專利名稱:磁能機(jī)的制作方法
磁能機(jī)系利用稀土永磁能為能源的一種新型磁力發(fā)動(dòng)機(jī)。因其能將磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，當(dāng)其與發(fā)電機(jī)聯(lián)機(jī)時(shí)，機(jī)械能又可轉(zhuǎn)換成電能，故亦可稱之為能量轉(zhuǎn)換裝置。按用途不同可設(shè)計(jì)為功率不等的磁能機(jī)系列產(chǎn)品。本發(fā)明涉及磁學(xué)、材料學(xué)、機(jī)械學(xué)等技術(shù)領(lǐng)域：
，產(chǎn)品歸屬動(dòng)力機(jī)械范疇。
永磁能的利用是國際上非常重視的研究課題，而應(yīng)用于原動(dòng)力裝置的研究更是競爭激烈的項(xiàng)目，其目的都在于開發(fā)新能源，近年來，已有實(shí)驗(yàn)機(jī)問世。如，美籍華人林安東發(fā)明的“脈沖電磁動(dòng)能發(fā)動(dòng)機(jī)”(據(jù)《世界發(fā)明》1984年第1、5期報(bào)導(dǎo))。再如，日本人田中實(shí)發(fā)明的“磁力驅(qū)動(dòng)裝置”(據(jù)《世界發(fā)明》1985年第6期報(bào)導(dǎo))。這兩種裝置系統(tǒng)均研用電機(jī)原理。雖然，他們采用了不同的設(shè)計(jì)方案和能量轉(zhuǎn)換形式，但總歸要解決一個(gè)共同的難題，即轉(zhuǎn)子與定子磁場間相互作用時(shí)需要調(diào)整極性。要處理好這個(gè)問題，就得付出能量代價(jià)。因此，而影響裝置系統(tǒng)的有效功率輸出。所以，走電機(jī)這一技術(shù)途徑，能否使裝置系統(tǒng)滿足實(shí)用性要求，還有待于他們?nèi)ヌ接憽?br>磁能機(jī)研究走的是另一條技術(shù)途徑，選擇了內(nèi)燃機(jī)為參考原準(zhǔn)機(jī)。用磁能取代燃燒油料產(chǎn)生的熱能;動(dòng)子代替活塞;導(dǎo)軌代替氣缸壁;借鑒曲柄連桿機(jī)構(gòu)。
磁能機(jī)在不消耗外來能量的情況下，不受環(huán)境和氣候的影響，開機(jī)后能自行起動(dòng)工作。為避開磁阻損耗，磁能機(jī)不采用改變動(dòng)子或定子磁場極性的方法，在磁場力作用下，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)子相對定子作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)做功。并經(jīng)由連桿將能量傳遞給曲軸向外輸出扭矩，使磁能機(jī)成為原動(dòng)機(jī)。
磁能機(jī)的基本模式。見附圖1所示17單位工作磁組(簡稱磁組)21動(dòng)子 25機(jī)體18定子 22動(dòng)子磁體 26蓋19定子磁體 23曲柄連桿機(jī)構(gòu) 27操縱開關(guān)20工作機(jī)構(gòu) 24曲軸磁能機(jī)的磁組相當(dāng)于內(nèi)燃機(jī)的單位氣缸。磁組是由內(nèi)存永磁體且同極性相對的定子、動(dòng)子及工作機(jī)構(gòu)三個(gè)部份組成的。
定子磁體固定不動(dòng)。其磁路是可控的交變磁路。見附圖2a、2b所示1定子永磁體 5定子磁芯 9磁門3定子工作磁靴 7定子底磁靴動(dòng)子磁體是隨動(dòng)子運(yùn)動(dòng)的。其磁路是不變磁路。見附圖3所示2動(dòng)子永磁體 6動(dòng)子磁芯4動(dòng)子工作磁靴 8動(dòng)子底磁靴工作機(jī)構(gòu)是以實(shí)現(xiàn)動(dòng)子作往復(fù)運(yùn)動(dòng)為主要功用的專用機(jī)構(gòu)。它是由控制定子磁場磁路變化的磁門。主彈簧、輔助彈簧三個(gè)工作件組成的。見附圖4所示9磁門 10主彈簧 11輔助彈簧磁門是在定子磁體的工作磁靴與磁芯之間為磁通搭的“磁橋”，專為改變磁通方向設(shè)置的。通過磁門位置的變化，即好比“拆橋”與“搭橋”，以此達(dá)到控制定子磁場磁路變化目的。磁門的功用類似電動(dòng)機(jī)上電刷的作用。
