专利名称：使用永久磁铁的磁引力驱动发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用一个永久磁铁把电能转换成动能的磁引力驱动发动机。
并且，本发明涉及一种使用一个永久磁铁以产生各种各样的推进磁场的推进磁场发生器，以及一种使用这种推进磁场发生器把磁场能转换成动能的能量转换器，尤其涉及一种在实现成一个旋转电动机、一个线性电动机或诸如此类的电动机时有用的能量转换器。
按常规，已经使用各种各样的利用永久磁铁的能量转换器。那些把电能转换成动能的能量转换器中典型的是电动机。就一个直流电动机来说，使一个直流电流流到一个放置在一个由永久磁铁产生的磁场中的转子的线圈，并且该转子同由此产生的一个磁场一道工作而被旋转驱动。
在同样是按常规使用的一个交流同步电动机或一个交流感应电动机中，对在一个定子的磁极中设置的一个激磁线圈按一个要求的相位差施加一个交流电压，使一个激磁电流流动，以产生一个旋转磁场，并且一个转子与此相同步地被旋转。同样，就一个线性电动机来说，对若干个线性排列的激磁线圈按一个要求的相位差施加一个交流电压，使一个激磁电流流动，一个直进磁场产生以及一个推进力加到一个磁性可动机体上。
也就是说，在一个旋转电动机、一个线性电动机以及诸如此类的电动机中，用来产生一个旋转磁场或一个直进磁场的推进磁场发生器具有一个设计结构，通过对多个激磁线圈以一个相位差提供一个激磁电流，以按一个要求的方向产生一个推进磁场。
然而，以上述直流电动机为代表的这些常规类型的能量转换器的结构不能直接向外部提取一个永久磁铁所具有的磁能，并且因此其能量转换效率相对要低。
此外，在一个使用常规推进磁场发生器的能量转换器中，比如一个旋转电动机、一个线性电动机以及诸如此类的电动机中，由于一个旋转速度或一个位置移动速度按一个推进磁场的相位差设置，这取决于交流电源的频率，使得除某些电动机，比如一个线圈式感应电动机以及诸如此类的电动机以外，难以按一个最佳值设置一个旋转速度，并且因此旋转速度普遍由一个变换器控制。然而，这个变换器产生高频，并且因此损坏其附近的控制装置。况且，在一个常规装置中，由于一个旋转力或一个直进力比如动能与所施加的一个电流成比例，因此必须提供与所需转矩对应的电力电容，并且由于这个原因，难以改进能量效率。
本发明鉴于上述种种问题形成，并且本发明的一个目的是提供一种直接利用一个永久磁铁的磁能的新式磁引力驱动发动机。
本发明的另一个目的是提供一种使用一个永久磁铁的新式推进磁场发生器，它利用该磁引力驱动发动机能够改进能量效率。
本发明的再一个目的是提供一种能量转换器，通过间接提取一个永久磁铁的磁通来形成一个推进磁场，比如一个旋转磁场、一个直进磁场或诸如此类的磁场，并且由此推动一个磁性机体。
本发明设计成当要利用永久磁铁产生机械能时，使用一个电磁铁作为手段，从永久磁铁中转换磁通，以间歇地或连续地从永久磁铁提取要求的机械能。
更具体地说，本发明提供一种使用一个永久磁铁的磁引力驱动发动机，其特征在于一个永久磁铁配有一个在一个磁芯中提供一个线圈而构成的一个电磁铁，其一端紧密地粘附于它的一个磁极端。一个用于激磁电磁铁的激磁控制器与该电磁铁连接，以便改变永久磁铁的磁极端附近的磁通密度。在永久磁铁的磁极端附近，一个要靠近或离开该永久磁铁移动的具有磁引力的可动部件枢轴支承在一个返回力作用部件上，以便按该可动部件离开该永久磁铁移动的方向靠压力提供一个要求的返回力。这样，该可动部件能来回移动。
线圈是电磁铁的组成部分，能使用比如铜、铝以及其它种种普遍所知的材料，由普通导线制成。然而，可以采用超导材料制成的超导磁铁。此外，不用说，能使用一个单独线圈，或者在磁芯中设置两个彼此无关的线圈。在使用一个单独线圈构成电磁铁的情况下，磁芯一端的磁极性转换能从激磁控制器给该单独线圈例如供给一个方波信号完成。结果，有可能改变永久磁铁的一个磁极端附近的磁通条件。
从另一方面来说，在磁芯上缠绕两个彼此无关的线圈情况下，能构成激磁控制器，以便能够在一个线圈与另一个线圈之间通过交替转换供给的一个电流，来转换磁芯一端的磁极性。
至于可动机体的磁性材料，能使用比如铁、镍、α铁以及其它种种普遍所知的材料。然而，把一个磁性部件合并入一个由铝、塑料或诸如此类的材料构成的非磁性部件中，有可能获得要求的磁吸引性。
