專利名稱：磁動(dòng)機(jī)構(gòu)造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用永久磁鐵作為驅(qū)動(dòng)源產(chǎn)生有用的能量的裝置，它是對(duì)分別在1988年3月13日及1992年1月31日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?7/322，121和07/828，703的Flynn等和Flynn的待批專利申請(qǐng)所揭示的發(fā)明之改進(jìn)。本發(fā)明表示了對(duì)已知的構(gòu)造的重要改進(jìn)，且制造更簡單，它能夠做成自啟動(dòng)式，調(diào)節(jié)容易，或許很少需要調(diào)節(jié)。本構(gòu)造也比較易于控制、相當(dāng)穩(wěn)定并可產(chǎn)生用作驅(qū)動(dòng)能源的驚人數(shù)量的輸出能量。本構(gòu)造相似于在先申請(qǐng)中揭示的構(gòu)造，使用永久磁石為驅(qū)動(dòng)能源，但給出了控制磁鐵部件之間的耦合或磁的互相作用的新方法的教導(dǎo)，此種方法以相當(dāng)穩(wěn)定的方式產(chǎn)生較大數(shù)量的輸出能量和轉(zhuǎn)矩，并能在一種裝置中用來產(chǎn)生可用于許多不同目的的相當(dāng)大量的能量。
本發(fā)明歸結(jié)為一固定的支持結(jié)構(gòu)，它有一個(gè)或多個(gè)固定的永久磁鐵，例如圓環(huán)形永久磁石，裝置在其上，以永久磁石的一個(gè)極面置于它的鄰接面上。該裝置有一個(gè)或多個(gè)比較平的線圈以共平面形式布置在固定永久磁石的另一面的周邊上，且有一支承軸部件的裝置，此軸部件穿過永久磁鐵而延伸，另外的一個(gè)或多個(gè)永久磁石部件以分開的位置附于其上，此一個(gè)或多個(gè)分開的磁石中的每一個(gè)將其一個(gè)磁極定位成靠近具有線圈的固定永久磁石的那個(gè)平面，該線圈位于它們之間，將分開的永久磁石和固定的永久磁石的極性安排得在它們之間產(chǎn)生磁作用，諸如磁耦合或者磁排斥。此裝置還包括軸承裝置，用于支承軸部件和分開的永磁部件使它們相對(duì)于固定磁石以及在它上面的線圈旋轉(zhuǎn);以及包括一個(gè)用來有選擇地和順序地對(duì)位于定和動(dòng)磁石之后空間內(nèi)成一平面的各線圈供電的裝置，使按預(yù)定地控制相應(yīng)的分開的永磁部件和固定永磁之間磁作用力以便產(chǎn)生它們之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。有各種裝置可被用于控制給線圈施加能量，包括控制裝在軸上使和它一起旋轉(zhuǎn)的各裝置的計(jì)時(shí)裝置和能源。本構(gòu)造可以做成自起動(dòng)的或者由某種可即時(shí)幫助起動(dòng)的措施來建立運(yùn)轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的主要目的是講授一種比較簡單的、類似電動(dòng)機(jī)裝置的構(gòu)造和運(yùn)行，它以獨(dú)特的方式利用永久磁石以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)或其他方式的運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明的另一目的是講授一種比較簡單的、類電動(dòng)機(jī)裝置的構(gòu)造和運(yùn)行，它有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的永久磁石間耦合和/或去耦以產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的新方法。
再一目的是控制相對(duì)運(yùn)動(dòng)的永久磁石間耦合或去耦的新方法。
再一目的是以較少的花費(fèi)及較可靠地產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)能量。
再一目的是講授一種以變動(dòng)永久磁石之間的磁作用力來產(chǎn)生能量的新途徑。
再一目的是提供一種生產(chǎn)能量的廉價(jià)方法。
再一目的是提供在使用慣用的電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的地方的一種替代的能源。
本發(fā)明的這些和其他的目的及優(yōu)點(diǎn)在考慮了以下參閱附圖的最佳實(shí)施例的詳細(xì)說明之后將會(huì)變得更清楚。


圖1是按照本發(fā)明構(gòu)造的磁動(dòng)力裝置的側(cè)視圖;
圖2是示于圖1中的裝置的分解視圖;
圖3是表示裝置的運(yùn)動(dòng)磁部件之一和非運(yùn)動(dòng)磁部件之間在一個(gè)位置上的關(guān)系的局部視圖;
圖4是相似于圖3的視圖，但表示的是裝置的運(yùn)動(dòng)磁部件中另外一個(gè)和非運(yùn)動(dòng)磁部件之間在同樣的位置上的關(guān)系;
圖5是類似于圖3的局部視圖，但表示的是相對(duì)地運(yùn)動(dòng)的永磁部件間為相斥作用的情況;
圖6是類似于圖4但為示于圖5中條件的視圖;
圖7是表示所討論裝置的另一實(shí)施例的側(cè)視圖，它能產(chǎn)生更大的能量和轉(zhuǎn)矩;
圖8是圖7的裝置的類似于圖3的局部視圖;
圖9是對(duì)于表示在圖7中的構(gòu)造類似于圖4的視圖;
圖10是對(duì)于表示在圖7中的裝置類似于圖3的視圖，但固定的永久磁石之一的極性與其相反;
圖11是對(duì)于表示在圖7和10的裝置類似于圖4的局部視圖;
圖12是該裝置的另一實(shí)施例的側(cè)視圖;
圖13是用于圖1、7和12裝置的電路之示意視圖;
圖14是所討論裝置另一實(shí)施例的透視圖;