主彈簧是傳遞動(dòng)子磁場力設(shè)置的變距壓縮彈簧。
輔助彈簧是用來平衡磁門上工作力的壓縮彈簧。在動(dòng)子未達(dá)到上止點(diǎn)時(shí)，約束磁門不提前打開。同時(shí)，也對磁門的運(yùn)動(dòng)起緩沖作用。
磁能機(jī)的工作原理停機(jī)時(shí)，磁門打開。在定子、動(dòng)子磁場相斥力作用下，動(dòng)子停留在下止點(diǎn)附近(曲柄勁頭剛轉(zhuǎn)過180°)。開機(jī)后，磁門迅速關(guān)閉，定子磁場的磁通就在自身磁體內(nèi)形成迴路，且定子磁體的工作端面上不顯示磁性這對動(dòng)子磁場來講，定子磁體只不過是一塊鐵磁物質(zhì)。因而，動(dòng)子磁場對其產(chǎn)生吸引力。由于定子磁體是固定不動(dòng)的，勢必只有動(dòng)子向定子運(yùn)動(dòng)過來，即所謂動(dòng)子作復(fù)程運(yùn)動(dòng)。在復(fù)程運(yùn)動(dòng)過程中，動(dòng)子磁場力除對曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作提供拉動(dòng)力外，還對工作機(jī)構(gòu)的主彈簧施加由小到大的壓力。同時(shí)，主彈簧的另一端對磁門也施加同樣大小的預(yù)壓力。當(dāng)動(dòng)子達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，在主彈簧的壓力作用下打開磁門。此時(shí)，在定子與動(dòng)子磁場斥力作用下，動(dòng)子迅速開始返向運(yùn)動(dòng)，即所謂往程運(yùn)動(dòng)，直至下止點(diǎn)。因此，動(dòng)子完成了一個(gè)循環(huán)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。動(dòng)子就這樣重復(fù)上述運(yùn)動(dòng)，開始下一個(gè)循環(huán)的工作。
磁能機(jī)的技術(shù)關(guān)鍵，在于實(shí)現(xiàn)動(dòng)子往復(fù)運(yùn)動(dòng)的磁路設(shè)計(jì)和與定子磁場磁路交變協(xié)調(diào)工作的工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。
磁能機(jī)與內(nèi)燃機(jī)比較1.動(dòng)力特性。見附圖5a、5b所示，5a是內(nèi)燃機(jī)二沖程循環(huán)示功圖。5b是磁能機(jī)實(shí)用循環(huán)示功圖。從示功圖上看，內(nèi)燃機(jī)活塞在“壓縮過程”中，消耗裝置系統(tǒng)自身能量做“負(fù)功”。而磁能機(jī)動(dòng)子在復(fù)程運(yùn)動(dòng)過程中，做“正功”。
2.工作過程中主要工作參數(shù)對比見表1。
表1
注表中P′2盡管作用于動(dòng)子工作端面上，但對連桿的拉動(dòng)力為P0＝03.主要性能對比見表2。
表2
注平均有效壓力是表征裝置系統(tǒng)強(qiáng)化程度的重要指標(biāo)。磁能機(jī)的Pe比內(nèi)燃機(jī)的要大得多。
4.系統(tǒng)部份對比磁能機(jī)的系統(tǒng)只有三個(gè)部份。a，操縱系統(tǒng)(或操縱開關(guān));b，潤滑系統(tǒng)(或簡單的潤滑維護(hù));c，無級調(diào)速系統(tǒng)(僅用于車、船、坦克等的磁能機(jī))。與內(nèi)燃機(jī)相比大大簡化了。
5.磁能機(jī)的應(yīng)用范圍除能代替現(xiàn)有的原動(dòng)機(jī)外，還可進(jìn)入家庭使用。
