CN112039312A - 一种电磁发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁发动机，包括若干电磁缸、中心转轴及连接于中心转轴上可带动中心转轴旋转的若干衔铁，电磁缸包括磁极面平行相对且对称设置的两电磁铁，衔铁活动设置于电磁缸的两电磁铁中间，通过控制电磁缸通断电或换向可驱动衔铁沿设定方向作直线或旋转运动，依次驱动衔铁运动可带动中心转轴连续旋转。本发明通过将一对电磁铁平行对置作为电磁缸，并使两电磁铁磁极面产生同性相斥，可对其边缘的衔铁产生最强吸引力，实现电磁力驱动，吸引距离更大、吸引速度更快、驱动力更强，耗能低，无需消耗不可再生能源，零污染，绿色环保；同时，通过设置能源转换电路，利用电磁线圈产生的反向电动势对超级电容器进行充电，可实现超级续航。

Description

一种电磁发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别是一种电磁发动机。

背景技术

发动机能将其它形式的能转化为机械能。传统发动机主要以内燃机为主，由缸体、活塞、连杆、曲轴等组成，经吸油、压缩、点火、放气过程循环工作，并由活塞的平动经连杆、曲轴变换为转动，机械效率低，并且无论是柴油发动机还是汽油发动机，均以化石燃料为主要能源，需消耗不可再生资源，且能耗高，排放的二氧化碳和有毒气体严重污染环境。

针对上述问题，现有技术提出了采用清洁能源驱动的电磁发动机，大多采用磁极同性相斥的原理使两电磁铁相对直线运动，并借助曲轴转化为旋转运动，电磁铁处于运动状态，稳定性差，精密度低，且驱动力不足，难以大范围普及推广。

发明内容

本发明的主要目的是克服现有技术的缺点，提供一种可实现电磁力驱动，驱动力更强，耗能低，无需消耗不可再生能源，零污染，绿色环保，运行稳定可靠，精密度高，易于推广的电磁发动机。

本发明采用如下技术方案：

一种电磁发动机，包括固定设置的电磁缸装置及转动设置的转轴装置，电磁缸装置包括若干电磁缸，转轴装置包括中心转轴及连接于中心转轴上、可带动中心转轴旋转的活动部，每个电磁缸包括磁极面平行相对且对称设置的两电磁铁，活动部包括若干与电磁缸相配合的衔铁，衔铁活动设置于位于其运动路径上的电磁缸的两电磁铁中间；若干电磁缸设置为通过控制其通断电或换向可驱动活动部的若干衔铁沿设定方向作直线或旋转运动，并带动中心转轴转动一定角度，若干电磁缸依次驱动衔铁运动可带动中心转轴连续旋转。

进一步地，所述电磁缸的两电磁铁的磁极设置为同性相斥。

进一步地，所述电磁发动机包括若干电磁缸及与电磁缸一一对应设置的若干衔铁，若干衔铁分别与转轴连接，电磁缸通过通断电驱动对应衔铁按设定方向作直线或旋转运动，并带动中心转轴转动一定角度，若干电磁缸依次驱动对应衔铁运动带动中心转轴连续旋转。

进一步地，所述中心转轴为曲轴，若干衔铁分别通过连杆偏心连接于曲轴上，并与曲轴相铰接，若干衔铁分别通过导向装置可沿设定方向作直线运动设置，电磁缸通过通断电驱动对应衔铁作直线运动，并带动曲轴旋转一定角度，若干电磁缸依次通断电并循环驱动，使若干衔铁交替作直线运动并转化为曲轴的旋转运动。

进一步地，若干衔铁沿中心转轴轴向依次相差一定相位角设置，并与中心转轴同轴固定连接，电磁缸通过通断电可驱动对应衔铁旋转一定角度，并带动中心转轴转动一定角度，若干电磁缸依次通断电并循环驱动可带动中心转轴连续旋转。

进一步地，所述电磁缸装置包括沿中心转轴周向均匀布置的若干电磁缸，所述活动部包括垂直于中心转轴设置的转盘及固定于转盘上沿中心转轴周向均匀布置的若干衔铁，若干电磁缸通过依次通断电或换向可驱动若干衔铁沿中心转轴周向运动并带动转盘转动，从而带动中心转轴转动。