圖15是裝置的簡化例子，表示使用一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁部件和一個(gè)位于旋轉(zhuǎn)和固定磁部件之間的平面的線圈;
圖16是裝置的簡化的例子，表示使用了一個(gè)動(dòng)磁部件和三個(gè)布置在旋轉(zhuǎn)和固定磁石之間的一個(gè)平面內(nèi)的線圈;
圖17是一個(gè)兩端加了電壓的空心線圈的側(cè)視圖并以虛線表示出線圈的磁場(chǎng);
圖18是類似于圖17的圖，但表示空心線圈位于貼近永久磁石的邊，空心線圈上沒有加電壓，虛線表示永久磁石的磁場(chǎng);
圖19是類似于圖18的側(cè)視圖，空心線圈上的加了電壓，該圖用虛線表示空心線圈電場(chǎng)的形狀及永久磁石的磁場(chǎng)形狀;
圖20是類似于圖19的側(cè)視圖，但表示了第二永久磁石位于第一永久磁石之上并以虛線示出在空心線圈端未加電壓時(shí)兩個(gè)永久磁石的磁場(chǎng);
圖21是類似于圖20的圖，但各永久磁石有不同的相對(duì)位置且空心線圈端加了電壓，該圖表示了空心線圈的電磁場(chǎng)形狀及二個(gè)永久磁石磁場(chǎng)的修正的形狀;以及圖22-25是類似于圖21的圖，表示了各永久磁石四個(gè)不同的相對(duì)位置處空心線圈的電磁場(chǎng)和磁石的磁場(chǎng)。
參閱附圖，數(shù)標(biāo)10表示按照本發(fā)明構(gòu)造的裝置。裝置10包括固定的基體結(jié)構(gòu)，它包括了上板件12，下板件14，它們之間連有空間上隔開的立柱16-22。裝在上板12上的是固定永磁部件24，為圓環(huán)形，其一個(gè)極(其北極)與上板的上表面相近，相反的極(其南極)位于板12的上方。
參見圖2，永磁部件24有多個(gè)線圈26-38以共平面關(guān)系安置在其上表面上。表示出七個(gè)線圈，線圈26-38有穿過板12到其他電路元件去的電連接，這在下面將要結(jié)合圖13描述。另一個(gè)部件40被裝在下板14的上表面上，類似的部件42被裝在板12的下邊。
軸44，(為方便表示為垂直指向)穿過在部件42、12和24上對(duì)齊的孔面延伸。軸44的下端接到盤狀部件46，它有一對(duì)分開的弧狀孔48和50，表示為位于從盤46的邊緣向內(nèi)、直徑上相對(duì)的位置上。此孔48和50的目的將在下面解釋。
軸44還與另一圓環(huán)部件52相接，它在軸上安置得位于線圈26-38附近。部件52示為盤狀，它有一對(duì)分開的永磁部件54和56被裝在其上或其內(nèi)的分開的位置上，直徑上互相相對(duì)(見圖2)。磁部件54和56的南極和北極如圖2所示指向，即北極表示為在它的下邊，它們的南極在上邊。這樣做是為了在磁石54和56與固定磁部件24之間互相磁吸引和耦合。磁石54和56和/或磁石24的極性假如為了某種目的要產(chǎn)生它們之間相對(duì)的磁排斥時(shí)也可以反過來。
再看圖2，下板件40的上表面上具有多個(gè)光敏三極管58-70，它們?cè)谄湟恢苌系囊苑指舻奈恢冒惭b。光敏三極管58-70的數(shù)目和位置要使得基本上和裝在部件24上的相應(yīng)的線圈26-38的中心對(duì)齊。同樣數(shù)目的紅外線發(fā)射器72-84被裝在部件42的下表面上和對(duì)應(yīng)的光敏三極管對(duì)齊。圖示有七個(gè)紅外線發(fā)射器72-84，它的每一個(gè)和七個(gè)光敏三極管58-70中對(duì)應(yīng)的一個(gè)以及和七個(gè)線圈26-38中對(duì)應(yīng)的一個(gè)對(duì)齊。這種安排使得當(dāng)軸44和附于其上的各部件，包括盤46和部件52，相對(duì)于另外一些部件包括部件24旋轉(zhuǎn)時(shí)，弧形孔48和50將在相應(yīng)的一對(duì)紅外線發(fā)射器間通過，這樣將引起光敏三極管以預(yù)定的時(shí)間間隔周期地和對(duì)應(yīng)的紅外線發(fā)射器處于光聯(lián)絡(luò)狀態(tài)下。這種聯(lián)絡(luò)的目的是建立供電電路的順序去向?qū)?yīng)的線圈26-38供電，每次對(duì)一個(gè)，每個(gè)線圈依次地造成對(duì)應(yīng)的永久磁石54和56與磁部件24之間磁作用的暫時(shí)中斷或其一部分中斷。
當(dāng)一個(gè)線圈被裝在永久磁石，例如永久磁石24，之頂上并對(duì)它供電使對(duì)稱磁場(chǎng)的磁通聚集造成非對(duì)稱磁場(chǎng)時(shí)，另一永久磁石被置于第一個(gè)永久磁石24上的線圈之上方。當(dāng)線圈被供電時(shí)，這導(dǎo)致產(chǎn)生不平衡的或非均勻的力從而在這2個(gè)永久磁石間產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，此轉(zhuǎn)矩將是在趨向?qū)⒂谰么攀幌鄬?duì)于另一個(gè)移動(dòng)的方向上。
參看圖3，磁部件54之一處于直接靠近線圈之一(例如線圈26)的位置。在此位置時(shí)，只要在線圈26上沒有電壓，磁石54和24之間就將有磁耦合。然而，假如電壓被加在線圈26上，它將中止磁石54和線圈所在的磁石24之間的磁耦合。這意味著如果發(fā)生了什么轉(zhuǎn)矩的話，那將產(chǎn)生在線圈26的任一邊上。不對(duì)線圈26供電，在磁石24和54之間就全面吸引，將沒有旋轉(zhuǎn)力產(chǎn)生。
參看圖4，那里表示了對(duì)于部件52的一個(gè)位置的可動(dòng)磁石54和56的相對(duì)位置。例如，磁石54直接位于線圈26的上方，而磁石56表示為跨著線圈32和34的部位。假如，在部件的這個(gè)位置，線圈32被供電但線圈34及26則不供電，那么磁石56和磁石24間的磁耦合將指向一個(gè)角度，如圖4箭頭所表明的那樣，這種吸引耦合將趨向于向圖4所示的右方移動(dòng)部件52。由于線圈26沒有供電，磁石54和部件24間將是充分耦合而這將沒有作用，因?yàn)檫@將既不使部件52朝哪一方向轉(zhuǎn)也不使它停下來。在此同時(shí)線圈38是磁石54將要移向的下一個(gè)線圈，它同樣也沒有被供電，因此對(duì)產(chǎn)生部件52的轉(zhuǎn)矩方面沒有作用。
