每一对磁体61和62在它的分离行程和返回行程期间从其它 两个磁体组之一接收能量。例如，如在图4中所示，首先，磁体对61a和62a可以经历动力行程过程，并且 其可以提供用于磁体对61b和62b的分离行程的能量的第一部分、用于磁体对61c和62c 的返回行程的能量的第二部分和用于外部装置的能量的第三部分。接着，磁体对61c和 62c可以经历动力行程过程，并且其可以提供用于磁体对61和62的分离行程的能量的第 一部分、用于磁体对61b和62b的返回行程的能量的第二部分，和用于外部装置的能量的 第三部分。最终，磁体对61和62可以经历动力行程过程，并且其可以提供用于磁体对 61c和62c的分离行程的能量的第一部分、用于磁体对61a和62a的返回行程的能量的第 二部分和用于外部装置的能量的第三部分。然后，前述的三步骤循环无限地重复。使用前述过程，马达60的磁体对的三个过程步骤中的每一个可以提供用于驱动 马达60内的内部过程的能量的第一和第二部分和用于外部装置的能量的第三部分，从而 马达60可以提供连续能量输出以驱动外部装置。在一些优选实施例中，马达60可以在 不具有任何外部电源的情况下操作，而在前述过程中使用磁体对61和62的空间非均勻磁 场来产生用于驱动外部装置的连续能量流。虽然图4描绘了仅仅三个磁体对61和62，但是可以在马达60中使用任何数目的 磁体对61和62，例如三的倍数、例如六或者九或者甚至非三的倍数例如十(但是在非三 的倍数实施例中，可以优选的是选择磁体尺寸和强度从而马达60随着时间产生基本一致 的能量水平)。如果使用数目大于三的多个磁体对61和62，则在每一个动力行程期间产 生的能量优选地应该足以驱动马达60中的其它内部过程并且足以产生用于驱动外部装置 的能量。磁体对61和62的准确的配置和数目将依赖于马达60的所期尺寸、形状和所期 净能量产出以及其它性能特征。图5是示出本发明第五实施例的示例性线性永久磁体马达的图解视图，该线性 永久磁体马达包括被联结到被耦接到机轴的单对可移动端头的六对永久磁体，每一个磁 体对在任何给定时间执行能量产生过程的相同步骤。参考图5，永久磁体马达70包括第一磁体71a到71f、第二磁体72a到72f、第 一可移动端头73 (仅仅示出端头的被磁化端部)、第二可移动端头74 (仅仅示出端头的被 磁化端部)和机轴(未示出)。如在图5中所示，永久磁体马达70的示例性实施例包括 六对永久磁体，每一对同时地经历其自身的能量产生过程。对于特定的一对第一磁体71 和第二磁体72的运动，能够使用任何实施例来控制能量产生过程步骤，例如，可以使用 图1A-1C所示的第一实施例、图2A-2C所示的第二实施例或者根据前述讨论的任何其它 实施例。图5所示的示例性马达70基于三个磁体对的运动，每一个磁体对使用大体上根 据图2A-2C所示的第二实施例(或者根据图1A-1C所示的第一实施例)的过程。在图 2A-2C中的第一磁体41和第二磁体42的运动能够被一般性地分类成动力行程(当第一磁 体41朝向第二磁体42移动，从初始水平位置Hl行进到最终水平位置H2时)、分离行程 (当第二磁体42移动离开第一磁体41，从初始竖直位置Vl行进到最终竖直位置V2时)和返回行程(当第一磁体41和第二磁体42返回它们各自的初始位置Hl和Vl时)。在 图1A-1C中的磁体的运动也可以被分类成动力行程(例如动力行程曲线31)、分离行程 (例如分离行程曲线32)和返回行程。在该实施例中，六个磁体71a到71f中的每一个可以被联结到第一可移动端头 73，并且六个磁体72a到72f中的每一个可以被联结到第二可移动端头74。第一可移动 端头73和第二可移动端头74然后可以经历前述能量产生过程步骤(例如在图1A-1C或 者图2A-2C中描述的那些)，其中使用第一端头73作为第一磁体11或者41，并且使用 第二端头74作为第二磁体12或者42。