进一步地，所述电磁铁为U型或E型结构，平行对置的两U型电磁铁的磁极面极性对称设置，平行对置的两E型电磁铁的磁极面中间极同极性。

进一步地，所述电磁缸的相对置的两电磁铁上的电感线圈串联或并联为一相，且采用双线并绕，两电感线圈的电参数相同。

进一步地，所述电磁发动机还包括有驱动电路，包括用于控制各电磁缸通断电或换向的若干自动控制开关。

进一步地，所述电磁发动机还包括有能量转换电路，电连接各电磁缸的电感线圈及自动控制开关，能量转换电路还包括有用于储能或放电的超级电容器及用于控制每个电磁缸的电感线圈充放电的若干二级管，超级电容器与电源并联，超级电容器、某相电感线圈及与电源反向连接的二级管串联，形成该相的超级电容器储能回路；超级电容器、某相电感线圈及该相对应的自动控制开关串联，形成该相的超级电容器放电回路；

自动控制开关控制某相的超级电容器放电回路导通，超级电容器放电使对应电磁缸的电感线圈通电工作，驱动对应衔铁运动，同时带动该相自动控制开关断开，下一相自动控制开关闭合，该相自动控制开关断开瞬间，该相电感线圈产生的反向电动势使对应的二极管反向导通，该相超级电容器储能回路导通，电感线圈放电，向超级电容器充电；如此循环，实现超级电容器交替充、放电。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过将一对相同电参数的电磁铁平行对置作为电磁缸，并使两电磁铁磁极面产生同性相斥，可对设置于其边缘的衔铁产生最强吸引力，吸引距离更大、吸引速度更快、驱动力更强，对置的两电磁铁可使衔铁得到二倍的行程，依次对电磁缸循环驱动可实现中心转轴高速旋转，将电能转化为机械能，实现了电磁力驱动，耗能低，无需消耗不可再生能源，零污染，绿色环保，有利于节约能源、保护环境；同时，通过设置能源转换电路，可利用电磁线圈产生的反向电动势对超级电容器进行充电，可利用再生能源，实现超级续航；且结构简单，成本低廉，运行稳定可靠，精密度高，用途广泛，易于大范围普及推广，尤其适用于新能源汽车领域应用。

附图说明

图1是本发明实施例1的电磁发动机的整体结构示意图；

图2是本发明实施例1的能源转换电路的电路图；

图3是本发明实施例1的磁控转盘的俯视结构图；

图4是本发明实施例1的磁控转盘的侧视结构图；

图5是本发明实施例2的电磁发动机的部分结构正视图；

图6是本发明实施例2的电磁发动机的部分结构俯视图；

图7是本发明实施例2的衔铁的两面展开结构示意图；

图8是本发明实施例3的电磁发动机的整体结构示意图；

图9是本发明实施例3的转轴装置的俯视结构图；

图10是本发明实施例3的能源转换电路的电路图；

图11是本发明实施例3的磁控转盘的俯视结构图；

图12是本发明实施例3的磁控转盘的侧视结构图。

图中：1.电磁缸，11.电磁铁，2.中心转轴，3.衔铁，4.磁控转盘，41.对扇形衔铁，42.永久磁环，5.连杆，6.直线导轨，7.转盘，8.导向杆。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

实施例1

参照图1至图4，本发明的一种电磁发动机，包括固定设置的电磁缸装置、转动设置的转轴装置、驱动电路及能量转换电路。

电磁缸装置包括四个电磁缸1，每个电磁缸1包括磁极面平行相对且对称设置的两电磁铁11，两电磁铁11均为U型结构，且电气参数相同，平行对置的两电磁铁11的磁极设置为同性相斥且磁极面极性对称设置，两电磁铁11上的电感线圈串联为一相，采用双线并绕，两电感线圈的线径及匝数均相同。

转轴装置包括中心转轴2及连接于中心转轴2上、可带动中心转轴2旋转的四个衔铁3，中心转轴2转动设置于固定的轴承支架上，四个衔铁3与四个电磁缸1一一对应设置，四个衔铁3沿中心转轴2轴向依次相差45°相位角等距排列并与中心转轴2同轴固定连接，衔铁3活动设置于对应电磁缸1的两电磁铁11中间，与两电磁铁11内壁之间间隙相等。四个衔铁3的直径为30公分、宽12公分，采用硅钢片叠厚为1-2公分制成。

驱动电路包括分别用于控制四个电磁缸1通断电的四个自动控制开关。自动控制开关采用干簧管继电器，配合磁控转盘4使用，磁控转盘4与中心转轴2通过1：1齿轮相连接实现与中心转轴2同步转动。磁控转盘4包括两个45°角对扇形衔铁41，两对扇形衔铁41之间通过一轴向磁化的永久磁环42固定连接。四只干簧管继电器S1、S2、S3、S4沿磁控转盘4周沿依次设置，彼此相距45°角，具***置关系如图3所示。由于本发明所用干簧管继电器需具有较好的刚性，需可承受大电流冲击，因此需特制，干簧管继电器的电极采用铁片及磷铜片组合，接点镀铂金。