6.內(nèi)燃機(jī)的主要缺點(diǎn)正是磁能機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。a，內(nèi)燃機(jī)的熱效率低，柴油機(jī)的Qe＝30～45，汽油機(jī)的Qe＝20～30。b，工作溫度高，影響機(jī)械壽命，也影響內(nèi)燃機(jī)的性能。c，結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)復(fù)雜，成品附件太多，經(jīng)濟(jì)性差。d，內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展受到缸徑、轉(zhuǎn)速、平均有效壓力的限制。e，比重量大。f，污染、噪音成為社會(huì)公害。
實(shí)用磁能機(jī)設(shè)計(jì)的技術(shù)方案推薦，本說明書就一個(gè)磁組的磁能機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)方法加以闡述，對于幾個(gè)磁組的磁能機(jī)設(shè)計(jì)可仿效內(nèi)燃機(jī)的氣缸布置。而十幾個(gè)或幾十個(gè)磁組的中、大功率磁能機(jī)的總體安排，可采用幾個(gè)磁組先按星形布局組成一小組，然后再拼裝。即“積木式”的總裝配方法。
單磁組磁能機(jī)的構(gòu)造參見附圖6.這樣安排，結(jié)構(gòu)緊湊，磁能利用率高，動(dòng)子與定子之間的空氣隙最小可達(dá)0.5～0.7MM或更小，考慮到工藝與機(jī)械磨損設(shè)計(jì)要求控制在0.7～1MM?？諝庀缎?，漏磁少，磁場間作用力大，提高動(dòng)子工作動(dòng)力值。同時(shí)，工作機(jī)構(gòu)的安排不影響動(dòng)子與定子的工作空間和結(jié)構(gòu)布局，僅利用了它們的結(jié)構(gòu)間隙。這樣，對磁組整體協(xié)調(diào)作業(yè)有利。另外，為減小動(dòng)子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磨擦阻力，動(dòng)子殼(14)上滾珠條(16)與導(dǎo)軌(15)之間采用滾動(dòng)磨擦。并且，導(dǎo)軌采用開敞式，排除空氣對動(dòng)子運(yùn)動(dòng)的干撓，對散熱也有益，磁組設(shè)計(jì)對其零、組件之間的配合和同心度要求高。
方案的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題這里不作詳述，僅就涉及到磁能機(jī)原理性的零、組件設(shè)計(jì)技術(shù)要求給予說明。
1.永磁體設(shè)計(jì)永磁體是定子、動(dòng)子的磁場源。原理要求這兩塊園環(huán)形永磁體的尺寸大小相同，磁性能相等，材料選用稀土釹鐵硼或稀土鈷yx-24。(BH)max≥(26～30)×106高奧。工作點(diǎn)要求Br≥9800高斯，HC≥8700奧斯特。
永磁體的尺寸確定，根據(jù)磁能機(jī)的性能要求，如功率、扭矩、轉(zhuǎn)速等主要性能，先確定定子、動(dòng)子磁場的Pzmax，Pz′max值，然后確定磁極端面積S大小，永磁體的內(nèi)徑與磁門外徑相等。其厚度，對小功率磁能機(jī)一般為δ＝1～1.5CM。但要注意與動(dòng)子的重量設(shè)計(jì)要求綜合考慮。
2.磁靴、磁芯設(shè)計(jì)磁靴、磁芯是軟磁材料，與永磁體組合后，形成定子、動(dòng)子磁場。材料選用高硅鋼板料和棒料，也可用鐵鈷合金1J22。要求磁化磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝19200～23000高斯。
磁靴的厚度確定原則以定子上的磁門關(guān)閉時(shí)其端面上不顯示磁性的最小厚度為宜。參見圖2a。
磁芯是園柱體，其端面積和永磁體端面積S相等。長度等于永磁體厚度加上磁靴厚度。材料與磁靴材料相同。
3.磁門設(shè)計(jì)磁門設(shè)計(jì)見附圖7所示a磁門，b導(dǎo)向環(huán)。