在图5中描绘的实施例中，在任意给定时间，所 有的六个磁体对可以处于前述三个能量产生过程步骤之一中动力行程、分离行程和返 回行程。如在图5中所示，所有的六个第一磁体71a到71f可以在动力行程期间朝向各自 的第二磁体72a到72f移动，然后所有的六个磁体对可以经历分离行程和返回行程。具有第一磁体71和第二磁体72的这六个磁体对可以经由第一可移动端头73和 第二可移动端头74而被全部耦接到单一机轴(未示出)，通过该机轴，能量可以被转移到 外部装置例如发电机(未示出)。虽然在图4中未示出在第一可移动端头73、第二可移 动端头74和机轴之间的具体耦接机构，但是可以使用在本技术领域中已知的任何耦接机 构。虽然图5描绘了仅仅六个磁体对71和72，但是可以在马达70中使用任何数目的 磁体对71和72并且将其联结到第一可移动端头73和第二可移动端头74，例如两个、五 个、十个或者使用者期望包括的任何数目。磁体对71和72的准确的配置和数目将依赖 于马达70的所期尺寸、形状和所期净能量产出以及其它性能特征。虽然图5描绘了仅仅一对端头73和74，每一个端头分别地集成六个磁体71和 72，但是可以使用任何数目的端头73和74，优选地将其以如关于在图4中描绘的实施例 所讨论的方式耦接到机轴。例如，可以使用三对端头73和74，其中以如在图4中所示的 第一磁体61a、61b和61c的方式使用三个第一端头73a、73b和73c，并且以如在图4中 所示的第二磁体62a、62b和62c的方式使用三个第二端头74a、74b和74c。以此方式， 三对端头73和74可以如上关于图4所述地在如在图2A-2C中所示的能量生产的三个阶 段之间连续地循环，其中每一对端头73和74在它的动力行程期间向其它两个端头和外部 装置提供能量，并且每一对端头73和74在它的分离行程和返回行程期间从其它两个端头 之一接收能量。可以在马达70中使用集成多对磁体71和72的任何数目的端头对73和74，例如 三的倍数例如六或者九或者甚至非三的倍数例如十(但是在非三的倍数实施例中，可以 优选的是选择磁体尺寸和强度从而马达70随着时间产生基本一致的能量水平)。如果使 用其数目大于三的多个端头对73和74，则在每一个动力行程期间产生的能量优选地应该 足以驱动马达70中的其它内部过程并且足以产生用于驱动外部装置的能量。端头对73 和74和包括的磁体对71和72的准确的配置和数目将依赖于马达70的所期尺寸、形状和 所期净能量产出以及其它性能特征。图6是示出本发明第六实施例的示例性线性永久磁体马达的图解视图，该线性 永久磁体马达包括两个可移动永久磁体和三个静止永久磁体。参考图6，永久磁体马达 75包括具有各自的运动路径A和B的两个可移动第一磁体76a和76b、两个静止第二磁体77a和77b和静止共用磁体78。虽然图IA到5仅仅示出成对的磁体，其中一个是第 一磁体并且另一个是第二磁体，但是可以使用具有没有采用一对一成对磁体的可替代的 磁体配置的实施例，如在图6中所示。根据图6所示的第六实施例，马达75包括可以与共用静止磁体78 一起使用的两 对磁体76和77。每一对第一磁体76和第二磁体77可以被用于执行在上面关于图1A-1B 描述的能量产生步骤动力行程(例如动力行程曲线31)、分离行程(例如分离行程曲线 32)和返回行程。两个磁体对76a/77a和76b/77b中的每一个可以同时地以交错的方式 (每一对在相对于另一对具有时间延迟的情况下执行相同步骤)或者以顺序方式(每一对 在执行能量产生步骤时交替)执行能量产生步骤。在该实施例中，静止共用磁体78可以 被用于协助第一磁体76a和76b中的每一个以在它们各自的返回行程步骤期间返回它们的 初始位置并且还在它们各自的运动路径A和B中的每一个期间产生另外的能量。