往复换向的磁性动力机构的制作方法

专利名称：往复换向的磁性动力机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一般机器或发动机，特别是指一种往复换向的磁性动力机构。
背景技术：
现有机械装置的动力机构主要分为电动动力机构和燃油动力机构，使用这两种动 力机构虽然能够为机械装置提供动力达到驱动装置完成相应功能操作的目的，但这两种动 力机构都是以大量消耗能源和污染环境缺乏对环境友好为代价，因而限制了现有动力机构 的进一步扩大使用。虽然也有对磁性动力进行研究的报道，但因对磁性材料加工以及相应 材料组合后的磁性有较大的认知难度，因而研究至今未有突破性进展，仅能作为模型或原 理展示尚不具备实用价值。

发明内容
本发明所要解决的技术问题就在于针对现有使用的动力机构存在的缺陷，提供一 种由内外圈磁钢组成采用自行进行往复换向结构的具备超低能耗、零排放无污染的往复换 向的磁性动力机构。本发明的往复换向的磁性动力机构由侧盖板、机架、外圈磁钢、第1定位轮和第2 定位轮、定位板、输出轴、侧盖轴承、换向器、内圈保持架、内圈磁钢组成，其中外圈磁钢在内 圈磁钢之外由呈圆周状均布设置的外圈单元磁钢构成，内圈磁钢由呈圆周状均布设置的内 圈单元磁钢构成，侧盖板固定在圆筒状机架的左右端，内圈保持架位于机架内动力机构的 中心部位，输出轴安装在内圈保持架的中心孔内，外圈单元磁钢呈圆周状安装在内圈保持 架外侧的机架内，换向器固定在内圈保持架的左右侧面，定位板与设置在外圈单元磁钢中 的导向轴相连接并交替位于机架内内圈保持架左右侧的换向器内侧，第1定位轮和第2定 位轮安装在定位板上，内圈单元磁钢安装在内圈保持架的圆周周边，侧盖轴承位于侧盖板 的中心孔内安装在输出轴的端部。第1定位轮和第2定位轮还通过铆钉铆接安装在定位板上，定位板的形状为长底 边、低高度的三角形，也可以为矩形、菱形、椭圆形；第1定位轮和第2定位轮相对安装在三 角形定位板两个底角位置。导向轴一端与定位板相连贯穿外圈单元磁钢将外圈单元磁钢 安装在机架内，通过转动定位板带动导向轴转动确定外圈单元磁钢的方向。导向轴两端的 露出部位分别装有导向轴轴承，导向轴轴承通过导向轴螺母压紧。导向轴与外圈单元磁钢 为分体式，也可以直接将导向轴设置在外圈单元磁钢上成为一体。外圈单元磁钢的截面形 状为近椭圆形，长X高X宽的尺寸规格为L1XH1 XW= 58mmX24mmX17mm，磁力线强度 为3800Gs，也可以根据实际使用的需要确定外圈单元磁钢相应的形状、规格等参数；外圈 单元磁钢按同一极性在机架内圆周排列。定位板交替安装于机架内左侧和右侧，也可以安 装于机架内同一侧，输出轴与内圈保持架通过键连为一体实现同步转动。内圈单元磁钢的 截面形状为三角形，长X高X底边长的尺寸规格为L2XH2XL3 = 58mmX35mmX 15mm, 磁力线强度为3800Gs ；也可以根据实际使用的需要确定内圈单元磁钢相应的形状、规格等参数；内圈单元磁钢通过在内圈保持架周边钻孔进行安装，也可通过螺钉、定位销或者粘合 剂将内圈单元磁钢安装在内圈保持架的周边；内圈保持架周边的全部内圈单元磁钢分为数 量相同极性相反的两部分对称排列于内圈保持架周边的同一圆周平面上；数量相同极性相 反的每相邻两部分内圈磁钢构成一组对称排列；全部内圈单元磁钢至少分为两等份，也可 分为四等份、六等份或者更多偶数等份，内圈磁钢至少为一组对称排列，也可以是二组、三 组或更多组对称排列。两片换向器对称安装于内圈保持架左右侧面，每片换向器内侧设置 有一段逆时针换向组和一段顺时针换向组，也可以设置二段、三段或更多段的逆时针换向 组和顺时针换向组，每片换向器内侧的逆时针换向组和顺时针换向组的数量应相等并间隔 分布，一段逆时针换向组和相邻的一段顺时针换向组构成一对换向组；每片换向器内侧至 少设置一对换向组，也可设置二对、三对或更多对换向组，每片换向器内侧设置的换向组对 数应和内圈磁钢的对称排列组数相等。逆时针换向组由外导向和后续仰端凸块组成，也可 不设外导向直接由仰端凸块构成，外导向位于逆时针换向组的顺时针起始部位，仰端凸块 的顺时针起始部位为凸块仰端，仰端凸块的外圆弧为仰端后续外缘，内圆弧为仰端后续内 缘；顺时针换向组由内导向和后续俯端凸块组成，也可不设内导向直接由俯端凸块构成，内 导向位于顺时针换向组的顺时针起始部位，俯端凸块的顺时针起始部位为凸块俯端，俯端 凸块的外圆弧为俯端后续外缘，内圆弧为俯端后续内缘；当每片换向器上相邻逆时针换向 组的外导向和顺时针换向组的内导向到磁性动力机构中心的夹角不小于外圈单元磁钢的 平均排列角度时，换向组对数越多，磁性动力机构工作扭矩越大。全部外圈单元磁钢两侧的 定位板分为数量相同的两部分，两部分定位板分别位于两片换向器内侧的逆时针换向组部 位和顺时针换向组部位，其中逆时针换向组部位的定位板由逆时针换向组的仰端凸块前部 起顺时针依次排列，定位板上第1定位轮依次位于仰端凸块的仰端后续外缘，第2定位轮依 次位于仰端凸块的仰端后续内缘直至与顺时针换向组的内导向相靠；顺时针换向组部位的 定位板由顺时针换向组的俯端凸块前部起顺时针依次排列，定位板上第1定位轮依次位于 俯端凸块的俯端后续内缘，第2定位轮依次位于俯端凸块的俯端后续外缘直至与逆时针换 向组的外导向相靠。