当用激磁控制器控制电磁铁的激磁条件时，与永久磁铁的一端紧密粘附的磁芯一端的磁极性改变，并且因此使其一个磁极端附近的磁通密度发生改变。结果，可动部件与永久磁铁之间的磁引力变化，使得有可能与返回力作用部件协同工作，以便来回移动该可动部件。
本发明的在一个规定的工作空间中产生一个推进磁场的推进磁场发生器装有多个永久磁铁部件，为了产生一个推进磁场，按照一个要求型式放置在适当空间处，以及多个由电磁铁构成的磁通控制装置，与永久磁铁部件对应放置，并且由永久磁铁部件在工作空间中形成的磁通数量由其磁通控制装置移相来改变。
由电磁铁构成的磁通控制装置能构成为在一个磁芯上缠绕一个线圈，把磁芯的一端放置为粘附或靠近一个对应永久磁铁的一个磁极端，控制供给线圈的一个电流，以及改变在一个要求空间中由永久磁铁的一个磁极端形成的磁通密度。推进磁场发生器能通过在一个规定的圆周上放置永久磁铁来形成旋转磁场，以及通过线性放置永久磁铁来产生直进磁场。
此外，本发明的一种能量转换器设计成在推进磁场发生器的一个工作空间中作为枢轴自由旋转或可滑动地支承一个原动机部件，并且由推进磁场发生器形成的一个推进磁场在该原动机部件中产生移动转矩。
在推进磁场发生器中，为了产生推进磁场而按照一个预定型式放置的多个永久磁铁在一个工作空间中形成的磁通密度由对应其永久磁铁移相所放置的电磁铁构成的磁通控制装置来改变，由此在一个工作空间中形成预定推进磁场。因此，如果一个自由旋转支承的转子或一个自由滑动支承的原动机，比如一个滑动器或诸如此类的可动体，放置在该工作空间中，就由其中形成的移动式推进磁场产生旋转或移动转矩。
在本发明的一种磁引力驱动发动机中，有可能用上述驱动原理在一个外部系统供给的能量被切断状态下，以机械能形式利用由一个永久磁铁的磁极形成的磁通。因为使这样起一个驱动发动机作用所需要的直流电源的输入与一个汽油发动机中供给一个火花塞的电力按相同方式工作，以及对一个产生的驱动力仅仅需要这个输入中非常小的量，因此亦有可能期望大量的能量转换效率。况且，作为用于提取机械能的一种结构，能使用一个来回移动的发动机，并且因此能把由摩擦在一个移动系统中引起的损失减小到一个实用水平。
本发明一种利用磁引力驱动发动机的推进磁通发生器有一个设计结构，以用磁通控制装置控制离开永久磁铁的磁通来产生要求的推进磁场，比如旋转磁场以及诸如此类的磁场，以及利用永久磁铁的磁力能量，并且因此能提供一个高效推进磁场发生器。
此外，在一种利用该推进磁场发生器的能量转换器中，因为能以非常高的效率使用一个推进磁场发生器来移动一个转子等，所以一个电动机等的效率能得到改进。
本发明的其它特点和优点将从以下连同附图所作的叙述中明显可见，其中
图1是一个表示在一个第一优选实施例中利用一个永久磁铁的一个磁引力驱动发动机的结构视图2是一个表示在一个第二优选实施例中利用一个永久磁铁的一个磁引力驱动发动机的结构视图；图3是一个表示在一个第一实施例中一个推进磁场发生器中一个旋转电动机的结构的视图；图4是一个表示图3所示的第一至第三激磁电压的波形的波形图；图5是一个图3所示的一个控制元件的详细电路图；图6是一个图5所示的转换控制信号的波形图；图7是一个表示图3中一个固定电极中的一个永久磁铁与一个电磁铁的一个磁芯之间的一个连接状态的主要部分结构视图；图8是一个表示在一个第二实施例中一个推进磁场发生器中一个旋转电动机的结构的视图；图9是一个图8所示主要部分的扩大视图；以及图10是一个表示在一个第三优选实施例中一个推进磁场发生器中一个感应电动机的结构的视图。第一优选实施例图1表示一个原动机，用本发明的一个第一优选实施例中利用一个永久磁铁的一个磁引力驱动发动机构成。
这个原动机10用一个曲轴11把从一个按照本发明构成的磁引力驱动发动机20获得的动能来回地传送到一个圆饼12，并且这样通过旋转圆饼12来取得旋转运动。
首先，将对磁引力驱动发动机20的一个结构作说明。
在图1中，标号21指示一个由刚性非磁性材料，比如黄铜以及诸如此类的材料制成的固定构架，以及标号22指示一个永久磁铁，用螺栓等适当方式固定在固定构架21的一个第一臂21A中。在该实施例中，永久磁铁22的一个轴线与固定构架21的一个底边部分21C大致成水平延伸，并且它的S磁极端22A固定在第一臂21A中。在永久磁铁22的一个自由端N磁极端22B与底边部分21C之间设置一个电磁铁23。该电磁铁23由一个磁芯24以及一个缠绕其上的线圈25组成，并且该线圈25包括两个激磁线圈25A与25B。