例如，当第一磁体76a在由箭头示意的方向上围绕运动路径A行进时，第一磁 体76a在水平方向上接近第二磁体77a，执行第一动力行程步骤。然后，第一磁体76a在 竖直方向上移动离开第二磁体77a，执行第一分离步骤。当第一磁体76a从第二磁体77a 分离时，第一磁体76a和静止共用磁体78之间的磁性吸引力在水平方向上朝向静止共用 磁体78拉拽第一磁体76a，在单一的完整运动路径A期间执行第二动力行程。然后，第 一磁体76a在竖直方向移动离开静止共用磁体78，执行第二分离步骤。此时，第一磁体 76a已经完成围绕运动路径A的行进并且准备执行另一能量产生循环。虽然在图6中未示 出，但是通过第一磁体76a和76b的运动产生的动能可以被存储在能量存储装置中，并且 能量的第一部分可以被用于执行分离行程，能量的第二部分可以被用于执行返回行程， 并且能量的第三部分可以被转移到外部装置(未示出)例如发电机。同时地以交错的或者顺序的方式，第一磁体76b可以在由箭头示意的方向上围 绕运动路径B行进，执行两个动力行程步骤和两个分离步骤，在两个动力行程期间使用 第一磁体76b和第二磁体77b与静止共用磁体78之间的磁性吸引力来产生能量。虽然图6示出其中使用两个可移动磁体76和三个静止磁体77和78的实施例， 但是在可替代实施例中，可以以同时的、顺序的或者交错的方式使用任何数目的可移动 磁体76和静止磁体77和78。马达75的可替代实施例的准确配置将依赖于马达75的所 期尺寸、形状和所期净能量产出以及其它性能特征。图7A和7B是示出本发明第七实施例的示例性线性永久磁体马达的图解视图， 该线性永久磁体马达包括三个可移动永久磁体。参考图7A，永久磁体马达80包括能够 沿着X轴线(如在图7A中由箭头限定的)移动的可移动第一磁体81和能够沿着Y轴线 (如在图7A中由箭头限定的)移动的两个可移动第二磁体82a和82b。根据图7A所示 的第七实施例，马达80可以执行在上面关于图1A-1B和图2A-2C描述的能量产生步骤 中的一些步骤动力行程(例如动力行程曲线31)和分离行程(例如分离行程曲线32)。 如在图7A中所示，磁体81和82在被定义为第一状态Si、第二状态S2、第三状态S3和 第四状态S4的四个不同的位置状态之间移动。如在图7A中所示，动力行程是由第一磁体81提供的，当第一磁体81被在第一 磁体81和交替的第二磁体82a或者第二磁体82b之间的磁性吸引力拉拽时，第一磁体81 交替地沿着X轴线前后地移动(第一动力行程从状态Sl到状态S2，然后第二动力行程从状态S3到状态S4)。分离行程是通过第二磁体82a和82b的运动提供的，其中当第二磁 体82a和82b被与第二磁体82和第一磁体81之间的磁性吸引力相反地拉离第一磁体81 时，第二磁体82a和82b交替地沿着Y轴线前后地移动(用于磁体82a的第一分离行程从 状态S2到状态S3，然后用于磁体82b的第二分离行程从状态S4到状态Si)。以上在图 2A-2C中示出了并且在所附文本中描述了由沿着一个轴线移动的第一磁体81提供动力行 程，并且由沿着第二垂直轴线移动的第二磁体82提供分离行程。如在图2A-2C中，第 一磁体81和第二磁体82中的每一个优选地被取向为它们的极轴是基本平行的。参考图7B，永久磁体马达80包括能够沿着X轴线(如在图7B中由箭头限定的) 移动的可移动第一磁体81、能够沿着Y轴线(如在图7B中由箭头限定的)移动的两个可 移动第二磁体82a和82b、可以在方向Rl上旋转的第一磁体运动组件83、可以在方向R2 上旋转的第二磁体运动组件84、能量存储装置85、可以在方向R3上旋转的能量转移运 动组件86、可以在方向R4上旋转的外部装置运动组件87，和可以是如在图7B中描绘的 飞轮或者任何其它外部装置例如发电机的外部装置88。在图7B中，第一磁体81和第二 磁体82a和82b的运动遵循图7A所示的并且在所附文本中讨论的路径。