專利名稱：使用永久磁鐵的磁引力驅(qū)動發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用一個永久磁鐵把電能轉(zhuǎn)換成動能的磁引力驅(qū)動發(fā)動機。
并且，本發(fā)明涉及一種使用一個永久磁鐵以產(chǎn)生各種各樣的推進磁場的推進磁場發(fā)生器，以及一種使用這種推進磁場發(fā)生器把磁場能轉(zhuǎn)換成動能的能量轉(zhuǎn)換器，尤其涉及一種在實現(xiàn)成一個旋轉(zhuǎn)電動機、一個線性電動機或諸如此類的電動機時有用的能量轉(zhuǎn)換器。
按常規(guī)，已經(jīng)使用各種各樣的利用永久磁鐵的能量轉(zhuǎn)換器。那些把電能轉(zhuǎn)換成動能的能量轉(zhuǎn)換器中典型的是電動機。就一個直流電動機來說，使一個直流電流流到一個放置在一個由永久磁鐵產(chǎn)生的磁場中的轉(zhuǎn)子的線圈，并且該轉(zhuǎn)子同由此產(chǎn)生的一個磁場一道工作而被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。
在同樣是按常規(guī)使用的一個交流同步電動機或一個交流感應(yīng)電動機中，對在一個定子的磁極中設(shè)置的一個激磁線圈按一個要求的相位差施加一個交流電壓，使一個激磁電流流動，以產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，并且一個轉(zhuǎn)子與此相同步地被旋轉(zhuǎn)。同樣，就一個線性電動機來說，對若干個線性排列的激磁線圈按一個要求的相位差施加一個交流電壓，使一個激磁電流流動，一個直進磁場產(chǎn)生以及一個推進力加到一個磁性可動機體上。
也就是說，在一個旋轉(zhuǎn)電動機、一個線性電動機以及諸如此類的電動機中，用來產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場或一個直進磁場的推進磁場發(fā)生器具有一個設(shè)計結(jié)構(gòu)，通過對多個激磁線圈以一個相位差提供一個激磁電流，以按一個要求的方向產(chǎn)生一個推進磁場。
然而，以上述直流電動機為代表的這些常規(guī)類型的能量轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)不能直接向外部提取一個永久磁鐵所具有的磁能，并且因此其能量轉(zhuǎn)換效率相對要低。
此外，在一個使用常規(guī)推進磁場發(fā)生器的能量轉(zhuǎn)換器中，比如一個旋轉(zhuǎn)電動機、一個線性電動機以及諸如此類的電動機中，由于一個旋轉(zhuǎn)速度或一個位置移動速度按一個推進磁場的相位差設(shè)置，這取決于交流電源的頻率，使得除某些電動機，比如一個線圈式感應(yīng)電動機以及諸如此類的電動機以外，難以按一個最佳值設(shè)置一個旋轉(zhuǎn)速度，并且因此旋轉(zhuǎn)速度普遍由一個變換器控制。然而，這個變換器產(chǎn)生高頻，并且因此損壞其附近的控制裝置。況且，在一個常規(guī)裝置中，由于一個旋轉(zhuǎn)力或一個直進力比如動能與所施加的一個電流成比例，因此必須提供與所需轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的電力電容，并且由于這個原因，難以改進能量效率。
本發(fā)明鑒于上述種種問題形成，并且本發(fā)明的一個目的是提供一種直接利用一個永久磁鐵的磁能的新式磁引力驅(qū)動發(fā)動機。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種使用一個永久磁鐵的新式推進磁場發(fā)生器，它利用該磁引力驅(qū)動發(fā)動機能夠改進能量效率。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種能量轉(zhuǎn)換器，通過間接提取一個永久磁鐵的磁通來形成一個推進磁場，比如一個旋轉(zhuǎn)磁場、一個直進磁場或諸如此類的磁場，并且由此推動一個磁性機體。
本發(fā)明設(shè)計成當要利用永久磁鐵產(chǎn)生機械能時，使用一個電磁鐵作為手段，從永久磁鐵中轉(zhuǎn)換磁通，以間歇地或連續(xù)地從永久磁鐵提取要求的機械能。
更具體地說，本發(fā)明提供一種使用一個永久磁鐵的磁引力驅(qū)動發(fā)動機，其特征在于一個永久磁鐵配有一個在一個磁芯中提供一個線圈而構(gòu)成的一個電磁鐵，其一端緊密地粘附于它的一個磁極端。一個用于激磁電磁鐵的激磁控制器與該電磁鐵連接，以便改變永久磁鐵的磁極端附近的磁通密度。在永久磁鐵的磁極端附近，一個要靠近或離開該永久磁鐵移動的具有磁引力的可動部件樞軸支承在一個返回力作用部件上，以便按該可動部件離開該永久磁鐵移動的方向靠壓力提供一個要求的返回力。這樣，該可動部件能來回移動。
線圈是電磁鐵的組成部分，能使用比如銅、鋁以及其它種種普遍所知的材料，由普通導線制成。然而，可以采用超導材料制成的超導磁鐵。此外，不用說，能使用一個單獨線圈，或者在磁芯中設(shè)置兩個彼此無關(guān)的線圈。在使用一個單獨線圈構(gòu)成電磁鐵的情況下，磁芯一端的磁極性轉(zhuǎn)換能從激磁控制器給該單獨線圈例如供給一個方波信號完成。結(jié)果，有可能改變永久磁鐵的一個磁極端附近的磁通條件。