當(dāng)部件52繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，線圈26-38中各不同線圈將順序地被供電以繼續(xù)在部件52和24之間在一個(gè)方向上產(chǎn)生磁耦合力以繼續(xù)產(chǎn)生它們之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。注意到，所有的轉(zhuǎn)動(dòng)力都是由永磁部件之間的互相作用所產(chǎn)生而不是由線圈或任何其他裝置產(chǎn)生。線圈只是順序被供電來控制在何處發(fā)生磁作用，這樣做是要使部件52轉(zhuǎn)起來。也應(yīng)明白，一個(gè)或更多個(gè)(包括多于二個(gè))永久磁石，例如永久磁石54和56可被裝在旋轉(zhuǎn)部件52上，旋轉(zhuǎn)部件52的形狀和尺寸可以按照能容納裝于其上的永久磁石的數(shù)目來調(diào)整。部件52也可以用非磁性材料制造，只要求提供支持永久磁石在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)有足夠的結(jié)構(gòu)即可。這意味著構(gòu)件52不必需做成象圖中所示那樣是圓的。
圖5和6類似于圖3和4，但是表示的構(gòu)造中將永久磁石54和56顛倒成其北極挨著磁石24，而不是南極靠著部件24。由圖5和6說明的經(jīng)改動(dòng)的裝置的構(gòu)造和運(yùn)行與上面敘述的相似，只是在磁部件54和56與磁石24之間產(chǎn)生磁斥力而不是磁吸力，這些斥力可用相似的方式來產(chǎn)生部件52的轉(zhuǎn)動(dòng)而不論其構(gòu)造如何。
圖7表示所討論的裝置的經(jīng)修改的實(shí)施例100，它包括圖1和2中示出的全部部件，另外增加了第二固定永磁部件102(它裝在部件52的上方而不是下方)以及裝在它的下邊的線圈元件如線圈26A-38A。磁部件102類似于部件24、用磁石54及56為動(dòng)力來運(yùn)轉(zhuǎn)，并且能夠以完全同樣的方式運(yùn)行，就是用在磁部件間產(chǎn)生吸力或者產(chǎn)生斥力，每一種都被用來在裝置的旋轉(zhuǎn)部分和固定部分之間產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)矩。也可以預(yù)期制造圖7所示的構(gòu)造使得在磁石54和56的一邊產(chǎn)生吸力和在其另一邊除產(chǎn)生力之外還產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)共同運(yùn)轉(zhuǎn)的的斥力。
圖8和9類似于圖3和4，但示出了磁石54和56與位于它相反的二邊的部件24和102之間的關(guān)系。圖9示出用來指示所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力的方向的箭頭，此力對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)部分是必需的。這些圖表示了轉(zhuǎn)動(dòng)磁石54和56與位置如圖7所示的固定磁石24和102之間互相作用的一種形式。在這種構(gòu)造中，裝置只產(chǎn)生吸引轉(zhuǎn)動(dòng)力。
圖10和11類似于圖8和9，只是在這些圖中表示出與在轉(zhuǎn)動(dòng)磁石相對(duì)的二邊的固定磁石相結(jié)合產(chǎn)生了吸力和斥力二種力。也注意到要被供電的在部件52相對(duì)兩側(cè)的線圈以不同的設(shè)置來供電激勵(lì)。
圖12是類似于圖7的側(cè)視圖，只是說明了一種可以將多個(gè)象部件24和102這樣的固定和可旋轉(zhuǎn)部件裝在一根軸上的方法，幾乎可以用任何數(shù)目的同樣的組來增加由該裝置產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大小。在圖12中同樣的電源和同樣的電路布置可以被用來對(duì)光敏三極管和紅外線發(fā)射器供電。然而，使用吸力還是斥力或它們的結(jié)合以產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)來決定與固定磁部件相連系的線圈被供電的次序。
圖13是用于表示在圖1和2中的裝置的電路圖，它表示了和線圈26-28以及與此相關(guān)的電路元件的電路連接。類似的電路也可用于圖7和12所示的構(gòu)造。該電路也包括與各種光敏三極管和紅外線發(fā)射器的連接。
圖13所示的電路120含有電源122，它可以是電池組、整流的AC電源或交流脈沖電源。電源122的正極邊124連到線圈26-38的每一個(gè)的一側(cè)，線圈26和與它有關(guān)的電路用粗黑線畫出，包括連到電阻128一端和連到光敏三極管58-70的一邊的連接。線圈26的另一端被接到氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Mosfer)126的一端。電阻128的另一端被接到紅外線發(fā)射器72的一側(cè)并接到所有其他紅外線發(fā)射器74-84的相應(yīng)側(cè)。紅外線發(fā)射器72-84的另一側(cè)被接到引線130并連到電源122的負(fù)極132。以所示電路，當(dāng)孔48或50之一通過紅外線發(fā)射器和光敏三極管之間時(shí)，全部紅外發(fā)射器72-84相繼被供電，產(chǎn)生的光可以被相應(yīng)的光敏三極管58-70所接收。