全部定位板在换向器内侧排列完成后，在逆时针换向组一侧，除外导向 内侧的顺时针换向组的末只定位板所控制的外圈单元磁钢因定位板上第2定位轮未受外 导向推压而呈顺时针倾倒外，其余第1定位轮在仰端外缘的定位板所控制的外圈单元磁钢 皆呈逆时针倾倒；与此同时在顺时针换向组一侧，除内导向前部的逆时针换向组的末只定 位板所控制的外圈单元磁钢因定位板上第2定位轮未受内导向推挤而呈逆时针倾倒外，其 余第1定位轮在俯端内缘的定位板所控制的外圈单元磁钢皆呈顺时针倾倒。全部外圈单元 磁钢由定位板上的定位轮在换向器内侧的位置排列而被分为数量相同倾倒方向相反的两 等份，数量相同倾倒方向相反的相邻两等份外圈磁钢构成一组对称排列。全部外圈单元磁 钢至少分为两等份，也可分为四等份、六等份或者更多偶数等份，外圈磁钢对应内圈磁钢的 对称排列组数和换向器内侧的换向组对数至少为一组对称排列，也可以是二组、三组或更 多组对称排列。因磁力作用，顺时针倾倒的外圈磁钢对应贴近内圈磁钢的N极部分，而逆时 针倾倒的外圈磁钢则对应贴近内圈磁钢的S极部分。每组对称排列的外圈磁钢对应一组对 称排列的内圈磁钢和换向器内侧一对换向组。侧盖轴承外侧还装有套管并以输出轴螺母压 紧。侧盖板与机架的连接可以用侧盖螺丝紧固，也可直接通过螺纹连接。机架既可以是一 体式也可以是组合式。在机架右端的输出轴上安装制动盘，制动器对应于制动盘的位置安装在侧盖板上。当装配往复换向的磁性动力机构时，按以下步骤进行装配操作第一步连接导向轴和定位板。先将导向轴一端固定在定位板上，再将第1定位轮 和第2定位轮安装在定位板上。第二步安装导向轴轴承。径向固定机架，在机架两侧外圈单元磁钢导向轴安装孔 内分别嵌入导向轴轴承。第三步安装外圈单元磁钢。将外圈单元磁钢以相同极性置于机架内的外圈单元 磁钢安装位置后，将已固定有定位板的导向轴一端由机架上安装外圈单元磁钢位置的左侧 和右侧导向轴轴承孔交替垂直插入，贯穿外圈单元磁钢至另一侧导向轴轴承孔穿出，以导 向轴螺母压紧将外圈单元磁钢安装于机架内，外圈单元磁钢安装完毕后定位板交替位于机 架内外圈单元磁钢安装位置的左侧和右侧。第四步安装内圈单元磁钢和输出轴。将全部内圈单元磁钢分为数量相同极性相 反的两部分安装在内圈保持架周边孔内。将输出轴穿过内圈保持架中心孔至两端露出并通 过键连接固定，然后将安装了内圈单元磁钢和输出轴的内圈保持架放入机架中央。第五步安装换向器。将两片换向器分别由输出轴的两端套入至与内圈保持架相 贴并保持两片换向器相对称。将换向器逆时针换向组部位的定位板由逆时针换向组仰端凸 块的前部起顺时针依次排列，定位板上第1定位轮依次排列于仰端凸块的仰端后续外缘， 而第2定位轮则依次排列于仰端凸块的仰端后续内缘直至与顺时针换向组的内导向相靠； 将换向器顺时针换向组部位的定位板由顺时针换向组俯端凸块的前部起顺时针依次排列， 定位板上第1定位轮依次排列于俯端凸块的俯端后续内缘，而第2定位轮则依次排列于俯 端凸块的俯端后续外缘直至与逆时针换向组的外导向相靠。换向器内侧每对换向组对应一 组对称排列的外圈磁钢和一组对称排列的内圈磁钢。第六步固定换向器，安装侧盖板。稳定住换向器，将输出轴顺时针扭转，使原本磁 极相对应的外圈单元磁钢与内圈单元磁钢强行错开，用装配工装将输出轴暂时稳定，再以 螺丝将换向器固定在内圈保持架两侧。将安装了侧盖轴承的侧盖板分别套上输出轴两端， 通过侧盖螺丝与机架连接。将套管分别套上输出轴两端后，再用输出轴螺母压紧。第七步安装制动器。为了有效控制磁性动力机构的运行，需要安装制动器。将制 动盘旋紧在输出轴右端，然后将制动器对应制动盘的位置安装在侧盖板上。锁紧制动器，松 开暂时稳定输出轴的装配工装，完成制动器安装，整个动力机构装配工作完毕。安装制动器也可以使用以下方法，将制动盘固定在侧盖板外侧，同时将制动器对 应制动盘的位置安装在输出轴一端。锁紧制动器，松开装配工装完成制动器安装。当往复换向的磁性动力机构进行工作时，松开制动器后，被强行顺时针错开的内 圈磁钢因磁力作用即作逆时针回转并带动内圈保持架回转，换向器也随同内圈保持架回 转，换向器上逆时针换向组的外导向依次将处于换向组凸块外侧的第2定位轮推压，带动 受压第2定位轮所在的定位板作逆时针转动，当第2定位轮即将到达外导向的最内位置 时，与受压第2定位轮同在一个定位板的第1定位轮则由逆时针换向组仰端凸块的仰端推 动继续逆时针转动直至仰端后续外缘后，由定位板所控制的外圈单元磁钢即由原来的顺时 针倾倒变成了逆时针倾倒；与此同时换向器上顺时针换向组的内导向依次将处于换向组凸 块内侧的第2定位轮推托，带动被推第2定位轮所在的定位板作顺时针转动，当第2定位轮即将到达内导向的最外位置时，与受推第2定位轮同在一个定位板的第1定位轮则由顺 时针换向组的俯端凸块的俯端推压继续顺时针转动直至俯端后续内缘后，由定位板所控制 的外圈单元磁钢即由原来的逆时针倾倒变成了顺时针倾倒，外圈磁钢的对称倾倒位置因此 而呈逆时针方向移动，内圈磁钢也随着所对应贴近的外圈磁钢的对称倾倒位置的移动而移 动，随内圈磁钢移动的内圈保持架的逆时针方向移动带动换向器和输出轴一同转动。