從另一方面來說，在磁芯上纏繞兩個彼此無關(guān)的線圈情況下，能構(gòu)成激磁控制器，以便能夠在一個線圈與另一個線圈之間通過交替轉(zhuǎn)換供給的一個電流，來轉(zhuǎn)換磁芯一端的磁極性。
至于可動機體的磁性材料，能使用比如鐵、鎳、α鐵以及其它種種普遍所知的材料。然而，把一個磁性部件合并入一個由鋁、塑料或諸如此類的材料構(gòu)成的非磁性部件中，有可能獲得要求的磁吸引性。
當用激磁控制器控制電磁鐵的激磁條件時，與永久磁鐵的一端緊密粘附的磁芯一端的磁極性改變，并且因此使其一個磁極端附近的磁通密度發(fā)生改變。結(jié)果，可動部件與永久磁鐵之間的磁引力變化，使得有可能與返回力作用部件協(xié)同工作，以便來回移動該可動部件。
本發(fā)明的在一個規(guī)定的工作空間中產(chǎn)生一個推進磁場的推進磁場發(fā)生器裝有多個永久磁鐵部件，為了產(chǎn)生一個推進磁場，按照一個要求型式放置在適當空間處，以及多個由電磁鐵構(gòu)成的磁通控制裝置，與永久磁鐵部件對應(yīng)放置，并且由永久磁鐵部件在工作空間中形成的磁通數(shù)量由其磁通控制裝置移相來改變。
由電磁鐵構(gòu)成的磁通控制裝置能構(gòu)成為在一個磁芯上纏繞一個線圈，把磁芯的一端放置為粘附或靠近一個對應(yīng)永久磁鐵的一個磁極端，控制供給線圈的一個電流，以及改變在一個要求空間中由永久磁鐵的一個磁極端形成的磁通密度。推進磁場發(fā)生器能通過在一個規(guī)定的圓周上放置永久磁鐵來形成旋轉(zhuǎn)磁場，以及通過線性放置永久磁鐵來產(chǎn)生直進磁場。
此外，本發(fā)明的一種能量轉(zhuǎn)換器設(shè)計成在推進磁場發(fā)生器的一個工作空間中作為樞軸自由旋轉(zhuǎn)或可滑動地支承一個原動機部件，并且由推進磁場發(fā)生器形成的一個推進磁場在該原動機部件中產(chǎn)生移動轉(zhuǎn)矩。
在推進磁場發(fā)生器中，為了產(chǎn)生推進磁場而按照一個預(yù)定型式放置的多個永久磁鐵在一個工作空間中形成的磁通密度由對應(yīng)其永久磁鐵移相所放置的電磁鐵構(gòu)成的磁通控制裝置來改變，由此在一個工作空間中形成預(yù)定推進磁場。因此，如果一個自由旋轉(zhuǎn)支承的轉(zhuǎn)子或一個自由滑動支承的原動機，比如一個滑動器或諸如此類的可動體，放置在該工作空間中，就由其中形成的移動式推進磁場產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)或移動轉(zhuǎn)矩。
在本發(fā)明的一種磁引力驅(qū)動發(fā)動機中，有可能用上述驅(qū)動原理在一個外部系統(tǒng)供給的能量被切斷狀態(tài)下，以機械能形式利用由一個永久磁鐵的磁極形成的磁通。因為使這樣起一個驅(qū)動發(fā)動機作用所需要的直流電源的輸入與一個汽油發(fā)動機中供給一個火花塞的電力按相同方式工作，以及對一個產(chǎn)生的驅(qū)動力僅僅需要這個輸入中非常小的量，因此亦有可能期望大量的能量轉(zhuǎn)換效率。況且，作為用于提取機械能的一種結(jié)構(gòu)，能使用一個來回移動的發(fā)動機，并且因此能把由摩擦在一個移動系統(tǒng)中引起的損失減小到一個實用水平。
本發(fā)明一種利用磁引力驅(qū)動發(fā)動機的推進磁通發(fā)生器有一個設(shè)計結(jié)構(gòu)，以用磁通控制裝置控制離開永久磁鐵的磁通來產(chǎn)生要求的推進磁場，比如旋轉(zhuǎn)磁場以及諸如此類的磁場，以及利用永久磁鐵的磁力能量，并且因此能提供一個高效推進磁場發(fā)生器。
此外，在一種利用該推進磁場發(fā)生器的能量轉(zhuǎn)換器中，因為能以非常高的效率使用一個推進磁場發(fā)生器來移動一個轉(zhuǎn)子等，所以一個電動機等的效率能得到改進。
本發(fā)明的其它特點和優(yōu)點將從以下連同附圖所作的敘述中明顯可見，其中

圖1是一個表示在一個第一優(yōu)選實施例中利用一個永久磁鐵的一個磁引力驅(qū)動發(fā)動機的結(jié)構(gòu)視圖2是一個表示在一個第二優(yōu)選實施例中利用一個永久磁鐵的一個磁引力驅(qū)動發(fā)動機的結(jié)構(gòu)視圖；圖3是一個表示在一個第一實施例中一個推進磁場發(fā)生器中一個旋轉(zhuǎn)電動機的結(jié)構(gòu)的視圖；圖4是一個表示圖3所示的第一至第三激磁電壓的波形的波形圖；圖5是一個圖3所示的一個控制元件的詳細電路圖；圖6是一個圖5所示的轉(zhuǎn)換控制信號的波形圖；圖7是一個表示圖3中一個固定電極中的一個永久磁鐵與一個電磁鐵的一個磁芯之間的一個連接狀態(tài)的主要部分結(jié)構(gòu)視圖；圖8是一個表示在一個第二實施例中一個推進磁場發(fā)生器中一個旋轉(zhuǎn)電動機的結(jié)構(gòu)的視圖；圖9是一個圖8所示主要部分的擴大視圖；以及圖10是一個表示在一個第三優(yōu)選實施例中一個推進磁場發(fā)生器中一個感應(yīng)電動機的結(jié)構(gòu)的視圖。第一優(yōu)選實施例圖1表示一個原動機，用本發(fā)明的一個第一優(yōu)選實施例中利用一個永久磁鐵的一個磁引力驅(qū)動發(fā)動機構(gòu)成。