另外，图7B示 出用于转移通过第一磁体81的X轴线运动产生的动能以驱动第二磁体82a和82b的Y轴 线运动以及外部装置88的优选配置。在该实施例中，在第一动力行程中，吸引磁性力朝向第二磁体82a沿着X轴线拉 拽第一磁体81。通过第一磁体81的运动产生的动能经由利用包括的耦接机构而在方向 Rl上旋转的第一磁体运动组件83被转移到其它系统构件。通过第一磁体81的运动产生 的动能的第一部分经由能量转移运动组件86并且然后第二磁体运动组件84而被转移到第 二磁体82a和82b，第二磁体运动组件84优选地经由如在图7B中所示的齿轮而被耦接到 第一磁体运动组件83。能量的该第一部分的一部分可以被存储在被示为弹簧的能量存储 装置85中，弹簧可以协助第二磁体82a和82b交替地执行分离行程，从而与磁性吸引力 相反地移动离开第一磁体81。一旦第一磁体81完成了其在X方向上朝向第二磁体82a的行进(第一动力行 程)，则使用来自第一磁体81和能量存储弹簧85a的能量的第一部分的组合在Y方向上将 第二磁体82a拉离第一磁体81。在Y方向上拉拽第二磁体82a的同时，第二磁体82b被 在相反方向(负Y方向)上推动，从而使用来自第一磁体81和能量存储弹簧85b的能量的 第一部分的组合，磁性吸引力将朝向第二磁体82b(在负X方向上)拉回第一磁体81(第 二动力行程)。经由能量转移运动组件86并且然后外部装置运动组件87，优选地经由如在图 7B中所示的齿轮，通过第一磁体81的运动产生的动能的第二部分可以被转移到外部装置 88，例如在图7B中描绘的飞轮。一旦第一磁体81完成第二动力行程，则返回到其行进 范围(如在图7B中所示)的左侧远端处的初始位置，马达80准备执行另一能量产生循 环。虽然图7A和7B示出包括一个第一可移动磁体81和两个第二可移动磁体82的 实施例，但是在可替代实施例中，可以使用任何数目的第一可移动磁体81和第二可移动 磁体82。马达80的可替代实施例的准确配置将依赖于马达80的所期尺寸、形状和所期 净能量产出以及其它性能特征。
图8是示出本发明的第八实施例的示例性线性永久磁体马达的图解视图，该线 性永久磁体马达包括四个可移动永久磁体。参考图8，永久磁体马达90包括能够沿着X 轴线(如在图8中由箭头限定的)移动的两个可移动第一磁体91a和91b和能够沿着Y轴 线(如在图8中由箭头限定的)移动的两个可移动第二磁体92a和92b。根据图8所示的 第八实施例，马达90可以执行在上面关于图1A-1B和图2A-2C描述的能量产生步骤中的 一些步骤动力行程(例如动力行程曲线31)和分离行程(例如分离行程曲线32)。如 在图8中所示，磁体91和92在被定义为第一状态Sl'、第二状态S2'、第三状态S3' 和第四状态S4'的四个不同的位置状态之间移动。如在图8中所示，动力行程由第一磁体91a和91b提供，当第一磁体91a和91b 被在第一磁体91a和91b与第二磁体92a或者第二磁体92b之间的磁性吸引力拉拽时， 第一磁体91a和91b交替地沿着X轴线前后地移动(第一动力行程从状态Sl'到状态 S2'，然后第二动力行程从状态S3'到状态S4')。分离行程由第二磁体92a和92b的 运动提供，当与在第二磁体92和第一磁体91之间的磁性吸引作用力相反地将第二磁体 92a和92b交替地从第一磁体91a和92a拉离时，第二磁体92a和92b交替地沿着Y轴线 前后地移动(第一分离行程从状态S2'到状态S3'，然后第二分离行程从状态S4'到状 态Sl')。在该实施例中，第一磁体91a交替地与第二磁体92a或者第二磁体92b配对。在 第一动力行程期间，第一磁体91a与第二磁体92a配对，并且在第二动力行程期间，第一 磁体91a与第二磁体92b配对。