一种永磁式动力机的制作方法

本发明涉及一种永磁式动力机，它属于动力设备技术领域。

背景技术：

近年来，随着不可再生能源(如石油、煤碳等化石、矿物燃料)的大量开发和消耗，给全球带来了极其严重的负面作用，如环境污染的加重、雾霾、酸雨等一系列问题，极大的污染了人类赖以生存的地球环境。因此，寻找新型替代能源已成为人类社会面临的头等大事。为此，一些清洁环保、且可再生的能源(如：太阳能、风能、潮汐能、核能和氢能等)得以研发利用，而永磁体本身就存在着强大、永久的磁力，但由于在理论分析和具体结构设计上的不足，以永磁体的磁力来做功的机械设备研究仍处在尚无可行的研究成果问世的阶段。全世界釹铁硼年产量和铁氧体年产量丰富，可以满足永磁体生产、制造的需求，且永磁体可以反复充磁使用。因此，永磁体的磁力、磁能具备了替代化石能源的有利条件。

专利申请公布号cn106849613a公开了一种永磁动力机，该动力机在“工作时，按设定时间顺序依次将直流电源输送到1、2、3、4组磁动机定子1的软铁线圈5上”，因此，其在工作时，同样需要耗能，只能达到节能的效果，而做不到生能的功效。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有动力设备存在的能耗大、运行费用高和污染环境严重的技术问题，提供不需供能和不停旋转的一种永磁式动力机。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种永磁式动力机，其至少包含两套由永磁体与铁磁物体制备的定子和转子构成的单体模块，以及实现转子旋转所需的转轴、轴承、支座、端盖和外壳；所述每一套单体模块与另一套单体模块的定子或转子在圆周上相差0°<α<180°角度，且相距＞10mm装在转轴上组合成动力模块；所述轴承装在转轴的两端，所述动力模块装在外壳中，所述端盖装在外壳的前后两端并使轴承固定在端盖设置的轴承孔内，所述支座设在外壳的下部或侧面。

进一步地，所述每一套单体模块中的定子至少包括两个或两个以上的定子永磁体和一个定子铁磁物体；所述定子铁磁物体为非标准的圆环体，圆环体外圆周边是连续、平滑的，在圆环体内缘周边设有与定子永磁体数量相同的凹槽和凸块；所述定子永磁体均匀地装在定子铁磁物体的凹槽中且凸块位于定子永磁体的一侧。

进一步地，所述每一套单体模块中的转子至少包括两个或两个以上的转子永磁体和一个转子铁磁物体；所述转子铁磁物体为非标准的圆柱体，圆柱体中间设有转轴孔，圆柱体外缘设有与转子永磁体数量相同的凹槽和凸起；所述转子永磁体均匀地装在转子铁磁物体设置的凹槽中，且凸起位于转子永磁体的一侧。

进一步地，所述转子永磁体的中心线可通过转轴的中心点，或与转轴中心点相距h，h值为其中rz代表转子的半径；所述定子永磁体中心线可通过定子圆心，或与定子半径延长线呈夹角β，β值为-60°≦β≦60°。

进一步地，一套动力模块中的数个单体模块中的定子永磁体和转子永磁体的数量是相同的，极性为全部异极性设置或全部同极性设置；不同动力模块时，其定子永磁体和转子永磁体的极性可以不相同。

进一步地，由多套单体模块组装成动力模块时，既可以保持多套单体模块中的转子的角度值不变，仅把定子按相差0°<α<180°的角度值安装；也可以保持多套单体模块中的定子的角度值不变，仅把转子按相差0°<α<180°的角度值安装。

进一步地，所述转子设在定子的内腔中，或设在定子外部。

进一步地，由多套单体模块组装成动力模块时，单体模块相互之间、单体模块与端盖之间还可设置独立的铁磁物体进行磁场引导，以形成磁力线的闭合路径，所述铁磁物体形状为一个空心圆柱体或分开为定子和转子两个空心圆柱体，其厚度≥1mm，与单体模块和端盖之间的距离＞10mm。

进一步地，所述定子还包括定子非磁性物体，所述定子非磁性物体设在定子永磁体的未设置定子铁磁物体的另一侧，其与定子铁磁物体和定子永磁体拼装后构成完整的定子空心圆柱体。所述转子还包括转子非磁性物体，所述转子非磁性物体设在转子永磁体的未设置转子铁磁物体的另一侧，其与转子铁磁物体和转子永磁体拼装后构成完整的转子空心圆柱体。

本发明的有益效果是：

本发明创造性地利用永磁体固有的同极性相斥、异极性相吸的原理，将定子永磁体与转子永磁体同极性(或异极性)成对配置安装，再配合铁磁物体的磁场引导，通过科学合理的结构设计、计算，实现了转子的永久单向受力、不停转动。