磁門與磁芯間滑動(dòng)配合，防止配合縫隙漏磁，配合精度高。其外徑尺寸涉及到與磁靴和永磁體內(nèi)徑之間的空氣隙大小?？諝庀洞笮〉脑O(shè)計(jì)參考馬蹄形磁鐵的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。但為了結(jié)構(gòu)上的緊湊。應(yīng)選用最小允許使用的空氣隙。其材料同磁靴。
導(dǎo)向環(huán)的設(shè)置，不僅為磁門運(yùn)動(dòng)起導(dǎo)引作用，而且是操縱開關(guān)控制磁門開與關(guān)的直接控制件。導(dǎo)向環(huán)的爪子可設(shè)計(jì)為3～5個(gè)，在爪子端頭內(nèi)側(cè)加工成半園形槽口。操縱開關(guān)的彈簧彈子進(jìn)入槽口后卡住導(dǎo)向環(huán)，使磁門打開而停機(jī)。反則開機(jī)。導(dǎo)向環(huán)爪子穿過定子磁體底磁靴，這樣，磁靴上的孔可以調(diào)節(jié)磁門運(yùn)動(dòng)時(shí)空氣的阻力，對磁門工作有利。導(dǎo)向環(huán)材料用銅合金，不影響磁場工作。
4.主、輔助彈簧設(shè)計(jì)主彈簧的最大工作力Nmax＝Pz′max。S(kg·f)，S為工作磁場的磁極端面積。
主彈簧的工作特點(diǎn)對磁門的壓力由小到大增加(壓力發(fā)生愈晚愈好)。彈簧的三分之二部份起導(dǎo)引作用，在動(dòng)子接近定子時(shí)，壓力增加較快。所以，要求制作成變距壓縮彈簧。結(jié)構(gòu)空間要求彈簧的截面是長方形。
材料鈹青銅或00Ni18C09M05TiAl。
輔助彈簧的最大工作力跟磁門打開后的位置有關(guān)。以磁門打開的最佳位置并與主彈簧壓力協(xié)調(diào)來確定其最大工作力。在主彈簧對磁門的壓力N→O時(shí)，其對磁門產(chǎn)生予壓力，此力與定子磁場力對磁門的作用力大小相等，方向相反(以磁門關(guān)閉時(shí)最佳工作位置為標(biāo)準(zhǔn))。材料與主彈簧相同。
5.磁能機(jī)調(diào)速當(dāng)磁能機(jī)應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車、船、坦克、拖拉機(jī)等時(shí)，要求有調(diào)速功能。磁能機(jī)調(diào)速是靠改變動(dòng)子與定子間的空氣隙大小來實(shí)現(xiàn)的。相當(dāng)于內(nèi)燃機(jī)調(diào)油門，由于動(dòng)子的行程確定之后，不允許改變。所以只能調(diào)整定子的相對位置，實(shí)現(xiàn)定子與動(dòng)子間空氣隙大小的變化，而空氣隙大小的變化，對磁場間作用力大小影響較大，特別對Pzmax值的影響大。故定子位置的調(diào)動(dòng)量很小，≤1MM。
解決方法參見圖6。定子殼(12)與定子座(13)之間采用雙頭螺紋配合。當(dāng)操縱調(diào)速力臂(28)時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)定子位置所需的調(diào)動(dòng)量。
6.其他零、組件設(shè)計(jì)問題a，曲柄連桿機(jī)構(gòu)采用內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)要求(包括材料要求)。
b，與磁場相鄰的零、組件，材料選用鋁合金、銅合金，但鋼珠除外。
c，機(jī)體可采用鋁合金鑄件，也可用高強(qiáng)度陶瓷材料或高強(qiáng)度塑料。
d，所有緊固件、定位銷、軸承等均按常規(guī)設(shè)計(jì)并選用。
權(quán)利要求
