专利名称：并列式混合励磁磁能发生装置及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能源、动力系统，特别是一种磁电并列式混合励磁的磁能发生装置及能量转换和输出的系统。
背景技术：
1821年法拉第发现通电导线能绕永久磁铁旋转，发明了永磁电机。1857年英国的惠斯通用电磁铁代替永久磁铁，发明了电励磁方式，开创了电励磁电机的新纪元。但以上电机都只是能量转换的工具。现有技术本人申请的“磁力能量放大器”、“永磁能原动机”、“流体传动的磁力机” 等。以上都是基于永久磁铁的永磁能机器。本发明将电励磁的方法引入磁能发生装置，是一种并列式电磁铁与永磁铁混合励磁的磁能发生装置及其应用技术。磁能发生装置中加入电励磁的方法，可以通过改变励磁绕组的电流，方便地调节气隙磁场的强度，从而实现宽范围的调速特性。
发明内容
本发明是这样实现的一种并列式混合励磁磁能发生装置，主要由转子(1)、磁环 O)、磁铁(3)、励磁绕组0)、摇柄铁心( 和摇杆(6)组成，其特征是转子四周设有两段或两段以上四对极或四对极以上的永磁体分布形式的磁环，同段磁环的S磁极和N磁极相间排列，相邻的两段磁环同极对接或异极对接；4条或4条以上的摇杆对称或平均分布在转子的周围，每条摇杆上都设有两段或两段以上的摇柄铁心，磁铁和励磁绕组分别并列设在不同段的摇柄铁心上；与同一段磁环相对的磁铁或励磁绕组中，有一半的磁铁或励磁绕组设定为S极向轴排列，另有一半的磁铁或励磁绕组设定为N极向轴排列；磁铁和励磁绕组与转子上的磁环相对而设且绕轴对称或平均分布。并列式混合励磁磁能发生装置是一种产生能量的装置，其基本原理是转子由原动机带动，转子转动时，摇柄铁心上的磁铁、励磁绕组与转子上的磁环交替产生吸力和斥力，对摇柄产生往复摆动的角动力，向外输出机械往复运动的动力。由于多个作用于转子上的吸力和斥力是对称抵消的，所以原动机消耗的只是磨擦力，而摇柄对外输出的却是磁的吸力和斥力，输出的能量大于输入的能量。磁环为普通阵列4对极的磁环或Halbach阵列4对极的磁环。普通阵列磁环由4块或4块以上的径向磁铁或切向磁铁组成，如4块、8块、12块， 都是4的公倍数。或者，利用充模或压模的方法制造一个完整的磁环，然后在一个特制的夹具中进行充磁，采用该方法加工出的4对极的阵列结构。普通阵列磁环分为圆形和多边形两种。Halbach阵列4对极的磁环是由径向永磁体与切向和/或斜向永磁体组合而成。 Halbach阵列4对极的磁环至少由16块径向与切向和/或斜向磁钢组成，通常为16块或 24块或48块磁钢。这种Halbach阵列磁环，磁场增强的一边对着气隙，磁场减弱的一边对着转子轭，这样气隙磁通得到增加，转子轭中的磁通减少，使永磁能发生装置的功率密度相对得到了提高。正是由于Halbach阵列磁环存在以上优点，使转子轭采用铁磁性以外的材料制造成为可能。所述径向永磁体、切向永磁体和斜向永磁体指的是磁力线方向在圆环中为径向或切向或倾斜一定角度排列的永磁体。Halbach阵列磁环为圆形的磁环或多边形磁环。磁环由16块或16块以上的磁钢组成，或者，利用充模或压模的方法制造一个完整的磁环，然后在一个特制的夹具中进行充磁，采用该方法加工出的4对极的阵列结构。