第一磁体91b还可替代地但是以与第一磁体91a相反的 次序与第二磁体92a或者第二磁体92b配对。例如，在第一动力行程期间，第一磁体91b 与第二磁体92b配对，并且在第二动力行程期间，第一磁体91b与第二磁体92a配对。以上在图2A-2C中示出了并且在所附文本中描述了由沿着一个轴线移动的第一 磁体91提供动力行程，并且由沿着第二垂直轴线移动的第二磁体92提供分离行程。如 在图2A-2C中，第一磁体91和第二磁体92中的每一个优选地被取向为它们的极轴是基 本平行的。虽然图8示出包括两个第一可移动磁体91和两个第二可移动磁体92的实施例， 但是在可替代实施例中，可以使用任何数目的第一可移动磁体91和第二可移动磁体92。 马达90的可替代实施例的准确配置将依赖于马达90的所期尺寸、形状和所期净能量产出 以及其它性能特征。虽然图IA到8示出磁体在两个维度(单平面)中移动，但是可以使用在三个维 度(未示出)中移动的具有替代磁体配置的实施例。例如，在图4中描绘的马达60的 实施例中，每一对磁体61和62可以相对于彼此在不同的平面中移动，例如，磁体61a和 62a可以在X-Y平面中移动，磁体61b和62b可以在Y-Z平面中移动，并且磁体61c和 62c可以在X-Z平面中移动。，而且，例如，在图2A-2C中描绘的马达40的实施例中， 当第一磁体41从初始位置Hl移动到最终位置H2时第一磁体41的运动可以是在X-Y平 面中发生的非线性运动，而当第二磁体42从初始位置Vl移动到最终位置V2时第二磁体 42的运动可以是在相对于前述X-Y平面的X-Z平面中发生的非线性运动。第一磁体41 和第二磁体42的组合运动由此将是在三维空间中发生的非平面运动。虽然已经参考优选实施例或者优选方法描述了本发明，但是应该理解已经在这
26里使用的单词是说明和示意性的单词而非限制性的单词。虽然在这里已经参考具体结 构、方法和实施例描述了本发明，但是并不意在将本发明限制于在这里公开的细节，因 为本发明延伸至在所附权利要求的范围内的所有的结构、方法和使用。此外，已经描 述源自结构和方法的几个优点；本发明不限于包括任何或者所有的这些优点的结构和方 法。得益于本说明书的教导，相关领域技术人员可以对于如在这里描述的本发明实现多 个修改，并且在不偏离如由所附权利要求限定的本发明的范围和精神的前提下，可以作 出改动。附录附录A-I是示出从沿着从中间位置P2移动到初始位置Pl的第一磁体11的水平 路径以1/32”为间隔测量作用于第一磁体11 (根据在图1A-1C中描绘的第一实施例)上 的吸引磁性力(单位为磅)的三次试验收集的原始数据的表格和图表。当第一磁体11在 与图IA中描绘的方向Dl相反的方向上移动时进行测量。为了形成该图表，使用三次试验的平均力数值，并且对数值进行调整以消除在 试验期间第一磁体11经受的摩擦阻力。关于这些试验，所使用的磁体11和12由带有镍 涂层的N38型钕制成(NdFeB)，并且它们每一个限定立方形状，在每一个维度上量度为 3/4"。磁体11和12中的每一个的重量为1.83盎司。使用43.40磅的拉力。表面场为 5,860高斯。
权利要求
1.一种产生能量的方法，包括以下步骤提供在第一初始位置中的第一永久磁体和在第二初始位置中的第二永久磁体，所述 第一和第二磁体被定位为它们的磁极具有大致相同的相关取向；通过基本沿着大致垂直于所述第一磁体和所述第二磁体的磁极的取向的第一轴线移 动所述第一磁体和所述第二磁体中的任一个或者两者而相对地朝向彼此地移动所述第一 和第二磁体；通过基本沿着大致平行于所述第一磁体和所述第二磁体的磁极的取向的第二轴线移 动所述第一磁体和所述第二磁体中的任一个或者两者而分离所述第一和第二磁体；和将所述第一和第二磁体返回它们各自的第一和第二初始位置。
2.根据权利要求1的方法，其中利用在所述第一磁体和所述第二磁体之间作用的吸引 磁性力辅助所述移动步骤。
