專利名稱：熱磁動力裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱磁動力裝置，特別涉及一種應(yīng)用于發(fā)動機(jī)中的熱磁動 力裝置。背景技術(shù)：
當(dāng)前的主流內(nèi)燃機(jī)，主要由氣缸、活塞和曲軸等部件組成。汽缸的氣體 在受熱膨脹的情況下推動活塞做功，由于多缸交替或使用慣性轉(zhuǎn)盤使活塞在 氣缸中進(jìn)行往復(fù)運動。曲軸等機(jī)構(gòu)則把活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閳A周運動。整
個運動過程中機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，摩擦所消耗的動能比較大；同時由于要克 服活塞的運動慣性，有很大的一部分能量也因此而損耗掉了?？傊?，由于種 種原因，當(dāng)今的內(nèi)燃機(jī)的總效率比較低。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中內(nèi)燃機(jī)的能量利用率不高、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題， 本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、能量利用效率較高的熱磁動力裝置。此外，本 發(fā)明還提供了采用該熱磁動力裝置的發(fā)動機(jī)。
本發(fā)明實現(xiàn)上述目的所采取的技術(shù)方案是提供一種熱磁動力裝置，包 括磁軛、磁體、導(dǎo)磁元件以及熱磁體。磁體產(chǎn)生磁場。磁輒導(dǎo)引磁場，以形 成第一磁路和第二磁路。導(dǎo)磁元件設(shè)置在第一》茲路上。熱磁體設(shè)置在第二磁 路上。其中，當(dāng)該熱磁體的溫度發(fā)生變化時，該第二磁路的磁阻值發(fā)生變化 并導(dǎo)致第 一磁路的磁通量發(fā)生相應(yīng)的變化。
本發(fā)明實現(xiàn)上述目的所采取的另一技術(shù)方案是提供一種熱磁動力裝 置，包括第一磁路產(chǎn)生裝置以及第一熱磁體。第一磁路產(chǎn)生裝置產(chǎn)生一第一 磁路，第一熱石茲體連接第一磁路，當(dāng)?shù)谝粺醘茲體的溫度發(fā)生變化時，第一熱 磁體的磁阻值發(fā)生變化并導(dǎo)致第一磁路的磁通量發(fā)生相應(yīng)的變化。
同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明克服了現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)能量利用率不高、機(jī)械結(jié) 構(gòu)復(fù)雜的缺點，通過一些鐵磁性物質(zhì)的熱磁效應(yīng)，首先把熱能轉(zhuǎn)化為磁能， 進(jìn)而把磁能轉(zhuǎn)化為作圓周運動的動能。在所有的循環(huán)過程中不需要克服運動
5部件作直線往復(fù)運動的慣性；整體的結(jié)構(gòu)也比較簡單。因此，由于才幾械摩擦
和克服運動慣性所耗散的能量很少，效率比傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)要高。

圖1是本發(fā)明的熱磁動力裝置的簡化磁路示意圖2是常溫下或者是遠(yuǎn)低于居里點溫度的情況下、以及溫度高于居里點
溫度的情況下圖1所示的熱磁動力裝置的磁路仿真示意圖3是本發(fā)明的定子、轉(zhuǎn)子形式的熱磁動力裝置的結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明的熱磁發(fā)動機(jī)的第一實施方式的正視圖5是本發(fā)明的熱磁發(fā)動機(jī)的第一實施方式的立體視圖。
圖6是是本發(fā)明的熱磁發(fā)動機(jī)的第一實施方式的側(cè)視圖7是本發(fā)明的熱磁發(fā)動機(jī)的第一實施方式的磁化方向示意圖8是本發(fā)明的熱磁發(fā)動機(jī)的第一實施方式中由單個轉(zhuǎn)子與多個定子
所產(chǎn)生的自由轉(zhuǎn)矩示意圖9是本發(fā)明的熱磁發(fā)動機(jī)的第一實施方式中由多個轉(zhuǎn)子與多個定子
所產(chǎn)生的工作轉(zhuǎn)矩和、自由轉(zhuǎn)矩以及合成轉(zhuǎn)矩的循環(huán)周期示意圖IO是本發(fā)明的熱磁發(fā)動機(jī)的光通過檢測裝置的正視圖和立體視圖11是本發(fā)明第一實施方式中發(fā)動機(jī)所對應(yīng)的電脈沖和動作示意圖12所示，是本發(fā)明熱磁發(fā)動機(jī)的第二實施方式的正視圖13是本發(fā)明熱磁發(fā)動機(jī)的第二實施方式的右視圖14是本發(fā)明熱磁發(fā)動機(jī)的第二實施方式的左視圖15是本發(fā)明熱磁發(fā)動機(jī)的第二實施方式中轉(zhuǎn)子的立體視圖16是本發(fā)明熱磁發(fā)動機(jī)的第二實施方式的立體視圖17所示，是本發(fā)明熱》茲發(fā)動機(jī)的第二實施方式中》茲化方向示意圖18是本發(fā)明熱》茲發(fā)動機(jī)的第三實施方式的俯^L圖19是本發(fā)明熱磁發(fā)動機(jī)的第三實施方式的側(cè)視圖20是本發(fā)明熱磁發(fā)動機(jī)的第三實施方式的立體視圖21是本發(fā)明熱磁發(fā)動機(jī)的第三實施方式中定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖22是本發(fā)明熱磁發(fā)動機(jī)的第三實施方式的自由轉(zhuǎn)矩的周期變化示意
6圖23是本發(fā)明熱磁發(fā)動機(jī)的第三實施方式中工作轉(zhuǎn)矩示意圖； 圖24是本發(fā)明熱磁發(fā)動機(jī)的第三實施方式中綜合轉(zhuǎn)矩示意圖； 圖25是本發(fā)明中熱磁體元件的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2 6是本發(fā)明中檢測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向的脈沖信號示意圖27是本發(fā)明的熱磁動力裝置中熱磁體與定子分離的狀態(tài)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。 [技術(shù)原理]
對于所有的磁性材料來說，并不是在任何溫度下都具有磁性。 一般地， 磁性材料具有一個臨界溫度Tc (居里點溫度)。居里點溫度是指磁性材料可 以在鐵磁體和順磁體之間改變的溫度。當(dāng)溫度低于居里點溫度時，該磁性材 料的原子磁矩排列整齊，產(chǎn)生自發(fā)磁化，成為鐵磁體。當(dāng)溫度高于居里點溫 度時，由于高溫下原子的劇烈熱運動，原子磁矩的排列是混亂無序的，該磁 性材料成為順石茲體。
如圖l所示，是本發(fā)明的熱磁動力裝置的簡化磁路示意圖。在本實施方 式中，熱磁動力裝置100包括永磁體110、磁扼120、動磁體130以及熱磁 體140。永磁體110用于產(chǎn)生磁場，其也可以采用電磁體代替，其與磁軛120 之間間隔一間隙160。磁軛120用于導(dǎo)引磁場，以形成第一磁路122和第二 磁路124。動磁體130設(shè)置在第一磁路122上，其與磁扼120之間間隔兩個 空氣間隙170。熱磁體140設(shè)置在第二磁路124上。圖l中的空隙長度，面 積和對應(yīng)的磁場強(qiáng)度分別在圖中標(biāo)出。其中，參數(shù)gm表示永磁體110和磁 輒120之間的間隙160的長度，gs表示動磁體130和磁扼120之間的間隙 170的長度，參數(shù)Am、 As、 Ad分別表示永磁體110、動磁體130和熱磁體 140的面積，參數(shù)Hm、 Hs、 Hd分別表示永磁體110、動磁體130和熱磁體 140的-茲場強(qiáng)度。