這個原動機10用一個曲軸11把從一個按照本發(fā)明構(gòu)成的磁引力驅(qū)動發(fā)動機20獲得的動能來回地傳送到一個圓餅12，并且這樣通過旋轉(zhuǎn)圓餅12來取得旋轉(zhuǎn)運動。
首先，將對磁引力驅(qū)動發(fā)動機20的一個結(jié)構(gòu)作說明。
在圖1中，標號21指示一個由剛性非磁性材料，比如黃銅以及諸如此類的材料制成的固定構(gòu)架，以及標號22指示一個永久磁鐵，用螺栓等適當方式固定在固定構(gòu)架21的一個第一臂21A中。在該實施例中，永久磁鐵22的一個軸線與固定構(gòu)架21的一個底邊部分21C大致成水平延伸，并且它的S磁極端22A固定在第一臂21A中。在永久磁鐵22的一個自由端N磁極端22B與底邊部分21C之間設(shè)置一個電磁鐵23。該電磁鐵23由一個磁芯24以及一個纏繞其上的線圈25組成，并且該線圈25包括兩個激磁線圈25A與25B。
在該實施例中，磁芯24的一個軸線與永久磁鐵22的一個軸線基本垂直，磁芯部件24的一個端表面24A緊密地粘附于永久磁鐵22的N磁極端22B的一個側(cè)表面上，并且電磁鐵23用螺栓等適當方式固定在固定構(gòu)架21中。
磁芯部件24能構(gòu)成為一個條形的鐵、鎳、α鐵或坡莫合金部件，或者由這些材料制成的一個薄板分層體。
在電磁鐵23中，提供一個用于激磁電磁鐵23的激磁控制元件26，以便周期地改變永久磁鐵N磁極端22B附近的磁通條件。激磁控制元件26裝有一個電池組27作為一個直流電源，電池組27的負電極與激磁線圈25A及25B的各端連接，以及它的正電極通過一個繼電器接觸電路28與激磁線圈25A及25B的其它端連接。
繼電器接觸電路28的一個繼電器接觸點28A在另一個繼電器接觸點28B構(gòu)成為一個一直打開的接觸點時，構(gòu)成為一個一直閉合的接觸點。對一個用于轉(zhuǎn)換接通/斷開兩個繼電器接觸點28A與28B的繼電器線圈29，從一個脈沖發(fā)生器30施加一個規(guī)定的恒定頻率的脈沖電壓P。設(shè)置脈沖電壓P的周期，以便不超過用繼電器線圈29操作接觸點28A與28B的響應(yīng)速度，并且響應(yīng)脈沖電壓P的電平變化，繼電器接觸點28A與28B交替地閉合。結(jié)果，使激磁電流IA與IB流到激磁線圈25A與25B。
纏繞線圈25A的方向與纏繞線圈25B的方向相反，并且當激磁電流IA流到激磁線圈25A時，在磁芯24的一個端表面24A上產(chǎn)生一個N磁極，以及當激磁電流IB流到激磁線圈25B時，在那里一個端表面上產(chǎn)生一個S磁極。
結(jié)果，在電磁鐵23的一個端表面24A上產(chǎn)生一個S磁極情況下，由于永久磁鐵22與電磁鐵23緊密地粘附布置，離開永久磁鐵22的N磁極端22B的漏磁通非常小，大多數(shù)磁通通過磁芯24返回到其S磁極端，并且因此離開N磁極端22B的那些磁通的數(shù)量非常小(在下文，這稱作″磁通截止狀態(tài)″)。相反地，在電磁鐵23的一個端表面24A上產(chǎn)生一個N磁極情況下，離開永久磁鐵22的N磁極端22B的磁通沒有穿過磁芯24，并且因此N磁極端22B附近的磁通條件與在沒有提供電磁鐵23情況下的磁通條件相同(在下文，這稱作″磁通接通狀態(tài)″)。因此，按照脈沖電壓P的電平變化，在永久磁鐵22的N磁極端22B附近，磁通條件亦即磁通密度就改變。
為了把磁通密度的變化變換成電磁吸引力，并且以機械能形式取出這個力，在N磁極端22B附近設(shè)置一個可動部件31。如附圖所見，在該實施例中，可動部件31是由磁性材料鐵制作成，以便提供磁吸引性，并且在固定構(gòu)架21中垂直設(shè)置的支承腿32與33上端的導向輥32A與33A自由可滑動地嚙合于以及裝放入一個在可動部件31中形成的支承及導向凹槽31A中。因此，可動部件31由支承腿32及33支承，以便其軸線大致與永久磁鐵22的軸線平行，并且這個可動部件也被導向，以便能夠按其軸線方向來回移動。
此外，在一個可動部件31是由非磁性與磁性部件兩者制成的情況下(這樣亦能用該磁性部件構(gòu)成以獲得要求的磁吸引性)，更可取的是構(gòu)成該可動部件31，以便該磁性部件盡可能地放置在靠近該永久磁鐵處。
在可動部件31與固定構(gòu)架21的一個第二臂21B之間設(shè)置一個收縮螺旋彈簧34。該收縮螺旋彈簧34用來提供一個要求的返回力，用于把可動部件從永久磁鐵22拉開，以便使可動部件31按照可動部件31與永久磁鐵22之間工作的磁吸引力的變化，在那里來回移動。在磁通接通狀態(tài)下，收縮螺旋彈簧34的一個力允許由永久磁鐵22的一個磁吸引力使可動部件31按箭頭X的方向移動。從另一方面來說，在磁通截止狀態(tài)，這個力允許可動部件31按箭頭Y的方向被全部拉回。
除收縮螺旋彈簧外，有可能使用一個板彈簧、一個天然或人造橡膠部件，或者一個適當?shù)膹椥圆考?br> 一個支承體35固定在可動部件31的上部，一個曲軸10的一端樞軸支承在該支承體上，以及其另一端樞軸固附在圓餅12的外周邊界附近，圓餅12軸線自由可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在一個固定在第一臂21A中的支承體36中。