能量转换电路，电连接四个电磁缸1的电感线圈L1、L2、L3、L4及四个干簧管继电器S1、S2、S3、S4，能量转换电路还包括有用于储能或放电的两个超级电容器C1、C2及用于控制每个电磁缸的电感线圈充放电的四个二级管VD1、VD2、VD3、VD4，超级电容器C1、C2串联后与电源并联。超级电容器、某相电感线圈及与电源反向连接的二级管串联，形成该相的超级电容器储能回路；超级电容器、某相电感线圈及该相对应的干簧继电器串联，形成该相的超级电容器放电回路。

能量转换电路的工作原理为：干簧管继电器控制某相的超级电容器放电回路导通，超级电容器放电使对应电磁缸1的电感线圈通电工作，电感线圈的电流控制在10A左右以利于超级电容器放电瞬间形成磁暴吸引力，驱动对应衔铁3运动，同时带动该相干簧管继电器断开，下一相干簧管继电器闭合，该相干簧管继电器断开瞬间，该相电感线圈产生的反向电动势使对应的二极管反向导通，该相超级电容器储能回路导通，电感线圈放电，向超级电容器充电；如此循环，实现超级电容器交替充、放电。具体地，本实施例中，直流电源高电压V经超级电容器C1、C2分压后各为1/2V,当干簧管继电器S1被吸合导通，超级电容器C1上1/2V电压使得第一电磁缸的电感线圈L1产生磁力吸引中心转轴2上与其对应的衔铁3转动45°角，由于中心转轴2与磁控转盘4同步转动，因此，干簧管继电器S1断开，干簧管继电器S2接通，第二电磁缸工作。在换缸的瞬间，电感线圈L1正端因反电动势变成负端，使二极管VD1反向导通，向超级电容器C2充电。其它相同理循环，两超级电容器C1、C2轮流充、放电，使得再生能源得以利用，实现超级续航。

参照图1至图4，本实施例的电磁发动机工作时，采用共轭驱动模式驱动,共轭驱动模式，即一对几何尺寸及电气参数完全相同的U型或者E型电磁铁11对置，使其磁极面相互平行，通过其上的电磁线圈串联或者并联通电后使其磁极产生同性相斥，它们之间磁力线为相互排斥并无限向外延长，处于蓄势待发状态，此时对其边缘的衔铁3吸引力最强，较之磁极对相互吸引时对衔铁3吸引距离更大，吸引速度更快。控制四个电磁缸1依次通断电，可分别驱动四个衔铁3依次旋转45°角，依次对四个电磁缸1循环驱动即可带动中心转轴2连续旋转，从而实现电磁发动机的高速旋转。

实施例2

参照图5、图6和图7，本实施例与实施例1的区别在于：

电磁缸装置包括四个电磁缸1，每个电磁缸1包括磁极面平行相对且对称设置的两电磁铁11，两电磁铁11均为E型结构，且电气参数相同，平行对置的两E型电磁铁的磁极面对称设置且中间极同极性，并设置为同性相斥，两电磁铁11上的电感线圈串联为一相，采用双线并绕，两电感线圈的线径及匝数均相同。

转轴装置包括2及连接于中心转轴2上、可带动中心转轴2旋转的四个衔铁3。中心转轴2为曲轴，转动设置于固定的轴承支架上，四个衔铁3与四个电磁缸1一一对应设置，每个衔铁由铁板两面分别粘接与E型电磁铁的三个磁极面相对应的三个钕磁铁贴片构成，四个衔铁3分别通过连杆5偏心连接于曲轴上，并与曲轴相铰接，衔铁与连杆5也相铰接，连杆5与衔铁3相铰接的结构图中未示出，可采用现有技术的任意铰接结构，连杆5铰接位置设置为可使四个衔铁3平衡且可驱动曲轴转动即可。衔铁3活动设置于对应电磁缸1的两电磁铁11中间，与两电磁铁11内壁之间间隙相等。四个衔铁3两侧分别通过导向杆8嵌设于直线导轨6内并可沿直线导轨6升降设置。