為了說明通過熱磁體140在不同溫度下的i茲導(dǎo)率不同產(chǎn)生變化的》茲場。 下面特別的分別通過公式計算和仿真的結(jié)果來作了一個證明。首先分兩種情 況來分析這個問題。
第一種情況為熱磁體140在常溫下(TQ),或者是在遠(yuǎn)低于其居里點溫度的情況下。熱磁體140具有很高的磁導(dǎo)率A(/^》//。)。如圖2所示，是常 溫下或者是遠(yuǎn)低于居里點溫度的情況下(左圖)、以及溫度高于居里點溫度 的情況下(右圖)圖1所示的熱磁動力裝置的磁路仿真示意圖。
從圖2的左圖很容易看出，在常溫下或者是遠(yuǎn)低于居里點溫度的情況 下，熱磁體140的磁阻非常小，把要通過動磁體130的磁通旁路了 。這種情 況下，幾乎全部的磁勢降都將在與永磁體110相連的間隙160 (間隙160也 可以由一些其他的磁導(dǎo)率較低的材料構(gòu)成，如銅、鋁等)中。因此容易得出 S, o (其中&為通過動》茲體130的^茲通密度)。
第二種情況為熱磁體140在高溫環(huán)境下(Th),其溫度在其居里溫度附
近或超過了材料的居里溫度。這樣熱磁體140的磁導(dǎo)率會明顯的降低。根據(jù)
磁路的基本理論可以列出如下的公式
由永磁體IIO和動磁體130及兩個空氣間隙170上的磁勢降，得到 ^丄+^^+2//、《，=0公式J
由永磁體IIO和熱磁體140上的磁勢降，得到 H丄+A乙+^g,0 公式2
根據(jù)串聯(lián)磁通相同的原理，得到下面兩個公式，其中Bm表示空隙160 的磁通量，Bs表示空隙170的磁通量，Bd表示熱磁體140的磁通量 《B,4A+^A 公式3
S =Bg 公式4
這樣就可以聯(lián)合公式l、 2、 3、 4可以計算出永磁體110的磁通密度為 S,^^~~& 公式5
化.， &
同時還可以根據(jù)公式2和磁感應(yīng)強(qiáng)度于磁場強(qiáng)度的關(guān)系可以得到 仏=--_ 公式6
從公式6可以看出乜的值顯然不等于o。圖2的右圖中溫度高于居里點 溫度的情況下的磁路仿真示意圖也給出了同樣的結(jié)果。由于熱磁體140的磁導(dǎo)率比較小，磁阻很大。大部分》茲力線通過動磁體130和其兩端的空氣間隙 170形成回3各。只有4艮小的一部分仍然通過熱》茲體140和周圍的空氣介質(zhì)形 成回^各。
上述的計算和圖2所示的磁路仿真示意圖證明了當(dāng)熱磁體140的磁導(dǎo) 率發(fā)生變化后在動磁體130兩端產(chǎn)生了變化的磁場。當(dāng)熱磁體140的溫度低 于或遠(yuǎn)低于其居里溫度時，磁場能量主要存儲在永磁體110端的間隙160內(nèi)； 當(dāng)熱磁體140的溫度超過其居里溫度時，動磁體130兩端的空氣間隙170 的-茲感應(yīng)強(qiáng)度增加， 一大部分的i茲場能量/人永/磁體110端的間隙160轉(zhuǎn)移到 動》茲體兩端的空氣間隙170中。
因此，只要讓熱磁體140的溫度在TO和Th間不斷的循環(huán)，那么就會 在動磁體130中產(chǎn)生一個簡單的作斷續(xù)變化的磁場。如果對圖1所示的熱磁 動力裝置的磁路進(jìn)行簡單的形式上的轉(zhuǎn)換，即可轉(zhuǎn)換成圖3所示的定子、轉(zhuǎn) 子形式的熱磁動力裝置。
如圖3所示，是本發(fā)明的定子、轉(zhuǎn)子形式的熱磁動力裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3中，熱磁動力裝置200包括永磁體210、熱磁體240、定子磁軛220以 及轉(zhuǎn)子230。其中，二個定子凸磁極223、 225相對相的設(shè)置在定子石茲軛220 上，永;磁體210與定子^茲輒220之間間隔 一 間隙260 。永石茲體210、熱石茲體 240、定子磁軛220、 二個定子凸磁極223、 225以及間隙260構(gòu)成熱磁動力 裝置200的定子。轉(zhuǎn)子230由一塊長圓形并延其長軸方向充磁的磁鐵構(gòu)成。 當(dāng)熱磁體240的溫度從TO變化到Th時(Th>Tc>T0 )， 一部分磁力線會在永 磁體210、定子磁軛220、 二個定子凸磁極223、 225和轉(zhuǎn)子230中構(gòu)成回路。 這樣如圖3所示的轉(zhuǎn)子230會受到一個順時針方向的力矩的作用。直到轉(zhuǎn)子 230和定子凸磁極223、 225完全對齊時力矩作用才消失。
當(dāng)轉(zhuǎn)子230的磁極和定子凸磁極223、 225對齊時，熱磁體240的溫度 從Th變化到TO。如上述的推導(dǎo)，定子凸》茲極223、 225的》茲性消失，這時 作用到轉(zhuǎn)子230的力矩也基本消失。轉(zhuǎn)子230會由于慣性繼續(xù)作順時針旋轉(zhuǎn)。 當(dāng)轉(zhuǎn)子230再次到達(dá)如圖3所示的位置時(不影響原理假設(shè)轉(zhuǎn)子230的慣性 足夠它轉(zhuǎn)動到這個位置)。熱磁體240的溫度在控制下又一次發(fā)生從TO到 Th的變化，定子凸磁極223、 225之間再次出現(xiàn)磁場。轉(zhuǎn)子230就會再一次
9受到磁力的作用作發(fā)生順時針方向的旋轉(zhuǎn)。如此往復(fù)循環(huán)。轉(zhuǎn)子230會發(fā)生 不間斷的旋轉(zhuǎn)。
下面列舉了一些熱》茲發(fā)動才幾的具體實施方式
。
如圖4、 5所示，分別是本發(fā)明的熱磁發(fā)動機(jī)的第一實施方式的正視圖 和立體視圖。熱磁發(fā)動機(jī)30主要包括第一定子31、第二定子32、第三定子 33以及轉(zhuǎn)子34。第一定子31、第二定子32和第三定子33分別固定在機(jī)殼 (為了簡化結(jié)構(gòu)，圖4、 5中未示)上。第一定子31、第二定子32和第三 定子33均由相同的部件組成。以第一定子31為例，其主要包括第一定子磁 體311、第一定子》茲軛312、 二個相對向設(shè)置在第一定子f茲軛312上的第一 定子凸;f茲極3123和3125、以及第一定子熱》茲體314。轉(zhuǎn)子34與第一定子凸 石茲極3123和3125之間間隔轉(zhuǎn)子氣隙343。
優(yōu)選的實施方式中，第一定子磁體311和第一定子磁軛312之間留有一 間隙316,間隙316可以在第一定子磁體311的一端，也可以在第一定子磁 體311的兩端。間隙316里可以充滿空氣，也可以填充其他的磁導(dǎo)率比較低 的材料，如銅，鋁等。在實際的產(chǎn)品中也可以不需要特意的留有間隙(以下 的實施案例均同此描述)。如圖5所示，轉(zhuǎn)子34上"i殳置轉(zhuǎn)軸341,轉(zhuǎn)子34 可繞轉(zhuǎn)軸341旋轉(zhuǎn)，并且第一定子31、第二定子32、第三定子33以及轉(zhuǎn)子 34是與轉(zhuǎn)軸341同軸設(shè)置。轉(zhuǎn)軸341最好是使用非鐵磁性物質(zhì)為材料，如 鋁合金。轉(zhuǎn)子34可以使用永磁體和鐵》茲材料組合而成，如瓦片或圓弧狀的 永磁體固定在由鐵磁材料構(gòu)成的圓柱體的上組成的轉(zhuǎn)子34。只要最終的等 效磁極與 一整塊永磁體相同就能滿足要求。
