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一冲程磁动机

阅读：177发布：2023-01-31

专利汇可以提供一冲程磁动机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种电磁铁两端磁极同时正向往复受力且间歇供电的一冲程磁动机，包括至少一组磁驱动单元和相应的控制单元，每组磁驱动单元各包括伸缩轴、两个滑座、N+个电磁铁和N++1个永磁铁(N+为正整数)；每组控制单元各包括电流旋转连接器和电流换向器，所述伸缩轴与连杆定位铰接并由两个滑座支撑，永磁铁极面中间为一通孔，伸缩轴穿过该通孔不与其接触，电磁铁铁芯中间为一通孔并绝缘固定套设在伸缩轴上；N++1个永磁铁依顺序同极相对并与N+个电磁铁交叉排列；控制单元设置在曲轴上，换向片与电刷的通断行程占圆周长的1/4，直流电源经控制单元后输出每周交变2次的交变电流间歇供给电磁铁，使电磁铁两端磁极和一端断电铁芯往复间歇受力，并通过曲轴的旋转输出动力。，下面是一冲程磁动机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种一冲程磁动机，包括机架(1)和安装在机架(1)上的曲轴(2)、飞轮(5)、至少一组连杆(4)和曲拐(3)，还包括磁驱动单元组(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)，每组磁驱动单元(601)各对应一组连杆(4)和曲拐(3)，每组磁驱动单元(601)各包括伸缩轴(12)、两个滑座(10和17)、N+个电磁铁和N++1个永磁铁(N+为正整数)，每组控制单元(701)各包括电流旋转连接器(8)和电流换向器(9)。
2.根据权利要求1所述的一冲程磁动机，其特征在于：所述伸缩轴(12)一端与连杆(4)前端定位铰接，伸缩轴(12)由两个滑座(10和17)支撑，并能沿轴向灵活伸缩运动，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)穿过所述通孔不与其接触，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，所述N++1个永磁铁(11、14、16)依顺序同极相对设置并与N+个电磁铁(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，所述永磁铁(11、14、16)固定在机架(1)上。
3.根据权利要求1所述的一冲程磁动机，其特征在于：所述电流旋转连接器(8)与所述电流换向器(9)均设置在所述曲轴(2)上。
4.根据权利要求1所述的一冲程磁动机，其特征在于：每组磁驱动单元(601)的N+个电磁铁(13、15)与相应的一组控制单元(701)的电流换向器(9)或电流旋转连接器(8)的任意一对电刷(24、25或20、21)由可运动电路电连接。
5.根据权利要求1或2或4所述的一冲程磁动机，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2或4所述的一冲程磁动机，其特征在于：每组磁驱动单元(601)的相邻的两个电磁铁(13、15)电枢绕组的电流方向相反。
7.根据权利要求1或2所述的一冲程磁动机，其特征在于：所述伸缩轴(12)为不导磁材料，所述两个滑座(10和17)为直线轴承。
8.根据权利要求1或2所述的一冲程磁动机，其特征在于：每组磁驱动单元(601)的N++1个永磁铁(11、14、16)和N+个电磁铁(13、15)设置在两个滑座(10、17)之间。
9.根据权利要求1或3所述的一冲程磁动机，其特征在于：所述电流换向器(9)包括固定套设在曲轴(2)上的绝缘体(26)、两个换向片(22、23)和一对电刷(24、25)，所述两个换向片(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，所述一对电刷(24和25)呈水平对立状与所述圆弧面径向摩擦接触，所述换向片(22、23)与电刷(24、25)的通断行程占圆周长的1/4。
10.根据权利要求9所述的一冲程磁动机，其特征在于：所述两个换向片(22、23)与相应的两个集电环(18、19)电路连接。

说明书全文

一冲程磁动机

技术领域

[0001] 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且间歇供电的一冲程磁动机。

背景技术

[0002] 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，随着科学的发展，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。

[0003] 目前，公知的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。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行程，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行程，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

[0004] 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且间歇供电的一冲程磁动机。

[0005] 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、至少一组连杆和曲拐，还包括至少一组磁驱动单元和相应的至少一组控制单元，每组磁驱动单元各对应着一组连杆和曲拐，每组磁驱动单元各包括伸缩轴、两个滑座、N+个电磁铁和N++1个永磁铁(N+为正整数)，所述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，并能沿轴向灵活伸缩运动，两个滑座固定在所述机架上；所述永磁铁为稀土钕铁硼永磁铁，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其接触；电磁铁铁芯轴向中间位置设有一通孔并绝缘固定套设在伸缩轴上；所述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；电磁铁行程上下止点与永磁铁留有工作间隙，所述永磁铁固定在机架上。所述N++1个永磁铁和N+个电磁铁均设置在两个滑座之间。所述每组控制单元各包括电流旋转连接器和电流换向器，所述电流旋转连接器与所述电流换向器均设置在所述曲轴上，所述电流旋转连接器包括固定套设在曲轴上的环形绝缘体、绕所述绝缘体并固设在所述绝缘体上的相互绝缘的两个集电环和对应的一对电刷。所述电流换向器包括固定套设在曲轴上绝缘体、两个换向片和一对电刷，所述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，所述一对电刷呈水平对立状与所述圆弧面径向摩擦接触；所述两个换向片与相应的两个集电环电路连接，所述N+个电磁铁与电流换向器或电流旋转连接器的任意一对电刷由可运动电路电连接，另一对电刷与相应极性的直流电源连接，所述电刷均设置在刷握内，刷握绝缘固定在相应位置的机架空间上。

