专利名称：永磁推动机及其工作原理和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及永磁体间相互作用力并利用杠杆(轮轴)省力原理组成的永磁推动机，与电动机类似。
目前的电动机、内燃机需要不断的输入电能、燃料才能转化机械能对外做功。
本发明的目的在于为人们提供一种不需输入电能、燃料，靠永磁体磁场间相互作用力，可连续自行运转，并长期独立输出机械能的永磁推动机。
本发明的技术方案是利用永磁体对永磁体同极推斥和异极吸引的运动，保持长时间连续自行运动和运转，在运转中从而像内然机、电动机等对外做功，就是把永磁体的磁场能、直接转化成机械能输出，本机特点是只要永磁体存在磁性，具有磁能，就能连续运转做功。
本机的基本结构是为了说明方便以一对磁极为例，
图1-1为平面剖面图，图1-2为上侧剖面图，由机座(机壳1)，定子永磁极(2)，端盖(3)，弹簧(4)，定子凸挡(5)它的作用使助推杄与传动齿轮脱离，停止扳杆与抱闸(14)构成定子，和转子永磁极(6)，转子凸挡(7)，与转子圆盘固定一起的小齿轮(8)和轴(9)构成转子，它与直流电动机类似，不同之处是定子磁极用永磁体取代励磁绕组，转子用永磁体取代电枢接受定子永磁场施力作用，用(省力)助推器取代换向器，除弹簧外，机壳等都不用铁磁质，如用必须远离转子磁极，以免对转子磁极产生阻力；助推器由弹簧(4)，助推杆(10)，传动齿轮(11)，上有凸挡(13)作用是连接助推杄，定轴(12)是固定弹簧与作传动齿轮的轴，构成助推器，作用是将转子中心小齿轮的力经传动齿轮使弹簧提起，而具有弹性势能，当转子磁极转到和定子磁极相对时(阻力区)，弹簧释放弹性势能，带动助推杆撞击转子凸挡(7)，使转子磁极离开阻力区，进入动力区而继续运转。
工作原理本机就是利用永磁体同极相斥，异极相吸这种长期存在的磁场力，利用磁场能量作功的机械，制成磁极方式(ⅰ)和环形或类似环形磁场(指气旋型与反气旋型磁场，也叫磁旋与反磁旋)方式(ⅱ)。
(ⅰ)磁极方式(图2)如图2-1转子磁极在定子磁场中。转子的两个磁极中无论那个磁极，在定子两个磁极相对位置的上部分或下部分，都会受定子磁场力而向顺时针方向转动，把上边与下边称作转子动力区，当转子S极与定子N极相对时(图2-2)由于相吸而停止，把定子中这两个磁极相对的位置称作转子阻力区；转子磁极在阻力区时，必须受一个大于阻力的力，才能转出阻力区继续旋转，可见要继续旋转，转子磁极在阻力区时，必须受一个大于阻力的力，且不用外界能量，能够完成这一任务的装置叫(省力)助推器，它是利用轮轴(杠杆)省力原理制成，以转子磁极到轴为动力臂，以轴为支点，转子中心小齿轮的齿到转子轴为阻力臂，传动齿轮实质就是一个等臂杠杆，它会大小不变地把力传到弹簧的弹性势能，当转子磁极在阻力区时，弹簧释放势能，把转子磁极推出阻力区，进入动力区。
由杠杆性质可知，转子磁极在动力区，力小移动距离大，等于转子磁极移动弧长距离，转成弹性势能的力虽大，但移动距离小，等于阻力区移动弧长距离。
下面结合工作原理图2说明工作过程在图2-1中，转子磁极受定子磁极的斥力。引力按顺时针方向转动，同时利用轮轴(杠杆)省力原理，把一部分力经齿轮给弹簧贮存弹性势能，当转子磁极A转到右边，转子磁极B转到左边(图2-2)到阻力区时，弹性势能贮存完毕，此时助推杆碰到定子凸挡，而脱离传动齿轮，在弹簧作用下，助推杆立即撞击转子凸挡，在这个阻力区弹簧释放弹性势能，由于此时转子受的弹力加上转动时的惯力，将大于定了磁极对转子磁极的阻力(NS间引力)转子磁极又转入动力区(图2-3)磁极A转到图2-1磁极B的位置，磁极B则转到图2-1磁极A的位置，由于转子A、B两个磁极相同，又都在动力区，由图着出像图2-1那样，又受定子的推斥，继续按顺时针方向旋转，又开始连接助推杄给弹簧贮存弹性势能，如此周而复始的旋转，工作过程中在动力区总是贮存弹性势能，在阴力区总是释放弹性势能，推动转子，贮存的能量等于放出能量。