在该实施例中，磁芯24的一个轴线与永久磁铁22的一个轴线基本垂直，磁芯部件24的一个端表面24A紧密地粘附于永久磁铁22的N磁极端22B的一个侧表面上，并且电磁铁23用螺栓等适当方式固定在固定构架21中。
磁芯部件24能构成为一个条形的铁、镍、α铁或坡莫合金部件，或者由这些材料制成的一个薄板分层体。
在电磁铁23中，提供一个用于激磁电磁铁23的激磁控制元件26，以便周期地改变永久磁铁N磁极端22B附近的磁通条件。激磁控制元件26装有一个电池组27作为一个直流电源，电池组27的负电极与激磁线圈25A及25B的各端连接，以及它的正电极通过一个继电器接触电路28与激磁线圈25A及25B的其它端连接。
继电器接触电路28的一个继电器接触点28A在另一个继电器接触点28B构成为一个一直打开的接触点时，构成为一个一直闭合的接触点。对一个用于转换接通/断开两个继电器接触点28A与28B的继电器线圈29，从一个脉冲发生器30施加一个规定的恒定频率的脉冲电压P。设置脉冲电压P的周期，以便不超过用继电器线圈29操作接触点28A与28B的响应速度，并且响应脉冲电压P的电平变化，继电器接触点28A与28B交替地闭合。结果，使激磁电流IA与IB流到激磁线圈25A与25B。
缠绕线圈25A的方向与缠绕线圈25B的方向相反，并且当激磁电流IA流到激磁线圈25A时，在磁芯24的一个端表面24A上产生一个N磁极，以及当激磁电流IB流到激磁线圈25B时，在那里一个端表面上产生一个S磁极。
结果，在电磁铁23的一个端表面24A上产生一个S磁极情况下，由于永久磁铁22与电磁铁23紧密地粘附布置，离开永久磁铁22的N磁极端22B的漏磁通非常小，大多数磁通通过磁芯24返回到其S磁极端，并且因此离开N磁极端22B的那些磁通的数量非常小(在下文，这称作″磁通截止状态″)。相反地，在电磁铁23的一个端表面24A上产生一个N磁极情况下，离开永久磁铁22的N磁极端22B的磁通没有穿过磁芯24，并且因此N磁极端22B附近的磁通条件与在没有提供电磁铁23情况下的磁通条件相同(在下文，这称作″磁通接通状态″)。因此，按照脉冲电压P的电平变化，在永久磁铁22的N磁极端22B附近，磁通条件亦即磁通密度就改变。
为了把磁通密度的变化变换成电磁吸引力，并且以机械能形式取出这个力，在N磁极端22B附近设置一个可动部件31。如附图所见，在该实施例中，可动部件31是由磁性材料铁制作成，以便提供磁吸引性，并且在固定构架21中垂直设置的支承腿32与33上端的导向辊32A与33A自由可滑动地啮合于以及装放入一个在可动部件31中形成的支承及导向凹槽31A中。因此，可动部件31由支承腿32及33支承，以便其轴线大致与永久磁铁22的轴线平行，并且这个可动部件也被导向，以便能够按其轴线方向来回移动。
此外，在一个可动部件31是由非磁性与磁性部件两者制成的情况下(这样亦能用该磁性部件构成以获得要求的磁吸引性)，更可取的是构成该可动部件31，以便该磁性部件尽可能地放置在靠近该永久磁铁处。
在可动部件31与固定构架21的一个第二臂21B之间设置一个收缩螺旋弹簧34。该收缩螺旋弹簧34用来提供一个要求的返回力，用于把可动部件从永久磁铁22拉开，以便使可动部件31按照可动部件31与永久磁铁22之间工作的磁吸引力的变化，在那里来回移动。在磁通接通状态下，收缩螺旋弹簧34的一个力允许由永久磁铁22的一个磁吸引力使可动部件31按箭头X的方向移动。从另一方面来说，在磁通截止状态，这个力允许可动部件31按箭头Y的方向被全部拉回。
除收缩螺旋弹簧外，有可能使用一个板弹簧、一个天然或人造橡胶部件，或者一个适当的弹性部件。
一个支承体35固定在可动部件31的上部，一个曲轴10的一端枢轴支承在该支承体上，以及其另一端枢轴固附在圆饼12的外周边界附近，圆饼12轴线自由可旋转地设置在一个固定在第一臂21A中的支承体36中。
