CN101442236A - 新式磁能船 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新式磁能船，它由喷水推进器和船体构成，喷水推进器由定子、转子、控制***、及管道构成，管道与船体联接；在转子的叶轮外周固结一个有若干永磁磁极的圆环，在管道外圆上固定定子，定子有若干被漆包线圈包围的非磁性绝缘齿，形成电磁极，所述定转子及控制***构成一种特殊电机，控制***由转子位置传感器、控制器、蓄电池及整流调压器组成，控制器根据传感器测取转子磁极相对于定子齿的位置信号，从蓄电池取电给定子各组线圈有规律地通电，则转子因其永磁极受到定子齿的电磁极的吸引力矩和排斥力矩而旋转，从而驱动叶轮推船前进，并驱动电机的发电机发电，发出的电经整流调压器存入蓄电池。本发明节能、环保、结构简单、成本低。

Description

新式磁能船

技术领域

本发明涉及船舶推进技术，特别是一种新式磁能船推进船。

背景技术

现有船只的发动机通过传动轴穿过隔板直接驱动推进螺旋桨或喷水推进器，传动轴与隔板用密封材料密封，传动轴转动时与密封材料发生剧烈摩擦，密封材料易损坏，造成渗漏或冒漏，会使船内进水或船内机械装置的润滑油或废油泄漏到船外污染环境，传动时有振动和噪声，而且摩擦会耗能生热，降低船只的机械效率。另外，更换损坏的密封零件工作量大、麻烦、耽误生产。

发明内容

本发明公开一种新式磁能船，设计一种喷水推进器，利用电磁能和永磁能驱动，旨在克服现有船只的上述缺陷，且节能。

本发明按下述技术方案实现。

本发明由喷水推进器和船体构成，喷水推进器由定子、转子、控制***、及管道构成，管道与船体联接；在转子的叶轮(或螺旋浆)外周固结一个有若干永磁体的圆环，在管道外圆上固定定子，定子有若干被漆包线圈包围的非磁性材料制成的长条齿，形成电磁极，所述定转子及控制***构成一种特殊电机，此电机沿轴向分为两部分，一部分作为电动机，另一部分作为发电机。控制***由转子位置传感器、控制器、蓄电池及整流调压器组成，控制器根据传感器测取转子磁极相对于定子铁心齿的位置信号，从蓄电池取电给定子各组线圈有规律地通电，则转子因其永磁极受到定子齿的电磁极的吸引力矩和排斥力矩而旋转，从而驱动叶轮推船前进，并驱动电机的发电机发电，发出的电经整流调压器存入蓄电池。

所述永磁体可以用超导磁体。

假设将所述电机的电动机部分的转子的永磁磁极用纯软铁做成有若干齿的转子代替，那么它的工作原理与开关磁阻电机很相似，不计损耗，开关磁阻电机输出能量等于输入的电能，并不节能。而本发明使转子永磁极同时获得相应定子一个电磁极吸引力矩和另一个电磁极的斥力矩，而且引力矩或斥力矩均由电磁场与永磁场共同提供；开关磁阻电机仅是定子齿的电磁力吸引其转子的软铁齿，而且这个引力仅由电磁场提供。所以，本发明的电机的电动机输出能量大于需输入的电能。本发明的电机的电动机定子的电磁极与转子永磁极之间作用力大小与在它们之间间隙中的磁感应强度的平方成正比，而此磁感应强度值是电磁极和永磁极磁感应强度的叠加值，若保持此值不变，提高永磁极在所述间隙中的磁感应强度值，等量地减小电磁极在所述间隙中的磁感应强度值的，则所述电动机机输出能量值不变，但大幅度地降低了所需输入的电能，这就是说能量输出输入差值变大。实际设计时，有意将所述电磁极设计成尽可能小的功率，只要输入使所述电磁极表现出能与所述永磁体产生相互作用的磁力所需的电能，所述新式磁能船的电机就能输出比输入电能多许多倍的能量。所以本发明巧妙使用永磁体能，使能量增值，而且增值随永磁场的增强而大幅度增长，这个增值的能量的大部分向外输出驱动所述喷水推进器的叶轮，小部分用于所述发电机发电，以支持所述电动机运行。