這時(shí)，相應(yīng)的光敏三極管58將導(dǎo)通，就將正電壓加到相關(guān)的Mosfet126上，使Mosfet接通，致使電源122的電壓也被加到線圈26上。這個(gè)電通路是從電源122經(jīng)線圈26，Mosfet126，引線134到電源122的另一端。當(dāng)電源電壓加到線圈26上時(shí)，線圈工作以限制或阻止磁石54或56中正好位于線圈(26)附近處的無論哪一個(gè)與磁石24間的磁聯(lián)系，該線圈26在磁石54或56與磁石24之間的空間里的。這條電通路在圖13中被加黑了。以所描述的方式適當(dāng)定時(shí)及控制施加電壓到各個(gè)線圈26-38，磁石54和56與磁石24之間的磁耦合可以被精確地控制并在某種程度上以在磁石54(或56)和磁石24之間引起成一角度的磁吸引，此斜角吸引(或排斥)在一個(gè)方向上造成圖1，2，7和12所示結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分的旋轉(zhuǎn)。可知每一個(gè)線圈26-38被相同的方式控制，即，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間在其兩端出現(xiàn)電壓來控制磁耦合的方向以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)部將繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速可以被保持在任何所要求的轉(zhuǎn)速上。各種各樣的裝置可被用來控制轉(zhuǎn)速，如用控制DC或其他電壓加到各個(gè)線圈上的時(shí)間，又如通過使用交流電源或脈沖電源來代替直流電源或者對(duì)裝置加負(fù)載來限制其轉(zhuǎn)速。
特別要緊注意到，由于各線圈被供電及它們被加上電壓時(shí)只流過極小的電流，所討論的裝置工作時(shí)要求的能量極小。
用于增常的電動(dòng)機(jī)的公知方程式有(速度×力矩)/9.55 ＝功率(瓦)故，(S×T)/9.55 ＝W此方程式在本裝置中不常用，因?yàn)樵诒狙b置中認(rèn)為力矩是常數(shù)而轉(zhuǎn)速是變數(shù)。相同的方程式可改寫成
根據(jù)這些方程式，假使所應(yīng)用的裝置在轉(zhuǎn)速增加時(shí)瓦數(shù)除力矩必需也增加，只是差一因數(shù)9.55。因此，若力矩是常數(shù)或接近常數(shù)，則隨著轉(zhuǎn)速增加，功率輸出必定增加，且以很快的速率增加。
應(yīng)該知道本裝置可以做成有任何數(shù)目的固定和轉(zhuǎn)動(dòng)磁石安排成疊層關(guān)系來增加功率輸出(見圖12)，使用任何所需的數(shù)目的線圈裝在各個(gè)固定磁石上的也是可能的。在圖1，7和12所示的構(gòu)造中表示了裝在每個(gè)固定磁石上有七個(gè)線圈，但依賴于裝置的功率和其他要求可以有較多的或較少的線圈被用于每個(gè)固定磁石上。假如線圈的數(shù)目改變，光源和光檢測(cè)器或晶體管的數(shù)目也將相應(yīng)地改變。重要的是要注意各個(gè)光敏三極管導(dǎo)通的時(shí)間是要緊的。此時(shí)間必需如圖4所說明的那樣，例如，當(dāng)一個(gè)線圈譬如線圈32被供電去阻止磁石56和磁石24之間在一個(gè)方向上的耦合時(shí)，相鄰的線圈34將不供電。其理由已經(jīng)解釋過了。
參閱圖14，那里示出所討論的裝置的另一個(gè)實(shí)施例140。實(shí)施例140包括一固定永久磁石142，它有一平的上表面144和在圓周上是螺旋狀的下表面146，所以部件142的厚度是變化的，從在148處為最厚到在150位置處為最薄。部件142的厚度順其圓周均勻地變化。在永久磁石142的最厚部分位置148的附近且貼在表面144上的是一個(gè)空心線圈152，表示為多圈繞組的形式。軸部件154由軸承裝置156支承作相對(duì)于固定永久磁石142的旋轉(zhuǎn)，且與旋轉(zhuǎn)部件158連接。該部件為圓環(huán)形狀并含有四個(gè)裝在有其上或其內(nèi)的彼此隔開的永久磁石160，162，164和166。永久磁石160-166被定位得能在和固定永久磁石142有小間距的關(guān)系、但其間能放置線圈152的情況下轉(zhuǎn)動(dòng)。線圈152被接到類似于圖13的電路中，而此電路將不再描述。
示于圖14中的裝置140的運(yùn)行原理和上面結(jié)合圖1和其他圖所描述的相類似。然而，重要的是注意到永久磁石160-166相對(duì)于永久磁石142旋轉(zhuǎn)是由于因永久磁石周邊厚度增加而提高了它們和永久磁石間的耦合之故。因此部件158將沿反時(shí)針旋轉(zhuǎn)，每一次磁石160-166中的一個(gè)移到造固定永久磁石142最厚部分148之位置，線圈152就被加上電壓，否則對(duì)部件158就有一停止或減少轉(zhuǎn)動(dòng)力的趨勢(shì)。為了克服這點(diǎn)，線圈152在每次永久磁石160-166中的一個(gè)在所示位置時(shí)被供電。旋轉(zhuǎn)盤158通過軸154接到轉(zhuǎn)盤168，盤168上對(duì)應(yīng)于永久磁石160-166的位置有四個(gè)孔170，172，174和176，使得每次永久磁石之一移到靠近固定永久磁石142的最厚部分148位置時(shí)線圈152將被供電，這將降低或排除轉(zhuǎn)動(dòng)磁石和固定磁石之間的耦合，否則會(huì)使轉(zhuǎn)動(dòng)部分慢下來。聯(lián)到線圈152的電路包括有上面結(jié)合圖13描述的同樣的基本元件，包括變換與圖13所示的電路相連的一個(gè)光電池178，一紅外發(fā)射器180和一個(gè)Mosfet182。線圈152供電的時(shí)間是重要的，線圈應(yīng)在相應(yīng)的永久磁石160-166移到和固定永久磁石142的加厚部分148對(duì)齊或基本對(duì)齊時(shí)被供電。