在图1所示的原动机10中，在激磁控制元件26中，当一对继电器接触点28A与28B响应脉冲电压P交替闭合时，从电池组27给激磁线圈25A与25B交替地提供激磁电流IA与IB，并且在激磁部件24的一个端表面24A上交替地产生N与S磁极。当在一个端表面24A上产生一个S磁极时，离开永久磁铁22的N磁极端22B的磁通通过磁芯24返回S磁极端22A，而没有走向可动部件31。也就是说，产生一个磁通截止状态，在永久磁铁22与可动部件31之间没有大的磁吸引力工作，并且可动部件31由收缩螺旋弹簧34的一个收缩弹性力按箭头Y的方向被全部拉回。
从另一方面来说，当在一个端表面24A上产生一个N磁极时，离开永久磁铁的N磁极端22B的磁通和离开电磁铁23的那些磁通一起走向一个正对面放置的可动部件，因为这些磁通不能通过那里紧密粘附的磁芯24。也就是说，产生一个磁通接通状态，在永久磁铁22与可动部件31之间有一个大的磁吸引力工作，并且可动部件31逆着收缩螺旋弹簧34的一个收缩弹性力按箭头X的方向被全部移动。
简单地说，如果在一个端表面24A上活动地形成一个N磁极，使离开永久磁铁22的磁通没有通过磁芯24，因为离开永久磁铁22的那些磁通大多数通过可动部件31，所以无漏磁通产生，由此改进了效率。
从上述说明一清二楚，在电磁铁23的一个端表面24A上产生的磁极的极性在N与S之间交替地转换，并且因此使可动部件31与收缩螺旋弹簧34相协同地来回移动，使得有可能从圆饼12获得一个旋转输出。
这里，因为转换离开永久磁铁22的磁通所需要的，用于确定电磁铁23的强度的磁通数量φ是与它的一个线圈的绕组数目N和流向该线圈的一个电流I的乘积成比例，所以获得下列表达式φ＝kNI用于磁通接通/截止转换所需的磁通数量φ的一个值设置在规定的恒定值，并且因此如果电磁铁的一个线圈的绕组数目N设置得很大，激磁电流I的值就能做得很小。如果电池组27的一个输出电压是V，供给电磁铁23的直流能量就是V×I，并且因此如果I的一个值设置得很小，供给的直流能量就能减小，并且该装置能高效率地操纵。
此外，在该第一实施例的说明中，涉及使用一个普通的电磁铁。然而，不用说，如果使用超导电磁铁31，32，…，36，能进一步改进效率。在上述实施例中，可动部件31正对面的永久磁铁22的一个磁极是一个N磁极。然而，这个磁极可使用一个S磁极。此外，并不是总要彼此相反地设置缠绕电磁铁的激磁线圈25A与25B的方向，以及通过相反方向设置供给两个线圈25A与25B的电流，能获得与该实施例情况相同的效果。第二优选实施例图2表示一个原动机，用本发明的一个第二优选实施例中利用一个永久磁铁的一个磁引力驱动发动机构成。标号40指示的一个装置是一个空气压缩机，它利用由本发明提供的一个磁引力驱动发动机50来回移动。
在该磁引力驱动发动机50中，一个永久磁铁52以及一个具有一个线圈55缠绕其上的电磁铁53固附在一个如图2所示那样的由非磁性材料制成的固定构架51上，这种固附基本上与第一实施例情况一样，并且因此将省略它的说明。电磁铁53的一个线圈55是一个单独线圈，并且与一个用于控制电磁铁53的激磁的激磁控制元件56连接。
激磁控制元件56装有一个变换器58，它能够接收由一个交流电源57提供的交流电力，并且输出一个0到60(Hz)的交流方波电压E。在这个优选实施例中，从变换器58输出一个交流方波电压E，并且施加到线圈部件55。因此，按照这个交流方波电压E的一个周期，电磁铁53的一个磁芯54的一个端表面54A上产生N与S磁极，并且由此基于与第一实施例情况相同的原理，使永久磁铁52的一个N磁极端52B附近的磁通密度改变。
在永久磁铁52的N磁极端52B附近，设置一个由一种磁性材料铁制成的可动部件59。该可动部件59粘附于一个活塞62的一个连杆62A的一个自由端上，活塞62滑动地设置在一个由固定构架51的第二和第三臂51B和51C支承及固定的气缸61中。
在活塞62的一个外周边表面62B与气缸61的一个内壁表面61A之间维持一个密封状态，并且在气缸61中标绘出一个增压室61B。在该气缸61中，包括一个普遍所知的空气增压装置70，设置一个用于把空气引入到空气增压室61B内的进气阀63，以及一个用于把在气缸61中增压了的压缩空气排放到一个输出管64的止回阀65。在空气增压装置70中，当活塞62按箭头A的方向移动时，外面的空气从进气阀63被引入到增压室61B内，当活塞62按箭头B的方向移动时，吸入的空气在增压室61B中增压，并且当其增压力超过一个规定值时，止回阀65被打开，并且空气被压缩及排放到输出管64。