下面以计算方式说明工作过程能否成立在动力区设定子的两个极对转子的推斥力为2牛顿；由磁学可知磁体不改变时斥力等于引力，所以在阻力区定子对转子的阻力(NS的引力)也是2牛顿；设转子磁极到轴是动力臂为0.05米(L1)设转子中心小齿轮的齿到轴是阻力臂为0.01米(L2)；在阻力区因弹簧对转子的推力必须大于阻力区NS的引力，才能把转于磁极推出阻力区进入动力区，所以这个弹力大于阻力区NS的引力(等于小齿轮经传动齿轮提起弹簧的力)，设为3.35牛顿(F2)；设转子磁极重量和各轴承滚动摩擦产生的阻力为0.3牛顿；求在动力区2牛顿的力推动转子磁极时，其中转移到小齿轮的一部分力(或说贮存弹性势能时对转子磁极的阻力(F1)？求动力区、阻力区剩余的力各是多少？解已知动力臂为0.05米，即L1=0.05m阻力臂为0.01米，即L2=0.01m小齿轮贮存在弹簧的力等于弹簧释放的弹力，F2=3.35N贮存弹簧弹力时对转子磁极的阻力F1是
由杠杆的平衡条件F1×L1=F2×L2得F1=F2×L2L2=3.35N×0.01m0.05m=0.67N]]>在动力区剩余的力推斥力2牛顿减去弹簧阻力0.67牛顿，再减去重量与摩擦阻力0.3牛顿，剩余1.03牛顿。
在阻力区剩余的力是弹力3.35牛顿，减去定子磁极对转子阻力2牛顿，减去重量与摩擦阻力0.3牛顿，剩余1.05牛顿。
由上可知转子在动力区、阻力区都有剩余的力，即在旋转周期都有剩余的力，力的方向都按顺时针，并且力的大小基本是均匀，约为1牛顿，完全能带动不超过1牛顿的物体做功；由于动力区剩余的力是两个磁极的力，所以是力偶，则每个为0.5N，即F=0.5N,d=2个动力臂=2×0.05m=0.1m，力偶矩是M=Fd=0.5N×0.1mm=0.05N.M，在阻力区剩余1N弹力是力矩M=FL=1N×0.05m=0.05N.M。即在每个旋转周期力矩、力偶矩相同，且都不等于零，又是利用永磁间长久存在的斥力、引力，所以能长期独立连续旋转做功。这就证明本机的工作原理(工作过程)是成立的，而且不需外界输入电能、燃料等，并像电动机、内燃机那样输出机械转矩。
(ⅱ)环形或类似环形磁场(磁旋与反磁旋)方式(图3)。
在图3-1中，转子磁极在转子的外端，并且两磁极的磁力线方向都是按逆时针方向，如果增加转子磁极个数，则磁力线都朝同一方向，按逆时针环绕在转子外周围，图3-2外端磁力线，形成类似环形的磁力线(图中磁力线，似反气旋中的风向环绕向外，这类磁场也叫反磁旋，图3-3磁力线的方向似气旋中的风向环绕向内，这类磁场叫磁旋)或环形磁力线(像直线电流周围的磁场图中没画)作转子(或定子)。
在图3-1中，定子磁极在定子内端，并且两磁极端的磁力线方向都是按顺时针方向，如果增加定子磁极个数，则磁力线都朝同一方向，似图3-3内部磁力线，应按顺时针环绕在内(或外)，让磁力线形成环形或类似环形的作定子(或转子)。
图3-2是平面图，实际是加密磁极，由很多细小永磁体或这样的溥片磁体交错组成的长圆柱体或圆环体，使和圆柱体转子外周围和定子内周围产生均匀磁力线(图3-3虚线)，周围形成均强环绕磁场，使磁力线方向都按逆时针或顺时针把这样的定子，转子组合在一起时，图3-4外圆虚线是定子磁力线分部与方向，内圆虚线为转子磁力线分部与方向，中心圆实线是转子受力按顺时针转动方向，中心点是轴，定子(磁场力)对转子磁场的施力是均匀的，并且朝同一方向按顺时针(或逆时针)，转子的磁场受力也是均匀的，且朝同一方向按顺时针(或逆时针)，由于转子受力是均匀的，无动力区、阻力区之分，所以不用助推器，由图可以看出，即有力又存在力臂，力矩不等于零(或力偶矩不等于零)，从而按受力方向旋转，这就是环形或类似环形磁场方式永磁推动机的工作原理。