当换 向器逆时针换向组的仰端凸块前部的定位板上的第1定位轮被逆时针换向组的凸块仰端 即将推到仰端外缘时，下一只定位板上的第2定位轮则刚开始被逆时针换向组的外导向推 压；与此同时当换向器顺时针换向组的俯端凸块前部的定位板上的第1定位轮被顺时针换 向组的凸块俯端即将推压到俯端内缘时，下一只定位板上的第2定位轮则刚开始被顺时针 换向组的内导向推动。当位于逆时针换向组外导向内侧的顺时针换向组的末只定位板所控 制的外圈单元磁钢因换向器的逆时针转动由顺时针倾倒变成逆时针倾倒后，这只定位板便 不再转动，定位板上的第1定位轮便在逆时针转动的仰端凸块的仰端外缘依次滚动，而定 位板转动前处于换向组凸块外侧的第2定位轮在定位板逆时针转动结束后则处于换向组 凸块的内侧，并在第1定位轮滚动一定距离后便进入仰端内缘并滚动；当定位板上第1定位 轮和第2定位轮因换向器的逆时针转动而全部脱离逆时针换向组的仰端凸块后，处于换向 组凸块内侧的第2定位轮即开始被同对换向组中的顺时针换向组的内导向推托，所在定位 板即作顺时针回转并带动所控制的外圈单元磁钢由逆时针倾倒再回到顺时针倾倒。与此同 时，当位于顺时针换向组内导向外侧的逆时针换向组的末只定位板所控制的外圈单元磁钢 因换向器的逆时针转动由逆时针倾倒变成顺时针倾倒后，这只定位板便不再转动，定位板 上的第1定位轮便在逆时针转动的换向器内侧顺时针换向组的俯端内缘依次滚动，而定位 板转动前处于换向组凸块内侧的第2定位轮在定位板顺时针转动结束后则处于换向组凸 块的外侧，并在第1定位轮滚动一定距离后也到达俯端外缘并滚动；当定位板上第1定位轮 和第2定位轮因换向器的逆时针转动而全部脱离顺时针换向组的俯端凸块后，处于换向组 凸块外侧的第2定位轮即开始被同对换向组中的逆时针换向组的外导向推压，所在定位板 即作逆时针回转并带动所控制的外圈单元磁钢由顺时针倾倒再回到逆时针倾倒。如此周而 复始往复不断，磁性动力机构进入工作状态，由输出轴向外输出动力，旋转方向为逆时针方 向。锁紧制动器时，输出轴及内圈保持架即停止转动。本发明的往复换向的磁性动力机构，输出轴和机架始终处于相对运转状态，当逆 时针旋转的输出轴被固定不旋转时，整个机架部分就会围绕输出轴作顺时针方向转动，根 据不同用途的需要也可由机架输出动力进行工作。在保持磁性动力机构的体积和磁钢磁力线强度、形状相同的前提下，换向组数越 多，磁性动力机构的工作扭矩就越大；在保持磁性动力机构的结构和磁钢磁力线强度、形状 相同的前提下，单元磁钢的长度和厚度越长越大，磁性动力机构的工作扭矩就越大；在保持 磁性动力机构的结构和磁钢磁力线强度、形状、规格相同的前提下，内圈磁钢和外圈磁钢排 列所形成的圆的直径越大，磁性动力机构的工作扭矩就越大。磁性动力机构的工作扭矩大 小除了由构造结构所决定外，还受到磁钢的磁力线强度影响，磁钢磁力线强度会随着时间 的延长而逐渐衰减。当内外圈磁钢的磁作用力等于或小于外圈单元磁钢的换向阻力与定位 轮在换向器上的摩擦力之和时，磁性动力机构即停止运转。自往复换向的磁性动力机构装 配完成起至因磁性衰减而停止运转止为磁性动力机构的工作周期，磁性动力机构的工作周期一般可达数年。本发明往复换向的磁性动力机构的单机额定功率为0. 15 llOkw，在转速为 300 400r/min时，最大输出扭矩为4 3500N · m ；通过多台磁性动力机构并轴使用的合 并功率可达到2200kw。本发明的优点就在于由于采用了由内外圈磁钢组成自行往复换向的结构，使磁性 动力机构具备了能够实际驱动机械完成相应功能操作的足够输出功率，根本改变了目前磁 性动力机构仅靠漏磁或剩磁工作而导致的无功率或微功率的状况，实用价值突出，从而使 磁性动力机构的工业化生产和使用成为可能。与电动动力机构和燃油动力机构相比，第一， 本发明的往复换向的磁性动力机构使用能耗超低，磁性动力机构的磁钢仅在磁钢制造时用 充磁设备短时间进行一次性充磁即可使磁性动力机构工作一个周期，避免了电动动力机构 和燃油动力机构在工作过程中大量消耗能源的浪费现象。第二，本发明的往复换向的磁性 动力机构进行能量补充或更换的周期长，一般磁性动力机构的工作周期不少于3-5年；当 磁性动力机构工作满一个工作周期后，只要对其内部磁钢再次充磁或进行更换，即可让磁 性动力机构继续工作；避免了电动动力机构和燃油动力机构需经常不断进行能源供给的麻 烦。第三，本发明的往复换向的磁性动力机构具有安全、低噪声和环保的特点，与电动动力 机构和燃油动力机构相比，本发明磁性动力机构更安全、噪音更低、并且能够达到零排放无 污染的使用效果。本发明的往复换向的磁性动力机构可广泛应用于磁动交通工具、磁动风 扇和磁动洗衣机等日用动力产品以及磁能发电站等领域；通过磁性动力机构的单体使用或 并轴运用以及通过磁电或磁油混合动力的方式都可满足使用的需要。与风能和太阳能的利 用相比，磁性动力的利用不受地势、天气和环境等条件制约，对缓解日趋严重的能源和环境 危机具有重大意义。因此本发明往复换向的磁性动力机构具有广阔的推广应用前景。
以下结合附图对本发明做进一步的说明；