在圖1所示的原動機10中，在激磁控制元件26中，當一對繼電器接觸點28A與28B響應(yīng)脈沖電壓P交替閉合時，從電池組27給激磁線圈25A與25B交替地提供激磁電流IA與IB，并且在激磁部件24的一個端表面24A上交替地產(chǎn)生N與S磁極。當在一個端表面24A上產(chǎn)生一個S磁極時，離開永久磁鐵22的N磁極端22B的磁通通過磁芯24返回S磁極端22A，而沒有走向可動部件31。也就是說，產(chǎn)生一個磁通截止狀態(tài)，在永久磁鐵22與可動部件31之間沒有大的磁吸引力工作，并且可動部件31由收縮螺旋彈簧34的一個收縮彈性力按箭頭Y的方向被全部拉回。
從另一方面來說，當在一個端表面24A上產(chǎn)生一個N磁極時，離開永久磁鐵的N磁極端22B的磁通和離開電磁鐵23的那些磁通一起走向一個正對面放置的可動部件，因為這些磁通不能通過那里緊密粘附的磁芯24。也就是說，產(chǎn)生一個磁通接通狀態(tài)，在永久磁鐵22與可動部件31之間有一個大的磁吸引力工作，并且可動部件31逆著收縮螺旋彈簧34的一個收縮彈性力按箭頭X的方向被全部移動。
簡單地說，如果在一個端表面24A上活動地形成一個N磁極，使離開永久磁鐵22的磁通沒有通過磁芯24，因為離開永久磁鐵22的那些磁通大多數(shù)通過可動部件31，所以無漏磁通產(chǎn)生，由此改進了效率。
從上述說明一清二楚，在電磁鐵23的一個端表面24A上產(chǎn)生的磁極的極性在N與S之間交替地轉(zhuǎn)換，并且因此使可動部件31與收縮螺旋彈簧34相協(xié)同地來回移動，使得有可能從圓餅12獲得一個旋轉(zhuǎn)輸出。
這里，因為轉(zhuǎn)換離開永久磁鐵22的磁通所需要的，用于確定電磁鐵23的強度的磁通數(shù)量φ是與它的一個線圈的繞組數(shù)目N和流向該線圈的一個電流I的乘積成比例，所以獲得下列表達式φ＝kNI用于磁通接通/截止轉(zhuǎn)換所需的磁通數(shù)量φ的一個值設(shè)置在規(guī)定的恒定值，并且因此如果電磁鐵的一個線圈的繞組數(shù)目N設(shè)置得很大，激磁電流I的值就能做得很小。如果電池組27的一個輸出電壓是V，供給電磁鐵23的直流能量就是V×I，并且因此如果I的一個值設(shè)置得很小，供給的直流能量就能減小，并且該裝置能高效率地操縱。
此外，在該第一實施例的說明中，涉及使用一個普通的電磁鐵。然而，不用說，如果使用超導電磁鐵31，32，…，36，能進一步改進效率。在上述實施例中，可動部件31正對面的永久磁鐵22的一個磁極是一個N磁極。然而，這個磁極可使用一個S磁極。此外，并不是總要彼此相反地設(shè)置纏繞電磁鐵的激磁線圈25A與25B的方向，以及通過相反方向設(shè)置供給兩個線圈25A與25B的電流，能獲得與該實施例情況相同的效果。第二優(yōu)選實施例圖2表示一個原動機，用本發(fā)明的一個第二優(yōu)選實施例中利用一個永久磁鐵的一個磁引力驅(qū)動發(fā)動機構(gòu)成。標號40指示的一個裝置是一個空氣壓縮機，它利用由本發(fā)明提供的一個磁引力驅(qū)動發(fā)動機50來回移動。
在該磁引力驅(qū)動發(fā)動機50中，一個永久磁鐵52以及一個具有一個線圈55纏繞其上的電磁鐵53固附在一個如圖2所示那樣的由非磁性材料制成的固定構(gòu)架51上，這種固附基本上與第一實施例情況一樣，并且因此將省略它的說明。電磁鐵53的一個線圈55是一個單獨線圈，并且與一個用于控制電磁鐵53的激磁的激磁控制元件56連接。
激磁控制元件56裝有一個變換器58，它能夠接收由一個交流電源57提供的交流電力，并且輸出一個0到60(Hz)的交流方波電壓E。在這個優(yōu)選實施例中，從變換器58輸出一個交流方波電壓E，并且施加到線圈部件55。因此，按照這個交流方波電壓E的一個周期，電磁鐵53的一個磁芯54的一個端表面54A上產(chǎn)生N與S磁極，并且由此基于與第一實施例情況相同的原理，使永久磁鐵52的一個N磁極端52B附近的磁通密度改變。
在永久磁鐵52的N磁極端52B附近，設(shè)置一個由一種磁性材料鐵制成的可動部件59。該可動部件59粘附于一個活塞62的一個連桿62A的一個自由端上，活塞62滑動地設(shè)置在一個由固定構(gòu)架51的第二和第三臂51B和51C支承及固定的氣缸61中。
在活塞62的一個外周邊表面62B與氣缸61的一個內(nèi)壁表面61A之間維持一個密封狀態(tài)，并且在氣缸61中標繪出一個增壓室61B。在該氣缸61中，包括一個普遍所知的空氣增壓裝置70，設(shè)置一個用于把空氣引入到空氣增壓室61B內(nèi)的進氣閥63，以及一個用于把在氣缸61中增壓了的壓縮空氣排放到一個輸出管64的止回閥65。在空氣增壓裝置70中，當活塞62按箭頭A的方向移動時，外面的空氣從進氣閥63被引入到增壓室61B內(nèi)，當活塞62按箭頭B的方向移動時，吸入的空氣在增壓室61B中增壓，并且當其增壓力超過一個規(guī)定值時，止回閥65被打開，并且空氣被壓縮及排放到輸出管64。
為了用磁引力驅(qū)動發(fā)動機50獲得吸入及壓縮空氣所需要的來回移動，可動部件59與活塞62直接連接。在可動部件59與氣缸61之間設(shè)置一個收縮螺旋彈簧60，并且靠收縮螺旋彈簧60的一個彈性收縮力供給一個返回力，以便按箭頭B的方向把可動部件59拉回。