与普通的电机一样，电励磁需要有一个接线盒(12)，每个铁心绕组都有两条线接到接线盒。而且每个铁心绕组都是设定了固定磁极的方向的。由于电励磁的存在，机器在工作过程中会产生热，因此需要在机器中装一个排气扇(14)。磁能发生装置产生的机械往复摆动的动力通过流体传动系统或棘轮机构转换成机械旋转运动或机械往复运动的动力输出。流体传动系统主要由管道(18、18. 1)、能将机械往复运动的动力转换成流体直流循环运动或流体往复运动动力的摆动压缸和能将流体直流循环运动或流体往复运动动力转换成机械旋转运动或机械往复运动动力的流体马达或活塞压缸组成。摆动压缸包括能将一个机械往复运动的动力转换成流体直流循环运动或流体往复运动动力的叶片式或齿轮齿条活塞式或双齿轮双齿条活塞式或柱塞式或双螺旋式摆动压缸和能将4个或4个以上机械往复运动的动力转换成流体直流循环运动或流体往复运动动力的叶片式或齿轮齿条活塞式或双齿轮双齿条活塞式或柱塞式或双螺旋式摆动压缸。在普通的摆动压缸的出入口加装三通阀，即可实现将机械往复运动的动力转换成流体直流循环运动的动力。摆动压缸内设有缓冲装置，以防摆动件与缸体相互碰撞。缓冲装置是利用摆动件移动到接近终点时，将摆动件和缸体之间的一部分流体封住，迫使流体从小孔或缝隙中挤出，从而产生很大的阻力，使工作部件制动，避免摆动件和缸体的相互碰撞。棘轮机构包括能将一个或多个机械往复运动的动力转换成机械旋转运动动力的啮合式棘轮机构或摩擦式棘轮机构；啮合式棘轮机构为外棘齿或内棘齿棘轮机构，齿形为三角形齿或矩形齿；啮合武棘轮机构为单动式或双动式棘轮机构；摩擦式棘轮机构为偏心楔块式棘轮机构或滚子楔紧式棘轮机构。由一个棘轮和多个棘爪机构组成的棘轮机构可以实现将多个机械往复运动的动力转换成机械旋转运动的动力。由于摇柄只做摆动运动，而且摇柄铁心与磁环的距离不能过大，必须对摇柄的摆动范围作限制，以防止摇柄铁心与磁环相互碰撞。当磁能发生装置产生的机械往复摆动的动力通过流体传动系统向外输出时，可以通过摆动压缸或活塞缸内的缓冲装置实现对摇柄的摆动范围的限制。当磁能发生装置产生的机械往复摆动的动力通过棘轮机构向外输出时，可以利用挡块限制棘爪的摆动范围，进而限制摇柄的摆动范围。由于利用挡块限制摆动会产生较大的噪音和振动，因此要对挡块做缓冲设计。摇柄上设有摇杆，通过摇杆向外输出动力。磁能发生装置的多条摇杆分别向外输出动力，或者，通过联动齿轮将多条摇杆的多个往复摆动的动力集中于一条摇杆向外输出动力。当多条摇杆分别向外输出动力时，动力通过可以将多个机械往复运动动力转换成流体传动动力的摆动压缸或可以将多个机械往复运动动力转换成机械旋转运动动力的棘轮机构输出。当多个往复摆动的动力通过联动齿轮(9)集中于一条摇杆向外输出动力时，动力通过能将一个机械往复运动动力换成流体传动动力的摆动压缸或能将一个机械往复运动动力转换成机械旋转运动动力的棘轮机构输出。联动齿轮设在摇杆上，联动齿轮数与摇柄的数量相同，也是偶数，相邻的联动齿轮相互啮合，相邻的联动齿轮摆动(旋转)的方向必须相反。因此如果采用联动齿轮，相邻摇杆上的励磁绕组或磁铁必须S极与N极相间排列，以使相邻的摇柄摆动的方向相反。当磁能发生装置的尺寸较大时，为了减小联动齿轮的尺寸，可以在相邻的联动齿轮之间加入椭轮，若两个相邻的联动齿轮的旋转方向相反，则两齿轮之间椭轮的数量为偶数，若两个相邻的联动齿轮的旋转方向相同，则两齿轮之间椭轮的数量为奇数。由于摇杆和联动齿轮摆动的角度较小(约10至15度左右)，因此联动齿轮与摆动压缸或棘轮机构之间通过一个或一个以上的中间齿轮(10)传递动力，以放大摆动件的摆