本发明具有结构简单、新颖、运行稳定可靠、无环境污染、实用性强、应用领域广泛的特点，是替代其它能源的可靠动力机械设备。

本发明以永磁体的磁力为驱动源，工作时不需要再施加任何外部力量、能源就可不停转动，可节省大量能源。

本发明即可作为原始动力源直接使用，也可以配套发电机等设备后广泛应用于工业、农业、铁路、交通、军事等行业配套使用，如发电厂、机床、农机、汽车、动车(高铁)、航天、舰船等。

本发明经过详细、准确的计算，已确认该永磁式动力机在尺寸达到一定值后，其转子的输出转矩足够克服各种摩擦力并持续旋转(见图9、图10的计算结果曲线)。

说明书附图

图1是本发明的结构示意简图；

图2是本发明一套动力模块的正视图；

图3是本发明省略了铁磁物体9的动力模块的侧视图；

图4是本发明单体模块的侧视图；

图5是本发明定子铁磁物体和转子铁磁物体的形状图；

图6是本发明定子非磁性物体和转子非磁性物体的形状图；

图7是本发明单体模块中的转子中心线与转轴中心点相距h时的布置示意图；

图8是本发明中单体模块中的转子中心线与转轴中心点的距离h和转子半径rz的示意图；

图9是本发明单体模块中转子以60°为循环周期的转矩曲线图；

图10是本发明一套动力模块中转子以60°为循环周期的转矩曲线图；

图11是本发明实例中的定子和转子中心线相差0°角时的磁力线分布图；

图12是本发明实例中的定子和转子中心线相差40°角时的磁力线分布图；

图13是本发明定子永磁体中心线与定子半径延长线的夹角β；

图中：1-定子，1-1-定子永磁体，1-2-定子铁磁物体，1-3-定子非磁性物体；2-转子，2-1-转子永磁体，2-2-转子铁磁物体，2-3-转子非磁性物体；3-转轴；4-轴承；5-支座；6-端盖；7-外壳；8-单体模块，8-1-第一套单体模块，8-2-第二套单体模块，8-3-第三套单体模块，8-4-第四套单体模块；9-铁磁物体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

如图1～图4所示，本实施例中的一种永磁式动力机，其包含四套由永磁体与铁磁物体制备的定子1和转子2构成的单体模块8，以及实现转子旋转所需的转轴3、前、后轴承4、支座5、前、后端盖6和外壳7；所述每一套单体模块8的定子1与另一套单体模块8的定子1在圆周上相差α﹦15°且相距＞200mm装在转轴3上组合成动力模块；所述前、后轴承4装在转轴3的两端，所述动力模块装在外壳7中，所述前、后端盖6装在外壳7的前后两端并使轴承4固定在前、后端盖6设置的轴承孔内，所述支座5设在外壳7的下部。所述定子1的外径750mm，内径252mm；所述转子2的外径250mm，内径90mm；所述外壳7的内径750mm。

如图3～6所示，所述每一套单体模块中的定子1包括六个定子永磁体1-1和一个定子铁磁物体1-2，每个定子永磁体的外形尺寸为：宽x高x厚＝170x50x250mm；所述定子铁磁物体1-2为非标准的圆环体，圆环体外圆周边是连续、平滑的，在圆环体内缘周边设有与定子永磁体1-1数量相同的凹槽和凸块，定子铁磁物体厚度250mm；所述定子永磁体1-1均匀地装在定子铁磁物体1-2的凹槽中且凸块位于定子永磁体1-1的一侧。所述定子1还包括定子非磁性物体1-3，所述定子非磁性物体1-3设在定子永磁体1-1的未设置定子铁磁物体1-2的另一侧，其与定子铁磁物体1-2和定子永磁体1-1拼装后构成完整的定子空心圆柱体。为减少转子2旋转时在定子铁磁物体1-2、定子非磁性物体1-3内部产生涡电流，定子铁磁物体1-2采用多片硅钢片叠摞而成。而定子非磁性物体1-3可以由单片或多片非磁性物体叠摞而成的，当采用绝缘体材质时用单片即可，当采用导电材质时应由多片叠摞组成。

如图3～6所示，所述每一套单体模块8中的转子2包括六个转子永磁体2-1和一个转子铁磁物体2-2，每个永磁体的外形尺寸为：宽x高x厚＝100x50x250mm；所述转子铁磁物体2-2为非标准的圆柱体，圆柱体中间设有转轴孔，圆柱体外缘设有与转子永磁体2-1数量相同的凹槽和凸起，转子铁磁物体厚度250mm；所述转子永磁体2-1均匀地装在转子铁磁物体2-2设置的凹槽中，且凸起位于转子永磁体2-1的一侧。所述转子2还包括转子非磁性物体2-3，所述转子非磁性物体2-3设在转子永磁体2-1的未设置转子铁磁物体2-2的另一侧，其与转子铁磁物体2-2和转子永磁体2-1拼装后构成完整的转子空心圆柱体。为减少转子2旋转时在转子铁磁物体2-2和转子非磁性物体2-3内部产生的涡电流，转子铁磁物体2-2也采用多片硅钢片叠摞而成。而转子非磁性物体2-3可由单片或多片非磁性物体叠摞而成，当采用绝缘体材质时用单片即可，当采用导电材质时应由多片叠摞组成。