为了用磁引力驱动发动机50获得吸入及压缩空气所需要的来回移动，可动部件59与活塞62直接连接。在可动部件59与气缸61之间设置一个收缩螺旋弹簧60，并且靠收缩螺旋弹簧60的一个弹性收缩力供给一个返回力，以便按箭头B的方向把可动部件59拉回。
按照上述结构，如图1所示的第一实施例的情况那样，通过在电磁铁53的一个端表面54A上交替产生S与N磁极，借助于间歇产生的永久磁铁52的磁引力以及收缩弹簧60的返回力，使得可动部件59按一个交流方波电压E的周期相同的周期来回地移动，并且因此活塞62能来回地移动。结果，通过使用激磁控制元件56输出的一个交流方波电压E来激磁控制电磁铁装置53，一个空气压缩机40能从输出管64取出压缩空气。
以图2所示空气压缩机相同的方式，能构成一个泵。第三优选实施例图3表示一个直流式旋转电动机。一个定子侧装置由一个旋转电动机110构成，它具有一个用一种非磁性材料制成的圆筒构架111以及一个放置在其中的旋转磁场发生器120。
在构架111内，构成一个工作空间111A，以便产生一个由旋转磁场发生器120旋转的推进磁场，并且一个由软铁非磁性材料制成的转子112通过一个旋转轴113轴线自由可旋转地设置在工作空间111a中。旋转轴113定位在构架111的中心轴线上，其两端自由可旋转地放置，并且防止沿旋转轴113的一个方向移动，并且因此在构架111内转子112和旋转轴113一起整体地旋转。
旋转磁场发生器120装有六个具有矩形截面的条形永久磁铁121，122，123，…，126，并且这些永久磁铁121，122，123，…，126按构架111的一个直径方向使它们轴线排成一直线，沿构架111的一个内侧周边表面均等空间地放置。标号141，142，…，146指示磁轭部件，如附图所示沿构架111的一个内侧周边表面埋入并且固定，并且这些磁轭部件由一种软磁材料板式坡莫合金制成。磁轭部件141，142，…，146分别放置在永久磁铁121，122，123，…，126的位置P1，P2，…，P6处，并且固定在构架111中(对固定方式没有限制)，以便把各永久磁铁121，122，…，126的一端粘附在磁轭部件141，142，…，146的对应一端上。
用于磁轭部件141，142，…，146的软磁材料不局限于坡莫合金，并且能使用其它种类。
在上述结构中，放置在位置P1，P2及P3的永久磁铁121，122及123的N磁极正对转子112放置，而放置在位置P4，P5及P6的永久磁铁124，125及126的S磁极正对转子112放置。(能随意选择放置在各个位置的一个永久磁铁的磁极性，并不局限于附图所示的实施例中的一个磁极性)。
标号131，132，…，136指示用作磁通控制装置的电磁铁，用于控制在工作空间111A中由永久磁铁121，122，…，126形成的，以及对应各电磁铁所提供的磁通。电磁铁131，132，…136分别由软磁性材料比如坡莫合金以及诸如此类的材料所制成的L形状的磁芯131A，132A，…，136A，以及缠绕其上的线圈131B，132B，…，136B所组成。各磁芯131A，132A，…，136A的一端粘附于一个对应永久磁铁的一个自由端的一个侧边表面，并且其另一端粘附于磁轭部件141，142，…，146的一端，并且在构架111中构成六个定子侧磁极M1，M2，…，M6。
将对一个定子侧磁极M1作说明。
在永久磁铁121的N与S磁极之间，形成一个由磁轭部件141和电磁铁131的磁芯131A构成的磁路。因此，在没有电流流到线圈131B，或者对其施加一个电流以便磁芯131A的一端是一个S磁极情况下，离开永久磁铁121的磁通大多数通过由磁轭部件141和磁芯131A构成的闭合磁路，得以从N磁极返回到S磁极，并且因此在工作空间111A中没有形成由离开永久磁铁121的磁通所构成的磁场。(在下文，这称作″磁通截止状态″)。