图1是本发明往复换向的磁性动力机构的结构主视示意图；图2是本发明往复换向的磁性动力机构主视示意的A-A剖面示意图；图3是本发明往复换向的磁性动力机构外圈单元磁钢和定位板的位置关系示意 图；图4是本发明往复换向的磁性动力机构主视示意的B-B剖面示意图；图5是本发明往复换向的磁性动力机构控制外圈单元磁钢换向的定位板转动过 程示意图；图6是本发明往复换向的磁性动力机构的换向器结构示意图；图7是本发明往复换向的磁性动力机构的外圈单元磁钢外形示意图；图8是本发明往复换向的磁性动力机构的内圈单元磁钢外形示意图；图9是本发明往复换向的磁性动力机构为两对换向组时的换向器和定位板位置 关系示意图；图10是本发明往复换向的磁性动力机构为两对换向的定位板和两组对称排列的 外圈磁钢的位置关系示意图；图11是本发明往复换向的磁性动力机构外圈磁钢和内圈磁钢的两组对称排列示意图。参照附1、图2、图3和图4 如图，1、侧盖板，2、机架，3、外圈磁钢，4-1 2、 铆钉，5-1、第1定位轮，5-2、第2定位轮，6-1 2、导向轴轴承，7、定位板，8、键，9、输出轴， 10、输出轴螺母，11、套管，12、侧盖轴承，13、螺丝，14-1 2、换向器，15、内圈保持架，16、内 圈磁钢，17、导向轴，18、导向轴螺母，19、侧盖螺丝，20、制动盘，21、制动器。图中字母N表示 磁性N极，S表示磁性S极，Q表示逆时针转动的起始定位板，K表示顺时针转动的起始定位 板。参照附5 如图，字母a、b、C、d表示逆时针转动的逆时针换向组仰端凸块的 仰端四个运行位置，字母Q-l、Q_2、Q-3、Q-4表示对应逆时针换向组仰端凸块的仰端四个运 行位置的逆时针转动的起始定位板转动全过程中的四个位置，其中Q-I表示定位板转动起 始，Q-4表示定位板转动结束；字母al、bl、cl、dl表示逆时针转动的顺时针换向组俯端凸 块的俯端四个运行位置，字母Κ-1、Κ-2、Κ-3、Κ-4表示对应顺时针换向组俯端凸块的俯端四 个运行位置的顺时针转动的起始定位板转动全过程中的四个位置，其中K-I表示定位板转 动起始，Κ-4表示定位板转动结束；大箭头表示逆时针换向组和顺时针换向组的转动方向； 小箭头表示定位板的转动方向。参照附6 如图，字母W表示外导向，Y表示仰端凸块的仰端，Yl表示仰端后续 内缘，Υ2表示仰端后续外缘，V表示内导向，F表示俯端凸块的俯端，Fl表示俯端后续内缘， F2表示俯端后续外缘。参照附7和图8 如图，字母Li、L2、L3分别表示长度，W表示宽度，HI、H2分
别表示高度。参照附9和图10 如图，字母Q表示换向器第一对换向组中逆时针转动的起 始定位板，K表示换向器第一对换向组中顺时针转动的起始定位板；字母Qa表示换向器第 二对换向组中逆时针转动的起始定位板，Ka表示第二对换向组中顺时针转动的起始定位 板。参照附11 如图，字母。工㈠和氏㈠为对称排列的相邻两部分外圈单元磁钢， 全部外圈单元磁钢分为四等份；字母1\ 3和Ub3为对称排列的相邻两部分内圈单元磁钢， 全部内圈单元磁钢分为四等份。
具体实施例方式以下是本发明的实施例，本发明的实际使用并不局限于实施例。实施例1，往复换向的磁性动力机构采用本发明结构的往复换向的磁性动力机构。参阅附图，如图1、图2、图3和图 4，往复换向的磁性动力机构由侧盖板1、机架2、外圈磁钢3、第1定位轮5-1和第2定位轮 5-2、定位板7、输出轴9、侧盖轴承12、换向器14-1 2、内圈保持架15、内圈磁钢16组成， 其中外圈磁钢3在内圈磁钢16之外由呈圆周状均布设置的外圈单元磁钢构成，内圈磁钢16 由呈圆周状均布设置的内圈单元磁钢构成，侧盖板1固定在圆筒状机架2的左右端，内圈保 持架15位于机架2内动力机构的中心部位，输出轴9安装在内圈保持架15的中心孔内，外 圈单元磁钢呈圆周状安装在内圈保持架15外侧的机架2内，换向器14-1 2固定在内圈 保持架15的左右侧面，定位板7与设置在外圈单元磁钢中的导向轴17相连接并交替位于机架2内内圈保持架15左右侧的换向器14-1 2内侧，第1定位轮5-1和第2定位轮5_2 安装在定位板7上，内圈单元磁钢安装在内圈保持架15的圆周周边，侧盖轴承12位于侧盖 板1的中心孔内安装在输出轴9的端部。 如图1至图3，第1定位轮5-1和第2定位轮5_2通过铆钉4_1 2铆接安装在定 位板7上。定位板的形状为长底边、低高度的三角形。在内圈保持架15左侧换向器14-1内 侧的定位板7上，第1定位轮5-1安装在三角形定位板7的底边左侧顶端，第2定位轮5-2 安装在三角形定位板7的底边右侧顶端；在内圈保持架15右侧换向器14-2内侧的定位板 7上，第1定位轮5-1安装在三角形定位板7的底边右侧顶端，第2定位轮5-2安装在三角 形定位板7的底边左侧顶端。导向轴17 —端与定位板7相连贯穿外圈单元磁钢将外圈单 元磁钢安装在机架2内，通过转动定位板7带动导向轴17转动确定外圈单元磁钢的方向。 导向轴17两端的露出部位分别装有导向轴轴承6-1 2，导向轴轴承通过导向轴螺母18压 紧。导向轴17与外圈单元磁钢为分体式。如图7，外圈单元磁钢的截面形状为近椭圆形， 长X高X宽的尺寸规格为L1XH1XW = 58mmX24mmX 17mm，磁力线强度为3800Gs ；外圈 单元磁钢按同一极性在机架2内圆周排列。如图1，定位板7交替安装于机架2内左侧和 右侧，输出轴9与内圈保持架15通过键8连为一体实现同步转动。如图8，内圈单元磁钢 的截面形状为三角形，长X高X底边长的尺寸规格为L2XH2XL3 = 58mmX35mmX 15mm, 磁力线强度为3800Gs ；内圈单元磁钢通过在内圈保持架15周边钻孔安装在内圈保持架的 周边；内圈保持架15周边的全部内圈单元磁钢对称排列于内圈保持架周边的同一圆周平 面上，对称排列的内圈单元磁钢数量相同极性相反。