动角度。所述流体为液体或气体，所述摆动压缸为液压缸或气压缸，所述流体马达为液压马达或气压马达。在实际应用中，液压系统或气压系统往往还有很多相关的部件及技术需要用上， 如压力表、过滤器等等，由于流体转动的技术比较成熟，所以不再赘述。
图1为本发明第一实施例结构示意图。图2为本发明第二实施例结构示意图。图3为本发明第三实施例结构示意图。图4为联动齿轮示意图。图5为本发明第四实施例结构示意图。图6为本发明第五实施例结构示意图。图7为本发明第六实施例结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。第一实施例参见图1，一种并列式混合励磁磁能发生装置，主要由转子(1)、磁环O)、磁铁 (3)、励磁绕组0)、摇柄铁心( 和摇杆(6)组成，其特征是转子四周设有两段四对极永磁体分布形式的圆形磁环，每段磁环由8个径向S极和N极相间排列的磁钢组成，两段磁环同极对接；4条摇杆平均分布在转子的周围，每条摇杆上都设有两段摇柄铁心，一段摇柄铁心与一段磁环相对应。磁铁和励磁绕组分别并列设在不同段的摇柄铁心上；转子上面和下面的磁铁和励磁绕组设定为N极向轴排列，转子左边和右边的磁铁和励磁绕组设定为S极向轴排列；磁铁和励磁绕组与转子上的磁环相对而设且绕轴平均分布。第二实施例参见图2，一种基于Halbach阵列的4对极圆形磁环是由8块径向永磁体、8块切向永磁体和32块斜向永磁体组合而成。其余未述部份同第一实施例，不再重复。第三实施例参见图3，一种齿轮联动式混合励磁磁能发生装置，主要由转子(1)、磁环O)、磁铁(3)励磁绕组(4)、摇柄铁心(5)、摇杆(6)、输入轴(7)、输出轴(8)、联动齿轮(9)、中间齿轮(10)、中间齿轮轴(11)、接线盒(12)、轴承(13)、排气扇(14)和机架(15)组成。转子四周设有两段四对极分布形式的磁环，一个磁环由8块S极和N极相间排列径向弧形永磁铁组成；4条摇柄平均分布在转子周围，每条摇杆上设有两段并列的摇柄铁心，上段摇柄铁心上设有励磁绕组，下段摇柄铁心上设有永磁体。4个铁心绕组平均分布在上段磁环的周围，4个磁铁平均分布在下段磁环的周围。4条摇杆上的铁心绕组的S极和N极设定为向轴相间排列，4条摇杆上的磁铁的S极和N极向轴相间排列。输入轴与转子固定连接。摇柄铁心设在摇杆上，4条摇杆上各设有一个联动齿轮，相邻的联动齿轮相互啮合。中间齿轮由两级大小齿轮副组成，第一级大齿轮设在4条摇杆中的一条摇杆上，第一级小齿轮与第二级大齿轮同轴，第二级小齿轮设在输出输上。摇杆、输入轴、齿轮轴和输出轴通过轴承定位于机架。相邻的摇柄的摆动方向相反，利用联动齿轮将4个摇柄摆动的动力集中于同一轴输出。利用中间齿轮将摆动的角度放大后输出。机架上设有一个排气扇和一个接线盒。图4 为4个相互啮合的联动齿轮示意图。其余未述部份同第一实施例，不再重复。第四实施例参见图5，一种多轴输出的并列式混合励磁磁能发生装置，主要转子(1)、磁环 (2)、磁铁(3)励磁绕组(4)、摇柄铁心(5)、摇杆(6)、输入轴(7)、输出轴(8)、接线盒(12)、 轴承(13)、排气扇(14)和机架(1 组成。