还应该指出，本发明的电动机结构和工作原理与永磁电机(详细了解可参考有关资料)有实质上的不同，永磁电机利用定子的旋转电磁场与含有永磁体的转子磁场相互作用驱动转子，是基于电磁感应原理，而本发明的电动机基于电磁体与永磁体之间的引力和斥力。永磁电机定子电磁力与转子永磁力对其转子产生的转矩不如本发明的大，原因是这种定子电磁力仅对转子产生引力矩，而本发明电动机的转子永磁极同时受到相应定子齿的电磁极的吸引力矩和排斥力矩。永磁电机定子的旋转电磁场会在转子铁心和永磁体中感应出涡流造成能量损耗，而且涡流生热造成危害，旋转电磁场还会在转子铁心中产生磁滞损耗。而本发明的定子线圈绕在非磁性绝缘材料做成的长条齿上，且定子电磁场进入转子的磁力线很少，因而感应损耗很小，发热很少，所以本发明节能比永磁电机显著的多。

本发明有以下优点：

1、充分地将永磁能转换为可直接实际使用的机械能，使所述电机输出的能量比输入的能量显著增值，因而本发明耗电很少，损耗小，节能，效率极高，运行费用很低；

2、本发明产生动力和驱动叶轮同时发生在所述控制***及定转子，而且只有转子一个运动件，结构简单紧凑，所以可靠性很高，且制造成本低；

3、完全密封，无泄漏，不产生有害气体，振动小，噪音小，发热较少，环保。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为图1的B-B剖面图；

图4为图2的中转子相对于定子转过一个角度的示意图。

图5为图4中转子转到其磁极与定子铁心齿正对时的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图3示。船体为件1，船壳为件2；喷水推进器的管道为件5，管道5用非磁性绝缘材料制作，喷水推进器与船体联接。

喷水推进器的叶轮(或螺旋桨)21固定在转轴8上，导磁环29固结于叶轮21的外周，导磁环29上均匀地镶着沿厚度方向充磁的若干长方体永磁块或沿径向充磁的瓦片形永磁体28，且沿周向相邻的永磁块极性是交替的，导磁块27和非磁性块33与导磁环29和永磁体28固结在一起形成一长圆筒，其外周离开管道5内圆一间隙；导磁块14、导磁环16、永磁体15的横截面尺寸依次与导磁块27、导磁环29、永磁体28的相同，导磁块14和非磁性块34与导磁环16和永磁体15固结在一起形成一短圆筒；用一非磁性绝缘圆环30将所述长圆筒和短圆筒联结成一大圆筒；非磁性绝缘整流圈11和19固结于所述大圆筒的端面，在整流圈11上沿圆周均布有若干小永磁柱3；上述所有件组成了本发明喷水推进器的转子；在叶轮21的右方是导叶，由磁浮轴承(或其它轴承)7、导叶支架6及叶片9固结组成；磁浮轴承7和22的内圈与转轴8固定，磁浮轴承7的外圈与导叶支架6的中孔固定，磁浮轴承22的外圈与支架23的中孔固定，水流能沿轴向通过导叶支架6及支架23，导叶支架6及支架23的外圆与管道5的内圆固定。

本发明喷水推进器的定子，由非磁性绝缘材料制成的长条形齿13和17、漆包线圈12和18、导磁圆筒31和32、定子圆筒10及圆盘20固结组成，漆包线圈12包围着齿13，漆包线圈18包围着齿17，齿13和齿17的横截面相同；定子固定在管道5的外圆及船的后面板，且使定子齿13和齿17的端面与前述的转子的短圆筒及长圆筒的端面对齐，保证转子轴8、转子及定子同轴。

控制***由若干转子位置磁敏传感器4、控制器24、蓄电池25、整流调压器26及连接导线组成，整流调压器26输入端与定子线圈12用导线连接，定子线圈18的接线端与控制器24用导线连接，磁敏传感器4固定于导叶支架7的端面。控制器24用现代硬软件技术易实现。

若要启动，通过控制器24给定子线圈18通电，且使定子齿17和线圈18组成的电磁极的内弧磁极极性如图4示、那么，转子每一个磁极受到与它邻近的电磁极电磁推拉力矩，使转子顺时针转到图2所示位置，这时，传感器传感头4将此位置信号传给控制器24，控制器24立即改变定子线圈18中的电流方向，定子各电磁极极性同时改变，如图5示，由于转子的磁极极性与定子各电磁极极性相同而产生相互排斥力，转子受到的排斥力的合力为零，转子依惯性转过图5所示位置，接着转子每一个磁极又受到与它邻近的定子电磁极的电磁推拉力矩而继续转动，此过程重复循环，转子不断被驱转。结果叶轮21将管道5中的水向导叶旋进，导叶将旋进水流梳理成直流，从管道5的尾口喷出，从而产生反喷力，推船前进。

控制器24还可控制定子线圈18中的电流的大小以改变轴8的输出功率，从而改变船速。启动时，转子的转动方向由控制器24控制线圈18中的电流方向确定。转子不断被驱转时，所述短圆筒与定子齿13及定子线圈12组成的发电机发电，通过整流调压器26给蓄电池25充电，定子线圈18的工作电流通过控制器24从蓄电池25得到，使本发明—新式磁能船运行。

