CN107968519A - 一冲程间歇供电电动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁铁两端磁极同时正向往复受力的一冲程间歇供电电动机，包括机架和安装在机架上的曲轴、飞轮、至少一组磁驱动单元和相应的至少一组控制单元，磁驱动单元包括设置在曲轴上的曲拐和连杆、伸缩轴、两个滑座、N⁺个电磁铁(动磁铁)和N⁺+1个永磁铁(定磁铁)，N⁺为正整数，N⁺+1个永磁铁依顺序同极相对并与N⁺个电磁铁交叉排列；控制单元包括电流旋转连接器和电流间歇换向器，电流间歇换向器的两个换向片与电刷的通断行程各占圆周长的1/4，用于控制每周交变2次直流电流方向并使电磁铁起始1/2冲程通电，另外1/2冲程断电，使电磁铁两端磁极和一端断电铁芯接力受力完成一个冲程，同理完成另一个冲程，并通过伸缩轴作用于连杆使曲轴旋转输出动力。

Description

一冲程间歇供电电动机

技术领域

本发明属于电磁学和动力机械技术领域，涉及一种磁场正向受力的动力机械，具体涉及一种电磁铁(动磁铁)两端磁极同时正向往复受力的一冲程间歇供电电动机。

背景技术

众所周知，永磁铁具有一次充磁而永久带有磁性的特性，并且同极互相排斥，异极互相吸引，随着科技的日益进步，永磁铁的性能不断提高，如今的稀土钕铁硼永磁铁的磁性超强，能够提供持续的强磁场。

目前，公知的：1.电动机靠电枢绕组通电后产生旋转磁场作用做功，其缺点是需要持续供电才能正常工作；2.发明名称为《二冲程永磁发动机》、申请(专利)号为2010105520625、授权公告号为102468786B的发明专利，其原理是利用动磁铁(永磁铁)与定磁铁(通电电磁铁)的正向排斥完成一个冲程，利用动磁铁(永磁铁)与断电电磁铁铁芯的正向吸引完成另一个冲程，并将往复的直线运动通过连杆使曲轴旋转输出动力，其缺点是动磁铁只有一端磁极受力。

发明内容

为了克服上述现有电动机和《二冲程永磁发动机》的缺陷和不足，本发明提供一种动磁铁(电磁铁)两端磁极同时正向往复受力的一冲程间歇供电电动机。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：包括机架和安装在机架上的曲轴、飞轮、磁驱动单元组和控制单元组，所述磁驱动单元组包括至少一组磁驱动单元，所述控制单元组包括相应的至少一组控制单元，所述磁驱动单元包括一组连杆和曲拐、还包括伸缩轴、两个滑座、N⁺个电磁铁和N⁺+1个永磁铁，其中N⁺为正整数、永磁铁为稀土钕铁硼永磁铁，伸缩轴一端与连杆前端定位铰接，伸缩轴由所述两个滑座支撑，并能沿自身轴向方向往复伸缩运动，两个滑座固定在机架上，永磁铁两极方向中间位置设有一通孔，伸缩轴穿过所述通孔不与该永磁铁接触，电磁铁铁芯轴向中间位置设有一通孔并绝缘固定套设在所述伸缩轴上，N⁺+1个永磁铁依顺序同极相对设置并与所述N⁺个电磁铁交叉排列，电磁铁上下止点与永磁铁留有工作间隙，永磁铁固定在机架上；所述控制单元包括电流旋转连接器和电流间歇换向器，电流旋转连接器包括固定套设在曲轴上的环形绝缘体、绕所述环形绝缘体并固设在所述环形绝缘体上的相互绝缘的两个集电环和对应的第一对电刷；电流间歇换向器包括固定套设在曲轴上的绝缘体、两个换向片和第二对电刷，两个换向片绕轴心对称嵌镶固定在所述绝缘体上，并与所述绝缘体共同构成一个光滑的圆弧面，第二对电刷呈水平对立状与所述圆弧面径向摩擦接触，两个换向片与第二对电刷的通、断行程各占圆周长的1/4；所述两个换向片与所述两个集电环连接，所述N⁺个电磁铁与所述第二对电刷或所述第一对电刷伸缩电连接，另一对电刷与直流电源连接。

当N⁺＞1时，上述磁驱动单元的相邻的两个电磁铁接线方向不同。

上述N⁺+1个永磁铁和N⁺个电磁铁设置在所述两个滑座之间。

上述伸缩轴不导磁。

上述电磁铁为交流电磁铁，所述交流电磁铁没有短路环。

上述两个滑座为直线轴承。

有益效果

本发明的有益效果是：1.曲轴旋转360°电磁铁通电行程占1/2×180°×2＝180°，与现有电动机相比能节约50％的电能；2.电磁铁(动磁铁)上下止点两端分别设有一永磁铁(定磁铁)，故其两端磁极同时正向往复受力，为一冲程，与现有《二冲程永磁发动机》相比能提高一倍的效率。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是图1中A--A剖面示意图。

图中，1.机架，2.曲轴，3.曲拐，4.连杆，5.飞轮，6.磁驱动单元组，601.磁驱动单元，7.控制单元组，701.控制单元，8.电流旋转连接器，9.电流间歇换向器，10.滑座，11.永磁铁，12.伸缩轴，13.电磁铁，14.永磁铁，15.电磁铁，16.永磁铁，17.滑座，18、19.集电环，20、21.第一对电刷，22、23.换向片，24、25.第二对电刷，26.绝缘体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1中，包括机架1和安装在机架1上的曲轴2、飞轮5、磁驱动单元组6和控制单元组7，磁驱动单元组6包括至少一组磁驱动单元601(图中以两组磁驱动单元为例)，控制单元组7包括相应的至少一组控制单元701(图中以相应的两组控制单元为例)，磁驱动单元601包括设置在曲轴2上的曲拐3和连杆4、还包括伸缩轴12、两个滑座10、17、N⁺个电磁铁13、15、N⁺+1个稀土钕铁硼永磁铁11、14、16，其中N⁺为正整数(图中以N⁺＝2为例)，伸缩轴12一端与连杆4前端定位铰接，伸缩轴12由两个滑座10、17支撑，并能沿自身轴向方向往复伸缩运动，两个滑座10、17固定在机架1上，永磁铁11、14、16两极方向中间位置设有一通孔，伸缩轴12穿过所述通孔不与永磁铁11、14、16接触，电磁铁13、15铁芯轴向中间位置设有一通孔并绝缘固定套设在伸缩轴12上，永磁铁11、14、16依顺序同极相对设置并与电磁铁13、15交叉排列，电磁铁13、15上下止点与永磁铁11、14、16留有工作间隙，永磁铁11、14、16固定在机架1上。

控制单元701包括电流旋转连接器8和电流间歇换向器9，电流旋转连接器8包括固定套设在曲轴2上的环形绝缘体、绕所述环形绝缘体并固设在所述环形绝缘体上的相互绝缘的两个集电环18、19和对应的第一对电刷20、21。

图2所示的是电流间歇换向器9，图中，绝缘体26固定套设在曲轴2上，换向片22、23绕轴心对称嵌镶固定在绝缘体26上，并与绝缘体26共同构成一个光滑的圆弧面，第二对电刷24、25呈水平对立状与该圆弧面径向摩擦接触。结合图1，为达到正时，设置电磁铁13、15在上下止点位置时换向片22、23始端与第二对电刷24、25接触。断电后的电磁铁13、15在其行程中间位置为受力平衡点，其铁芯成为铁磁性材料受到两端永磁铁11、14、16大小相等、方向相反的两个吸引力，但当电磁铁13、15从上(下)止点通电受力运行到其行程中间位置时断电，运动产生的惯性作用力会使电磁铁13、15越过平衡点继续向下(上)止点方向移动，于是下(上)止点端的吸引力越来越大而上(下)止点端的吸引力越来越小，电磁铁13、15便会到达下(上)止点，于是电磁铁13、15断电点可以确定在其行程中间位置到下(上)止点之间，为降低电流瞬间换向时电磁铁13、15产生的涡流和磁滞损耗，于是尽可能延长电磁铁13、15两次通电的间隔时间，便设置电磁铁13、15断电点在其行程中间位置，于是设置电磁铁13、15在其行程中间位置时换向片22、23与第二对电刷24、25接触的末端脱离接触，电磁铁13、15一个冲程曲轴旋转180°，于是电磁铁13、15的1/2个冲程曲轴旋转90°，于是在图2中便设置两个换向片22、23与第二对电刷24、25导通的最大行程对应的圆心角为90°，即两个换向片22、23与第二对电刷24、25的通、断行程各占圆周长的1/4，用于控制每周交变2次电流方向并使电磁铁起始1/2冲程通电，另外1/2冲程断电。