[0006] 为减小伸缩轴与两个滑座的摩擦力，于是设置两个滑座为直线轴承。

[0007] 为达到正时，设置电磁铁在上下止点位置时换向片始端与电刷接触。

[0008] 断电后的电磁铁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大小相等、方向相反的两个吸引力，但当电磁铁从上(下)止点通电受力运行到行程中间位置时再断电，运动产生的惯性作用力会使电磁铁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，电磁铁便会到达下(上)止点，于是电磁铁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产生的涡流和磁滞损耗，于是尽可能延长电磁铁两次通电的间隔时间，便设置电磁铁断电点在其行程中间位置，于是设置电磁铁在其行程中间位置时换向片与电刷接触的末端脱离接触，电磁铁一个行程曲轴旋转180°，于是电磁铁的1/2个行程曲轴旋转90°，便设置换向片与电刷的通断行程对应的圆心角为90°，即换向片与电刷的通断行程占圆周长的1/4。

[0009] 导磁材料能被磁场磁化吸引，由于伸缩轴在永磁铁通孔中往复伸缩运动，为防止磁场对伸缩轴吸引而使其伸缩运动受到阻力，故伸缩轴采用不导磁材料。

[0010] 由于N++1个永磁铁依顺序同极相对，故相邻两个电磁铁对应的永磁铁磁极不同，为使相邻两个电磁铁受力的方向相同，便设置相邻两个电磁铁相同位置的磁极不同，于是设置相邻的两个电磁铁电枢绕组的电流方向相反，即相邻两个电磁铁的绕组接线方向不同。

[0011] 直流电源(经整流后的1-3相交流电或蓄电池电源)通过相应的电流旋转连接器和电流换向器后分别输出每周交变2次的交变电流供给相应一组磁驱动单元的电磁铁。

[0012] 直流电源经电流换向器后输出交变电流供给电磁铁，故电磁铁的磁极交替变换；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，于是设置电磁铁为交流电磁铁。

[0013] 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。

[0014] 有益效果

[0015] 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

[0016] 图1是本发明实施例的结构示意图。

[0017] 图2是图1中A--A剖面示意图。

[0018] 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.电刷，22、23.换向片，24、25.电刷，26.绝缘体。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图对本发明作进一步的说明：

[0020] 图1中，包括机架1和安装在机架1上的曲轴2、飞轮5、至少一组连杆4和曲拐3，包括磁驱动单元组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，控制单元组7包括相应的至少一组控制单元701，每组磁驱动单元601各对应着一组连杆4和曲拐3，每组磁驱动单元601各包括伸缩轴12、两个滑座10和17、N+个电磁铁和N++1个永磁铁(N+为正整数)，伸缩轴12的一端与连杆4前端定位铰接，伸缩轴12由两个滑座10和17支撑，并能沿轴向灵活伸缩运动，两个滑座10和17固定在机架1上，永磁铁11、14、16两极方向中间位置为一通孔，伸缩轴12穿过所述通孔不与其接触；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；N++1个永磁铁11、14、16依顺序同极相对设置，并与N+个电磁铁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，N++1个永磁铁11、14、16和N+个电磁铁13、15设置在两个滑座10和17之间。每组控制单元701各包括电流旋转连接器8和电流换向器9，电流旋转连接器8与电流换向器9均设置在曲轴2上。

[0021] 优选的，两个滑座10和17为直线轴承。

[0022] 优选的，伸缩轴12为不导磁材料。

[0023] 优选的，电磁铁13、15为交流电磁铁，所述交流电磁铁没有短路环。

[0024] 优选的，电磁铁13和15的电枢绕组的电流方向相反。

[0025] 图2所示的是电流换向器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，电刷24、25呈水平对立状与所述圆弧面径向摩擦接触。

[0026] 优选的，换向片22、23与电刷24、25的通断行程占圆周长的1/4。

[0027] 所述换向片22、23与相应的集电环19、20电路连接，电磁铁13、15与电刷24、25或电刷20、21由可运动电路(如螺旋弹簧电缆、直线导电片与电刷滑动接触等)电连接。

[0028] 下面根据图1和图2以一组磁驱动单元为例说明本发明的工作过程：

[0029] 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。

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