1.磁能機(jī)系利用稀土永磁能為能源的一種新型的磁力發(fā)動(dòng)機(jī)。該機(jī)以內(nèi)燃機(jī)為參考原準(zhǔn)機(jī)。其磁組[17]相當(dāng)于單位氣缸；用磁能取代燃燒油料產(chǎn)生的熱能；動(dòng)子[21]代替活塞；導(dǎo)軌[15]代替氣缸壁；借鑒曲柄連抒機(jī)構(gòu)[23]。本發(fā)明的特征在于a.磁組[17]是由高同心度的定子[18]、動(dòng)子「21」及工作機(jī)構(gòu)[20]組成。b.定子[18]、動(dòng)子[21]內(nèi)分別存放定子磁體[19]、動(dòng)子磁體[22]。c.定子磁體[19]是由定子永磁體[1]與定子工作磁靴[3]、定子磁芯[5]、定子底磁靴[7]組成。動(dòng)子磁體[22]是由動(dòng)子永磁體[2]與動(dòng)子工作磁靴[4]、動(dòng)子磁芯[6]、動(dòng)子底磁靴[8]組成。d.工作機(jī)構(gòu)「20」安放于定子[18]與動(dòng)子[21]之間的結(jié)構(gòu)空間內(nèi)。其是由磁門[9]、主彈簧[10]和輔助彈簧[11]組成。e.磁門[9]與定子磁體[19]的定子磁芯[5]和定子工作磁靴[3]之間滑動(dòng)配合，其又由磁門[a]和導(dǎo)向環(huán)[b]組成。f.磁門[9]開、關(guān)的位置由操縱開關(guān)[27]直接控制導(dǎo)向環(huán)[b]。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置系統(tǒng)，其特征是一旦打開操縱開關(guān)[27]后，磁門[9]在定子磁體[19]磁場力和輔助彈簧[11]彈性力作用下，回到關(guān)閉位置。這時(shí)動(dòng)子磁體[22]磁場對定子磁體[19]產(chǎn)生吸引力，動(dòng)子[21]從下止點(diǎn)向定子[18]運(yùn)動(dòng)過來，同時(shí)，動(dòng)子[21]除拉動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)[23]工作外，還對主彈簧[10]施加壓力。當(dāng)動(dòng)子[21]達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，磁門[9]在主彈簧[10]壓力作用下打開。此時(shí)，定子、動(dòng)子磁場產(chǎn)生相斥力，使動(dòng)子[21]推動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)[23]作返向運(yùn)動(dòng)，直至下止點(diǎn)。因此，動(dòng)子[21]完成了一個(gè)循環(huán)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。主彈簧[10]對磁門[9]的壓力消失后，磁門[9]又回到關(guān)閉位置，即動(dòng)子[21]又開始下一個(gè)循環(huán)的工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1、2所述的裝置系統(tǒng)，其特征是可設(shè)計(jì)輸出功率不等的一系列產(chǎn)品。
專利摘要
磁能機(jī)系利用稀土永磁能作能源的磁力發(fā)動(dòng)機(jī)。 該機(jī)以內(nèi)燃機(jī)為原動(dòng)機(jī)，用內(nèi)存永磁體且同極性相 對的定子、動(dòng)子及工作機(jī)構(gòu)組成單位磁組(相當(dāng)于單 位氣缸)。在磁場力作用下，動(dòng)子作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)作 功。并經(jīng)由連桿把能量傳遞給曲軸向外輸出扭矩，從 而使磁能機(jī)成為原動(dòng)機(jī)。該機(jī)可設(shè)計(jì)為功率不等的系列產(chǎn)品。其工作不 受環(huán)境和氣溫影響且無污染、無噪音?？勺餍鑴?dòng)力裝 置的軍、民用產(chǎn)品的原動(dòng)力機(jī)。當(dāng)其與發(fā)電機(jī)聯(lián)機(jī)后 可以發(fā)電。
文檔編號(hào)H02N11/00GK86104330SQ86104330
公開日1987年3月25日 申請日期1986年6月18日
發(fā)明者裴宗友 申請人:裴宗友導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan