旋转磁动机和磁动发电机 本发明涉及一种将永磁体的磁能转换为机械能或电能的旋转磁动机和磁动发电机，所述旋转磁动机在制成后不再需要外加能量便能输出机械转矩，所述磁动发电机在制成后不再需要外加能量便兼具转矩输出和发电功能。
在现实生活中，旋转磁动机(在下文中，简称为磁动机)和磁动发电机商品虽未见上市，但其技术方案却时有出现；至于涉及磁动发电机具体结构的技术方案则尚未发现。现有技术方案中的磁动机均由装在定子和转子上的永磁体部分、机械部分(例如：机壳、定子和转子基体及其负载的运动部分等)和转矩控制部分构成，其装在定子和转子上的永磁体对应磁极分别组成磁极对，磁极对工作磁极间的气隙为耦合磁场，耦合磁场在磁能向机械能转换中起媒介作用。根据在耦合磁场存在磁极极性状况，磁动机可分为在耦合磁场中N极和S极并存或仅存单极这两大类。前一类技术方案例如专利申请文件：US82/01395、FR2273397、CN00101565.6、CN98112984.6、CN85106906、CN85109143、CN86104978、CN91106799、CN99117371.6等所述，它们均采用适时改变耦合磁场内磁极极性产生旋转磁场、以磁拉力拖动转子旋转。由于永磁体制成后其磁极极性不能轻易改变，也就是说，所述旋转磁场难以产生；故此类技术方案的可行性存疑。后一类技术方案则如专利申请文件：CN86107148、CN85103467、CN91108463.0、CN99100126.5、CN86105902等所述，它们利用耦合磁场内同名磁极间所发生的磁斥力推动转子；但都因存在种种缺点而性能低下或不具可行性：例如CN86107148所述的磁动机，由于在其工作磁极对中，对应磁极的直轴(所述磁极直轴的定义乃磁极轴线，即N极至S极或S极至N极的极向。在本文中，所述磁极直轴均按此定义)在同一直线上，也就是说，磁斥力矩与转子放射线重合，故不可能产生转矩。又例如CN85103467所述的技术方案，它使用辣轮令转子上的永磁体适时弹起以便与定子上的永磁体组成磁极对；由于所述弹力并无来源，违背了能量不能无中生有的原则，故亦不具可行性。又例如CN91108463.0所述的磁动机，其磁极对工作磁极间均以锐角相向；由于磁斥力的大小与其相互对应的工作磁极表面积成正比，而锐角相向则该所述表面积极少，故能产生的转矩也极小，也就是说，其磁动机性能低下。又例如CN99100126.5所述的技术方案，其定子和转子上均采用永磁磁环且要求环面上任一点的磁力线与该点到磁环轴线的直线垂直，但就充磁工艺而言，该要求无实现可能；故该方案不具可行性。再例如CN86105902所述的磁动机，其磁极对工作磁极表面均以平面相对，这就意味着，若要转子能够转动只能扩大磁极对工作磁极间地气隙；而就永磁体的基本物理特性而言，磁力的大小与其作用气隙距离的n次方成反比。因此，所述磁动机的性价比亦相应降低。
针对克服现有技术存在缺点，本发明的任务是提供一种高性价比的磁动机和一种在利用永磁体磁能致动基础上兼具转矩输出和发电功能的磁动发电机。
为实现上述任务，本发明的技术方案如下：
一种由永磁体部分与及机械部分和控制部分构成、其装在定子和转子上的永磁体对应磁极分别组成磁极对且耦合磁场内磁极均极性同名的磁动机，其特征在于：其装在定子和转子上的永磁体均采用稀土永磁材料制造，所述装在转子上的永磁体是以转子转轴为其轴线、位于转子径向外缘的径向充磁永磁磁环或位于转子轴向外缘的轴向充磁永磁磁环，所述装在定子上的永磁体则由满布于转子永磁磁环工作磁极表面且其工作磁极表面与永磁磁环工作磁极表面间气隙距离均等的多个分别独立的永磁体组成；在由所述定子永磁体和转子永磁磁环对应工作磁极组成的每个磁极对中，对应的两个工作磁极的直轴不在同一直线上且所述工作磁极直轴的交角同指往顺时针方向或逆时针方向，以便借助所有磁极对工作磁极间发生的磁斥力矩共同推动转子旋转；该磁动机的定子或转子可以在控制部分的驱动下沿转子转轴纵向位移，以便调节其相互作用位置；其控制部分则借助调控所述纵向位移距离或直接对转子施加摩擦阻尼进行转矩控制。
一种磁动发电机，其特征在于：它由磁能致动系统、发电系统和控制系统构成。其磁能致动系统用于将永磁体的磁能转换为转矩形式的机械能，它的结构和工作原理与前述本发明磁动机相同；其发电系统用于机电能量转换，它由设在转子径向外缘、用于产生旋转磁场的永磁体和与该永磁体工作磁极相对应、用于在所述旋转磁场中切割磁力线的导线绕组构成，所述永磁体可以独立设置，也可以占用转子永磁磁环的径向外缘部分；该磁动发电机的定子或转子可以在其控制系统的驱动下沿转子转轴纵向位移，以便调节其相互作用位置；其控制系统则借助调控所述纵向位移距离或直接对转子施加摩擦阻尼进行发电量控制和转矩控制。
与现有技术相比，本发明有以下进步：