如圖6所示，是本發(fā)明的熱磁發(fā)動機(jī)的第一實施方式的側(cè)視圖。第一定 子31、第二定子32和第三定子33在轉(zhuǎn)軸341的軸向方向上各自之間留有 一定的間隙，以避免各定子之間的磁路產(chǎn)生相互的影響。轉(zhuǎn)子34和轉(zhuǎn)軸341 組成本熱》茲發(fā)動機(jī)30的轉(zhuǎn)動才幾構(gòu)，轉(zhuǎn)軸341可以通過軸岸義(為了簡化圖4-6 中未示)固定在機(jī)殼上。轉(zhuǎn)子34可以是永磁體、軟磁體或可導(dǎo)磁的鋼鐵構(gòu) 件。
如圖7所示，是本發(fā)明的熱^茲發(fā)動^L的第一實施方式的》茲化方向示意
10圖。圖7中，其中，二個第一定子凸磁極3123和3125、 二個第二定子凸磁極3223和3225以及二個第三定子凸磁極3323和3325各自之間的連線分別延伸為定子參考方向317、定子參考方向327和定子參考方向337，定子參考方向317、 327以及337相互兩兩之間間隔一預(yù)設(shè)夾角，例如夾角為120度。轉(zhuǎn)子34的磁化方向可以是第一定子31、第二定子32或第三定子33的軸向平面上的任意方向，但不可以是轉(zhuǎn)軸341的軸向方向，也就是說，轉(zhuǎn)子34的^茲4及方向與轉(zhuǎn)軸341的軸向方向不重合。
下面詳細(xì)敘述本發(fā)明的熱磁發(fā)動機(jī)的第一實施方式中由轉(zhuǎn)子與定子所產(chǎn)生的自由轉(zhuǎn)矩和工作轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而i兌明熱磁發(fā)動機(jī)30的工作原理。
首先，敘述熱磁發(fā)動機(jī)30的自由轉(zhuǎn)矩。當(dāng)所有定子31、 32、 33的熱磁體314、 324、 334的溫度低于其居里溫度時，各定子磁體311、 321、 331的磁力線基本上全部通過熱石茲體314、 324、 334形成回路。轉(zhuǎn)子34的磁力線也會通過各個轉(zhuǎn)子氣隙、定子凸磁極及定子磁軛形成回路。隨著轉(zhuǎn)子34的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子34的磁力線所經(jīng)過的磁路的磁阻發(fā)生了周期性的變化。因此實際上會在轉(zhuǎn)子34上形成一個平均轉(zhuǎn)矩約等于零的周期性的轉(zhuǎn)矩，在本發(fā)明中稱其為自由轉(zhuǎn)矩。較大的自由轉(zhuǎn)矩可能會使發(fā)動機(jī)在正常運轉(zhuǎn)的時候產(chǎn)生抖動。本發(fā)明使用3個定子31、 32、 33，并使其定子參考方向317、 327、337相互兩兩相差120度設(shè)置，從而有利于抵消自由轉(zhuǎn)矩，使合成的自由轉(zhuǎn)矩值很小。
下面以圖7所示的定子32為例說明自由轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子34旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系。設(shè)定子32的定子參考方向327為參考方向，當(dāng)轉(zhuǎn)子34磁化方向與定子參考方向327重合時角度為零，以逆時針方向的轉(zhuǎn)矩為正。如圖8所示，是本發(fā)明的熱磁發(fā)動機(jī)的第一實施方式中由單個轉(zhuǎn)子與多個定子所產(chǎn)生的自由轉(zhuǎn)矩示意圖。
由于各個定子31、 32、 33之間結(jié)構(gòu)差異較小，因此各個定子31、 32、
33在轉(zhuǎn)子34上產(chǎn)生的自由轉(zhuǎn)矩大小一致，只是相位上相差了 120度。從圖
8中可以看到各個定子31、 32、 33形成的自由轉(zhuǎn)矩可以發(fā)生一定程度的抵
消。使得總的合成自由轉(zhuǎn)矩很小。實際上根據(jù)三角函數(shù)的基本理論可以直到
自由轉(zhuǎn)矩的基波成分可以完全抵消，僅僅剩下一些很小的高次波成分。
ii其次，殺又述熱-磁發(fā)動機(jī)的工作轉(zhuǎn)矩。這里依然以定子32為例說明工作轉(zhuǎn)矩，本發(fā)明中工作轉(zhuǎn)矩是指除自由轉(zhuǎn)矩以外的轉(zhuǎn)矩。當(dāng)定子32中熱磁體324的溫度超過其居里溫度，熱磁體324的磁阻突然變大。迫使定子32中的定子;茲體321的》茲力線通過第二定子凸,茲極3223、 3225和轉(zhuǎn)子34形成閉合回路。這樣第二定子凸磁極3223可以等效為S極，第二定子凸磁極3225可以等效為N極。
首先假定轉(zhuǎn)子34位置如圖7所示，轉(zhuǎn)子34產(chǎn)生的磁力線方向與定子32的定子參考方向327基本相同，僅沿逆時針方向偏離了一個很小的角度，這時在定子32的熱磁體324上加熱，并使其溫度超過其居里溫度。定子32磁路中磁力線就會發(fā)生變化，使第二定子凸f茲極3223等效為S極，第二定子凸磁極3225等效為N極。由于磁體同性相斥的原因，轉(zhuǎn)子34上就會受到一個逆時針方向的轉(zhuǎn)矩作用，轉(zhuǎn)子34會做逆時針方向旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)轉(zhuǎn)子34的》茲化方向和定子32的定子參考方向327平4亍且方向相同(轉(zhuǎn)子34旋轉(zhuǎn)大約180度左右)，對定子32的熱磁體324進(jìn)行冷卻并使其溫度低于居里溫度。轉(zhuǎn)子34在接下來的180度的旋轉(zhuǎn)過程中將受到自由轉(zhuǎn)矩的作用。當(dāng)轉(zhuǎn)子34重新回到其磁化方向與定子32的定子參考方向327的方向平行且相反的時候，就完成了一個周期性的循環(huán)。
如圖9所示，是本發(fā)明的熱磁發(fā)動機(jī)的第一實施方式中由多個轉(zhuǎn)子與多個定子所產(chǎn)生的工作轉(zhuǎn)矩、自由轉(zhuǎn)矩以及合成轉(zhuǎn)矩的循環(huán)周期示意圖。圖9中示意了定子31、定子32以及定子33的轉(zhuǎn)矩的情況，其中粗線條分別表示定子31、 32和33分別施加給轉(zhuǎn)子34的工作轉(zhuǎn)矩，細(xì)線條表示相對應(yīng)的自由轉(zhuǎn)矩。
由于本熱磁發(fā)動機(jī)30包括三個定子凸磁極設(shè)置角度不同的定子31、定子32以及定子33,轉(zhuǎn)子34上受到的不同定子31、 32、 33的轉(zhuǎn)矩之間相差一個角度。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，該角度等于120度。
將圖9所示的各個定子31、 32、 33對轉(zhuǎn)子34所施加的轉(zhuǎn)矩加起來，其總轉(zhuǎn)矩就是圖9中的合成轉(zhuǎn)矩38。從圖9可以看到整個總的合成轉(zhuǎn)矩38總是大于零，且相對比較平穩(wěn)。表示轉(zhuǎn)子34總是受到同一個方向的轉(zhuǎn)矩的作用，這樣轉(zhuǎn)子34就能發(fā)生連續(xù)的轉(zhuǎn)動，當(dāng)合成轉(zhuǎn)矩38總是大于零的時候轉(zhuǎn)
12子34總是朝逆時針方向轉(zhuǎn)動。因此只要在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)對定子熱》茲體314、324、 334進(jìn)行加熱和冷卻，轉(zhuǎn)子34就會發(fā)生連續(xù)的逆(順)時針旋轉(zhuǎn)。
