專利名稱：恒磁場助力器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種恒磁場助力器恒磁場是一種場能，這種場能是以磁偶極子為中心獨(dú)立存在的。并以環(huán)形磁力線形式表現(xiàn)出來。磁力線具有正、負(fù)極特性。磁場對外表現(xiàn)能量的方式是兩個以上相對獨(dú)立的磁極在外力的影響下相互作用的過程；如磁力線遮蔽，同性極、異性極相互作用等。磁力線遮蔽是三個相對獨(dú)立的磁極間發(fā)生的，其余作用方式是在兩個磁極間發(fā)生的。
電機(jī)的電磁力矩就是定子的N極、S極磁場和轉(zhuǎn)子的感應(yīng)磁場三個磁場相互作用的結(jié)果，轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁場引起了遮蔽作用；是因為轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁場阻礙了定子磁場磁力線的貫通，在轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁場磁力線和定子磁場磁力線同向的一則磁力線密度增大，使得轉(zhuǎn)子磁場被排斥，轉(zhuǎn)子被迫移動，轉(zhuǎn)子移動產(chǎn)生的力矩就是電機(jī)的電磁力矩(電磁轉(zhuǎn)矩)。
人們試圖利用這個原理，用永磁鐵替代電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子電磁場達(dá)到電機(jī)的效果，結(jié)果是都失敗了，其原因在于對磁轉(zhuǎn)矩、磁場相互作用的原理、方法沒有突破。如羅聲江的“雙螺旋互逆式恒磁場發(fā)動機(jī)”，桑興泰的“吸排式恒磁場發(fā)動機(jī)”等都沒能成功。
本實用新型的目的是提供一種利用永磁鐵節(jié)能、助力的恒磁場助力器。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下設(shè)計方案一種恒磁場助力器，有轉(zhuǎn)子、定子、鐵芯，其特征在于轉(zhuǎn)子的本體通過螺釘與軸套聯(lián)接，在轉(zhuǎn)子本體上均布設(shè)有偶數(shù)柱形轉(zhuǎn)子磁極，在轉(zhuǎn)子本體的兩側(cè)設(shè)有定子磁極固定環(huán)，在該固定環(huán)中部設(shè)有內(nèi)圓固定環(huán)，在內(nèi)圓固定環(huán)與定子磁極固定環(huán)之間設(shè)置有多個偶數(shù)定子磁塊，在定子磁極固定環(huán)的外圓周上對應(yīng)定子磁塊設(shè)有凹槽，在該凹槽上插有U型鐵芯；在鐵芯的一側(cè)設(shè)置有座板，在定子磁極固定環(huán)一側(cè)設(shè)有固定板，該定子磁極固定環(huán)、固定板與座板由螺釘相互固定聯(lián)接。
在座板的中部設(shè)置有推力軸承，在該軸承的外端設(shè)置有軸承座，該軸承的內(nèi)端套在軸套的外端部，該軸承座通過螺釘與座板固定聯(lián)接。
在柱形轉(zhuǎn)子磁極的中部設(shè)置有磁力線變形過渡板。
所述的定子磁極呈一段環(huán)形缺角形狀。
本恒磁場助力器(簡稱磁助力器)是根據(jù)電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩原理，永磁鐵的磁場特性，對磁助力器的定子磁極、轉(zhuǎn)子磁極、磁路定子磁極的磁位量進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計。特別是磁助力器中的轉(zhuǎn)子磁極，采用特殊的磁力線“變形方法”使轉(zhuǎn)子磁極的雙向排斥力變?yōu)閱蜗蚺懦饬?，使永磁鐵轉(zhuǎn)子磁極的雙向磁力線與直流電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈電流產(chǎn)生的舜時電磁場更加相近。