按照上述結(jié)構(gòu)，如圖1所示的第一實施例的情況那樣，通過在電磁鐵53的一個端表面54A上交替產(chǎn)生S與N磁極，借助于間歇產(chǎn)生的永久磁鐵52的磁引力以及收縮彈簧60的返回力，使得可動部件59按一個交流方波電壓E的周期相同的周期來回地移動，并且因此活塞62能來回地移動。結(jié)果，通過使用激磁控制元件56輸出的一個交流方波電壓E來激磁控制電磁鐵裝置53，一個空氣壓縮機40能從輸出管64取出壓縮空氣。
以圖2所示空氣壓縮機相同的方式，能構(gòu)成一個泵。第三優(yōu)選實施例圖3表示一個直流式旋轉(zhuǎn)電動機。一個定子側(cè)裝置由一個旋轉(zhuǎn)電動機110構(gòu)成，它具有一個用一種非磁性材料制成的圓筒構(gòu)架111以及一個放置在其中的旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生器120。
在構(gòu)架111內(nèi)，構(gòu)成一個工作空間111A，以便產(chǎn)生一個由旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生器120旋轉(zhuǎn)的推進磁場，并且一個由軟鐵非磁性材料制成的轉(zhuǎn)子112通過一個旋轉(zhuǎn)軸113軸線自由可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在工作空間111a中。旋轉(zhuǎn)軸113定位在構(gòu)架111的中心軸線上，其兩端自由可旋轉(zhuǎn)地放置，并且防止沿旋轉(zhuǎn)軸113的一個方向移動，并且因此在構(gòu)架111內(nèi)轉(zhuǎn)子112和旋轉(zhuǎn)軸113一起整體地旋轉(zhuǎn)。
旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生器120裝有六個具有矩形截面的條形永久磁鐵121，122，123，…，126，并且這些永久磁鐵121，122，123，…，126按構(gòu)架111的一個直徑方向使它們軸線排成一直線，沿構(gòu)架111的一個內(nèi)側(cè)周邊表面均等空間地放置。標號141，142，…，146指示磁軛部件，如附圖所示沿構(gòu)架111的一個內(nèi)側(cè)周邊表面埋入并且固定，并且這些磁軛部件由一種軟磁材料板式坡莫合金制成。磁軛部件141，142，…，146分別放置在永久磁鐵121，122，123，…，126的位置P1，P2，…，P6處，并且固定在構(gòu)架111中(對固定方式?jīng)]有限制)，以便把各永久磁鐵121，122，…，126的一端粘附在磁軛部件141，142，…，146的對應(yīng)一端上。
用于磁軛部件141，142，…，146的軟磁材料不局限于坡莫合金，并且能使用其它種類。
在上述結(jié)構(gòu)中，放置在位置P1，P2及P3的永久磁鐵121，122及123的N磁極正對轉(zhuǎn)子112放置，而放置在位置P4，P5及P6的永久磁鐵124，125及126的S磁極正對轉(zhuǎn)子112放置。(能隨意選擇放置在各個位置的一個永久磁鐵的磁極性，并不局限于附圖所示的實施例中的一個磁極性)。
標號131，132，…，136指示用作磁通控制裝置的電磁鐵，用于控制在工作空間111A中由永久磁鐵121，122，…，126形成的，以及對應(yīng)各電磁鐵所提供的磁通。電磁鐵131，132，…136分別由軟磁性材料比如坡莫合金以及諸如此類的材料所制成的L形狀的磁芯131A，132A，…，136A，以及纏繞其上的線圈131B，132B，…，136B所組成。各磁芯131A，132A，…，136A的一端粘附于一個對應(yīng)永久磁鐵的一個自由端的一個側(cè)邊表面，并且其另一端粘附于磁軛部件141，142，…，146的一端，并且在構(gòu)架111中構(gòu)成六個定子側(cè)磁極M1，M2，…，M6。
將對一個定子側(cè)磁極M1作說明。
在永久磁鐵121的N與S磁極之間，形成一個由磁軛部件141和電磁鐵131的磁芯131A構(gòu)成的磁路。因此，在沒有電流流到線圈131B，或者對其施加一個電流以便磁芯131A的一端是一個S磁極情況下，離開永久磁鐵121的磁通大多數(shù)通過由磁軛部件141和磁芯131A構(gòu)成的閉合磁路，得以從N磁極返回到S磁極，并且因此在工作空間111A中沒有形成由離開永久磁鐵121的磁通所構(gòu)成的磁場。(在下文，這稱作″磁通截止狀態(tài)″)。
從另一方面來說，如果對線圈131B施加一個電流，以便磁芯131A的一端是一個N磁極，離開永久磁鐵121的磁通不允許穿過由磁軛部件141和磁芯131A構(gòu)成的閉合磁路，這些磁通通過工作空間111A從N磁極返回到S磁極，并且因此在工作空間111A中形成由離開永久磁鐵121的磁通構(gòu)成的磁場。(在下文，這稱作″磁通接通狀態(tài)″)。
如上所述，通過控制施加到電磁鐵131的一個電流，有可能用電磁鐵131控制從永久磁鐵121輸出到工作空間111A的磁通密度，以及轉(zhuǎn)換接通/截止從永久磁鐵121輸出到工作空間111A的磁通。
至于其它定子側(cè)磁極M2，M3，…，M6，通過對提供給電磁鐵132，133，…，136的電流執(zhí)行類似的控制，也有可能轉(zhuǎn)換接通/截止從永久磁鐵122，123，…，126輸出到工作空間111A的磁通。