從上面的描述可以知道對熱》茲發(fā)動才幾30的定子熱石茲體314、 324、 334妁加熱和冷卻需要嚴(yán)格的控制，否則發(fā)動的旋轉(zhuǎn)方向跟啟動的初始狀態(tài)相關(guān)。因此需要有一個裝置來感知轉(zhuǎn)子34在每一時刻的具體位置。并根據(jù)這個因素來控制對定子熱》茲體314、 324、 334的加熱和冷卻。目前可以-沒計用來檢測轉(zhuǎn)子位置的裝置很多，可以是光通過檢測，霍爾器件檢測等等。由于這個技術(shù)比較簡單，下面就光通過檢測為例作一個簡單的說明。
如圖IO所示，是本發(fā)明的熱磁發(fā)動機(jī)的光通過檢測裝置的正視圖和立體視圖。在圖10中位置檢測器主要由遮光板710,透光孔711,發(fā)光管730和光電檢測器720組成。其中有一個特殊的同步透光孔713，其透光量比其他的透光孔711要大。把遮光板710安裝在轉(zhuǎn)軸341上，使同步透光孔713的徑向與轉(zhuǎn)子34的磁化方向?qū)R并相反；把發(fā)光管730和光電纟企測器720用一個簡單的機(jī)構(gòu)分別安裝在遮光板710的兩側(cè)，并與定子31、 32或33固定，使其位置恰好對齊如圖7所示的定子31、 32或33的定子凸磁極的中心線。
如圖11所示，是本發(fā)明第一實施方式中熱i茲發(fā)動機(jī)所對應(yīng)的電脈沖和動作示意圖。給發(fā)光管730施加一定的電流讓其一直發(fā)光，當(dāng)透光孔711跟隨轉(zhuǎn)子34轉(zhuǎn)動并恰好處于發(fā)光管730和光電^r測器720中間時，光電沖全測器720會檢測到光量的變化并輸出一個電脈沖。如果是同步透光孔713處于他們中間，由于光通量更大則會輸出一個更大的電脈沖。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，光電檢測器720共輸出6個電脈沖。從最大一個脈沖開始至后面的5個脈沖分別表示轉(zhuǎn)子34在不同的位置，據(jù)此可以根據(jù)各個脈沖來控制定子熱石茲體314、 324、 334加熱或冷卻操作，進(jìn)而控制轉(zhuǎn)子34向指定方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。
實際上在設(shè)計的過程中，可以有不同的安裝方法和定子熱石茲體314、324、 334的加熱和冷卻的時間順序?？梢愿鶕?jù)不同的需要進(jìn)行調(diào)整。這里沒有必要全部列舉出來。另外，上述的控制方式是使熱磁發(fā)動機(jī)進(jìn)行逆時針方向旋轉(zhuǎn)，也可以通過簡單的控制時序的調(diào)整使熱磁發(fā)動機(jī)進(jìn)行順時針方向旋轉(zhuǎn)。
13在圖11中也指出了有三個相互旋轉(zhuǎn)120度安裝的定子熱磁體314、324、334的加熱和冷卻循環(huán)。實際上對定子熱》茲體314、 324、 334加熱或冷卻的時候可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)臅r間上的偏移(提前或者滯后)。具體的提前或滯后的量需要考慮的因素較多，最主要的是定子熱磁體314、 324、 334的溫度傳導(dǎo)情況，這與定子熱磁體的材料性質(zhì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計均有關(guān)和燃料燃燒情況等。如果定子熱磁體的溫度傳導(dǎo)較慢，燃燒溫度低，加熱時的滯后量就少甚至要提前一點較好；冷卻的提前量也應(yīng)該大一些。
如圖12、 13所示，分別是本發(fā)明熱磁發(fā)動機(jī)的第二實施方式的正視圖和立體3見圖。本實施方式中熱磁發(fā)動機(jī)40包括定子41、 42、 43以及轉(zhuǎn)子44。定子41、 42、 43的結(jié)構(gòu)相同，現(xiàn)以定子41為例i兌明其結(jié)構(gòu)組成。與本發(fā)明第一實施方式的結(jié)構(gòu)類似，定子41主要包括第一定子磁體411、第一定子-茲軛412、 二個相對向設(shè)置在第一定子》茲軛412上的第一定子凸^茲極4123和4125、以及第一定子熱磁體414。其中定子磁體411可以是永磁體也可以電i茲4失來代替。定子/f茲體411的兩端或一端i殳置一間隙416，間隙416中可以填充空氣、銅、鋁等磁導(dǎo)率比較低的材料。與本發(fā)明第一實施方式的不同之處在于，本發(fā)明熱》茲發(fā)動機(jī)的第二實施方式中，轉(zhuǎn)子44包括互相獨立的第一轉(zhuǎn)子441、第二轉(zhuǎn)子442以及第三轉(zhuǎn)子443,其共同固定設(shè)置在轉(zhuǎn)軸444上并可繞轉(zhuǎn)軸444旋轉(zhuǎn)。其中轉(zhuǎn)軸444通過軸岸義固定在機(jī)殼(為簡化結(jié)構(gòu)，圖未示)上，定子41、 42、 43也安裝在機(jī)殼上。
圖14和圖15分別是本發(fā)明熱磁發(fā)動機(jī)的第二實施方式的右視圖和左視圖。各個定子41、 42、 43的定子熱》茲體414、 424、 434設(shè)置在熱》茲發(fā)動機(jī)40右側(cè)，定子磁體411、 421 、 431設(shè)置在熱^茲發(fā)動機(jī)40左側(cè)，這種同側(cè)設(shè)置方式有利于熱磁發(fā)動機(jī)40的安裝和調(diào)試。各定子41、 42、 43之間在轉(zhuǎn)軸444的軸向上留有一定的間隙，使得各自的磁路相互之間不發(fā)生影響。定子41、 42、 43之間的間隙可以是空氣，也可以-使用；茲導(dǎo)率低的材料填充。
圖16是本發(fā)明熱磁發(fā)動機(jī)的第二實施方式中轉(zhuǎn)子的立體視圖。第一轉(zhuǎn)子441、第二轉(zhuǎn)子442以及第三轉(zhuǎn)子443相互之間留有一定的間隙，與定子41、 42、 43之間的間隙的功能一樣，為了使各定子、轉(zhuǎn)子元件間的磁路不
14發(fā)生影響。
如圖17所示，是本發(fā)明熱磁發(fā)動機(jī)的第二實施方式中磁化方向示意圖。
本發(fā)明熱磁發(fā)動機(jī)的第二實施方式中恰好與第一實施方式中的相反，所有定
子41、 42、 43的定子參考方向與方向47 —致，而轉(zhuǎn)子44中的第一轉(zhuǎn)子441的磁化方向4417、第二轉(zhuǎn)子442的》茲化方向4427以及第三轉(zhuǎn)子443的磁化方向4437相互相差120度。這樣可以使得轉(zhuǎn)子44的自由轉(zhuǎn)矩在任何角度下均接近于零。
熱》茲發(fā)動機(jī)第二實施方式的自由轉(zhuǎn)矩和熱磁發(fā)動機(jī)第一實施方式的自由轉(zhuǎn)矩基本相同。只是由于定子凸磁極的形狀發(fā)生了一定的變化，本熱磁發(fā)動機(jī)第二實施方式的自由轉(zhuǎn)矩更加接近與正弦曲線。因此這樣的定子凸》茲極形狀使得綜合的自由轉(zhuǎn)矩更加接近于零。
本熱磁發(fā)動機(jī)第二實施方式的循環(huán)控制以及轉(zhuǎn)子44的位置檢測裝置與熱磁發(fā)動機(jī)的第一實施方式相同。本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過在熱磁發(fā)動機(jī)第一實施方式的循環(huán)控制中的描述很容易得出。