本磁助力器是在直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩原理基礎(chǔ)上，采用永磁鐵替代電磁的一種助力裝置，這種裝置的關(guān)鍵部件是助力器的轉(zhuǎn)子磁極，普通磁鐵是不能實現(xiàn)助力的，原因是普通磁鐵磁力線具有多向性，不具備單向排斥力與電機(jī)轉(zhuǎn)子的單向磁排力不符，如把這種轉(zhuǎn)子放在定子磁場中就會產(chǎn)生雙向磁排力、最終結(jié)果是正反磁排力矩相互抵消，助力效果為零，要實現(xiàn)上述目的，必須改變普通磁鐵的特性，對轉(zhuǎn)子磁極磁力線采取變形的特殊方法，使轉(zhuǎn)子磁極的磁力線符合電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場，符合“佛郎明”的帶電導(dǎo)體(電磁場)在磁場中的“受力定律”。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明。


圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本實用新型定子組件結(jié)構(gòu)示意圖圖3為轉(zhuǎn)子組件結(jié)構(gòu)示意圖圖4為轉(zhuǎn)子磁場示意圖圖5為磁轉(zhuǎn)子受力示意圖圖6為定子磁塊示意圖圖7為定子磁塊立體示意圖圖8為轉(zhuǎn)子磁極立體示意圖參見圖1、圖2、圖3所示一種恒磁場助力器，有轉(zhuǎn)子、定子、鐵芯，其特征在于轉(zhuǎn)子16的本體通過螺釘17與軸套4連接，在轉(zhuǎn)子16本體上均布設(shè)有偶數(shù)柱形轉(zhuǎn)子磁極18，在轉(zhuǎn)子16本體的兩側(cè)設(shè)有定子磁極固定環(huán)8、13，在該固定環(huán)中部設(shè)有內(nèi)圓固定環(huán)11、15，在內(nèi)圓固定環(huán)與定子磁極固定環(huán)之間設(shè)置有多個偶數(shù)定子磁塊10、14，在定子磁極固定環(huán)的外圓周上對應(yīng)定子磁塊10、14設(shè)有凹槽22，在該凹槽22上插有U型鐵芯19；在鐵芯19的一側(cè)設(shè)置有座板7，在定子磁極固定環(huán)8、13內(nèi)側(cè)設(shè)有固定板9、12，該定子磁極固定環(huán)8、固定板9與座板7由螺釘20相互固定聯(lián)接。
在座板7的中部設(shè)置有推力軸承2，在該軸承2的外端設(shè)置有軸承座1，該軸承2的內(nèi)端套在軸套4的外端部，該軸承座1通過螺釘6與座板7固定聯(lián)接。
在柱形轉(zhuǎn)子磁極18的中部設(shè)置有磁力線變形過渡板21(見圖1、圖4)。
所述的定子磁塊10、14呈一段環(huán)形缺角形狀(見圖6、圖7)。
1、助力器轉(zhuǎn)子磁極18，采取磁力線變形方法，將一塊有取向的磁鐵塊毛坯，按取向角度的42度-45度切割轉(zhuǎn)子磁極磁柱，將磁柱垂直切割成兩個半圓磁塊，磁化時仍按整體磁柱取向方向磁化，然后將磁化后的一半磁柱調(diào)轉(zhuǎn)180度，等于磁力線調(diào)轉(zhuǎn)子90度，和另一半磁柱的磁力線成90度角差，但磁力線性質(zhì)并不改變，只是兩個半圓磁柱的磁力線構(gòu)成90度變形磁場。使磁場雙環(huán)形磁力線變成了V形磁力線(如圖4所示)。
由于磁力線的變形，在磁柱接口處產(chǎn)生了磁阻，就如同變壓器磁力線通過鐵心拐角時一樣，變形磁力線的內(nèi)角越小磁阻越大，為解決變形磁力線的磁阻問題，在兩個半圓磁柱中間設(shè)置了磁力線變形過渡板21(如圖4所示)，變形過渡板21是垂直取向磁化的，尺寸、長度面積與轉(zhuǎn)子磁柱截面積相等，厚度根據(jù)磁柱大小而定，過渡板厚度與磁柱直徑φ比例為1∶5，磁力線的變形角度由原來的90度增加到270度，磁阻減少變形效果更加明顯，變形后的磁場如圖4所示。
由于磁力線回路設(shè)計上的V型結(jié)構(gòu)和磁力線回路的捷徑選擇特性，磁力線呈現(xiàn)單向環(huán)形磁場。助力器轉(zhuǎn)子磁極的受力方向如同通電導(dǎo)體(電磁場)在磁場中的受力方向一樣，解決了磁轉(zhuǎn)子雙向受力的難題，達(dá)到了單向受力的目的，如圖5所示，也解決了轉(zhuǎn)子磁極切入定子磁極的磁阻問題。