1、本发明磁动机由于所用永磁体采用稀土永磁材料制造而磁能积较高，由于各磁极对工作磁极的直轴不在同一直线上且所述磁极直轴交角同指往顺时针方向或逆时针方向，所发生的磁斥力矩可全部转换为转矩输出；又由于转子上的永磁体为永磁磁环、定子则采用多个分别独立的永磁体满布于转子永磁磁环工作磁极表面，而令其工作磁极有最大的工作表面积；再由于定子和转子工作磁极表面间气隙距离均等、在相对运动时工作气隙可以最小而磁密最高。因此，本发明磁动机具有较高性价比
2、本发明磁动发电机在将永磁体的磁能转换为机械能的基础上能进而利用所述机械能发电，故在永磁体磁能利用领域上了一个新台阶。此外，根据机电能量转换公式：E＝VBL(公式中的V为导体运动速度，B为磁感应强度，L为导体长度)，本发明磁动发电机由于其用于产生旋转磁场的永磁体设在转子径向外缘，在所用永磁体磁能积、转子直径和转速相同的条件下，有最大的工作磁极表面积而令磁感应强度B最大化和导线绕组有最大的相对运动半径而令导体运动速度V最大化；因此，本发明磁动发电机在转子转速相同的条件下能产生最大的电动势E，也就是说，其发电量能最大化。
下面结合附图和优选实施例对本发明进一步详细说明：
附图1是本发明一种磁动机结构图；
附图2是附图1之A-A截面及工作原理示意图；
附图3是本发明又一种磁动机结构示意图；
附图4是本发明一种磁动发电机结构图。
在本发明磁动机的一个优选实施例中，该磁动机由永磁体部分、机械部分和控制部分构成。其永磁体均采用高磁能积的NdFeB永磁材料制造，它是借助在其耦合磁场内磁极对磁极磁势相交所发生的磁斥力矩推动转子旋转的；其结构见附图1。在附图1中：5是机壳、6是固定在机壳内的定子底座、1是固定在定子底座上的永磁体(所述6和1复合而为定子)、4是转轴、3是转子芯体、7是锲入3和4之间用于限制3只能在4上轴向滑移而不能旋移的锲条、2是固定在3上采用径向充磁的永磁磁环(所述4、2和3复合而为转子)、8是转轴上的凹槽、9是推力轴承、10是转轴轴承、11是回位弹簧、12是推杆。在该磁动机中：附图图标1和2属于永磁体部分，4、5、6、7、8和10属于机械部分，而9、11和12则共同组成用于调控转子转速的转矩控制部分。该磁动机定子和转子截面结构及工作原理见附图2，在附图2中：S表示S极，N表示N极，E是磁极对对应工作磁极间的气隙(该气隙亦即耦合磁场)，D1、D2、D3、D4、D5和D6均表示永磁体工作磁极的直轴(该直轴亦即其充磁方向，也就是N极往S极的磁势方向)，F1、F2和F3分别表示各磁极对工作磁极磁势在耦合磁场E里交汇所产生的磁斥力矩，其余图标定义均与附图1相同。从附图2中可见：设于定子上的永磁体有多个(在该图中，只用实线画出一个和用虚线画出两个示意)，它们满布于转子永磁磁环2工作磁极表面且其间的气隙距离均等，以便令在耦合磁场内的工作磁极表面积最大化和工作气隙最小化；也就是说，令耦合磁场内的工作磁密得以最大化，从而充分利用磁力作功。从附图2中又可见：定子上的永磁体分别与转子上的永磁磁环工作磁极分别组成多个磁极对和在耦合磁场中的工作磁极均为S极，且各磁极对工作磁极的直轴均不在同一直线上且交角同指往逆时针方向。因此，各磁斥力矩F1、F2和F3等可共同推动转子往逆时针方向旋转。此外，从附图1中可见：该磁动机转子可沿转子转轴纵向滑移，其控制部分是借助调节定子和转子在耦合磁场中工作磁极的相互作用位置而达成转矩控制目的的。
在本发明又一种磁动机的优选实施例中，该磁动机的结构见附图3。其工作原理和上述第一个优选实施例所述相同，附图3中的图标定义亦与附图1和2相同；区别之处仅在于：该磁动机转子上的永磁磁环2位于转子轴向外缘并采用轴向充磁与及该磁动机是借助其转矩控制部分的摩擦制动片14直接对转轴施加摩擦阻尼进行转矩控制的。
在本发明磁动发电机的一个优选实施例中，该磁动发电机结构见附图4(附图4的图标定义与附图1、2和3相同)：它由磁能致动系统、发电系统和控制系统构成，其磁能致动系统用于将永磁体的磁能转换为转矩形式的机械能，它的结构和工作原理与前述实施例本发明磁动机的永磁体部分和机械部分所述相同；其发电系统用于机电能量转换，它包括导线绕组13和永磁磁环2与之对应部分(在依据本发明的另一实施例中，所述发电系统独立设置，专门用于机电能量转换)。在磁能致动系统令转子旋转时，导线绕组13可因切割磁力线而产生感应电流向外部供电。其控制系统亦即前述实施例磁动机的控制部分，它可纵向移动转子，借助调节转子和定子永磁体或导线绕组的相互作用位置而在输出转矩和输出电能间随意调控并进行发电量控制和转矩控制(在另一个本发明磁动发电机的实施例中，所述控制系统则借助直接对转子施加摩擦阻尼进行发电量控制和转矩控制)。
尽管已结合以上附图及优选实施例对本发明进行了详细解释，但是，本领域的普通技术人员将能认识到，在不脱离权利要求所限定的实质及保护范围内，可以对本发明技术方案作出各种各样的变化与及应用。