圖15示出本裝置基本的簡化的形式190，它包括旋轉(zhuǎn)部件52A，其上裝有單一的永久磁石部分54A。該裝置還有帶有單個(gè)空心線圈26A的固定永久磁石24A，線圈26A以已經(jīng)描述過的方式位于部件52A和24A之間的空間中。構(gòu)造190不是象最佳實(shí)施例10那樣自起動(dòng)的，但當(dāng)裝置一旦用手轉(zhuǎn)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)部分而啟動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)部分將繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。構(gòu)造190還有其他如前所述的各部分，但該構(gòu)造的輸出將比其他構(gòu)造所產(chǎn)生的輸出少。
圖16示出該裝置的另一個(gè)簡化型式200，其中部件52B相似于圖15所示的相應(yīng)的部件52A。然而，固定結(jié)構(gòu)包括永久磁石24B，有三個(gè)繞組26B，28B和30B位于貼其上表面的間隙中。圖16所示的構(gòu)造將產(chǎn)生比圖15所示構(gòu)造更多的輸出但少于其他構(gòu)造，例如示于圖1，2，7和12的構(gòu)造，的輸出。顯然，在申請(qǐng)中所示構(gòu)造的許多其它變形也是有可能的，包括有較多或較少的線圈，較多或較少旋轉(zhuǎn)磁部份，較多或較少的象部件52這樣的旋轉(zhuǎn)部件以及較多或較少的象部件24和142那樣的固定部件的構(gòu)造。
圖17-25說明本發(fā)明的某些要強(qiáng)調(diào)的原則。
圖17表示一個(gè)空心線圈210，位于空間，其上加有電壓。加了電壓后空心線圈210的電磁場(chǎng)在線圈之上和之下空間里的分布實(shí)質(zhì)上一樣，如虛線所示。
圖18示出位于貼近永久磁石212一邊(北極邊)的空心線圈210。圖18中空心線圈210上未加電壓因此空心線圈210不產(chǎn)生象圖17那樣的電磁場(chǎng)。這種情況下空心線圈210對(duì)永久磁石212的磁場(chǎng)沒有影響，永久磁石的磁場(chǎng)實(shí)質(zhì)上如圖18虛線所示的那樣。
圖19相似于圖18，但圖19中空心線圈210上加了電壓，因此有一建立起來的電磁場(chǎng)再用虛線示出。空心線圈210的電磁場(chǎng)將永久磁石212的磁場(chǎng)修正成所示那樣。如果線圈210放得與永久磁石的表面相接觸并被供電使其其極性與永久磁石的相反，那么所得到的磁場(chǎng)類似于圖19所示那樣。注意到空心線圈210的磁場(chǎng)比起空心線圈210不被放在貼近永久磁石212的情況要被迫向上了較大一個(gè)距離。在永久磁石212上方的空心線圈210的磁場(chǎng)也更集中，即，比圖17的情況有更多的每平方寸線數(shù)。這是因?yàn)樵诰€圈被放在貼近永久磁石之前在線圈下面本來存在的磁力線現(xiàn)在必定要和本來占有線圈上方空間的磁力線分享這塊空間。相類似，空心線圈210的磁場(chǎng)也修正永久磁石212的磁場(chǎng)形狀，使得占有空心線圈210以下空間的永久磁石的磁場(chǎng)必定與在線圈通電以前占有線圈210四周的磁通共享這同一塊區(qū)域。因此，永久磁石212的磁通在空心線圈210的四周更集中。因而，將同樣量的電輸入加到圖17所示的線圈210上，在線圈210上方的電磁場(chǎng)強(qiáng)度增大，而永久磁石的磁場(chǎng)在其它地點(diǎn)也增強(qiáng)了。
圖20類似于圖19但有第二永久磁石214被放在空心線圈210上面的位置上。圖20中空心線圈210上未加電壓所以空心線圈210沒有電磁場(chǎng)。所以圖20只表示了永久磁石212及214磁場(chǎng)的組合結(jié)果。因?yàn)橛谰么攀?12和214朝向一致，它們各自的北極和南極合在一起，在它們之間空心線圈210的位置有強(qiáng)的吸力。
圖21類似于圖20，只是空心線圈210上加有電壓且上永久磁石214移到相對(duì)于它在圖20中位置的左邊。注意到圖21中空心線圈210的電磁場(chǎng)的形狀集中了并稍向右向上移了一點(diǎn)，電磁場(chǎng)的這種移動(dòng)加強(qiáng)了在左邊的永久磁石212和214之間的磁耦合因而增強(qiáng)了上永久磁石214移向左邊的趨勢(shì)。在永久磁石212和214右端之間的磁耦合較小得多，因而趨向于使永久磁石214向右移動(dòng)的力要比趨向于將它向左移動(dòng)的力小得多。這用在圖21中箭頭的大小來表示。
圖22-25表示了上永久磁石214相對(duì)于下永久磁石212的四個(gè)不同的位置。圖22中因?yàn)樯嫌谰么攀?14相對(duì)于空心線圈210的位置趨向于使上永久磁石214向左移動(dòng)的磁耦合力加強(qiáng)。在圖23和24中這個(gè)力增大直到上永久磁石214到達(dá)圖25所示的位置，這時(shí)所有的磁耦合在永久磁石212和214之間實(shí)質(zhì)上是垂直走向，在此位置作為永久磁石212和214之間的耦合能量，趨于將它們彼此相對(duì)移動(dòng)的結(jié)果力矩極小或沒有。
在圖17-25中說明的原則是本發(fā)明的核心部分，解釋了從何而來的能量使得可相對(duì)移動(dòng)的永久磁石之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
本裝置可用于非常多的不同目的，也可用于包括差不多任何需要一個(gè)電動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合以及用于和/或要求用來產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的能量可能小到幾乎為零的場(chǎng)合。申請(qǐng)人已制造了這里描述的型式的裝置，該裝置可以以高達(dá)20，000RPMs的很高轉(zhuǎn)速和相當(dāng)大的轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)。也可以產(chǎn)生其它較低的轉(zhuǎn)速，所討論的裝置可以做成自起動(dòng)式的象示于圖1，2，7和12中構(gòu)造那樣。因?yàn)檫\(yùn)轉(zhuǎn)裝置所要求的功率低，申請(qǐng)人能夠使用市售電池例如9伏電池來操作它。
已經(jīng)描述了并示出了新的磁動(dòng)機(jī)或類電動(dòng)機(jī)構(gòu)造，它能實(shí)現(xiàn)全部謀求的目的和優(yōu)點(diǎn)。然而，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是很清楚的，對(duì)所討論的裝置的許多改動(dòng)、變型、修正和其他用途中的應(yīng)用是可能的。所有這種改動(dòng)、變型、修正和其他應(yīng)用均不偏離本發(fā)明的范圍和精神，它們都被視為由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明所覆蓋。
權(quán)利要求
1.一種控制永久磁石的磁特性的裝置，其特征是包括永久磁石，有相反的二個(gè)側(cè)面，磁北極在它一個(gè)側(cè)面處，磁南極在另一個(gè)側(cè)面處，導(dǎo)電金屬的線圈，裝在貼近二個(gè)相反的側(cè)面之一上，通過線圈串聯(lián)的電源和開關(guān)裝置，當(dāng)開關(guān)裝置閉合時(shí)，電能從電源加到線圈，永久磁石的磁特性實(shí)質(zhì)上被改變，以及控制開關(guān)裝置斷開和閉合的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征是其中永久磁石的磁場(chǎng)在來自電源的電能造成同極性時(shí)在遠(yuǎn)離線圈之處被加強(qiáng)，而當(dāng)來自電源的電能造成反極性時(shí)在貼近線圈處被加強(qiáng)。
3.一種控制相互隔開的永久磁石的磁特性之間互相作用的裝置，其特征是包括第一永久磁石，有相對(duì)的面，其上分別是北極和南極，第二永久磁石，有相對(duì)的面，其上分別是北極和南極，放置得與第一永久磁石靠得足夠近以產(chǎn)生它們之間的磁作用，導(dǎo)電金屬的線圈，裝在第一和第二永久磁石之間的空間中，經(jīng)過線圈串聯(lián)的電源和開關(guān)裝置，當(dāng)開關(guān)裝置閉合時(shí)，從所述電源來的電能加到線圈上，第一和第二永久磁石間的磁作用被改變，以及控制開關(guān)裝置斷開和閉合的裝置。
4.一種產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩的裝置，其特征是包括支承部件，繞旋轉(zhuǎn)軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)部件至少在靠近其周邊部分由永久磁化的材料構(gòu)成;固定部件，由永久磁化的材料構(gòu)成，裝在貼近旋轉(zhuǎn)部件的周邊部分，從而在旋轉(zhuǎn)部件的預(yù)定位置上產(chǎn)生固定和旋轉(zhuǎn)部件之間的磁作用;至少一個(gè)線圈位于固定和旋轉(zhuǎn)部件之間;包括電源和開關(guān)經(jīng)線圈串聯(lián)的裝置;及當(dāng)旋轉(zhuǎn)部件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)用于預(yù)定控制開關(guān)裝置閉合的裝置來改變磁作用以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)。
5.一種預(yù)定改變第一和第二相互隔開的永久磁石部件之間的磁作用的裝置，其特征是包括第一永磁部件，有北和南極;第二永磁部件，有北和南極，以氣隙和第一永磁部件隔開;一線圈，位于第一和第二永磁部件之間的氣隙中;以及將線圈聯(lián)接到電路的裝置，包括電壓源和與之串聯(lián)的開關(guān)裝置，使得當(dāng)該電壓源與線圈相連接時(shí)，它影響第一和第二永磁部件之間的磁作用。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其特征是包括安裝第一永磁部件的裝置，使其相對(duì)于第二永磁部件和相對(duì)于在它們之間的氣隙中的線圈動(dòng)作。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其特征是第一和第二永磁部件被安裝得使它們之間產(chǎn)生磁吸力。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其特征是第一和第二永磁部件被安裝得使它們之間產(chǎn)生磁斥力。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征是安裝第一永磁部件的裝置包括安裝第一永磁部件使相對(duì)于第二永磁部件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置以及開關(guān)裝置，它包含協(xié)同工作的光學(xué)裝置，具有裝成和第一永磁部件一起運(yùn)動(dòng)的第一部分和與第二永磁部件結(jié)合的第二部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其特征是開關(guān)裝置包含光源和與第二永磁部件結(jié)合的光敏元件，以及和第一永磁部件一起運(yùn)動(dòng)的控制裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其特征是第二永磁部件是一圓環(huán)狀永磁部件，其磁極之一在氣隙的一邊，其另一磁極與之相對(duì);安裝第一永磁部件作相對(duì)于第二永磁部件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，所述第一永磁部件的一個(gè)磁極在氣隙一邊;以及多個(gè)圓周上分隔開的線圈，裝在第一和第二永磁部件之間的氣隙中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其特征是第一永磁部件包含二個(gè)圓周上分隔開的部分。