本实施例的电磁发动机，通过将传统燃油发动机结构进行置换，以电磁缸代替油缸，以永磁衔铁代替活塞，电磁缸通过通断电驱动对应衔铁作直线运动，并带动曲轴旋转45°角，衔铁处于磁悬浮状态，四个电磁缸依次通断电并循环驱动，使四个衔铁交替作直线运动并转化为曲轴的旋转运动，即设四个电磁缸及四个衔铁从左至右依次为第一、二、三、四电磁缸和第一、二、三、四衔铁，按照第一、第四衔铁下，第二、第三衔铁上；第一、第四衔铁上，第二、第三衔铁下；第二、第三衔铁下，第一、第四衔铁上；第二、第三衔铁上，第一、第四衔铁下的规律驱动。电磁缸两对置的电磁铁驱动衔铁运动可得到二倍的行程，可达到增程的效果。为此，每个电磁缸中双线并绕的左右两个电磁铁的电感线圈必须按照右手定则串联成对永磁衔铁吸引和排斥的两组，吸引的一组记为“↓”，排斥的一组记为“↑”，同时，第一电磁缸吸引的一组电感线圈与第四电磁缸吸引的一组电感线圈串联或并联，第一电磁缸排斥的一组电感线圈与第四电磁缸排斥的一组电感线圈串联或并联；第二电磁缸吸引的一组电感线圈与第三电磁缸吸引的一组电感线圈串联或并联，第二电磁缸排斥的一组电感线圈与第三电磁缸排斥的一组电感线圈串联或并联，并按照以下顺序通电激励，该发动机即可高速运转。

激励顺序：

1)第一电磁缸↓，第四电磁缸↓

2)第一电磁缸↑，第四电磁缸↑

3)第二电磁缸↓，第三电磁缸↓

4)第二电磁缸↑，第三电磁缸↑

本实施例的驱动电路采用现有技术，本领域技术人员均能通过霍尔元件、MOS管等电子元器件设计出脉宽调速的驱动电路，在此不详细赘述。

实施例3

参照图8至图12，本实施例与实施例1的区别在于：

电磁缸装置包括沿中心转轴2周向均匀布置的两个电磁缸1，每个电磁缸1包括磁极面平行相对且对称设置的两电磁铁11，两电磁铁11均为U型结构，且电气参数相同，平行对置的两电磁铁11的磁极设置为同性相斥且磁极面极性对称设置，两电磁铁11上的电感线圈串联为一相，采用双线并绕，两电感线圈的线径及匝数均相同。

转轴装置包括中心转轴2、垂直于中心转轴2设置并与中心转轴2固定连接的转盘7及固定于转盘7上沿中心转轴2周向均匀布置的五个衔铁3，中心转轴2转动设置于固定的轴承支架上，五个衔铁3悬浮设置于两电磁缸1的两电磁铁11中间，与两电磁铁11内壁之间间隙相等。转盘直径为40公分，五个衔铁为弧扇形均匀分布于转盘7周沿并与转盘7一体成型，采用5-10mm厚的软铁制成。

驱动电路包括分别用于控制两电磁缸1通断电的两双刀双掷开关K1-K1’、K2-K2’，K1与K1’同步，K2与K2’同步。双刀双掷开关采用干簧管继电器，配合磁控转盘4使用，磁控转盘4与中心转轴2同步转动，双刀双掷开关K1-K1’、K2-K2’与磁控转盘4的具***置关系设置如图12所示。双刀双掷开关也可采用现有技术中其它可实现自动控制的开关，均不影响本发明的实施。

能量转换电路，电连接两电磁缸1的两电感线圈L1-L1’、L2-L2’及双刀双掷开关K1-K1’、K2-K2’，能量转换电路还包括有用于储能或放电的超级电容器C及用于控制每个电磁缸的电感线圈充放电的四个二级管VD1、VD2、VD3、VD4，超级电容器C与电源并联。超级电容器、某相电感线圈及与电源反向连接的二级管串联，形成该相的超级电容器储能回路；超级电容器、某相电感线圈及该相对应的干簧继电器串联，形成该相的超级电容器放电回路。

能量转换电路的工作原理为：当双刀双掷开关K1-K1’闭合时，电感线圈L1-L1’通电，超级电容器C瞬间放电，对应电磁缸1的两电磁铁11产生磁曝吸引力，吸引对应衔铁3转动36°步距角，同时使双刀双掷开关K1-K1’断开、K2-K2’闭合，换缸瞬间，电感线圈L1-L1’两端的反电动势使二极管VD1、VD2导通向超级电容器C充电。同理，电感线圈L2-L2’情形亦然，交替向超级电容器C充、放电。