从另一方面来说，如果对线圈131B施加一个电流，以便磁芯131A的一端是一个N磁极，离开永久磁铁121的磁通不允许穿过由磁轭部件141和磁芯131A构成的闭合磁路，这些磁通通过工作空间111A从N磁极返回到S磁极，并且因此在工作空间111A中形成由离开永久磁铁121的磁通构成的磁场。(在下文，这称作″磁通接通状态″)。
如上所述，通过控制施加到电磁铁131的一个电流，有可能用电磁铁131控制从永久磁铁121输出到工作空间111A的磁通密度，以及转换接通/截止从永久磁铁121输出到工作空间111A的磁通。
至于其它定子侧磁极M2，M3，…，M6，通过对提供给电磁铁132，133，…，136的电流执行类似的控制，也有可能转换接通/截止从永久磁铁122，123，…，126输出到工作空间111A的磁通。
标号50指示一个控制元件，用于控制转换施加到电磁铁131，132，…，136的线圈131B，132B，…，136B的激磁电流，并且通过用一个规定的相位差对定子侧磁极M1，M2，…，M6转换接通/截止离开永久磁铁的磁通，在工作空间111A中形成旋转磁场。在该第三实施例中，控制元件150装有一个接地终端150G以及三个输出终端150A，150B和150C，并且从此处输出三组相互间具有不同相位，包括第一、第二及第三激磁电压A1、A2及A3的激磁电压。
在旋转磁场发生器120中，线圈131B与134B、线圈132B与135B以及线圈133B与136B分别相互串联连接。一个第一激磁电流供给线圈131B与134B，一个第二激磁电流供给线圈132B与135B，以及一个第三激磁电流供给线圈133B与136B。
图4表示由控制元件150相位控制的激磁电压，第一、第二及第三激磁电压A1、A2及A3是重复脉冲电压，各个具有一个周期T，通过将相位移动一个仅为一个周期的1/3的时段，一个正方向的激磁电压施加到任意一相，并且一个负方向的激磁电压施加到剩余两相。
当在时间T1到T2的一个时段中用一个正极性把第一激磁电压A1施加到线圈131B与134B上时，电磁铁131的磁芯131A的一端被激磁成一个N磁极，并且由此在工作空间111A中形成一个对应永久磁铁121的磁通。其时，电磁铁134的磁芯134A的一端被激磁成一个S磁极，并且由此在工作空间111A中形成一个对应永久磁铁124的磁通。也就是说，定子侧磁极M1与M4两者都处在磁通接通状态。对其它线圈132B，135B，133B以及136B用负极性施加第二及第三激磁电压。这样，使激磁电流流到两个电磁铁132与135，以便电磁铁132的磁芯132A的一端是一个S磁极，以及电磁铁135的磁芯135A的一端是一个N磁极。
并且，激磁电流流到两个电磁铁133与136，以便电磁铁133的磁芯133A的一端是一个S磁极，以及电磁铁136的一个磁芯136A的一端是一个N磁极。也就是说，由于定子侧磁极M2，M3，M5及M6全部为磁通截止状态，没有磁通从永久磁铁122，123，125及126输出到工作空间111A。
结果，由于离开定子侧磁极M1的永久磁铁121的N磁极的磁通通过转子112被引入到定子侧磁极M4的永久磁铁124的S磁极，所以，例如，转子112的一个凸出极112A被吸向定子侧磁极M1，其一个凸出极112C被吸向定子侧磁极M4，并且转子112如图3所示顺时针方向旋转。
从图4能理解，通过使定子侧磁极M1，M2，…，M6处在磁通接通状态，则在工作空间111A中产生旋转磁场，在转子112中产生旋转转矩，并且于是使转子112按一个规定的方向连续旋转。
图5是一个表示用于输出图4所示一组激磁电压的一个电路的详细电路图。在该图中，标号151指示一个用于供给一个正电压的正电源，标号152指示一个用于供给一个负电压的负电源，标号153、154及155指示开关，标号156指示一个脉冲发生器，用于输出一个脉冲CL，它仅仅在图4所示的一个周期T的1/3时段中变成一个高电平，该脉冲CL供给开关153作为一个第一开关控制信号CA，当该第一开关控制信号CA是一个高电平时，终端150A连接到正电源151，以及当该第一开关控制信号CA是一个低电平时，终端150A连接到负电源152。结果，从终端150A能供给一个图4所示的第一激磁电压A1。