图2中两个换向片22、23与图1中相应的两个集电环18、19连接，电磁铁13、15与第二对电刷24、25或第一对电刷20、21由螺旋弹簧电缆或由直线集电片与电刷滑动接触等方式连接，另一对电刷与直流电源连接。

由于永磁铁11、14、16依顺序同极相对设置，当N⁺＞1时，相邻两个电磁铁13、15对应的永磁铁11、14、16磁极不同，为使相邻两个电磁铁13、15受力的方向相同，便设置相邻两个电磁铁13、15相同位置的磁极不同，于是设置相邻的两个电磁铁13、15电枢绕组的电流方向相反，即相邻的两个电磁铁13、15接线方向不同。

永磁铁11、14、16和电磁铁13、15设置在两个滑座10和17之间。

导磁材料能被磁场磁化吸引，由于伸缩轴12在永磁铁11、14、16通孔中往复伸缩运动，为防止磁场对伸缩轴12吸引而使其伸缩运动受到阻力，故伸缩轴12采用不导磁材料。

直流电源经电流间歇换向器9后输出交变电流供给电磁铁13、15，故电磁铁13、15的磁极交替变换；由于直流电磁铁细而长、铁芯作用面积小、线圈阻抗大，启动慢，接入交变电流后通过线圈的电流很小而无法工作；交流电磁铁的特点是短而粗，铁芯作用面积相对大、线圈感抗大，阻抗小，启动快，由于其铁芯采用相互绝缘的硅钢片，能有效的减少交变电流下电磁铁产生的涡流损耗和磁滞损耗，于是设置电磁铁13、15为交流电磁铁。由于电流交变时有个电压过零点，即一瞬间的断电，交流电磁铁具有短路环，其作用是续磁，本发明中设置电磁铁13、15上下各一半行程距离处于断电失磁状态，因此无需续磁，故不设置短路环。

为减小伸缩轴12与两个滑座10和17的摩擦力，于是设置两个滑座10和17为直线轴承。

所述电刷20、21、24、25均设置在刷握内，刷握绝缘固定在机架1的相应位置的空间上。

直流电源(经整流后的1-3相交流电或蓄电池电源)通过相应的控制单元后分别输出每周间歇交变2次电流方向的交变电流供给相应一组磁驱动单元的电磁铁。下面根据附图以一组磁驱动单元为例说明本发明的工作过程：

本发明的启动方式跟内燃机相似，给曲轴2旋转方向施加一个旋转的力矩，当电磁铁13、15到达上止点位置时换向片22、23与第二对电刷24、25通路，电磁铁13、15工作，其上止点端产生与上止点端的永磁铁相同的磁极，下止点端产生与下止点端的永磁铁相反的磁极，由于磁场间同极排斥、异极吸引，于是电磁铁13、15两端磁极同时受到方向相同的两个作用力即受到上止点端的排斥力和下止点端的吸引力，于是电磁铁13、15推动伸缩轴12迅速向下止点方向移动并使飞轮5储能，到达其行程中间位置时，伸缩轴12推动连杆4、曲拐3使曲轴2旋转了90°，此时换向片22、23与第二对电刷24、25断路，电磁铁13、15断电，其铁芯失去磁性后成为铁磁性材料而同时受到两端的永磁铁方向相反、大小相等的两个吸引力，但由于飞轮5存储的惯性力作用，致使其铁芯两端的受力失去平衡，于是继续向下止点方向移动，随着不断远离上止点和接近下止点，上止点方向的永磁铁磁场便对铁芯的吸引力越来越小，而下止点方向的永磁铁磁场对铁芯的吸引力越来越大，于是到达下止点，此时曲轴2旋转了180°；此时换向片23、22与第二对电刷24、25换向通路，输出方向相反的电流供给电磁铁13、15，于是电磁铁13、15磁极方向改变，其下止点端产生与下止点端的永磁铁相同的磁极，上止点端产生与其上止点端的永磁铁相反的磁极，同理，电磁铁13、15到达上止点，此时曲轴旋转了360°，如此往复，动力由曲轴2端部输出。

Claims (6)

1.一种一冲程间歇供电电动机，包括机架(1)和安装在机架(1)上的曲轴(2)、飞轮(5)、磁驱动单元组(6)和控制单元组(7)，其特征在于：所述磁驱动单元组(6)包括至少一组磁驱动单元(601)，所述控制单元组(7)包括相应的至少一组控制单元(701)，所述磁驱动单元(601)包括一组连杆(4)和曲拐(3)、还包括伸缩轴(12)、两个滑座(10、17)、N⁺个电磁铁(13、15)和N⁺+1个永磁铁(11、14、16)，其中N⁺为正整数、永磁铁为稀土钕铁硼永磁铁，伸缩轴(12)一端与连杆(4)前端定位铰接，伸缩轴(12)由所述两个滑座(10、17)支撑，并能沿自身轴向方向往复伸缩运动，两个滑座(10、17)固定在机架(1)上，永磁铁两极方向中间位置设有一通孔，伸缩轴(12)穿过所述通孔不与该永磁铁接触，电磁铁铁芯轴向中间位置设有一通孔并绝缘固定套设在所述伸缩轴(12)上，N⁺+1个永磁铁(11、14、16)依顺序同极相对设置并与所述N⁺个电磁铁(13、15)交叉排列，电磁铁上下止点与永磁铁留有工作间隙，永磁铁固定在机架(1)上；所述控制单元(701)包括电流旋转连接器(8)和电流间歇换向器(9)，电流旋转连接器(8)包括固定套设在曲轴(2)上的环形绝缘体、绕所述环形绝缘体并固设在所述环形绝缘体上的相互绝缘的两个集电环(18、19)和对应的第一对电刷(20、21)；电流间歇换向器(9)包括固定套设在曲轴(2)上的绝缘体(26)、两个换向片(22、23)和第二对电刷(24、25)，两个换向片(22、23)绕轴心对称嵌镶固定在所述绝缘体(26)上，并与所述绝缘体(26)共同构成一个光滑的圆弧面，第二对电刷(24、25)呈水平对立状与所述圆弧面径向摩擦接触，两个换向片(22、23)与第二对电刷(24、25)的通、断行程各占圆周长的1/4；所述两个换向片(22、23)与所述两个集电环(18、19)连接，所述N⁺个电磁铁(13、15)与所述第二对电刷(24、25)或所述第一对电刷(20、21)伸缩电连接，另一对电刷与直流电源连接。

2.根据权利要求1所述的一冲程间歇供电电动机，其特征在于：当N⁺＞1时，磁驱动单元(601)的相邻的两个电磁铁(13、15)接线方向不同。

3.根据权利要求1所述的一冲程间歇供电电动机，其特征在于：所述N⁺+1个永磁铁(11、14、16)和所述N⁺个电磁铁(13、15)设置在所述两个滑座(10和17)之间。

4.根据权利要求1所述的一冲程间歇供电电动机，其特征在于：所述伸缩轴(12)不导磁。

5.根据权利要求1或2或3所述的一冲程间歇供电电动机，其特征在于：所述电磁铁为交流电磁铁，所述交流电磁铁没有短路环。

6.根据权利要求1或3所述的一冲程间歇供电电动机，其特征在于：所述两个滑座(10和17)为直线轴承。