本实施例的电磁发动机工作时，通过控制两电磁缸1依次通断电，可驱动五个衔铁3依次转动36°角，并带动转盘7转动，从而带动中心转轴2转动。依次对两电磁缸1循环驱动即可带动中心转轴2连续旋转，实现电磁发动机的高速旋转。

上述仅为本发明的三个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种电磁发动机，其特征在于：包括固定设置的电磁缸装置及转动设置的转轴装置，电磁缸装置包括若干电磁缸，转轴装置包括中心转轴及连接于中心转轴上、可带动中心转轴旋转的活动部，每个电磁缸包括磁极面平行相对且对称设置的两电磁铁，活动部包括若干与电磁缸相配合的衔铁，衔铁活动设置于位于其运动路径上的电磁缸的两电磁铁中间；若干电磁缸设置为通过控制其通断电或换向可驱动活动部的若干衔铁沿设定方向作直线或旋转运动，并带动中心转轴转动一定角度，若干电磁缸依次驱动衔铁运动可带动中心转轴连续旋转。

2.如权利要求1所述的一种电磁发电机，其特征在于：所述电磁缸的两电磁铁的磁极设置为同性相斥。

3.如权利要求1所述的一种电磁发动机，其特征在于：包括若干电磁缸及与电磁缸一一对应设置的若干衔铁，若干衔铁分别与转轴连接，电磁缸通过通断电驱动对应衔铁按设定方向作直线或旋转运动，并带动中心转轴转动一定角度，若干电磁缸依次驱动对应衔铁运动带动中心转轴连续旋转。

4.如权利要求3所述的一种电磁发动机，其特征在于：所述中心转轴为曲轴，若干衔铁分别通过连杆偏心连接于曲轴上，并与曲轴相铰接，若干衔铁分别通过导向装置可沿设定方向作直线运动设置，电磁缸通过通断电驱动对应衔铁作直线运动，并带动曲轴旋转一定角度，若干电磁缸依次通断电并循环驱动，使若干衔铁交替作直线运动并转化为曲轴的旋转运动。

5.如权利要求3所述的一种电磁发动机，其特征在于：若干衔铁沿中心转轴轴向依次相差一定相位角设置，并与中心转轴同轴固定连接，电磁缸通过通断电可驱动对应衔铁旋转一定角度，并带动中心转轴转动一定角度，若干电磁缸依次通断电并循环驱动可带动中心转轴连续旋转。

6.如权利要求1所述的一种电磁发动机，其特征在于：所述电磁缸装置包括沿中心转轴周向均匀布置的若干电磁缸，所述活动部包括垂直于中心转轴设置的转盘及固定于转盘上沿中心转轴周向均匀布置的若干衔铁，若干电磁缸通过依次通断电或换向可驱动若干衔铁沿中心转轴周向运动并带动转盘转动，从而带动中心转轴转动。

7.如权利要求1所述的一种电磁发动机，其特征在于：所述电磁铁为U型或E型结构，平行对置的两U型电磁铁的磁极面极性对称设置，平行对置的两E型电磁铁的磁极面中间极同极性。

8.如权利要求1所述的一种电磁发动机，其特征在于：所述电磁缸的相对置的两电磁铁上的电感线圈串联或并联为一相，且采用双线并绕，两电感线圈的电参数相同。

9.如权利要求8所述的一种电磁发动机，其特征在于：还包括有驱动电路，包括用于控制各电磁缸通断电或换向的若干自动控制开关。

10.如权利要求9所述的一种电磁发电机，其特征在于：还包括有能量转换电路，电连接各电磁缸的电感线圈及自动控制开关，能量转换电路还包括有用于储能或放电的超级电容器及用于控制每个电磁缸的电感线圈充放电的若干二级管，超级电容器与电源并联，超级电容器、某相电感线圈及与电源反向连接的二级管串联，形成该相的超级电容器储能回路；超级电容器、某相电感线圈及该相对应的自动控制开关串联，形成该相的超级电容器放电回路；

自动控制开关控制某相的超级电容器放电回路导通，超级电容器放电使对应电磁缸的电感线圈通电工作，驱动对应衔铁运动，同时带动该相自动控制开关断开，下一相自动控制开关闭合，该相自动控制开关断开瞬间，该相电感线圈产生的反向电动势使对应的二极管反向导通，该相超级电容器储能回路导通，电感线圈放电，向超级电容器充电；如此循环，实现超级电容器交替充、放电。

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