本机定子的施力范围也是转子的受力范围是转子磁极的磁场外端点到转轴之间的直线上受同方向力，就是以转轴为圆心到转子磁极的磁场外端点为半径作圆，这个圆所有的半径都受顺时针或逆时针方向的力形成力矩，也就是这个圆任意直径中点的两侧受力方向相反形成力偶、定子、转子以磁极方式(利用助推器)，环形或类似环形磁力线方式(不用助推器)，也不能超过这个范围，如力都作用到轴上或超过这个范围，转子受不到力，力矩都为零不能运转。利用各种磁极方式，包括环形或类似环形磁力线方式等，实质是减小或增大受力面积和力矩或力偶矩，并且力矩，力偶矩不能是零。
根据以上说明的工作原理，在生活中可根据需要制成各种类型的，如制成大功率的可代替内燃机(柴油机、汽油机)等动力机械，由于本机不需外界输入电能、机械能、燃料等，并可长期独立输出机械能等，可代替电动机等做功，如和发电机组合，又可长期独立输出电能。
以下所述实施例详细说明根据本发明中的工作原理，利用磁场能量做功，制成永磁推动机的种类。
实施例1按工作原理制成增加或减少定子、转子磁极个数的，或只靠同极斥力，只靠异极引力或相结合的力组成的，或旋转方向不同的永磁推动机，所得产品利用磁场能量输出做功。
实施例2按工作原理制成若干个转子采用共轴或多轴组合的永磁推动机，所得产品利用铁磁质的磁场能量输出做功。
实施例3按工作原理制成像内燃机型或往复式蒸气机型(用永磁体代替活塞，再用磁体斥力、引力推动永磁活塞，用省力助推器改变磁极方向，使磁活塞作往复运动，经曲轴结合利用飞轮而施转)的永磁推动机，所得产品利用磁场能量做功。
实施例4按工作原理制成不利用助推器或利用助推器，像蒸气轮机，水轮机、气轮机等型的直推或旁推的永磁推动机，所得产品利用磁场能量输出做功。
实施例5按工作原理制成中心为定子部分(定子)，外边为转动部分(转子)或中间为转动部分，中心和外边为定子部分或与此结构相反的，所得产品利用铁磁质的磁场能量输出做功。
实施例6按工作原理制成把旋转运动变为直线运动利用直线运动来驱动的(似直线电机)，所得产品利用铁磁质的磁场能量输出做功。
实施例7按工作原理制成只改变助推器形状，种类或增大动力臂，体积或减小体积等类型的，所得产品利用铁磁质的磁场能量输出做功。
实施例8按工作原理制成各种型状、各种形状磁极的，各种类型各种功率的，各种类型相互组合的，所得产品利用铁磁质的磁场能量输出做功。
本永磁推动机磁极方式与直流电动机区别之处用永磁体取代电动机中定子励磁绕组(磁极)和转子电枢，用助推器取代换向器；磁旋与反磁旋或环形磁场方式与交流电动机区别之处，用永磁体制成磁旋与反磁旋或环形永磁场，取代交流电动机输入电能产生的旋转磁场或脉动磁场等，使转子永磁场受定子永磁场的施力而运转。
权利要求
1.由定子(静止部分)、转子(转动部分)省力助推器等，类似电动机的结构构成的永磁推动机；目前电动机靠输入电能产生磁极、旋转磁场，并且把输入的电能转化为机械能输出做功；本永磁推动机的特征是不需输入电能，用永磁体制成磁极方式(ⅰ)，和环形或类似环形磁场(气旋型与反气旋型磁场也叫磁旋与反磁旋)方式(ⅱ)，主要动力靠永磁体间同极斥力异极引力，利用铁磁质的磁场能量输出做功，(ⅰ)磁极方式为在呈圆筒状带底托的(或其它形状)机座(1)外(或内)，轴的侧边装在停止板杆与抱闸(14)机座两端设有端盖(3)，内部装有一对(或任意个)定子永磁极(2)弹簧(4)定子凸挡(5)等构成定子，和转子永磁极(6)(或任意个)与转子圆盘固定一起的小齿轮(8)和轴(9)转子凸挡(7)等构成转子，它与直流电动机类似，不同之处是定子磁极用永磁体取代励磁绕组，转子用永磁体取代电枢接受定子永磁场施力作用，用(省力)助推器取代换向器，除弹簧外，机壳等都不用铁磁质，如用必须远离转子磁极，以免对转子磁极产生阻力；助推器由弹簧(4)助推杆(10)、传动齿轮