標號50指示一個控制元件，用于控制轉(zhuǎn)換施加到電磁鐵131，132，…，136的線圈131B，132B，…，136B的激磁電流，并且通過用一個規(guī)定的相位差對定子側(cè)磁極M1，M2，…，M6轉(zhuǎn)換接通/截止離開永久磁鐵的磁通，在工作空間111A中形成旋轉(zhuǎn)磁場。在該第三實施例中，控制元件150裝有一個接地終端150G以及三個輸出終端150A，150B和150C，并且從此處輸出三組相互間具有不同相位，包括第一、第二及第三激磁電壓A1、A2及A3的激磁電壓。
在旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生器120中，線圈131B與134B、線圈132B與135B以及線圈133B與136B分別相互串聯(lián)連接。一個第一激磁電流供給線圈131B與134B，一個第二激磁電流供給線圈132B與135B，以及一個第三激磁電流供給線圈133B與136B。
圖4表示由控制元件150相位控制的激磁電壓，第一、第二及第三激磁電壓A1、A2及A3是重復脈沖電壓，各個具有一個周期T，通過將相位移動一個僅為一個周期的1/3的時段，一個正方向的激磁電壓施加到任意一相，并且一個負方向的激磁電壓施加到剩余兩相。
當在時間T1到T2的一個時段中用一個正極性把第一激磁電壓A1施加到線圈131B與134B上時，電磁鐵131的磁芯131A的一端被激磁成一個N磁極，并且由此在工作空間111A中形成一個對應(yīng)永久磁鐵121的磁通。其時，電磁鐵134的磁芯134A的一端被激磁成一個S磁極，并且由此在工作空間111A中形成一個對應(yīng)永久磁鐵124的磁通。也就是說，定子側(cè)磁極M1與M4兩者都處在磁通接通狀態(tài)。對其它線圈132B，135B，133B以及136B用負極性施加第二及第三激磁電壓。這樣，使激磁電流流到兩個電磁鐵132與135，以便電磁鐵132的磁芯132A的一端是一個S磁極，以及電磁鐵135的磁芯135A的一端是一個N磁極。
并且，激磁電流流到兩個電磁鐵133與136，以便電磁鐵133的磁芯133A的一端是一個S磁極，以及電磁鐵136的一個磁芯136A的一端是一個N磁極。也就是說，由于定子側(cè)磁極M2，M3，M5及M6全部為磁通截止狀態(tài)，沒有磁通從永久磁鐵122，123，125及126輸出到工作空間111A。
結(jié)果，由于離開定子側(cè)磁極M1的永久磁鐵121的N磁極的磁通通過轉(zhuǎn)子112被引入到定子側(cè)磁極M4的永久磁鐵124的S磁極，所以，例如，轉(zhuǎn)子112的一個凸出極112A被吸向定子側(cè)磁極M1，其一個凸出極112C被吸向定子側(cè)磁極M4，并且轉(zhuǎn)子112如圖3所示順時針方向旋轉(zhuǎn)。
從圖4能理解，通過使定子側(cè)磁極M1，M2，…，M6處在磁通接通狀態(tài)，則在工作空間111A中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在轉(zhuǎn)子112中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并且于是使轉(zhuǎn)子112按一個規(guī)定的方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。
圖5是一個表示用于輸出圖4所示一組激磁電壓的一個電路的詳細電路圖。在該圖中，標號151指示一個用于供給一個正電壓的正電源，標號152指示一個用于供給一個負電壓的負電源，標號153、154及155指示開關(guān)，標號156指示一個脈沖發(fā)生器，用于輸出一個脈沖CL，它僅僅在圖4所示的一個周期T的1/3時段中變成一個高電平，該脈沖CL供給開關(guān)153作為一個第一開關(guān)控制信號CA，當該第一開關(guān)控制信號CA是一個高電平時，終端150A連接到正電源151，以及當該第一開關(guān)控制信號CA是一個低電平時，終端150A連接到負電源152。結(jié)果，從終端150A能供給一個圖4所示的第一激磁電壓A1。
如圖6所示那樣，由一個提供僅僅為周期T的1/3的時間延遲的第一延遲電路157所延遲，并且作為轉(zhuǎn)換控制信號提供給開關(guān)154，脈沖CL得以成為一個第二開關(guān)控制信號CB。如同開關(guān)153情況那樣，按照第二開關(guān)控制信號CB的一個電平，轉(zhuǎn)換開關(guān)154，并且因此從終端150B能供給一個圖4所示的第二激磁電壓A2。一個第二延遲電路158用一個僅僅為周期T的2/3的時段來延遲脈沖CL，并且輸出一個圖6所示的第三開關(guān)控制信號CC。如其它開關(guān)的情況那樣，開關(guān)155響應(yīng)該第三開關(guān)控制信號CC工作，并且因此從終端150C能供給一個圖4所示的第三激磁電壓A3。
從上述說明一清二楚，圖5所示的開關(guān)153、154及155指示在圖4所示的T1到T2時段內(nèi)的開關(guān)條件。
這里，用于轉(zhuǎn)換接通/截止定子側(cè)磁極M1，M2，…，M6的磁通所需要的，用于確定電磁鐵131，132，…，136的強度的磁通數(shù)量φ，是與其纏繞一個線圈的數(shù)目和供給線圈的一個電流I的乘積成比例，因此獲得下列表達式φ＝kNI由于用于轉(zhuǎn)換接通/截止永久磁鐵121，122，…，126的磁通所需要的磁通數(shù)量φ是一個規(guī)定的恒定值，所以如果在一個電磁鐵上纏繞一個線圈的數(shù)目N設(shè)置得很大，用于激磁的一個電流I的值就能作得很小。這樣使得有可能保存從正與負電源151與152連續(xù)供給電磁鐵131，132，…，136的能量。