如图3所示，每套单体模块8中的定子1的6个定子永磁体1-1沿圆周方向均匀分布在1块定子铁磁物体1-2中，这样，1组6个定子永磁体1-1组装完成后，正好是360°整圆。在沿z轴方向从前至后装配4套单体模块8中的4个定子1时，把第一套单体模块的6个定子永磁体与第二套单体模块的6个定子永磁体在定子外壳7内壁面上沿圆周方向错开15°配置，第三套单体模块、第四套单体模块依次递进错开15°。这样，1个动力模块中四套单体模块8安装完成后，每15°都有一个定子永磁体1-1，定子1中共有24个定子永磁体1-1，正好是360°。

每套单体模块中的转子2的6个转子永磁体2-1沿圆周方向均匀分布在1块转子铁磁物体2-2上，所述转子永磁体2-1的中心线通过转轴3的中心点，这样，6个转子永磁体2-1组装完成后，正好是360°整圆。而与定子1组装时不同的是，在组装4套单体模块8的转子2时，在z轴方向上不需要以15°的角度递进安装。

所述转子永磁体2-1的中心线与转轴3中心点还可以相距h，h值为其中rz代表转子的半径。即每套单体模块内的转子永磁体2-1的中心线既可以通过转轴3的中心点，也可以与转轴3的中心点相差一定的距离h，如图4、图8所示。

本实施例中动力模块中的数套单体模块8中定子1的定子永磁体1-1和转子2的转子永磁体2-1的数量是相同的，极性为全部异极性设置。

由多套单体模块组装成动力模块时，既可以保持多套单体模块中的转子2的角度值不变，仅把定子1按相差0°<α<180°的角度值安装；也可以保持多套单体模块中的定子1的角度值不变，仅把转子2按相差0°<α<180°的角度值安装。例如，可以保持转子2的角度不变，仅把定子1按相差15°的角度递进安装；也可以保持定子1的角度不变，仅把转子2按相差15°的角度递进安装。

本实施例中，所述转轴3采用非磁性材料的芯轴和铁磁性的外环制成。

本发明的工作原理是：

本实施例中的永磁式动力机在按照上述递进规律安装后，其定子1与转子2的永磁体磁场由于定子铁磁物体1-2和转子铁磁物体2-2的引导而产生磁场的分布变形及磁力的不对称(主要是永磁体侧面铁磁物体的引导作用)，在两个特定角度(0°和40°)时的磁力线分布参见图11和图12。分布变形、不对称的永磁体磁场通过所述4套单体模块中定子和转子磁场的共同耦合，共同传递转矩，使转子2始终受到一个单一方向的合成转矩，从而达到转子2不停转动的目的。

按照简化后的转子2受力图进行计算可知(参见图9和图10)，由于转子2同时受到四组不同角度布置的定子1变形磁场的作用，只要定子永磁体均布角度值适当(本实施例中均布角度为60°)，组装单体模块数量合理(本实施例中组装单体模块为4套)，组装单体模块递进安装的角度值α正确(本实施例中α＝15°)，则无论转子2在圆周的任何位置，转子2受到的合成转矩始终是一个方向的。这样，只要永磁式动力机的尺寸足够大，转子2所受的合成转矩(转子所受到的合成转矩基本与永磁式动力机尺寸放大倍数的三次方成正比)就能够克服轴承摩擦转矩、负载转矩以及加速旋转的惯性转矩，则可以实现转子2的长期、不停的旋转。

本发明的定子1和转子2的相对位置可以互换。即转子2可以设在定子1的内腔中，也可以设在定子1外部。

本发明的单体模块中定子1或转子2包含的定子永磁体1-1和转子永磁体2-1的数量并不是固定的，相邻2个单体模块之间安装的角度值α(0°<α<180°)也是可以改变的，只要经过计算，能保证转子2始终受到一个单一方向的转矩即可。

本发明一套动力模块中的数个单体模块中的定子永磁体1-1和转子永磁体2-1的极性既可为全部异极性设置也可全部同极性设置；不同动力模块时，其定子永磁体1-1和转子永磁体2-1的极性可以不相同。只要经过计算，能保证转子始终受到一个单一方向的转矩即可。

本发明的支座5还可以设在外壳7的侧面。

如图13所示，所述定子永磁体1-1中心线还可与定子半径延长线呈夹角β，β值为-60°≦β≦60°。

本发明由多套单体模块组装成动力模块时，单体模块相互之间、单体模块与端盖之间一定距离处还可设置独立的铁磁物体9进行磁场引导，以形成磁力线的闭合路径，所述铁磁物体9形状为一个空心圆柱体或分开为定子和转子两个空心圆柱体，其厚度≥1mm，与单体模块和端盖之间的距离＞10mm。但此铁磁物体不是必需的，可以通过加大单体模块相互之间、单体模块与端盖之间的距离来达到同样的效果。

如果需要增加转矩或/和使转矩更加平稳，可在转轴3上安装多套依上述递进规律进行组装的动力模块。