如图1，两片换向器14-1 2对称安装 于内圈保持架左右侧面；如图2，每片换向器14内侧设置有逆时针换向组和顺时针换向组， 每段逆时针换向组和相邻的顺时针换向组构成一对换向组。如图6，逆时针换向组由外导向 W和后续仰端凸块组成，外导向W位于逆时针换向组的顺时针起始部位，仰端凸块的顺时针 起始部位为凸块仰端Y，仰端凸块的外圆弧为仰端后续外缘Y2，内圆弧为仰端后续内缘Yl ； 顺时针换向组由内导向V和后续俯端凸块组成，内导向位于顺时针换向组的顺时针起始部 位，俯端凸块的顺时针起始部位为凸块俯端F，俯端凸块的外圆弧为俯端后续外缘F2，内圆 弧为俯端后续内缘F1。如图2和图3，，全部外圈单元磁钢两侧的定位板7分别位于换向器 14-1 2上逆时针换向组部位和顺时针换向组部位，逆时针换向组部位和顺时针换向组部 位的定位7板数量相同，其中逆时针换向组部位的定位板7由逆时针换向组的仰端凸块前 部起顺时针依次排列，定位板上第1定位轮5-1依次位于仰端后续外缘，第2定位轮5-2依 次位于仰端凸块的仰端后续内缘直至与顺时针换向组的内导向相靠，定位板Q为逆时针转 动的起始定位板；顺时针换向组部位的定位板7由顺时针换向组的俯端凸块前部起顺时针 依次排列，定位板上第1定位轮5-1依次位于俯端凸块的俯端后续内缘，第2定位轮5-2依 次位于俯端凸块的俯端后续外缘直至与逆时针换向组的外导向相靠，定位板K为顺时针转 动的起始定位板。全部定位板在换向器14-1 2内侧排列完成后，在逆时针换向组一侧， 除外导向内侧的顺时针换向组的末只定位板7所控制的外圈单元磁钢因定位板上第2定位 轮未受外导向推压而呈顺时针倾倒外，其余第1定位轮在仰端外缘的定位板7所控制的外 圈单元磁钢皆呈逆时针倾倒；与此同时在顺时针换向组一侧，除内导向前部的逆时针换向 组的末只定位板7所控制的外圈单元磁钢因定位板上第2定位轮未受内导向推挤而呈逆时 针倾倒外，其余第1定位轮在俯端内缘的定位板7所控制的外圈单元磁钢皆呈顺时针倾倒。全部外圈单元磁钢由定位板7上的第1定位轮和第2定位轮在换向器14-1 2内侧的位 置排列而构成对称排列。因磁力作用，顺时针倾倒的外圈磁钢3对应贴近内圈磁钢16的N 极部分，而逆时针倾倒的外圈磁钢3则对应贴近内圈磁钢16的S极部分。每组对称排列的 外圈磁钢3对应一组对称排列的内圈磁钢16和换向器14-1 2内侧的一对换向组。侧盖 轴承12外侧还装有套管11并以输出轴螺母10压紧。侧盖板1与机架2的连接用侧盖螺 丝19紧固。机架2为一体式。在机架2右端的输出轴9上安装制动盘20，制动器21对应 于制动盘的位置安装在侧盖板上1。当装配往复换向的磁性动力机构时，按以下步骤进行装配操作第一步连接导向轴和定位板。先将导向轴一端固定在定位板上，再将第1定位轮 和第2定位轮安装在定位板上。第二步安装导向轴轴承。径向固定机架，在机架两侧外圈单元磁钢导向轴安装孔 内分别嵌入导向轴轴承。第三步安装外圈单元磁钢。将外圈单元磁钢以相同极性置于机架内的外圈单元 磁钢安装位置后，将已固定有定位板的导向轴一端由机架上安装外圈单元磁钢位置的左侧 和右侧导向轴轴承孔交替垂直插入，贯穿外圈单元磁钢至另一侧导向轴轴承孔穿出，以导 向轴螺母压紧将外圈单元磁钢安装于机架内，外圈单元磁钢安装完毕后定位板交替位于机 架内外圈单元磁钢安装位置的左侧和右侧。第四步安装内圈单元磁钢和输出轴。将全部内圈单元磁钢对称排列安装在内圈 保持架周边孔内。将输出轴穿过内圈保持架中心孔至两端露出并通过键连接固定，然后将 安装了内圈单元磁钢和输出轴的内圈保持架放入机架中央。第五步安装换向器。将两片换向器分别由输出轴的两端套入至与内圈保持架相 贴并保持两片换向器相对称。将换向器逆时针换向组部位的定位板由逆时针换向组的仰 端凸块的前部起顺时针依次排列，定位板上第1定位轮依次排列于仰端凸块的仰端后续外 缘，而第2定位轮则依次排列于仰端凸块的仰端后续内缘直至与顺时针换向组的内导向相 靠；将换向器顺时针换向组部位的定位板由顺时针换向组的俯端凸块前部起顺时针依次排 列，定位板上第1定位轮依次排列于俯端凸块的俯端后续内缘，而第2定位轮则依次排列于 俯端凸块的俯端后续外缘直至与逆时针换向组的外导向相靠。换向器内侧每对换向组对应 一组对称排列的外圈磁钢和一组对称排列的内圈磁钢。第六步固定换向器，安装侧盖板。稳定住换向器，将输出轴顺时针扭转，使原本磁 极相对应的外圈单元磁钢与内圈单元磁钢强行错开，用装配工装将输出轴暂时稳定，再以 螺丝将换向器固定在内圈保持架两侧。将安装了侧盖轴承的侧盖板分别套上输出轴两端， 通过侧盖螺丝与机架连接。将套管分别套上输出轴两端后，再用输出轴螺母压紧。第七步安装制动器。为了有效控制磁性动力机构的运行，需要安装制动器。将制 动盘旋紧在输出轴右端，然后将制动器对应制动盘的位置安装在侧盖板上。锁紧制动器，松 开暂时稳定输出轴的装配工装，完成制动器安装，整个动力机构装配工作完毕。