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看看这三款永磁电机设计大师设计的永磁电机,对你有什么启发?

王沈河的永磁电机


王沈河设计并制造了一台五千瓦的发电机。这台发电机不用燃料,而用永磁驱动,它使用悬浮在液体中的磁性颗粒,设计图如下所示。

电机转子有四个臂,坐落在一个有磁性颗粒的胶状悬浮液的浅碗中。



这是该电机的一项专利,但不是英文的,也没有披露主要的数据。



配置永久磁铁的方式使其向单一方向提供持续力是不容易的,因为往往某个点的吸力与斥力平衡而产生一个点,使转子粘滞在这个点上。有许多方法可以避免发生这种情况。可以通过偏移它穿过软铁组件来修改磁场。


这部机器设计的要点应该是找准定子磁块磁力线的边沿,转子将像刀一样切向定子磁力线弧的近顶部位置,然后推斥离开。有一点像往水中打石子那样的弹跳效果。


照此图看应该是有四个离开(两个正要离开位置推力大,两个已经处于最远位置几乎没力了,每个还剩1/4左右力),两个处于硬顶入位置。

配置永久磁铁的方式使其向单一方向提供持续力是不容易的,因为往往某个点的吸力与斥力平衡而产生一个点,使转子粘滞在这个点上。有许多方法可以避免发生这种情况。可以通过偏移它穿过软铁组件来修改磁场。

约翰·爱克林的磁屏蔽发电机


1974年3月29日约翰·W·爱克林(John W Ecklin)被授予一项美国专利,号码3,879,622。这是一份磁/电发电机的专利,其输出大于运行时必要的输入。它有两种运行风格。第一个的主要图示如下:




这里,很聪明地用了一台小型低功率电机来转动磁屏蔽,以阻隔两个磁体的拉力,这导致磁场波动,用以旋转发电机的传动。

在上图中,电机在“A”点转动着轴而屏蔽条在点“B”点。当这些矩形的高导磁合金条与磁体端点成一直线时,为磁力线形成一个非常好的传导路径,并有效地关闭在“C”点区域的磁体拉力。在“C”点,当右边磁体被屏蔽时,左边磁体不被屏蔽,弹簧加载的行走机构被拉向左边。这种摆动通过机械连接到点“D”,使之转动用于给发电机提供动力。

由于需要旋转磁屏蔽的力相对较低,因此据称输出超过输入,并可以给旋转磁屏蔽的电机提供动力。

专利中展示的第二种拓展思维的方法是:




这里,同样的屏蔽理念被利用来产生往复式运动,然后将其转换为两个回转运动,驱动两台发电机。腔体内的一对磁体“A”被两个弹簧压向对方。当弹簧充分伸展,它们刚好靠近磁屏蔽“B”。当小电机(图中末显示)移开磁屏蔽,因两磁体北极彼此接近,产生强烈斥力推开对方。这又压缩弹簧,并通过“C”点的联运装置转动两个轴而产生功率输出。

这种理念的改进是爱克林-布朗发电机(Ecklin-Brown Generator)。在这个配置中,可移动的磁屏蔽配置提供了一个直接的电力输出,而不是机械运动:



这里,用到了同样的电机和旋转磁屏蔽,但磁力线被阻止流经过一个层叠片。这个层叠片是用长条形铁条叠压制成,并有耦合线圈或线圈缠绕其上。

装置运行如下:




左图所示的位置里,磁力线下行穿过耦合线圈。当电机轴进一步旋转90度,状态则如右图,磁力线上行穿过耦合线圈。图中用蓝色箭头表示。电机轴每旋转一圈,磁通量发生四次反转。

尽管爱克林-布朗设计假定用电动机来旋转高导磁合金磁屏蔽,但为什么不用永磁电机做旋转,似乎没有任何解说。

另一个有效功率输出装置系统是由于用了“磁通量转换器”。在这一设计中,通过控制层叠铁圈或“环形”里的磁通量而减少磁阻。再一次,这个设计打算用一台电机转动转子,但似乎并没有任何好的理由为什么不用永磁电机来代替。

从环境中汲取出额外能源的许多装置中,环形显然是重要的,以至于鲍勃·博伊斯甚至警告对于缠绕在环形轭上的线圈的高频顺序脉冲,产生一个旋转磁场,作为不可预测的电涌事件能产生约10000安培的额外电流,烧毁电路元件,并极易触发辐射能的累积而导致电闪雷击。鲍勃自己就曾遭到过这样的电击,幸运的是他活了下来。少有象鲍勃的电解槽系统在使用了环形变压器,产生了功率增益后依然是安全的。所以许多环形装置设计确实值得审查。

霍华德·约翰逊永磁电机


回到永磁电机本身,在这个领域的顶级品牌之一是霍华德·约翰逊(Howard Johnson )。霍华德制造、展示、并于1979年4月24日,以他的永磁电机设计从高度怀疑的专利局获得一项美国专利,专利号4,151,431。他用了强劲但昂贵的钴/钐磁来增加功率输出,并为1980年春季版的《科学与力学》(Science and Mechanics)杂志演示了电机原理。电机构造如下示:




其要点是,他的电机磁通量总是不平衡的,因此产生持续旋转传动。转子磁体被加入阶梯对,用无磁性轭连接。定子磁体被安在高导磁合金套筒帘上。高导磁合金对磁通量有很高的传导率(但很昂贵)。该专利指出,电枢磁体长3.125英寸(79.4毫米);而定子磁体宽1英寸(25.4毫米),深0.25英寸(6毫米),长4英寸(100毫米)。专利还说明,转子的磁体对不是相距120度设置,而是稍微错列开,以此缓和转子上的磁力。专利还指出,转子磁体和定子之间的空隙是在较大间隙中谐调,运转越平稳,功率越小。所以,间隙的选择以可忍受的振动水平上取最大功率。

霍华德认为永磁是室温超导体。据推测,他看到磁性材料因为有随机方向的电子自旋,以至于其净磁场接近零,直到磁化过程里电子自旋被对齐,从而生成一个由超导电流维护的整体净永磁场。

磁体布置、以及霍华德专利中的图示的内磁间隙评估如下:


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