2、磁助力器定子磁環(huán)是由多個磁極組成的環(huán)形磁極，定子磁極是由兩個磁環(huán)構(gòu)成N極和S極和磁路配合構(gòu)成N-S極氣隙磁場。由于定子磁環(huán)是由多個磁極組成的，每極之間都存在氣隙磁場，氣隙磁場和轉(zhuǎn)子磁極是同性磁場，氣隙磁場對轉(zhuǎn)子磁極的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生磁阻作用，因上級磁極產(chǎn)生的磁排力，被氣隙磁場大部抵消，為解決這個問題，除轉(zhuǎn)子磁極的磁力線變形后對磁阻大部分減弱外，對定子磁極進(jìn)行了不等面、不等磁位設(shè)計，對定子磁極的首端采取了不等面設(shè)計(如圖6、圖7所示)，使轉(zhuǎn)子磁極切入定子每個磁極時是漸入過程，把磁阻的作用分散，減少了磁阻的峰線作用，磁排力與氣隙阻力的比例系數(shù)為原來1∶0.8。降低至1∶0.3，加之轉(zhuǎn)子磁極與定子磁極的不對稱排列，因此氣隙磁場對助力器穩(wěn)定性影響不大，有效磁排力矩為FN＝70％。
3、定子磁極和轉(zhuǎn)子磁極各項參數(shù)比，定子磁環(huán)每個磁極的平均長度、寬度、厚度與轉(zhuǎn)子磁極的尺寸比例(1)定子磁極長度與轉(zhuǎn)子磁極直徑 比為25∶1。
(2)定子磁極寬度與轉(zhuǎn)子磁極長度比為1∶1。
(3)定子磁極厚度與轉(zhuǎn)子磁極直徑比為07∶1(4)定、轉(zhuǎn)子磁極的磁場強(qiáng)度H相等。
(5)定、轉(zhuǎn)子磁極數(shù)比為1.5∶14、磁助力器的定子磁路，即定子磁環(huán)每個磁塊對應(yīng)的N極和S極形成獨(dú)立磁路，用硅鋼片一次加工成U形，多片組合成磁路或用電工純鐵整體加工而成，磁助力器的定子磁路與電機(jī)磁路不同，這種磁路是獨(dú)立的磁路。
這種助力器是在外力推動、助力器轉(zhuǎn)子和定子磁極相互作用產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩，因此這種力矩是復(fù)合力矩，復(fù)合力矩遠(yuǎn)大于原動力力矩。這種助力器助力效果與原動力的轉(zhuǎn)速相應(yīng)，即轉(zhuǎn)速越高，助力效果越好，反之越低，但最低能滿足設(shè)計容量負(fù)載需要。
原動力與磁助力器的力矩比可達(dá)到1∶2.33。
工作原理磁助力器N極定子磁極N極面與定子磁極S極的S極面相對應(yīng)，磁力線由定子磁極10N極出發(fā)；通過氣隙磁場到達(dá)定子磁極的S極14，經(jīng)鐵心20回到N極磁極10的S極，形成磁場貫通回路，轉(zhuǎn)子磁極18安放在定子磁極10、14之間的氣隙磁場中，轉(zhuǎn)子磁極的NS極面與定子磁極的NS極面相對應(yīng)，在轉(zhuǎn)子磁極到達(dá)定子磁場的某一區(qū)域，定子的磁力線與轉(zhuǎn)子的磁力線絕大部分形成同向磁力線，在同向磁力線的一面磁力線密度聚增，造成定子磁極對轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子磁極對定子的相互排斥，因轉(zhuǎn)子是可移動的，轉(zhuǎn)子磁極如帶電導(dǎo)體電磁場在磁場中的受力情況一樣。又因定子磁極多極磁極的作用和外動力的影響，轉(zhuǎn)子將連續(xù)加速運(yùn)轉(zhuǎn)，直至和負(fù)載平衡。在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，由于定子磁極在水平軸線上對轉(zhuǎn)子磁極施以強(qiáng)大的機(jī)械壓力，這種壓力與磁排力是相當(dāng)?shù)?，磁排力等于機(jī)械壓力。