当往复换向的磁性动力机构进行工作时，松开制动器后，被强行顺时针错开的内 圈磁钢因磁力作用即作逆时针回转并带动内圈保持架回转，换向器14也随同内圈保持架 回转，如图5，换向器14上逆时针换向组的外导向依次将处于换向组凸块外侧的第2定位 轮5-2逆时针推压，带动受压第2定位轮所在的定位板作逆时针转动，如图，字母a、b、C、d分别为逆时针转动的逆时针换向组仰端凸块的仰端动作的四个运行位置，Q-U Q-2、Q-3、 Q-4分别为对应仰端凸块的仰端动作四个运行位置的逆时针转动的起始定位板转动全过 程中的四个位置，其中Q-I表示定位板转动起始，Q-4表示定位板转动结束；当第2定位轮 即将到达外导向的最内位置时，与受压第2定位轮同在一个定位板的第1定位轮则由逆时 针换向组的仰端凸块的仰端推动继续逆时针转动直至仰端后续外缘后，由定位板所控制的 外圈单元磁钢即由原来的顺时针倾倒变成了逆时针倾倒；与此同时换向器14上顺时针换 向组的内导向依次将第2定位轮5-2推托，带动被推第2定位轮所在的定位板作顺时针转 动，如图，字母al、bl、cl、dl分别为逆时针转动的顺时针换向组俯端凸块的俯端四个运行 位置，Κ-1、Κ-2、Κ-3、Κ-4分别为对应俯端凸块的俯端四个运行位置的顺时针转动的起始定 位板转动全过程中的四个位置，其中K-I表示定位板转动起始，Κ-4表示定位板转动结束； 当第2定位轮即将到达内导向的最外位置时，与受推第2定位轮同在一个定位板的第1定 位轮则由顺时针换向组的俯端凸块的俯端推压继续顺时针转动直至俯端后续内缘后，由定 位板所控制的外圈单元磁钢即由原来的逆时针倾倒变成了顺时针倾倒，外圈磁钢的对称倾 倒位置因此而呈逆时针方向移动，内圈磁钢16也随着所对应贴近的外圈磁钢3的对称倾倒 位置的移动而移动，随内圈磁钢移动的内圈保持架的逆时针方向移动带动换向器和输出轴 一同转动。当换向器逆时针换向组的仰端凸块前部的定位板上的第1定位轮被逆时针换向 组的凸块仰端即将推到仰端外缘时，下一只定位板上的第2定位轮则刚开始被逆时针换向 组的外导向推压；与此同时当换向器顺时针换向组的俯端凸块前部的定位板上的第1定位 轮被顺时针换向组的凸块俯端即将推压到俯端内缘时，下一只定位板上的第2定位轮则刚 开始被顺时针换向组的内导向推动。当位于逆时针换向组外导向内侧的顺时针换向组的末 只定位板所控制的外圈单元磁钢因换向器的逆时针转动由顺时针倾倒变成逆时针倾倒后， 这只定位板便不再转动，定位板上的第1定位轮便在逆时针转动的仰端凸块的仰端外缘依 次滚动，而定位板转动前处于换向组凸块外侧的第2定位轮在定位板逆时针转动结束后则 处于换向组凸块的内侧，并在第1定位轮滚动一定距离后便进入仰端内缘并滚动；当定位 板上第1定位轮和第2定位轮因换向器的逆时针转动而全部脱离逆时针换向组的仰端凸块 后，处于换向组凸块内侧的第2定位轮即开始被同对换向组中的顺时针换向组的内导向推 托，所在定位板即作顺时针回转并带动所控制的外圈单元磁钢由逆时针倾倒再回到顺时针 倾倒。与此同时，当位于顺时针换向组内导向外侧的逆时针换向组的末只定位板所控制的 外圈单元磁钢因换向器的逆时针转动由逆时针倾倒变成顺时针倾倒后，这只定位板便不再 转动，定位板上的第1定位轮便在逆时针转动的换向器内侧顺时针换向组的俯端内缘依次 滚动，而定位板转动前处于换向组凸块内侧的第2定位轮在定位板顺时针转动结束后则处 于换向组凸块的外侧，并在第1定位轮滚动一定距离后也到达俯端外缘并滚动；当定位板 上两个定位轮因换向器的逆时针转动而全部脱离顺时针换向组的俯端凸块后，处于换向组 凸块外侧的第2定位轮即开始被同对换向组中的逆时针换向组的外导向推压，所在定位板 即作逆时针回转并带动所控制的外圈单元磁钢由顺时针倾倒再回到逆时针倾倒。如此周而 复始往复不断，磁性动力机构进入工作状态，由输出轴向外输出动力，旋转方向为逆时针方 向。锁紧制动器时，输出轴及内圈保持架即停止转动。 将往复换向的磁性动力机构应用于发电机组用大型磁性动力机组，发电机组用大 型磁性动力机组单机外圈单元磁钢的数量为240块，每块外圈单元磁钢截面形状为近椭圆形，外圈单元磁钢的规格为Ll = 240mm, Hl = 24mm, W = 17mm，磁力线强度为4500Gs，内圈 单元磁钢数量为192块，每块内圈单元磁钢截面形状为三角形，内圈单元磁钢的规格为L2 =240mm, H2 = 35mm, L3 = 20mm，磁力线强度为4500Gs ；全部内圈单元磁钢分为48等份，构 成24组对称排列；定位板为左侧与右侧交替设置，采用机架内两侧分别安装换向器，每侧 换向器内侧设置24对换向组。全部外圈单元磁钢由定位板上的第1定位轮和第2定位轮 在换向器内侧的位置排列而被分为数量相同倾倒方向相反的48等份，构成24组对称排列， 制成往复换向的磁性动力机构单机，规格为直径Φ 2060mm，厚度450mm，额定功率llOkw， 最大扭矩3500N · m，转速约300r/min。以20只磁性动力机构单机为一个动力单元对应一 台发电机组，每10只输出轴串联的磁性动力机构单机为一组，分成两组，在发电机组转动 轴轴向两侧各设一组，两组磁性动力机组方向相反，并分别将输出轴的前端和后端通过变 速器与发电机组的转动轴两端相连接，以保证发电机转子旋向一致。合并后磁性动力单元 额定功率为2200kw。根据实际需要可采用多个磁性动力单元对应多个发电机组进行并网以 满足供电要求。往复换向的磁性动力机构还分别应用于磁动风扇、磁性动力自行车、小型低速磁 动景点观光汽车、小型磁动发电机组等。