圖18-20分別是本發(fā)明熱磁發(fā)動機(jī)的第三實施方式的俯視圖、側(cè)視圖和立體詳見圖。本熱磁發(fā)動機(jī)50包括轉(zhuǎn)子54和3個相同的定子51、 52、 53,各個定子51、 52、 53分別沿轉(zhuǎn)子54的圓周均勻分布。各定子51、 52、 53可以分別固定在機(jī)殼上(圖18-20中未示)。轉(zhuǎn)子54通過轉(zhuǎn)軸541上的軸承固定在機(jī)殼上并可以做自由的轉(zhuǎn)動(圖18-20中未示)。以定子51為例，定子51包括定子》茲體511、定子/f茲扼512、定子熱；茲體514。定子;茲才及5123和5125相對向設(shè)置在定子》茲軛412上，并相夾轉(zhuǎn)子54的圓周部分。定子f茲體511的兩端或一端設(shè)置一間隙516,間隙516中可以填充空氣、銅、鋁等磁導(dǎo)率比較低的材料。轉(zhuǎn)子54設(shè)置在轉(zhuǎn)軸541上并可繞軸旋轉(zhuǎn)，多個轉(zhuǎn)子磁體542間隔嵌入轉(zhuǎn)子54的圓周部分。
圖21是本發(fā)明熱磁發(fā)動機(jī)的第三實施方式中定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖。轉(zhuǎn)子54主要包括轉(zhuǎn)軸541、多個轉(zhuǎn)子f茲體542、中心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)體543和多個外圍轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)體544組成。轉(zhuǎn)子》茲體542的》茲化方向與轉(zhuǎn)軸541的軸向方向相同且所有轉(zhuǎn)子磁體542的磁化方向均相同。轉(zhuǎn)子磁體542均勻的鑲嵌在外
15圍轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)體544中，與轉(zhuǎn)子磁體542相互鑲嵌的外圍轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)體544最好選用軟磁材料，與轉(zhuǎn)軸541相連的中心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)體543最好選用順磁材料。同本發(fā)明的第一實施方式相同，熱,茲發(fā)動機(jī)50的自由轉(zhuǎn)矩是在定子熱磁體的溫度低于其居里溫度，熱磁體呈現(xiàn)鐵磁特性時，轉(zhuǎn)子54所受到的轉(zhuǎn)矩的作用。由于沒有外部能量的輸入，轉(zhuǎn)子54旋轉(zhuǎn)一周后所受到的平均自由轉(zhuǎn)矩值為零。
首先來看看僅有一個定子51的轉(zhuǎn)子54所受的自由轉(zhuǎn)矩的情況，設(shè)轉(zhuǎn)子54上共有6塊大小均勾且磁化方向相同的轉(zhuǎn)子磁體542均勻的鑲嵌在外圍轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)體544中，轉(zhuǎn)子磁體542兩側(cè)的外圍轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)體544使用軟磁材料做成(相當(dāng)于將轉(zhuǎn)子沿圓周方向均勻的分成12等份)。為了方便分析同時假設(shè)定子》茲才及5123和5125的大小與兩個轉(zhuǎn)子》茲體542之間的間隔相同。以某一塊轉(zhuǎn)子f茲體542的中心徑向方向與定子51的中心軸向重合時為原點(以下稱此位置為原點位置)，并設(shè)對轉(zhuǎn)子54沿逆時針方向施加的轉(zhuǎn)矩為正值。下面來對其進(jìn)行分析。
當(dāng)轉(zhuǎn)子54處于上述的初始位置時，由于結(jié)構(gòu)的對稱關(guān)系，容易知道此時的轉(zhuǎn)矩為零。當(dāng)轉(zhuǎn)子54沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)一個很小的角度后，由于轉(zhuǎn)子磁體542的磁阻發(fā)生改變，轉(zhuǎn)子54會受到與旋轉(zhuǎn)角度相反的轉(zhuǎn)矩的作用。當(dāng)轉(zhuǎn)子54沿逆時針方向進(jìn)行周期性的旋轉(zhuǎn)時，其受到的自由轉(zhuǎn)矩也發(fā)生周期變化。
圖22是本發(fā)明熱磁發(fā)動機(jī)的第三實施方式的自由轉(zhuǎn)矩的周期變化示意圖。從圖22可以看出其自由轉(zhuǎn)矩的形狀基本接近于正弦，因此只要使得各個定子51、 52、 53產(chǎn)生的自由轉(zhuǎn)矩之間的角度相差120度，這樣可以使得綜合的自由轉(zhuǎn)矩在任何角度上基本接近于零。下面描述了一種使合成自由轉(zhuǎn)矩約等于零的方案。
假設(shè)采用3個定子51、 52、 53,且相互間的角度相差120度?？梢允褂?個永磁體作為轉(zhuǎn)子磁體542的轉(zhuǎn)子54。 5個轉(zhuǎn)子磁體542的形狀大小完全相同，之間間隔著相同形狀和大小的由軟磁材料構(gòu)成的外圍轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)體544。這樣的合成自由轉(zhuǎn)矩就約等于零。當(dāng)然，使用的不同的定子數(shù)目的時候，均可以找到合適的轉(zhuǎn)子磁體542的排列方式使其綜合自由轉(zhuǎn)矩在任何角
16度上基本接近于零。當(dāng)然如果轉(zhuǎn)子54使用其他的磁體的排列時，熱磁發(fā)動機(jī)50同樣可以正常工作。
圖23是本發(fā)明熱磁發(fā)動機(jī)的第三實施方式中工作轉(zhuǎn)矩示意圖。當(dāng)轉(zhuǎn)子54處于原點位置(定子磁極5123、 5125和轉(zhuǎn)子54中某一指定的磁體的中心位置相同時的位置，成為原點位置)，當(dāng)沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)一個很小的角度后，這時加熱定子熱磁體514并使其溫度高于其居里溫度，這樣使得定子磁體511的磁路發(fā)生變化(圖23中為了易于表現(xiàn)出磁力線的變化，對定子51和轉(zhuǎn)子54的結(jié)構(gòu)作了一定的變化，但不產(chǎn)生本質(zhì)影響)。
如圖23的右圖所示，可以看到定子-茲體511的大部分^f茲力線通過轉(zhuǎn)子54形成回i 各，由于定子不茲體511的/f茲4匕方向和轉(zhuǎn)子》茲體542的/f茲化方向相同。這樣會由于同性相斥的原因使得轉(zhuǎn)子54受到一個逆時針方向的力矩作用。我們把轉(zhuǎn)子54受到的這個轉(zhuǎn)矩成為工作轉(zhuǎn)矩。
當(dāng)定子石茲極5123、 5125和轉(zhuǎn)子石茲體542間的外圍轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)體544的中心線完全重合的時候，對定子熱磁體514進(jìn)行冷卻，使其溫度低于居里溫度。這時轉(zhuǎn)子54會受到自由轉(zhuǎn)矩的作用。當(dāng)轉(zhuǎn)子54繼續(xù)沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，并當(dāng)定子》茲極5123、 5125和下一個轉(zhuǎn)子》茲體542的中心線重合時，完成一個循環(huán)?；氐搅讼鄬τ谶@個轉(zhuǎn)子磁體542的原點位置。只要重復(fù)上述的對定子熱石茲體514加熱和冷卻的過程，轉(zhuǎn)子54會沿著逆時針方向不停的旋轉(zhuǎn)。