(11)，上有凸挡(13)作用是连接助推杆，定轴(12)是固定弹簧与传动齿轮的轴，构成助推器，(也可增设飞轮以使机器匀速运转)，工作过程是转子磁场在动力区受定子磁场施力按顺时针(或逆时针)方向旋转，同时利用助推器贮存弹性势能(或用其它方法)，当转子磁场转到阻力区时，助推器释放弹性势能，把转子磁极推出阻力区又进入动力区，又开始贮存弹性势能，如此周而复始的按一定方向旋转，这就是利用助推器磁极方式永磁推动机的工作原理，和(ⅱ)环形或类似环形磁场(磁旋与反磁旋)方式与交流电动机类似，主要区别用永磁体制成磁旋与反磁旋或环形的永磁场，取代交流电动机输入电能产生的旋转磁场或脉动磁场等，在呈圆筒状带底托的(或其它形状)机座(1)外或内轴的侧边装有停止板杆与抱闸(14)，定子、转子由很多细小永磁体或薄片磁体交错组成，或其它方式组成的(筒状)，长圆环体或长圆柱体，实质是加密磁极，使长圆环体内周围或外周围的磁力线形成类似气旋中的风向，按顺时针或逆时针环绕向着中心(3-3)这类磁场叫磁旋，并且内周围或外周围形成均匀永磁场，用它作定子(或转子)，使长圆环体(或圆柱体)外周围或内周围的磁力线形成类似反气旋的风向，按顺时针或逆时针环绕向外(3-2)，磁力线方向与磁旋相反，这类磁场叫反磁旋，并且在内周围或外周围形成均匀永磁场，用它作转子(或定子)，或使长圆环体外周围、内周围形成环形的磁力线作定子(或转子)把外周围均匀磁场的转子，放在内周围均匀磁场的定子圆筒中(3-4)，定子对转子周围的施力是均匀的，转子周围的受力也是均匀的，无动力区、阻力区之分，所以不用助推器，从而按受力方向旋转，(即有力又存在力臂，力矩或力偶矩不等于零)，这就是(不用助推器)磁旋与反磁旋或环形磁场方式永磁推动机的工作原理，可根据需要制成定子为磁旋，转子为反磁旋及环形磁场方式，或定子为反磁旋，转子为磁旋及环形磁场方式，等等的组合方式；本机定子的施力范围也是转子的受力范围，是转子磁极的磁场外端点到转轴之间的直线上受同方向力，就是以转轴为圆心到转子磁极的磁场外端点为半径作圆，这个圆所有的半径都受顺时针或逆时针方向的力形成力矩，或说这个圆任意直径中点的两侧受力方向相反形成力偶，使力矩、力偶矩不等于零。
2.按照权利要求1利用永磁场的相互作用同极推斥异极吸引，利用铁磁物质的磁场能量做功和工作原理所述，制成增加或减少定子转子磁极个数的；或只靠同极斥力、只靠异极引力，及相结合的力组成的；或旋转方向不同的；或若干个转子采用共轴及多轴组合的，或制成像内燃机型、往复式蒸气机型的；或制成不利用助推器或利用助推器，像蒸汽轮机、水轮机型、气轮机型等等直推或旁推的；或制成中心为定子部分(定子)，外边为转动部份(转子)，或中间为转动部份，中心和外边为定子部分或与此结构相反的；或制成把旋转运动变为直线运动，利用直线运动来驱动的(似直线电机)；或制成只改变助推器形状、种类或增大动力臂、体积或减小体积等类型的；或制成各种形状、各种形式磁极的、各种类型、各种功率的，各种类型相互组合的，等等类型的永磁推动机。
3.按照权利要求1-2所述，制成各种类型的永磁推动机用于各处所需能源的地方，可代替内燃机、电动机等机器用于各处。
全文摘要
永磁推动机,与电动机类似,直流或交流电动机用输入电能产生磁极或旋转磁场等,把输入的电能转化成机械能输出。本发明用永磁体取代直流电动机定子转子的磁极和电枢,用杠杆(轮轴)省力原理制成助推器取代换向器;或加密磁极,用永磁体制成磁旋与反磁旋或环形永磁场,取代交流电动机的旋转磁场等,使永磁力矩、力偶矩不等零,把磁场能量转化成机械能等输出做功。可象电动机等,用在需要的地方,无污染。
文档编号H02N11/00GK1229306SQ9910058
公开日1999年9月22日 申请日期1999年2月5日 优先权日1999年2月5日
发明者孙中灏 申请人:孙中灏