实施例2，换向器具有二对换向组的往复换向的磁性动力机构采用本发明结构的往复换向的磁性动力机构。往复换向的磁性动力机构除换向器 采用具有二对换向组的换向器以及外圈磁钢和内圈磁钢为两组对称排列外，往复换向的磁 性动力机构的结构、装配操作均与实施例1相同。往复换向的磁性动力机构外圈磁钢和内圈磁钢为两组对称排列，如图11，内圈保 持架周边的全部内圈单元磁钢分为数量相同极性相反的四部分对称排列于内圈保持架周 边的同一圆周平面上，构成二组对称排列。图中，字母G1^5和H1^5为对称排列的相邻两部 分外圈单元磁钢，全部外圈单元磁钢分为四等份；字母1\ 3和Ub3为对称排列的相邻两部 分内圈单元磁钢，全部内圈单元磁钢分为四等份。如图1，两片换向器14-1 2对称安装于 内圈保持架左右侧面；如图9和图10，每片换向器14内侧间隔设置有二段逆时针换向组和 二段顺时针换向组，每段逆时针换向组和相邻一段顺时针换向组构成一对换向组，每片换 向器内侧共设二对换向组。全部外圈单元磁钢两侧的定位板分为数量相同的四部分，四部 分定位板分别位于换向器内侧二段逆时针换向组和二段顺时针换向组部位，定位板在换向 器内侧逆时针换向组和顺时针换向组的排列等结构与实施例1相同。将换向器具有二对换向组的往复换向的磁性动力机构应用于磁动风扇，磁动风扇 磁性动力机构的外圈单元磁钢数量为18块，每块单元磁钢截面形状为近椭圆形，外圈单元 磁钢的规格为L1 = 40mm、Hl = 24mm、W = 17mm，磁力线强度为3800高斯；内圈单元磁钢 数量为10块，每块单元磁钢的截面形状为三角形，内圈单元磁钢的规格为L2 = 40mm、H2 =33mm、L3 = 15mm，磁力线强度为3800高斯；全部内圈单元磁钢分为数量相同极性相反的 四部分，构成二组对称排列。两片换向器在内圈保持架两侧安装，每片换向器内侧设有二对 换向组。全部外圈单元磁钢由定位板上的第1定位轮和第2定位轮在换向器内侧的位置排 列而被分为数量相同倾倒方向相反的4等份，构成2组对称排列，整机规格直径Φ 230mm, 厚度95mm。风扇规格风叶旋转直径Φ 400mm，转速350r/min，功率147W。实施例3，换向器具有三对换向组的往复换向的磁性动力机构
采用本发明结构的往复换向的磁性动力机构。往复换向的磁性动力机构除换向器 采用具有三对换向组的换向器以及外圈磁钢和内圈磁钢为三组对称排列外，往复换向的磁 性动力机构的结构、装配操作均与实施例1相同。往复换向的磁性动力机构外圈磁钢和内圈磁钢为三组对称排列，内圈保持架周边 的全部内圈单元磁钢分为数量相同极性相反的六等份对称排列于内圈保持架周边的同一 圆周平面上，构成三组对称排列。两片换向器对称安装于内圈保持架左右侧面，每片换向器 内侧间隔设置有三段逆时针换向组和三段顺时针换向组，每段逆时针换向组和相邻一段顺 时针换向组构成一对换向组，每片换向器内侧共设三对换向组。全部外圈单元磁钢两侧的 定位板分为数量相同的六部分，六部分定位板分别位于换向器上三段逆时针换向组和三段 顺时针换向组部位，全部外圈单元磁钢由定位板上的第1定位轮和第2定位轮在换向器内 侧的位置排列而被分为数量相同倾倒方向相反的6等份，构成3组对称排列，定位板在换向 器内侧逆时针换向组和顺时针换向组的排列等结构与实施例1相同。由于换向器内侧的逆时针换向组和顺时针换向组的数量及外圈单元磁钢和内圈 单元磁钢的对称排列组数多于实施例2，因此换向器具有三对换向组的往复换向的磁性动 力机构的功率大于实施例2将换向器具有三对换向组的往复换向的磁性动力机构应用于磁性动力自行车，磁 性动力自行车磁性动力机构的外圈单元磁钢数量为24块，外圈单元磁钢的规格为L1 = 58mm、Hl = 24mm、W = 17mm，磁力线强度为3800高斯；内圈单元磁钢数量为12块，每块单 元磁钢的截面形状为三角形，内圈单元磁钢的规格为L2 = 58mm、H2 = 35mm、L3 = 15mm，磁 力线强度为3800高斯；全部内圈单元磁钢分为数量相同方向一致极性相反的六部分，构成 三组对称排列。两片换向器在内圈保持架两侧安装，每片换向器内侧设有三对换向组。全 部外圈单元磁钢由定位板上的定位轮在换向器内侧的位置排列而被分为数量相同倾倒方 向相反的6等份，构成3组对称排列。整机规格直径Φ 287mm,厚度125mm。在机架外缘安 装16时车圈及轮胎分别制成前后车轮，另外配备停车和行车两套手刹，分别用于制动和中 途减速。整车可负载75kg，时速约24km，最大驱动扭矩14N · M。
权利要求
一种往复换向的磁性动力机构，其特征在于由侧盖板、机架、外圈磁钢、第1定位轮和第2定位轮、定位板、输出轴、侧盖轴承、换向器、内圈保持架、内圈磁钢组成，其中外圈磁钢在内圈磁钢之外由呈圆周状均布设置的外圈单元磁钢构成，内圈磁钢由呈圆周状均布设置的内圈单元磁钢构成，侧盖板固定在圆筒状机架的左右端，内圈保持架位于机架内动力机构的中心部位，输出轴安装在内圈保持架的中心孔内，外圈单元磁钢呈圆周状安装在内圈保持架外侧的机架内，换向器固定在内圈保持架的左右侧面，定位板与设置在外圈单元磁钢中的导向轴相连接并交替位于机架内内圈保持架左右侧的换向器内侧，第1定位轮和第2定位轮安装在定位板上，内圈单元磁钢安装在内圈保持架的圆周周边，侧盖轴承位于侧盖板的中心孔内安装在输出轴的端部。