在該第三優(yōu)選實施例說明中，涉及使用一個普通電磁鐵情況。然而，不用說，對電磁鐵131，132，…，136使用超導磁鐵，效率能進一步得到改進。
在一個堅實機殼內(nèi)，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電動機110構(gòu)成為通過轉(zhuǎn)換接通/截止離開永久磁鐵的磁通來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，以及對轉(zhuǎn)子112提供旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并且因此很容易在轉(zhuǎn)子112與定子側(cè)之間設(shè)計一個空間。由于感應(yīng)電動機是一種惰性體，把空間做得很小能改進電動機效率。然而，優(yōu)選的是在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電動機110中空間設(shè)計得足夠大，以便增加一個起始吸引力。這樣因此使得能夠擴大旋轉(zhuǎn)電動機110中轉(zhuǎn)子112與定子側(cè)之間的空間，并且制造具有強抗溫升性的電動機。
圖7詳細表示在第三實施例中在各定子側(cè)磁極中用于連接一個永久磁鐵和一個電磁鐵的裝置。當磁通轉(zhuǎn)換成接通時，在電磁鐵中由一個在其上工作形成的推斥力對磁芯和永久磁鐵兩者施加一個強大的分開力，并且因此以定子側(cè)磁極M1作為例子，永久磁鐵121的一個自由端121a與粘附其上的電磁鐵131的磁芯131A的一個端131a通過一個夾緊部件160相互間牢固地結(jié)合一起，以便確實保持兩者處在一個緊密粘附的狀態(tài)。第四優(yōu)選實施例圖8表示在本發(fā)明的另一個實施例中的旋轉(zhuǎn)電動機。在這個旋轉(zhuǎn)電動機170中，旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生器180設(shè)置在一個固定軸171中，一個由一種磁性材料制成的圓筒可動機體172軸線設(shè)置成自由可旋轉(zhuǎn)，以便與固定軸171同中心線，并且在可動機體172中構(gòu)成凸出極172A，172B，…，172D。八個定子側(cè)磁極N1，N2，…，N8以均等空間按固定軸171的一個圓周方向布置，并且磁性凸出極172A，172B，…，172D與可動機體172作為整體配置。
如圖9所示，在定子側(cè)磁極N1中，一個如圖3實施例中相類似的棱柱狀條形永久磁鐵181固定在固定軸171上，以便其軸線與軸171的一個軸線正交，并且一個在一個U形磁芯191A上纏繞一個線圈191B所構(gòu)成的電磁鐵191作為一個磁通控制器提供。
磁芯191A的兩個腿的端表面191C和191D粘附在永久磁鐵181的N與S磁性部分，并且這樣使得有可能不用一個磁軛部件在永久磁鐵181的一個磁極與另一個磁極之間保證一個磁路。
至于其它定子側(cè)磁極N2，N3，…，N8，結(jié)構(gòu)與上述相同。
如上述實施例的情況那樣，在該第四實施例中，有可能如圖4說明的那樣，通過對線圈191B施加激磁電壓中任何一個，在作為一個工作空間的可動機體172內(nèi)部轉(zhuǎn)換接通/截止離開永久磁鐵181的磁通。通過在定子側(cè)磁極N1，N2，…，N8中按相位差執(zhí)行轉(zhuǎn)換磁通的接通/截止，又如第三實施例的情況那樣，有可能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。
就該第四實施例來說，例如使定子側(cè)磁極具有180°空間作為一組，來控制一個定子側(cè)磁極作為一個N磁極工作，以及另一個作為一個S磁極工作，按一個圓形方向順序?qū)嵭蟹N種這類控制，并且因此能產(chǎn)生用于旋轉(zhuǎn)可動機體172的旋轉(zhuǎn)磁場。第五優(yōu)選實施例圖10表示本發(fā)明的又一個優(yōu)選實施例。在該第五實施例中，表示了一個用本發(fā)明的一個推進磁場發(fā)生器來構(gòu)成一個感應(yīng)電動機的例子。
除在一個旋轉(zhuǎn)軸113中設(shè)置一個轉(zhuǎn)子201以外，圖10所示的一個感應(yīng)電動機200的結(jié)構(gòu)與圖3所示的一個旋轉(zhuǎn)電動機110基本上相同。因此，對與圖3所示部分對應(yīng)的那些部分給出了相同的標號，并且將省略其說明。
在一個構(gòu)架111中設(shè)置的一個旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生器220基本上以圖3所示第三實施例中一個旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生器120相同的方式構(gòu)成。然而，這個旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生器220與旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生器120不同的是，在永久磁鐵121，122，…，126的自由端提供了輔助磁極塊121K，122K，…，126K，以便使定子側(cè)磁極M1，M2，…，M6與轉(zhuǎn)子201之間的空間盡可能小。