13.產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是包括支持結(jié)構(gòu)，第一永久磁石裝在其上，所述第一永久磁石一個(gè)表面有北極而其反面是南極;一個(gè)裝置，安裝第二永久磁石，在平行于第一永久磁石的平面里作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該第二永久磁石其一個(gè)表面上是北極而其反面是南極，并且這樣定位使分開的第一和第二永久磁石跨過它們之間的氣隙，至少在那里的一個(gè)位置有磁作用;至少一個(gè)空心線圈位于第一和第二永久磁石之間的氣隙中;電源和開關(guān)裝置，用于控制加到空心線圈上的電源電壓，加電壓于空心線圈在第二永久磁石相對(duì)于第一永久磁石的某些位置，在第一和第二永磁部件之間產(chǎn)生磁作用，并且形成這樣的方式使產(chǎn)生另外的永久磁石的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是第三永久磁石被裝在支持結(jié)構(gòu)上第二永久磁石的對(duì)于第一永久磁石而言的相反的一邊以建立第二氣隙于它們之間，結(jié)果在第二和第三永久磁石之間有磁作用;且至少有一個(gè)第二空心線圈安裝在第二和第三永久磁石之間的氣隙內(nèi)使預(yù)定地在第二永久磁石相對(duì)于近旁的第三永久磁石的某些位置上產(chǎn)生其間的磁作用，使得有助于產(chǎn)生第二永磁部件相對(duì)于第一和第三永久磁石的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是把來自電源的電壓加到各空心線圈去的各開關(guān)裝置包含光傳感器，一個(gè)裝在支持結(jié)構(gòu)上面另一個(gè)裝在旋轉(zhuǎn)裝置上，以產(chǎn)生開關(guān)動(dòng)作，使在第二永久磁石部件相對(duì)于第一和第三永久磁石的預(yù)定各位置上把電壓加到空心線圈或從空心線圈斷開。
16.一種利用永久磁石的磁能以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是包括一固定永久磁石，具有分別在其上是北極和南極的相反兩個(gè)表面;具有軸線的軸，以及在固定永久磁石的相反兩表面法向延伸的位置上支承軸作旋轉(zhuǎn)的裝置;可動(dòng)永久磁石及裝該可動(dòng)磁石于軸上和它一起轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，該可動(dòng)永久磁石有相反的二表面分別結(jié)合了北極和南極，所述可動(dòng)永久磁石的一個(gè)極的位置足夠接近地移向固定永久磁石的二相反表面之一使產(chǎn)生它們之間的磁作用;至少一個(gè)線圈被裝在固定永久磁石和可動(dòng)永久磁石之間的空間內(nèi)，當(dāng)位于它們之間時(shí)對(duì)線圈供電以便產(chǎn)生固定和可動(dòng)永久磁石之間的磁作用;以及將線圈在可動(dòng)永久磁石相對(duì)于固定永久磁石的選定的各位置上接到供電電源上的裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是多個(gè)線圈以共平面關(guān)系被安裝在固定永久磁石和可動(dòng)永久磁石之間的空間內(nèi);連接線圈到供電電源的裝置包括按預(yù)定的順序?qū)Ω鲗?duì)應(yīng)線圈供電的裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是包括一第二可動(dòng)永久磁石，安裝在裝有可動(dòng)永久磁石的裝置上和它一起運(yùn)動(dòng)，所述第二可動(dòng)永久磁石和前述的可動(dòng)永久磁石在圓周上是分隔開的。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是第二固定永久磁石有相反的二個(gè)表面分別是北極和南極，且被安裝在可動(dòng)永久磁石的對(duì)前述固定永久磁石而言是相反的一邊，至少一個(gè)線圈裝在第二固定永久磁石和可動(dòng)永久磁石之間的空間內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是將線圈接到供電電源去的裝置包括一固定的光源和一固定的光敏元件以分開的關(guān)系安裝;及在用于可動(dòng)永久磁石的安裝裝置上用來在可動(dòng)永久磁石旋轉(zhuǎn)時(shí)按預(yù)定那樣來控制光源和光敏元件之間的聯(lián)系。