2.根据权利要求1所述的往复换向的磁性动力机构，其特征在于内圈磁钢为二组对称 排列，外圈磁钢对应内圈磁钢的对称排列为二组对称排列，每片换向器内侧设置二对换向 组。
3.根据权利要求1所述的往复换向的磁性动力机构，其特征在于内圈磁钢为三组对称 排列，外圈磁钢对应内圈磁钢的对称排列为三组对称排列，每片换向器内侧设置三对换向组。
4.根据权利要求1所述的往复换向的磁性动力机构，其特征在于每片换向器内侧设置 有逆时针换向组和顺时针换向组，逆时针换向组由外导向和后续仰端凸块组成，外导向位 于逆时针导向组的顺时针起始部位，仰端凸块的顺时针起始部位为凸块仰端，仰端凸块的 外圆弧为仰端后续外缘，内圆弧为仰端后续内缘；顺时针换向组由内导向和后续俯端凸块 组成，内导向位于顺时针导向组的顺时针起始部位，俯端凸块的顺时针起始部位为凸块俯 端，俯端凸块的外圆弧为俯端后续外缘，内圆弧为俯端后续内缘。
5.根据权利要求1所述的往复换向的磁性动力机构，其特征在于定位板的形状为长底 边、低高度的三角形，第1定位轮和第2定位轮相对安装在三角形定位板两个底角位置。
6.根据权利要求1所述的往复换向的磁性动力机构，其特征在于外圈单元磁钢的截面 形状为近椭圆形，长X高X宽的尺寸规格为58mmX24mmX 17mm，磁力线强度为3800Gs ； 内圈单元磁钢的截面形状为三角形，长X高X底边长的尺寸规格为58mmX35mmX15mm， 磁力线强度为3800Gs。
7.根据权利要求1所述的往复换向的磁性动力机构，其特征在于导向轴与外圈单元磁 钢为分体式。
8.根据权利要求1所述的往复换向的磁性动力机构，其特征在于内圈单元磁钢通过在 内圈保持架周边钻孔安装在内圈保持架的周边。
9.根据权利要求1所述的往复换向的磁性动力机构，其特征在于在机架右端的输出轴 上安装制动盘，制动器对应于制动盘的位置安装在侧盖板上。
10.一种往复换向的磁性动力机构的装配操作方法，其特征在于按以下步骤进行装配 操作第一步连接导向轴和定位板；先将导向轴一端固定在定位板上，再将第1定位轮和第 2定位轮安装在定位板上；第二步安装导向轴轴承；径向固定机架，在机架两侧外圈单元磁钢导向轴安装孔内 分别嵌入导向轴轴承；第三步安装外圈单元磁钢；将外圈单元磁钢以相同极性置于机架内的外圈单元磁钢 安装位置后，将已固定有定位板的导向轴一端由机架上安装外圈单元磁钢位置的左侧和右 侧导向轴轴承孔交替垂直插入，贯穿外圈单元磁钢至另一侧导向轴轴承孔穿出，以导向轴 螺母压紧将外圈单元磁钢安装于机架内，外圈单元磁钢安装完毕后定位板交替位于机架内 外圈单元磁钢安装位置的左侧和右侧；第四步安装内圈单元磁钢和输出轴；将全部内圈单元磁钢对称排列安装在内圈保持 架周边孔内；将输出轴穿过内圈保持架中心孔至两端露出并通过键连接固定，然后将安装 了内圈单元磁钢和输出轴的内圈保持架放入机架中央；第五步安装换向器；将两片换向器分别由输出轴的两端套入至与内圈保持架相贴并 保持两片换向器相对称；将换向器逆时针换向组部位的定位板由逆时针换向组仰端凸块的 前部起顺时针依次排列，定位板上第1定位轮依次排列于仰端凸块的仰端后续外缘，第2定 位轮依次排列于仰端凸块的仰端后续内缘直至与顺时针换向组的内导向相靠；将换向器顺 时针换向组部位的定位板由顺时针换向组俯端凸块的前部起顺时针依次排列，定位板上第 1定位轮依次排列于俯端凸块的俯端后续内缘，第2定位轮依次排列于俯端凸块的俯端后 续外缘直至与逆时针换向组的外导向相靠；换向器内侧每对换向组对应一组对称排列的外 圈磁钢和一组对称排列的内圈磁钢；第六步固定换向器，安装侧盖板；稳定住换向器，将输出轴顺时针扭转，使原本磁极 相对应的外圈单元磁钢与内圈单元磁钢强行错开，用装配工装将输出轴暂时稳定，再以螺 丝将换向器固定在内圈保持架两侧；将安装了侧盖轴承的侧盖板分别套上输出轴两端，通 过侧盖螺丝与机架连接；将套管分别套上输出轴两端后，再用输出轴螺母压紧；第七步安装制动器；将制动盘旋紧在输出轴右端，然后将制动器对应制动盘的位置 安装在侧盖板上；锁紧制动器，松开暂时稳定输出轴的装配工装，完成制动器安装，整个动 力机构装配工作完毕。
全文摘要
本发明提供了一种往复换向的磁性动力机构，由侧盖板、机架、外圈磁钢、第1定位轮和第2定位轮、定位板、输出轴、侧盖轴承、换向器、内圈保持架、内圈磁钢组成，侧盖板固定在圆筒状机架的左右端，内圈保持架位于机架内动力机构的中心部位，输出轴安装在内圈保持架的中心孔内，外圈单元磁钢呈圆周状安装在内圈保持架外侧的机架内，换向器固定在内圈保持架的左右侧面，定位板与设置在外圈单元磁钢中的导向轴相连接并交替位于机架内内圈保持架左右侧的换向器内侧，第1定位轮和第2定位轮安装在定位板上，内圈单元磁钢安装在内圈保持架的圆周周边，侧盖轴承位于侧盖板的中心孔内安装在输出轴的端部。本发明的往复换向的磁性动力机构具有安全、低噪声和环保的特点。
文档编号H02N11/00GK101917142SQ20101025173
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月12日 优先权日2010年8月12日
发明者赵士龙, 赵炆兼 申请人:赵炆兼;赵士龙