3.根据权利要求1的方法，其中不使用任何外部能量源。
4.根据权利要求1的方法，其中在所述第一和第二磁体之间保持间隙从而它们并不相 互接触。
5.根据权利要求1的方法，其中在所述第一和第二磁体之间保持一交错距离，从而它 们的磁极的取向不是线性一致的。
6.根据权利要求1的方法，进一步包括提供围绕所述第一磁体和所述第二磁体中的任 一个或者两者的一部分的磁屏蔽的步骤。
7.根据权利要求1的方法，其中所述第一和第二磁体限定各自的第一和第二长度、宽 度和高度，所述第一和第二高度大致平行于所述第二线性轴线并且小于所述各自的第一 和第二长度和宽度。
8.根据权利要求1的方法，进一步包括存储在所述移动步骤期间产生的能量的一部分 的步骤。
9.根据权利要求8的方法，进一步包括以下步骤提供第一滑轮或者齿轮；和将所述第一滑轮或者齿轮耦接到所述第一或者所述第二磁体。
10.根据权利要求9的方法，其中所述第一滑轮或者齿轮是非圆形的并且包括可变杠 杆臂外形。
11.根据权利要求10的方法，其中所述第一滑轮或者齿轮的所述可变杠杆臂外形与在 所述移动步骤期间由所述第一或者所述第二磁体经历的磁性力的曲线的形状相关。
12.根据权利要求9的方法，进一步包括以下步骤提供第二滑轮或者齿轮；并且将所述第一和第二滑轮或者齿轮耦接到所述各自的第一和第二磁体。
13.根据权利要求12的方法，其中所述第一和第二滑轮或者齿轮是非圆形的，其中的 每一个滑轮或者齿轮包括可变杠杆臂外形。
14.根据权利要求8的方法，其中在所述分离步骤期间使用存储的能量的第一部分。
15.根据权利要求14的方法，其中在所述返回步骤期间使用存储的能量的第二部分。
16.根据权利要求15的方法，进一步包括将存储的能量的第三部分转移到外部装置的 步骤。
17.—种永久磁体马达，包括第一和第二永久磁体；非圆形滑轮或者齿轮，所述非圆形滑轮或者齿轮被耦接到所述第一磁体并且包括可 变杠杆臂外形；和被耦接到所述非圆形滑轮或者齿轮的能量存储装置，其中所述第一和第二磁体的运动的自由度被约束为通过基本沿着第一轴线或者第二 轴线移动所述第一磁体和所述第二磁体中的任一个或者两者，所述磁体仅仅能够朝向彼 此地移动或者分离；其中所述第一轴线大致垂直于它们的磁极的取向；并且其中所述第二轴线大致平行于它们的磁极的取向。
18.根据权利要求17的永久磁体马达，其中所述第一和第二磁体被定位为它们的磁极 具有大致相同的相关取向。
19.根据权利要求17的永久磁体马达，其中所述第一和第二磁体位于第一和第二初始 位置中从而吸引磁性力作用在所述第一磁体和所述第二磁体之间。
20.根据权利要求17的永久磁体马达，其中不使用任何外部能量源。
21.根据权利要求17的永久磁体马达，进一步包括被耦接到所述第二磁体的第二滑轮 或者齿轮。
22.根据权利要求17的永久磁体马达，进一步包括围绕所述第一磁体和所述第二磁体 中的任一个或者两者的一部分的磁屏蔽。
全文摘要
公开了一种产生能量的方法和一种永久磁体马达。公开了一种产生能量的方法，包括以下步骤提供在第一初始位置中的第一永久磁体和在第二初始位置中的第二永久磁体，第一和第二磁体被定位为它们的磁极具有大致相同的相关取向；通过基本沿着大致垂直于第一磁体和第二磁体的磁极取向的第一轴线移动第一磁体和第二磁体中的任一个或者两者而相对地朝向彼此地移动第一和第二磁体；通过基本沿着大致平行于第一磁体和第二磁体的磁极取向的第二轴线移动第一磁体和第二磁体中的任一个或者两者而分离第一和第二磁体；和，将第一和第二磁体返回它们各自的第一和第二初始位置。
文档编号H02K57/00GK102017375SQ200880104352
公开日2011年4月13日 申请日期2008年5月30日 优先权日2007年6月25日
发明者肯尼斯·C·克泽卡 申请人:奈斯科能量有限责任公司