當(dāng)電機(jī)接通電源后，電機(jī)軸3旋轉(zhuǎn)，帶動助力器轉(zhuǎn)子16旋轉(zhuǎn)，如定子磁極為6級磁場結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子磁極為4極結(jié)構(gòu)，助力器轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周受到4×6次的磁排作用，單位時間的受力次數(shù)，與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。如電機(jī)轉(zhuǎn)速為1450轉(zhuǎn)/分，轉(zhuǎn)子磁極受到磁排次數(shù)MS＝4×6×1450-34800次/分四、磁助力器的優(yōu)點(diǎn)和節(jié)能效果磁助力器是在外力推動，定轉(zhuǎn)子磁極相互作用產(chǎn)生的強(qiáng)大復(fù)合力矩，巧妙的把磁場能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，由于永磁鐵的磁場相對穩(wěn)定可長期使用，并能在較小的外力推動下輸出較大的功率，磁助力器就如原動力的放大器，它不需要增加消耗其它能源產(chǎn)生較大的復(fù)合動力。這種設(shè)備還可做為連續(xù)多級聯(lián)合使用，等于是對初級動力的連續(xù)放大，因此可以說它不僅是一種節(jié)能設(shè)備，在某種意義上說是一種新的能源，也是最經(jīng)濟(jì)最潔凈的新能源。這種磁助力器可以與任何類別的動力電機(jī)，內(nèi)燃機(jī)以及其它動力源的動力機(jī)械配套，特別適合作為二次電站發(fā)電設(shè)備，也可做為家庭的小型獨(dú)立電源站。
權(quán)利要求1.一種恒磁場助力器，有轉(zhuǎn)子、定子、鐵芯，其特征在于轉(zhuǎn)子的本體通過螺釘與軸套聯(lián)接，在轉(zhuǎn)子本體上均布設(shè)有偶數(shù)柱形轉(zhuǎn)子磁極，在轉(zhuǎn)子本體的兩側(cè)設(shè)有定子磁極固定環(huán)，在該固定環(huán)中部設(shè)有內(nèi)圓固定環(huán)，在內(nèi)圓固定環(huán)與定子磁極固定環(huán)之間設(shè)置有多個偶數(shù)定子磁極，在定子磁極固定環(huán)的外圓周上對應(yīng)定子磁塊設(shè)有凹槽，在該凹槽上插有U型鐵芯；在鐵芯的一側(cè)設(shè)置有座板，在定子磁極固定環(huán)一側(cè)設(shè)有固定板，該定子磁極固定環(huán)，固定板與座板由螺釘相互固定聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒磁場助力器，其特征在于在座板的中部設(shè)置有推力軸承，在該軸承的外端設(shè)置有軸承座，該軸承的內(nèi)端套在軸承的外端部，該軸承座通過螺釘與座板固定聯(lián)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒磁場助力器，其特征在于在柱形轉(zhuǎn)子磁極中部設(shè)置有橫向取向磁化的磁力線過渡板，在過渡板右側(cè)設(shè)置有磁力線向左下42-45度半圓磁柱，在過渡板左側(cè)設(shè)置有磁力線向左上42-45度半圓磁柱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒磁場助力器，其特征在于定子磁極呈一段環(huán)形缺角形狀。
專利摘要一種恒磁場助力器,其轉(zhuǎn)子的本體通過螺釘與軸套聯(lián)接,在轉(zhuǎn)子本體上均布設(shè)有偶數(shù)柱形轉(zhuǎn)子磁極,在轉(zhuǎn)子本體的兩側(cè)設(shè)有定子磁極固定環(huán),在該固定環(huán)中部設(shè)有內(nèi)圓固定環(huán),在內(nèi)圓固定環(huán)與定子磁極固定環(huán)之間設(shè)置有多個偶數(shù)磁位量不等的定子磁塊構(gòu)成定子磁環(huán),在定子磁極固定環(huán)的外圓周上對應(yīng)定子磁塊設(shè)有凹槽,在該凹槽上插有U型鐵芯;形成多個獨(dú)立磁路在鐵芯的一側(cè)設(shè)置有座板。本實用新型的優(yōu)點(diǎn)是:用于動力電機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等方面節(jié)能、助力效果顯著。
文檔編號H02N11/00GK2378879SQ9820730
公開日2000年5月17日 申請日期1998年7月21日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月21日
發(fā)明者馬遠(yuǎn)友 申請人:馬遠(yuǎn)友