所述的发电机可以是别种电机，但必须象所述发电机那样，定子和转子被管道5隔开。

特别指出：线圈12和线圈18分别缠绕在非磁性绝缘材料制成的长条齿13和17上，即用非磁性绝缘材料取代传统的线圈铁心，虽然会降低电磁极的磁力，但是会极大地减小感应损耗和磁滞损耗，而且当转子从转子永磁磁极与定子电磁磁极对正(如图5示)位置改变定子电磁磁极极性时，没有转子永磁磁极的磁阻力。若所述线圈缠绕在磁性材料制成的齿上，就有所述的磁阻力，克服此磁阻力要耗费大量的电能。所以，用非磁性绝缘材料取代铁心是本发明的关重点，是一个创新。

本发明转子磁极还可采用其它结构形式。

本发明—新式磁能船首次启动前，必须从外部给蓄电池25充足够的电，运行后不再需要从外部充电。

所述喷水推进器能作为泵应用于其它设备或工程。

Claims (3)

1.一种新式磁能船，其特征是：由喷水推进器和船体构成，喷水推进器由定子、转子、控制***、及管道构成，管道与船体联接；在转子的叶轮或螺旋浆外周固结一个有若干永磁体的圆环，在管道外圆上固定定子，定子有若干被漆包线圈包围的非磁性材料制成的长条齿，形成电磁极，所述定转子及控制***构成一种特殊电机，此电机沿轴向分为两部分，一部分作为电动机，另一部分作为发电机；控制***由转子位置传感器、控制器、蓄电池及整流调压器组成；所述永磁体可以用超导磁体。

2.根据权利要求1所述的新式磁能船，其特征是：船体为件(1)，船壳为件(2)；喷水推进器的管道为件(5)，管道(5)用非磁性绝缘材料制作，喷水推进器与船体联接；

喷水推进器的叶轮或螺旋桨(21)固定在转轴(8)上，导磁环(29)固结于叶轮(21)的外周，导磁环(29)上均匀地镶着沿厚度方向充磁的若干长方体永磁块或沿径向充磁的瓦片形永磁体(28)，且沿周向相邻的永磁块极性是交替的，导磁块(27)和非磁性块(33)与导磁环(29)和永磁体(28)固结在一起形成一长圆筒，其外周离开管道5内圆一间隙；导磁块(14)、导磁环(16)、永磁体(15)的横截面尺寸依次与导磁块(27)、导磁环(29)、永磁体(28)的相同，导磁块(14)和非磁性块(34)与导磁环(16)和永磁体(15)固结在一起形成一短圆筒；用一非磁性绝缘圆环(30)将所述长圆筒和短圆筒联结成一大圆筒；非磁性绝缘整流圈(11)和(19)固结于所述大圆筒的端面，在整流圈(11)上沿圆周均布有若干小永磁柱(3)；上述所有件组成了本发明喷水推进器的转子；在叶轮(21)的右方是导叶，由磁浮轴承(或其它轴承)(7)、导叶支架(6)及叶片(9)固结组成；磁浮轴承(7)和(22)的内圈与转轴(8)固定，磁浮轴承(7)的外圈与导叶支架(6)的中孔固定，磁浮轴承(22)的外圈与支架(23)的中孔固定，水流能沿轴向通过导叶支架(6)及支架(23)，导叶支架(6)及支架(23)的外圆与管道(5)的内圆固定；

本发明喷水推进器的定子，由非磁性绝缘材料制成的长条形齿(13)和(17)、漆包线圈(12)和(18)、导磁圆筒(31)和(32)、定子圆筒(10)及圆盘(20)固结组成，漆包线圈(12)包围着齿(13)，漆包线圈(18)包围着齿(17)，齿(13)和齿(17)的横截面相同；定子固定在管道(5)的外圆及船的后面板，且使定子齿(13)和齿(17)的端面与前述的转子的短圆筒及长圆筒的端面对齐，保证转子轴(8)、转子及定子同轴；

控制***由若干转子位置磁敏传感器(4)、控制器(24)、蓄电池(25)、整流调压器(26)及连接导线组成，整流调压器(26)输入端与定子线圈(12)用导线连接，定子线圈(18)的接线端与控制器(24)用导线连接，磁敏传感器(4)固定于导叶支架(7)的端面；

所述短圆筒与定子齿(13)及定子线圈(12)组成的发电机发电，所述的发电机可以是别种电机，但象所述发电机那样，定子和转子被管道(5)隔开。

3.根据权利要求1或2所述的新式磁能船，其特征是：将所述喷水推进器作为泵应用。

Images