输出轴有4条，分别与4个摇杆设在一起。其余未述部份同第一实施例，不再重复。第五实施例参见图6，一种齿轮联动式流体传动的并列式混合励磁的磁力机，主要包括转子 (1)、磁环(2)、磁铁(3)励磁绕组(4)、摇柄铁心(5)、摇杆(6)、输入轴(7)、输出轴(8)、联动齿轮(9)、中间齿轮(10)、中间齿轮轴(11)、接线盒(12)、轴承(13)、排气扇(14)、机架 (15)、电动机(31)、蓄电池(32)、齿轮齿条活塞式摆动压缸(16)和流体马达(17)。摆动压缸的两端设有三通阀(19)，是一种能将一个机械往复摆动的动力转换成流体直流循环运动动力的齿轮齿条活塞式摆动压缸，三通阀出口通过管道(18)与流体马达的入口连接，三通阀入口通过管道(18.1)与流体马达的出口连接。原始动力由带有蓄电池的电动机从输入轴输入磁能发生装置，转子转动时，摇柄上的铁心绕组、磁铁与转子上的磁环交替产生吸力和斥力，对摇柄产生往复摆动的角动力，通过联动齿轮、中间齿轮和摆动压缸转换成流体直流循环运动的动力，并带动流体马达向终端输出机械旋转运动的动力。机器输出的部份能量被转化为电能输送回蓄电池或直接输送给电动机，以维持机器的持续运转。其余未述部份同第三实施例，不再重复。第六实施例参见图7，一种齿轮联动式棘轮机构并列式混合励磁的磁力机，主要包括转子 (1)、磁环(2)、磁铁(3)励磁绕组(4)、摇柄铁心(5)、摇杆(6)、输入轴(7)、输出轴(8)、联动齿轮(9)、中间齿轮(10)、中间齿轮轴(11)、接线盒(12)、轴承(13)、排气扇(14)、机架 (15)、起动机(30)、棘爪机构(20)、棘轮(21)、超越离合器和联动机构。联动机构主要由中
6间传动轴04)、输出轴齿轮(22)、中间传动轴齿轮、传动带( )、中间传动轴主动带轮 (25)和输入轴从动带轮、2Τ)组成。中间传动轴齿轮与输出轴齿轮啮合；中间传动轴主动带轮与输入轴从动带轮之间设有一条传动带，传动带用张紧轮张紧。起动机齿轮08)与输入轴齿轮09)啮合。原始动力由起动机从输入轴输入磁能发生装置，转子转动时，摇柄铁心上的励磁绕组、磁铁与转子上的磁环交替产生吸力和斥力，对摇柄产生往复摆动的角动力，通过联动齿轮、中间齿轮、棘轮机构和超越离合器将摇柄往复摆动的动力转换成机械旋转运动的动力，一方面向终端输出工作动力，另一方面，通过联动机构将部分动力输送回输入轴和转子，以维持机器的持续运转。其余未述部份同第三实施例，不再重复。
权利要求
1.一种并列式混合励磁磁能发生装置，主要由转子(1)、磁环O)、磁铁(3)、励磁绕组 G)、摇柄铁心(5)和摇杆(6)组成，其特征是转子四周设有两段或两段以上四对极或四对极以上的永磁体分布形式的磁环，同段磁环的S磁极和N磁极相间排列，相邻的两段磁环同极对接或异极对接；4条或4条以上的摇杆对称或平均分布在转子的周围，每条摇杆上都设有两段或两段以上的摇柄铁心，磁铁和励磁绕组分别并列设在不同段的摇柄铁心上；与同一段磁环相对的磁铁或励磁绕组中，有一半的磁铁或励磁绕组设定为S极向轴排列，另有一半的磁铁或励磁绕组设定为N极向轴排列；磁铁和励磁绕组与转子上的磁环相对而设且绕轴对称或平均分布。