輔助磁極塊121K，122K，…，126K構(gòu)成為凸出極部分，它們具有對置部分121L，122L，…，126L，與轉(zhuǎn)子201的一個外周邊表面上那些彎曲表面具有相同的彎曲表面，并且從這些輔助磁極塊121K，122K，…，126K離開對應(yīng)永久磁鐵的磁通輸出到一個工作空間111A。對定子側(cè)磁極M1，M2，…，M6的電磁鐵131，132，…，136，如同圖3情況那樣，從一個控制元件150供給三相激磁電壓，即第一、第二及第三激磁電壓A1、A2及A3，并且這樣在工作空間111A中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。
在感應(yīng)電動機200中，由這些旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子201中產(chǎn)生感應(yīng)電流，并且由于這些感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場與定子側(cè)磁極M1，M2，…，M6產(chǎn)生的那些磁場之間的相互作用，使轉(zhuǎn)子201旋轉(zhuǎn)。這個旋轉(zhuǎn)原理與一個常規(guī)感應(yīng)電動機的旋轉(zhuǎn)原理一樣。
然而，由于在第五實施例中在感應(yīng)電動機200中，一個旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生器220利用永久磁鐵的磁力能量在工作空間111A中產(chǎn)生要求的旋轉(zhuǎn)磁場，有可能通過增加電磁鐵上繞組線圈的數(shù)目，并且僅僅對線圈供給小的直流電流，執(zhí)行轉(zhuǎn)換接通/截止磁通。
此外，在一個常規(guī)類型的感應(yīng)電動機中，在從一個外部電源供給能量時，需要一個定子鐵芯的激磁電流I0以及一個使磁通傳到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流I1。然而，按照本發(fā)明，不需要供給一個激磁電流I0，并且因此能期望高效率驅(qū)動。
由于在沒有違反其精神和范圍下可以制作本發(fā)明的許多顯然大不相同的實施例，除了在附加權(quán)利要求限定之內(nèi)，理所當然本發(fā)明并不局限于它的這些專門實施例。
權(quán)利要求
1.一種利用一個永久磁鐵的磁引力驅(qū)動發(fā)動機，包括一個永久磁鐵；一個電磁鐵，通過環(huán)繞一個磁芯纏繞一個線圈構(gòu)成，磁芯設(shè)置成其一端粘附于該永久磁鐵的一個磁極端；一個激磁控制器，用于控制該電磁鐵，以便改變永久磁鐵的磁極端附近的一個磁通的狀態(tài)；一個具有磁引力的可動部件，以能夠接近或離開永久磁鐵加以支承及導向，布置在永久磁鐵的磁極端附近；一個返回力作用部件，使可動部件靠壓力退后，以及借助于永久磁鐵的一個磁吸引力的變化逆著一個磁吸引力作來回移動。
2.一種用于在一個規(guī)定的工作空間中產(chǎn)生推進磁場的推進磁場發(fā)生器，包括多個永久磁鐵部件，為了產(chǎn)生推進磁場，按照一個要求的型式以適當?shù)拈g隔放置；以及多個磁通控制元件，由與永久磁鐵相對應(yīng)而設(shè)置的電磁鐵構(gòu)成，其中，在工作空間中從永久磁鐵部件形成的磁通數(shù)量由這些磁通控制元件移相來改變。
3.一種能量轉(zhuǎn)換器，具有一個用于在一個規(guī)定的工作空間中產(chǎn)生一個推進磁場的推進磁場發(fā)生器，以及一個設(shè)置在該工作空間，以便用該推進磁場發(fā)生器在該工作空間中形成的一個推進磁場在該原動機部件中產(chǎn)生一個移動轉(zhuǎn)矩的原動機部件，其中推進磁場發(fā)生器裝有多個永久磁鐵，為了產(chǎn)生推進磁場按照一個要求的型式以適當?shù)拈g隔放置，以及多個由電磁鐵構(gòu)成的磁通控制元件，對應(yīng)永久磁鐵放置，并且在工作空間中從永久磁鐵形成的磁通數(shù)量由這些磁通控制元件移相來改變。
全文摘要
一種利用一個永久磁鐵的磁引力驅(qū)動發(fā)動機，裝有一個永久磁鐵；一個電磁鐵，在一個磁芯上纏繞一個線圈形成，其一端粘附于永久磁鐵的一個磁極端；一個激磁控制器，用于激磁電磁鐵以改變永久磁鐵的磁極端附近的一個磁通狀態(tài)；一個具有磁吸引性的可動部件，以能夠接近或離開永久磁鐵加以支承及導向方式，放置在永久磁鐵的磁極端附近；一個返回力作用部件，使可動部件靠壓力逆著一個磁吸引力退后，以及靠改變永久磁鐵的一個磁吸引力作來回移動。
文檔編號H02K33/00GK1151091SQ95119770
公開日1997年6月4日 申請日期1995年11月23日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月23日
發(fā)明者荻野三四郎, 淺岡敬一郎 申請人:荻野三四郎, 淺岡敬一郎