如图6所示那样，由一个提供仅仅为周期T的1/3的时间延迟的第一延迟电路157所延迟，并且作为转换控制信号提供给开关154，脉冲CL得以成为一个第二开关控制信号CB。如同开关153情况那样，按照第二开关控制信号CB的一个电平，转换开关154，并且因此从终端150B能供给一个图4所示的第二激磁电压A2。一个第二延迟电路158用一个仅仅为周期T的2/3的时段来延迟脉冲CL，并且输出一个图6所示的第三开关控制信号CC。如其它开关的情况那样，开关155响应该第三开关控制信号CC工作，并且因此从终端150C能供给一个图4所示的第三激磁电压A3。
从上述说明一清二楚，图5所示的开关153、154及155指示在图4所示的T1到T2时段内的开关条件。
这里，用于转换接通/截止定子侧磁极M1，M2，…，M6的磁通所需要的，用于确定电磁铁131，132，…，136的强度的磁通数量φ，是与其缠绕一个线圈的数目和供给线圈的一个电流I的乘积成比例，因此获得下列表达式φ＝kNI由于用于转换接通/截止永久磁铁121，122，…，126的磁通所需要的磁通数量φ是一个规定的恒定值，所以如果在一个电磁铁上缠绕一个线圈的数目N设置得很大，用于激磁的一个电流I的值就能作得很小。这样使得有可能保存从正与负电源151与152连续供给电磁铁131，132，…，136的能量。
在该第三优选实施例说明中，涉及使用一个普通电磁铁情况。然而，不用说，对电磁铁131，132，…，136使用超导磁铁，效率能进一步得到改进。
在一个坚实机壳内，本发明的旋转电动机110构成为通过转换接通/截止离开永久磁铁的磁通来产生旋转磁场，以及对转子112提供旋转转矩，并且因此很容易在转子112与定子侧之间设计一个空间。由于感应电动机是一种惰性体，把空间做得很小能改进电动机效率。然而，优选的是在本发明的旋转电动机110中空间设计得足够大，以便增加一个起始吸引力。这样因此使得能够扩大旋转电动机110中转子112与定子侧之间的空间，并且制造具有强抗温升性的电动机。
图7详细表示在第三实施例中在各定子侧磁极中用于连接一个永久磁铁和一个电磁铁的装置。当磁通转换成接通时，在电磁铁中由一个在其上工作形成的推斥力对磁芯和永久磁铁两者施加一个强大的分开力，并且因此以定子侧磁极M1作为例子，永久磁铁121的一个自由端121a与粘附其上的电磁铁131的磁芯131A的一个端131a通过一个夹紧部件160相互间牢固地结合一起，以便确实保持两者处在一个紧密粘附的状态。第四优选实施例图8表示在本发明的另一个实施例中的旋转电动机。在这个旋转电动机170中，旋转磁场发生器180设置在一个固定轴171中，一个由一种磁性材料制成的圆筒可动机体172轴线设置成自由可旋转，以便与固定轴171同中心线，并且在可动机体172中构成凸出极172A，172B，…，172D。八个定子侧磁极N1，N2，…，N8以均等空间按固定轴171的一个圆周方向布置，并且磁性凸出极172A，172B，…，172D与可动机体172作为整体配置。
如图9所示，在定子侧磁极N1中，一个如图3实施例中相类似的棱柱状条形永久磁铁181固定在固定轴171上，以便其轴线与轴171的一个轴线正交，并且一个在一个U形磁芯191A上缠绕一个线圈191B所构成的电磁铁191作为一个磁通控制器提供。
磁芯191A的两个腿的端表面191C和191D粘附在永久磁铁181的N与S磁性部分，并且这样使得有可能不用一个磁轭部件在永久磁铁181的一个磁极与另一个磁极之间保证一个磁路。
至于其它定子侧磁极N2，N3，…，N8，结构与上述相同。
如上述实施例的情况那样，在该第四实施例中，有可能如图4说明的那样，通过对线圈191B施加激磁电压中任何一个，在作为一个工作空间的可动机体172内部转换接通/截止离开永久磁铁181的磁通。通过在定子侧磁极N1，N2，…，N8中按相位差执行转换磁通的接通/截止，又如第三实施例的情况那样，有可能产生旋转磁场。
就该第四实施例来说，例如使定子侧磁极具有180°空间作为一组，来控制一个定子侧磁极作为一个N磁极工作，以及另一个作为一个S磁极工作，按一个圆形方向顺序实行种种这类控制，并且因此能产生用于旋转可动机体172的旋转磁场。第五优选实施例图10表示本发明的又一个优选实施例。在该第五实施例中，表示了一个用本发明的一个推进磁场发生器来构成一个感应电动机的例子。