轉(zhuǎn)子54旋轉(zhuǎn)時其綜合轉(zhuǎn)矩如圖24所示，可以看出受到的綜合轉(zhuǎn)矩始終大于零，也表明轉(zhuǎn)子54始終受到一個逆時針方向的轉(zhuǎn)矩的作用，因此轉(zhuǎn)子54會沿逆時針方向不停的旋轉(zhuǎn)。
本實施方式的循環(huán)控制以及轉(zhuǎn)子的位置檢測裝置與第一實施方式相同。本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過在熱磁發(fā)動機(jī)的第一實施方式的循環(huán)控制中的描述很容易得出。
下面詳細(xì)敘述本發(fā)明中熱^茲發(fā)動機(jī)的各個/>共部件的結(jié)構(gòu)和功能。[熱磁體]
如圖25所示，是本發(fā)明中熱f茲體元件的結(jié)構(gòu)示意圖。熱i茲體元件800包括頂蓋810、底蓋830以及多根熱磁體棒820,多根細(xì)長的熱磁體棒820按照一定的規(guī)律間隔固定在頂蓋810、底蓋830上。熱磁體寸奉82(H故成細(xì)長
17形狀主要的目的就是使熱磁體元件800更容易被加熱和冷卻，也可以做成其他的形狀。頂蓋810、底蓋830應(yīng)選擇導(dǎo)磁性能好的軟磁材料，如果這種軟磁材料的絕熱性能好則更佳。
此外，熱磁體元件800的四周還應(yīng)使用 一些絕熱性能好，導(dǎo)磁性能差(磁導(dǎo)率最好接近于空氣)的一些材料(如高強(qiáng)度的陶瓷材料)把熱磁體元件800包圍起來，形成一個絕熱性能優(yōu)良的密閉腔體(我們把這個密閉腔體叫作氣缸)。
上述所說的絕熱性能優(yōu)良的密閉腔體，可以保證燃料燃燒時釋放的熱量能充分利用從而提高本熱磁發(fā)動機(jī)的效率。在傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)中，燃料燃燒的能量約有三分之一被排氣和冷卻介質(zhì)帶走。可知使用絕熱性能優(yōu)良的密閉腔體能大大提升熱磁發(fā)動機(jī)的熱效率。在這個密閉腔體的兩側(cè)分別使用一個或多個可控的閥門，分別用來承擔(dān)進(jìn)氣和排氣功能。
熱石茲體的加熱可以有兩種方式， 一種為外燃式， 一種為內(nèi)燃式。
使用外燃式時，有一個和進(jìn)氣閥相連的氣體加熱室，氣體在這個加熱室中加熱。當(dāng)熱磁體需要加熱的時候，進(jìn)氣閥開啟，排氣閥關(guān)閉。這樣加熱室中高溫高壓氣體從進(jìn)氣閥輸進(jìn)安裝有熱磁體的腔體內(nèi)，熱磁體被加熱。然后進(jìn)氣閥關(guān)閉；當(dāng)熱磁體需要冷卻的時候，進(jìn)氣閥關(guān)閉，排氣閥開啟，把余溫較低的氣體從腔體中抽出后，排氣閥關(guān)閉。
當(dāng)使用內(nèi)燃的加熱方式時，還需要在腔體中增加燃料噴嘴和點火用的火花塞。當(dāng)需要加熱熱磁體時，使用噴嘴往密閉腔體中噴入適量的燃料，這時進(jìn)氣閥和排氣閥均處于關(guān)閉狀態(tài)。隨后火花塞放電，點燃燃料對熱磁體進(jìn)行加熱；當(dāng)需要冷卻熱磁體時，進(jìn)氣和排氣閥均開啟，把熱的空氣從腔體中抽出，同時冷空氣從排氣閥進(jìn)入對熱f茲體進(jìn)行冷卻。當(dāng)熱》茲體冷卻完畢且腔體中已經(jīng)吸入了足量的空氣后，關(guān)閉進(jìn)氣閥和排氣閥。
由上面的描述可知，熱》茲體元件可以啦文成各種形狀，以適應(yīng)不同形式的熱磁發(fā)動機(jī)的需要。
以上在熱磁發(fā)動機(jī)實施案例中所描述的熱磁體也可以指熱磁體元件。對熱磁體的加熱或冷卻就是指對熱石茲體元件中的熱磁體進(jìn)行力。熱或冷卻。
18上述的熱磁發(fā)動機(jī)實施案例中的轉(zhuǎn)子磁體均使用永磁體。很容易想到可以使用電磁鐵來代替，需要增加電刷等裝置來給轉(zhuǎn)子線圈供電。給轉(zhuǎn)子供電這個技術(shù)在電動機(jī)領(lǐng)域使用的極為平凡。
轉(zhuǎn)子使用永磁體時，為了減少體積需要使用剩磁比較高，為了能在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強(qiáng)大的向心力的情況下使用對強(qiáng)度的要求也比較高。因此為了同時滿足上述兩個條件，永磁材料的成本可能比較高。轉(zhuǎn)子使用電磁鐵時，需要增加電刷等裝置，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，可靠性變差。因此，在實際應(yīng)用中，可根據(jù)應(yīng)用條件的不同選取不同的方案。
此外，在上面所描述的熱磁發(fā)動機(jī)的實施案例中，均只示出了有三組帶有熱磁體元件的定子構(gòu)成的熱磁發(fā)動機(jī)。實際上，很容易就可以根據(jù)上述的
原理，推廣到使用更多的帶有熱磁體元件定子。如使用4組帶有熱磁體的定子，或5個，6個等等。可以根據(jù)具體的熱磁發(fā)動機(jī)的功率輸出和結(jié)構(gòu)安裝的方便性等等綜合因素來決定。
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的熱f茲發(fā)動機(jī)所采用的啟動方法。
本實施方式中的熱磁發(fā)動機(jī)在啟動的時候首先可以用一個小型的電動機(jī)帶動轉(zhuǎn)子按照需要的旋轉(zhuǎn)方向。然后再根據(jù)轉(zhuǎn)子位置檢測器輸出的信號來控制熱磁體的加熱和冷卻。這種啟動方法比較簡單，但需要有一個小功率的電動機(jī)來配合，成本會比較高些。
在開始的時候隨機(jī)的加熱和冷卻一個或多個熱》茲體，這樣轉(zhuǎn)子會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，但可能轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向與需要的方向不一致。當(dāng)轉(zhuǎn)子發(fā)生旋轉(zhuǎn)后，通過位置檢測器輸出的信號控制熱磁體的加熱和冷卻使轉(zhuǎn)子按照正確的方向進(jìn)行連續(xù)的旋轉(zhuǎn)。這種方法要求轉(zhuǎn)子的位置檢測器還要有轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向信號。下面以光通過檢測為例來說明如何;險測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向。
如圖26所示，是本發(fā)明中檢測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向的脈沖信號示意圖。如果以同步透光孔713開始使逆時針方向的透光孔711孔徑逐個增大，^旦均小于同步透光孔713。就會發(fā)現(xiàn)如下的效果。如果轉(zhuǎn)子以逆時針方向旋轉(zhuǎn)，位置檢測器輸出的信號從最大的同步信號開始會越來越大；反之轉(zhuǎn)子以順時針