21.一種磁的類電動(dòng)機(jī)裝置，其特征是包括固定支持結(jié)構(gòu)，具有裝在其上的永磁部件，所述部件有相反的二個(gè)側(cè)面，一個(gè)側(cè)面上有磁北極，在另一側(cè)面上有磁南極;多個(gè)線圈，貼著二個(gè)相反的面中的一面安裝并安排在其上;各線圈居中的位置上通過永久磁石的孔;軸，穿過該孔延伸，用來圍其軸線旋轉(zhuǎn);部件，附于軸和它一起旋轉(zhuǎn)，貼近二個(gè)相反的磁石側(cè)面之一;至少一個(gè)磁性部件附于所述旋轉(zhuǎn)部件，并和它一起旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)磁性部件中的每一個(gè)具有位于鄰近永磁部件的磁極側(cè)面中的一個(gè)的磁極面;以及一個(gè)裝置，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)有選擇地和順次地對(duì)線圈供電按預(yù)定的去控制那至少一個(gè)磁性部件和該永磁部件間的磁作用。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的磁裝置，其特征是有奇數(shù)個(gè)線圈裝在永磁部件和那至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁性部件之間的空間中。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的磁裝置，其特征是附于旋轉(zhuǎn)部件并和它一起旋轉(zhuǎn)的至少一個(gè)磁性部件包括二個(gè)在圓周上分開的旋轉(zhuǎn)磁石部分。
24.一種產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是包括支持結(jié)構(gòu)，具有壁形部件;軸及支承該軸繞其軸線在壁形部件上旋轉(zhuǎn)的裝置;永磁部件，裝在圍繞至少軸的一部分而延伸的壁形部件上，所述永磁部件具有一個(gè)磁極貼近壁形部件，而相反的極與其分隔開;多個(gè)線圈以共平面關(guān)系安裝得貼近永久磁石的相反的那個(gè)極;裝在軸上的部件，與多個(gè)線圈分隔開但靠得很近，所述部件具有至少二個(gè)磁性部件，排列得和永久磁石部件產(chǎn)生磁作用;以及順序地加電壓到各個(gè)線圈去的裝置，使裝在壁形部件上的永磁部件和至少二個(gè)磁性部件中選定的一個(gè)之間的磁作用改變。
25.一種利用永久磁石的磁能以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是包括一固定永久磁石，具有分別在其上是北極和南極的相反的兩個(gè)表面;軸，以及在固定的永久磁石的相反兩表面法向延伸的位置上支承軸作旋轉(zhuǎn)的裝置;至少二個(gè)旋轉(zhuǎn)永久磁石及將它們裝在上面使與軸一起旋轉(zhuǎn)的裝置，該旋轉(zhuǎn)永久磁石有相反的二個(gè)表面分別結(jié)合著北極和南極，每個(gè)旋轉(zhuǎn)磁石的一個(gè)極被定位得足夠接近固定永久磁石相反兩表面中的一個(gè)來產(chǎn)生它們之間的磁作用;多個(gè)空間上分開的安裝成共平面的線圈，被置于固定的永久磁石和旋轉(zhuǎn)永久磁石之間;以及順序加電壓于各線圈中相應(yīng)的一些線圈的裝置，以便按預(yù)定在固定的永久磁石和旋轉(zhuǎn)永久磁石之間產(chǎn)生磁作用，以便產(chǎn)生至少二個(gè)永久磁石的旋轉(zhuǎn)。
26.一種利用永久磁石的磁能以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是包括固定的圓環(huán)狀永久磁石，具有在其一邊是平的表面而相反的一邊是螺旋狀的，該螺旋面從厚度最小的位置螺旋狀延伸到厚度最大的位置，該圓環(huán)形永久磁石在其平表面上有一個(gè)磁極，而相反的極則在螺旋狀的表面上;軸，以及基本上垂直于固定的永久磁石平表面延伸的支承該軸作旋轉(zhuǎn)的裝置;永久磁石，及將其裝在軸上和軸一起旋轉(zhuǎn)的裝置，所述的永久磁石具有相反的極的面，并被這樣定位使在所述永久磁石和固定的圓環(huán)形永久磁石之間有磁作用;至少一個(gè)空心線圈，位于固定的和旋轉(zhuǎn)的永久磁石之間的空間內(nèi);以及當(dāng)固定的永久磁石靠近旋轉(zhuǎn)磁石最厚部分時(shí)將電壓加到空心線圈去的裝置，所述最后提到的裝置包括電源和與電源串聯(lián)的開關(guān)裝置以控制電壓施加到空芯線圈。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是多個(gè)可旋轉(zhuǎn)永久磁石被裝在圓周上圍著軸分隔開的位置上，用于和固定和圓環(huán)永久磁石的磁作用;開關(guān)裝置在可旋轉(zhuǎn)永久磁石之一位于靠近固定的圓環(huán)永久磁石最厚部分時(shí)控制加到空心線圈上的電源電壓。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是開關(guān)裝置包括協(xié)同工作的光學(xué)裝置，它具有和固定的圓環(huán)形永久磁石結(jié)合的第一部分和與可旋轉(zhuǎn)的圓環(huán)形永久磁石結(jié)合的第二部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種設(shè)備，它具有空間上隔開的多個(gè)永久磁石，被定位成使它們之間有磁的作用，用處于各永久磁石之間的空間內(nèi)、接到電源的線圈來控制此磁作用，該線圈和可控開關(guān)串聯(lián)，閉合開關(guān)，將電壓加到線圈，按預(yù)定的那樣影響隔開的永久磁石間的磁作用。發(fā)明還說明將永久磁石之一安裝在可旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)上的以使分開的各永久磁石可以彼此相對(duì)移動(dòng)，此可控開關(guān)的操作控制電壓以這樣的方式加到線圈上，使各分開的永久磁石間產(chǎn)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)H02K29/10GK1081292SQ93107410
公開日1994年1月26日 申請(qǐng)日期1993年6月23日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月23日
發(fā)明者查爾斯·約瑟夫·弗林 申請(qǐng)人:弗林兄弟有限公司