除在一个旋转轴113中设置一个转子201以外，图10所示的一个感应电动机200的结构与图3所示的一个旋转电动机110基本上相同。因此，对与图3所示部分对应的那些部分给出了相同的标号，并且将省略其说明。
在一个构架111中设置的一个旋转磁场发生器220基本上以图3所示第三实施例中一个旋转磁场发生器120相同的方式构成。然而，这个旋转磁场发生器220与旋转磁场发生器120不同的是，在永久磁铁121，122，…，126的自由端提供了辅助磁极块121K，122K，…，126K，以便使定子侧磁极M1，M2，…，M6与转子201之间的空间尽可能小。
辅助磁极块121K，122K，…，126K构成为凸出极部分，它们具有对置部分121L，122L，…，126L，与转子201的一个外周边表面上那些弯曲表面具有相同的弯曲表面，并且从这些辅助磁极块121K，122K，…，126K离开对应永久磁铁的磁通输出到一个工作空间111A。对定子侧磁极M1，M2，…，M6的电磁铁131，132，…，136，如同图3情况那样，从一个控制元件150供给三相激磁电压，即第一、第二及第三激磁电压A1、A2及A3，并且这样在工作空间111A中产生旋转磁场。
在感应电动机200中，由这些旋转磁场在转子201中产生感应电流，并且由于这些感应电流产生的磁场与定子侧磁极M1，M2，…，M6产生的那些磁场之间的相互作用，使转子201旋转。这个旋转原理与一个常规感应电动机的旋转原理一样。
然而，由于在第五实施例中在感应电动机200中，一个旋转磁场发生器220利用永久磁铁的磁力能量在工作空间111A中产生要求的旋转磁场，有可能通过增加电磁铁上绕组线圈的数目，并且仅仅对线圈供给小的直流电流，执行转换接通/截止磁通。
此外，在一个常规类型的感应电动机中，在从一个外部电源供给能量时，需要一个定子铁芯的激磁电流I0以及一个使磁通传到转子转矩的转矩电流I1。然而，按照本发明，不需要供给一个激磁电流I0，并且因此能期望高效率驱动。
由于在没有违反其精神和范围下可以制作本发明的许多显然大不相同的实施例，除了在附加权利要求限定之内，理所当然本发明并不局限于它的这些专门实施例。
权利要求
1.一种利用一个永久磁铁的磁引力驱动发动机，包括一个永久磁铁；一个电磁铁，通过环绕一个磁芯缠绕一个线圈构成，磁芯设置成其一端粘附于该永久磁铁的一个磁极端；一个激磁控制器，用于控制该电磁铁，以便改变永久磁铁的磁极端附近的一个磁通的状态；一个具有磁引力的可动部件，以能够接近或离开永久磁铁加以支承及导向，布置在永久磁铁的磁极端附近；一个返回力作用部件，使可动部件靠压力退后，以及借助于永久磁铁的一个磁吸引力的变化逆着一个磁吸引力作来回移动。
2.一种用于在一个规定的工作空间中产生推进磁场的推进磁场发生器，包括多个永久磁铁部件，为了产生推进磁场，按照一个要求的型式以适当的间隔放置；以及多个磁通控制元件，由与永久磁铁相对应而设置的电磁铁构成，其中，在工作空间中从永久磁铁部件形成的磁通数量由这些磁通控制元件移相来改变。
3.一种能量转换器，具有一个用于在一个规定的工作空间中产生一个推进磁场的推进磁场发生器，以及一个设置在该工作空间，以便用该推进磁场发生器在该工作空间中形成的一个推进磁场在该原动机部件中产生一个移动转矩的原动机部件，其中推进磁场发生器装有多个永久磁铁，为了产生推进磁场按照一个要求的型式以适当的间隔放置，以及多个由电磁铁构成的磁通控制元件，对应永久磁铁放置，并且在工作空间中从永久磁铁形成的磁通数量由这些磁通控制元件移相来改变。
全文摘要
一种利用一个永久磁铁的磁引力驱动发动机，装有一个永久磁铁；一个电磁铁，在一个磁芯上缠绕一个线圈形成，其一端粘附于永久磁铁的一个磁极端；一个激磁控制器，用于激磁电磁铁以改变永久磁铁的磁极端附近的一个磁通状态；一个具有磁吸引性的可动部件，以能够接近或离开永久磁铁加以支承及导向方式，放置在永久磁铁的磁极端附近；一个返回力作用部件，使可动部件靠压力逆着一个磁吸引力退后，以及靠改变永久磁铁的一个磁吸引力作来回移动。
文档编号H02K33/00GK1151091SQ95119770
公开日1997年6月4日 申请日期1995年11月23日 优先权日1995年11月23日
发明者荻野三四郎, 浅冈敬一郎 申请人:荻野三四郎, 浅冈敬一郎