19方向旋轉(zhuǎn)，位置檢測器輸出的信號從最大的同步信號開始會越來越小。這樣就可以通過這個規(guī)律來判斷轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向。這種啟動的方法不需要小功率的電動機(jī)進(jìn)行配合，但啟動的時候有可能發(fā)生與需要的旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)。
第二種啟動方法之所以產(chǎn)生隨機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，是因為轉(zhuǎn)子在靜止的時候其位置也是隨機(jī)的。第二種方法雖然不需要電動機(jī)來配合啟動但是其初始的旋轉(zhuǎn)方向不能控制，這樣可能不能滿足一些特殊環(huán)境下的應(yīng)用。
因此很容易想到的 一種方法是，使轉(zhuǎn)子靜止時不是隨機(jī)的而是停留或鎖定在某一個固定的位置。這樣在啟動的時候，只需要加熱或冷卻指定的熱磁體(元件)即可使轉(zhuǎn)子朝指定的方向旋轉(zhuǎn)。
下面介紹一種簡單的機(jī)械鎖定裝置?？梢愿鶕?jù)具體的鎖定位置，在轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)軸上留有一個凹槽。在定子或與定子相連的機(jī)殼上固定一個凸起，此凸起可以進(jìn)行自如的伸縮動作。在正常運轉(zhuǎn)的情況下，凸起縮回去不與凹槽發(fā)生咬合作用。當(dāng)發(fā)動機(jī)即將停止運轉(zhuǎn)的時候，凸起伸出來與凹槽發(fā)生咬合。這樣轉(zhuǎn)子就被鎖定在一個固定的位置上。
當(dāng)發(fā)動機(jī)需要啟動的時候，只需要加熱指定熱磁體(元件)并使凸起縮回去就可以使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行正常運轉(zhuǎn)。
下面詳細(xì)敘述本發(fā)明的熱-茲發(fā)動機(jī)在汽車中的特殊應(yīng)用。當(dāng)本發(fā)明所述的熱磁發(fā)動機(jī)應(yīng)用到汽車中時，可以有很多方面的優(yōu)點。由于沒有過多的運
動部件，減少了摩擦，使得機(jī)械效率提高；另一方面也可以大大的簡化發(fā)動機(jī)的潤滑系統(tǒng)，使得系統(tǒng)維護(hù)和維修起來方便，故障率低，壽命長等等。
另外當(dāng)本發(fā)明的熱磁發(fā)動機(jī)應(yīng)用到汽車中時，還可以作一些適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使其具有更多的功能優(yōu)勢。如電驅(qū)動與燃油驅(qū)動的無縫切換，發(fā)電制動，停止供油和關(guān)閉氣缸等等。這些功能最終能節(jié)省更多的燃料。
當(dāng)今油電混合動力的汽車使用兩套發(fā)動裝置。 一種是內(nèi)燃機(jī)，另一種是電動機(jī)。因此會造成成本高，體積大，重量重的弱點。而使用本發(fā)明的方法可以簡單地把兩種發(fā)動裝置集成在一起，從而能夠解決上述的問題。其具體方法:fe口下
當(dāng)定子磁體使用電磁鐵的時候，如果有一個機(jī)構(gòu)可以使熱磁體(元件)與定子分離，分離后的其他部件就可以組成一個典型的直流永磁電機(jī)。如圖27所示，是本發(fā)明的熱磁動力裝置中熱磁體與定子分離的狀態(tài)示意圖?？梢酝ㄟ^對定子電磁鐵610的供電的方向和通斷的控制，使動磁體630進(jìn)行連續(xù)的旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)以上描述的基本原理就可以輕易的把熱》茲發(fā)動才幾600啦文成油電混合型，且切換起來非常方便。把熱》茲體640固定在一個活動的助力機(jī)構(gòu)(下面稱其為脫離器)上，當(dāng)需要把熱磁發(fā)動機(jī)600轉(zhuǎn)換為電動機(jī)時，通過脫離器使熱磁體640與定子620脫離至一定的距離以使熱磁體640對定子620的磁回路發(fā)生的影響足夠小。然后根據(jù)動磁體630位置檢測器的檢測信號來控制定子電磁鐵610的供電狀態(tài)就可以了。供電狀態(tài)包括通斷，反向等。具體的定子供電控制是一個公知的技術(shù)，在這里不再贅述。
反之，當(dāng)需要從電動機(jī)轉(zhuǎn)換成熱磁發(fā)動機(jī)時，只需通過脫離器的動作重新使熱磁體640回到原來的位置，并通過動磁體630位置檢測器的檢測信號控制熱》茲體640的加熱和冷卻就可以了 。
本發(fā)明的熱磁發(fā)動機(jī)還可以實現(xiàn)發(fā)電制動的功能，從而最大限度的節(jié)省能源。
如今的汽車在制動的時候絕大多數(shù)情況下均是使用摩擦制動方式，如汽車上普遍使用的鼓式剎車系統(tǒng)和盤式剎車系統(tǒng)。這種制動的方式最大的缺點就是汽車的動能全部轉(zhuǎn)化為無序的熱能并最終消耗掉了 。如當(dāng)汽車在下坡路段行駛時，為避免車速過快，需要不斷的減速，汽車的重力勢能也全部消耗為剎車系統(tǒng)的熱能而最終耗散到空氣中。
一種比較好的方法是使用發(fā)電制動，可以最大限度的節(jié)省能源。但由于成本，體積重量等綜合因素的考慮，僅有極少量的高檔豪華汽車上使用這種方式作為輔助的剎車系統(tǒng)。當(dāng)今的汽車上使用發(fā)電制動的最可能實現(xiàn)的方式就是增加一個額外的發(fā)電機(jī)。由于需要能產(chǎn)生足夠的制動力，或者說具備足夠的把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的能力，需要的發(fā)電機(jī)的功率很大。這會大大增加
21汽車的體積和裝配難度，同時重量和成本也增加不少。使用本發(fā)明的熱磁發(fā) 動機(jī)可以幾乎不增加重量，體積和成本的前提下實現(xiàn)大功率的發(fā)電制動。
下面以圖27所示的熱i茲體與定子分離的熱》茲動力裝置為例，說明發(fā)電 制動的實施方法。要實現(xiàn)發(fā)電制動需要使用帶有熱磁體640脫離器和定子電 磁鐵610。當(dāng)汽車需要制動的時候，脫離器發(fā)生動作，使熱磁體640與定子 620發(fā)生分離，發(fā)動機(jī)的運動慣性會使動磁體630作旋轉(zhuǎn)運動。由于熱磁體 640已經(jīng)與定子620分離了 ，旋轉(zhuǎn)的動石茲體630會在定子電》茲4失610的鐵芯 內(nèi)形成一個變化的磁場。這個變化的電磁場使得定子電磁鐵610的線圈兩端 產(chǎn)生感生電壓。由于動磁鐵630進(jìn)行圓周運動，定子電磁鐵610上的線圏的 感生電壓會發(fā)生正負(fù)交替的周期性變化?？梢酝ㄟ^整流裝置和電壓轉(zhuǎn)換裝置 把感生交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓后直接給蓄電池充電。由于有充電電流的存 在，也就是i兌定子電》茲4失610上有了感生電流。感生電流同時會產(chǎn)生一個-茲 場，根據(jù)電磁場的基本理論可知，感生電流產(chǎn)生的-茲場會阻礙動磁體630 的運動，產(chǎn)生了制動的作用。當(dāng)汽車不需要制動時，可以通過一個開關(guān)關(guān)斷 給蓄電池供電的電流。這樣定子電》茲4失610上就不會有感生電流，因此就不 會產(chǎn)生制動力。同時脫離器使熱磁體640復(fù)位。
本發(fā)明的熱磁發(fā)動機(jī)具有以下優(yōu)點
本熱磁發(fā)動機(jī)的軸承可以使用磁懸浮軸承和無潤滑的氣體軸承。這樣可 以進(jìn)一 步的減少摩擦損耗和無需潤滑系統(tǒng)，使摩擦損耗更低。