2.根据权利要求1所述一种并列式混合励磁磁能发生装置，其特征是磁环是由径向磁铁或切向磁铁组成的4对极或4对极以上的圆形永磁体磁环或多边形永磁体磁环；或者，磁环是由径向永磁体与切向和/或斜向永磁体组合而成的4对极或4对极以上的Halbach阵列圆形磁环或多边形磁环。
3.根据权利要求1和2所述一种并列式混合励磁磁能发生装置，其特征是磁能发生装置产生的机械往复摆动的动力通过流体传动系统或棘轮机构转换成机械旋转运动或机械往复运动的动力输出。
4.根据权利要求3所述流体传动系统，其特征是流体传动系统主要由管道(18、18.1)、 能将机械往复运动的动力转换成流体直流循环运动或流体往复运动动力的缓冲式摆动压缸和能将流体直流循环运动或流体往复运动动力转换成机械旋转运动或机械往复运动动力的流体马达或活塞压缸组成。
5.根据权利要求4所述流体传动系统，其特征是摆动压缸为能将一个机械往复运动的动力转换成流体直流循环运动或流体往复运动动力的叶片式或齿轮齿条活塞式或双齿轮双齿条活塞式或柱塞式或双螺旋式摆动压缸和能将4个或4个以上机械往复运动的动力转换成流体直流循环运动或流体往复运动动力的叶片式或齿轮齿条活塞式或双齿轮双齿条活塞式或柱塞式或双螺旋式摆动压缸。
6.根据权利要求3、4和5所述流体传动系统，其特征是所述流体为液体或气体，所述摆动压缸为液压缸或气压缸，所述流体马达为液压马达或气压马达。
7.根据权利要求3所述棘轮机构，其特征是棘轮机构为能将一个或多个机械往复运动的动力转换成机械旋转运动动力的啮合式棘轮机构或摩擦式棘轮机构；啮合式棘轮机构为外棘齿或内棘齿棘轮机构，齿形为三角形齿或矩形齿；啮合式棘轮机构为单动式或双动式棘轮机构；摩擦式棘轮机构为偏心楔块式棘轮机构或滚子楔紧式棘轮机构。
8.根据权利要求1和2所述一种并列式混合励磁磁能发生装置，其特征是利用联动齿轮(9)和/或椭轮，将多个摇柄铁心的摆动动力集中于同一轴输出。
9.根据权利要求1、3和8所述一种并列式混合励磁磁能发生装置，其特征是联动齿轮与流体传动系统或棘轮机构之间通过一个或一个以上的中间齿轮(10)传递动力，以放大摆动件的摆动角度。
10.根据权利要求1、2和3所述一种并列式混合励磁磁能发生装置，其特征是利用缓冲装置或挡块限制摇柄磁铁的摆动范围。
全文摘要
本发明涉及一种并列式混合励磁磁能发生装置，主要由转子、磁环、磁铁、励磁绕组、摇柄铁心和摇杆组成。转子四周设有两段或两段以上四对极或四对极以上的永磁体分布形式的磁环，同段磁环的S磁极和N磁极相间排列；4条或4条以上的摇杆对称或平均分布在转子的周围，每条摇杆上都设有两段或两段以上的摇柄铁心，磁铁和励磁绕组分别并列设在不同段的摇柄铁心上；与同一段磁环相对的磁铁或励磁绕组中，有一半的磁铁或励磁绕组设定为S极向轴排列，另有一半的磁铁或励磁绕组设定为N极向轴排列。磁能发生装置产生的机械往复摆动的动力通过流体传动系统或棘轮机构转换成机械旋转运动或机械往复运动的动力输出。
文档编号H02N11/00GK102315801SQ201010215080
公开日2012年1月11日 申请日期2010年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者李贵祥 申请人:李贵祥