當(dāng)本熱磁發(fā)動機(jī)使用在機(jī)動車上的情況下，可以隨時停止供油，使機(jī)車 運行在滑行狀態(tài)；也可以關(guān)閉一定數(shù)量的氣缸，即只有部分的氣缸參與工作。 這些功能均只用高檔的汽車才可以實現(xiàn)的功能，在本熱磁發(fā)動機(jī)中均可以輕 而易舉的實現(xiàn)。
本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，克服了現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)能量利用率不高、機(jī)械結(jié) 構(gòu)復(fù)雜的缺點，通過一些鐵磁性物質(zhì)的熱磁效應(yīng)，首先把熱能轉(zhuǎn)化為磁能， 進(jìn)而把磁能轉(zhuǎn)化為作圓周運動的動能。在所有的循環(huán)過程中不需要克服運動 部件作往復(fù)運動的慣性；整體的結(jié)構(gòu)也比較簡單。因此，由于機(jī)械摩擦和克 服運動慣性所耗散的能量很少，效率比傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)要高。
2權(quán)利要求
1.一種熱磁動力裝置，包括磁體，產(chǎn)生一磁場；磁軛，導(dǎo)引該磁場，以形成第一磁路和第二磁路；導(dǎo)磁元件，設(shè)置在該第一磁路上；以及熱磁體，設(shè)置在該第二磁路上；其中，當(dāng)該熱磁體的溫度發(fā)生變化時，該第二磁路的磁阻值發(fā)生變化并導(dǎo)致該第一磁路的磁通量發(fā)生相應(yīng)的變化。
2. —種熱磁動力裝置，包括 第一磁路產(chǎn)生裝置，產(chǎn)生一第一磁路；以及第一熱磁體，連接該第一磁路，當(dāng)該第一熱磁體的溫度發(fā)生變化時，該第 一熱磁體的磁阻值發(fā)生變化并導(dǎo)致該第 一磁路的磁通量發(fā)生相應(yīng)的變化。
3. 如權(quán)利要求2所述的熱磁動力裝置，其還包括 第二磁路產(chǎn)生裝置，產(chǎn)生一第二磁路；第二熱磁體，連接該第二磁路，當(dāng)該第二熱磁體的溫度發(fā)生變化時，該第 二熱磁體的磁阻值發(fā)生變化并導(dǎo)致該第二磁路的磁通量發(fā)生相應(yīng)的變化； 第三磁路產(chǎn)生裝置，產(chǎn)生一第三》茲路；以及第三熱磁體，連接該第三磁路，當(dāng)該第三熱磁體的溫度發(fā)生變化時，該第 三熱義茲體的磁阻值發(fā)生變化并導(dǎo)致該第三》茲路的磁通量發(fā)生相應(yīng)的變化；其中，該第一磁路產(chǎn)生裝置、該第二磁路產(chǎn)生裝置以及該第三磁路產(chǎn)生裝 置是繞一轉(zhuǎn)軸設(shè)置。
4. 如權(quán)利要求3所述的熱磁動力裝置，其中， 該第 一》茲路產(chǎn)生裝置包括 第一定子磁體，產(chǎn)生一第一》茲場；第一定子磁軛，包括二個相對向設(shè)置的第一定子凸磁極，以導(dǎo)引該第一磁場；該第二磁路產(chǎn)生裝置包括 第二定子磁體，產(chǎn)生一第二磁場；第二定子磁軛，包括二個相對向設(shè)置的第二定子凸磁極，以導(dǎo)引該第二磁場；該第三^茲路產(chǎn)生裝置包括 第三定子磁體，產(chǎn)生一第三磁場；第三定子-茲軛，包括二個相對向i殳置的第三定子凸^f茲;f及，以導(dǎo)引該第三》茲場。
5. 如權(quán)利要求4所述的熱磁動力裝置，其中該第一熱磁體設(shè)置在該第一定 子磁軛上，該第二熱磁體設(shè)置在該第二定子磁軛上，該第三熱磁體設(shè)置在該第 三定子^茲輒上。
6. 如權(quán)利要求4所述的熱磁動力裝置，其還包括第一轉(zhuǎn)子磁體，設(shè)置在上述二個第一定子凸磁極、上述二個第二定子凸磁 極以及上述二個第三定子凸磁極之間；該第一磁場所產(chǎn)生的磁力線穿過上述二個第一定子凸i茲極以及該第一轉(zhuǎn)子 磁體，以形成該第一磁路；該第二磁場所產(chǎn)生的磁力線穿過上述二個第二定子凸磁極以及該第 一轉(zhuǎn)子 磁體，以形成該第二磁路；該第三磁場所產(chǎn)生的磁力線穿過上述二個第三定子凸磁極以及該第 一轉(zhuǎn)子 磁體，以形成該第三磁路。
7. 如權(quán)利要求4所述的熱磁動力裝置，其還包括第一轉(zhuǎn)子磁體，設(shè)置在上述二個第一定子凸磁極之間；第二轉(zhuǎn)子磁體，設(shè)置在上述二個第二定子凸磁極之間；以及第三轉(zhuǎn)子磁體，設(shè)置在上述二個第三定子凸磁極之間；該第一磁場所產(chǎn)生的磁力線穿過上述二個第一定子凸磁極以及該第一轉(zhuǎn)子 磁體，以形成該第一磁路；該第二磁場所產(chǎn)生的磁力線穿過上述二個第二定子凸磁極以及該第二轉(zhuǎn)子 磁體，以形成該第二磁路；該第三磁場所產(chǎn)生的磁力線穿過上述二個第三定子凸^茲極以及該第三轉(zhuǎn)子 磁體，以形成該第三磁路。
8. 如權(quán)利要求3所述的熱磁動力裝置，其中，該第 一磁路產(chǎn)生裝置包括 第一定子磁體，產(chǎn)生一第一磁場；第一定子磁軛，包括一個設(shè)置在該第一定子》茲體的》茲化方向上的第一定子 凸磁極，以導(dǎo)引該第一磁場；第一轉(zhuǎn)子磁體，設(shè)置在一轉(zhuǎn)軸上； 該第二磁路產(chǎn)生裝置包括 第二定子磁體，產(chǎn)生一第二磁場；第二定子磁軛，包括一個設(shè)置在該第二定子磁體的磁化方向上的第二定子 凸磁極，以導(dǎo)引該第二磁場； 該第三磁路產(chǎn)生裝置包括 第三定子磁體，產(chǎn)生一第三磁場；第三定子磁軛，包括一個設(shè)置在該第三定子磁體的磁化方向上的第三定子 凸磁極，以導(dǎo)引該第三磁場；其中該第一定子凸磁極、該第二定子凸磁極和該第三定子凸磁極共同繞該 轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)設(shè)置。
9. 如權(quán)利要求1、 2或3任一項所述的熱》茲動力裝置，其中該熱f茲體、該 第一熱磁體、該第二熱磁體以及該第三熱磁體包括多根間隔排列的熱磁體棒。
10. 如權(quán)利要求l、 2或3任一項所述的熱磁動力裝置，其中該熱磁體、該 第一熱磁體、該第二熱磁體以及該第三熱磁體可與該熱磁動力裝置相分離。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱磁動力裝置，包括磁軛、磁體、導(dǎo)磁元件以及熱磁體。磁體產(chǎn)生磁場。磁軛導(dǎo)引磁場，以形成第一磁路和第二磁路。導(dǎo)磁元件設(shè)置在第一磁路上。熱磁體設(shè)置在第二磁路上。其中，當(dāng)該熱磁體的溫度發(fā)生變化時，該第二磁路的磁阻值發(fā)生變化并導(dǎo)致第一磁路的磁通量發(fā)生相應(yīng)的變化。本發(fā)明通過采用上述結(jié)構(gòu)，克服了現(xiàn)有技術(shù)中內(nèi)燃機(jī)的能量利用率不高、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、能量利用效率較高的熱磁動力裝置。
文檔編號H02N11/00GK101686029SQ200810216468
公開日2010年3月31日 申請日期2008年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者方李明 申請人:方李明