CN101162863B - 永磁式直流控制发动机 - Google Patents
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Abstract
永磁式直流控制发动机，它涉及一种以电磁为能源的电发动机，以解决现有磁能发动机多数都是理想状态的发动机，磁能的利用率较低，应用范围较窄，不能够满足各种动力机械的要求的问题。本发明包含n个永磁体活塞组、n个U形铁芯和n个缸盖电磁线圈，n为大于2的自然数，每个永磁体活塞组由相邻的两个永磁体活塞组成，每相邻两个永磁体活塞的极性相反，每个永磁体活塞组与前一个永磁体活塞组安装在曲轴上的相位差是360°/n，每个U形铁芯都设置在缸盖的下端面上，每个U形铁芯的每一臂的中轴线都与一个永磁体活塞的中轴线相重合，每个缸盖电磁线圈都分别缠绕在一个U形铁芯上，每个缸盖电磁线圈的电源输入端都分别与可编程分电器的一个电源输出端连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种以电磁为能源的电发动机。
背景技术
人们为了生存和工业上的各种需要，开采石油并生产各种燃料，利用燃料在燃烧时产生的能量设计制成各种动力设备和车辆，但是地球上的石油储量是有限的，而且由石油制成的燃料在燃烧后排出的废气对环境也有着很大的影响，所以人们已经开始寻找和开发新的能源，以取代石油在日常生活中的重要地位。
现有的汽车是石油的最大消耗者，大多数汽车的动力输出都是采用石油燃料在燃烧后产生的能量作为功率输出的，这种汽车采用的燃油发动机在工作时消耗了大量的氧气，并且将二氧化碳作为尾气排出，对人们的生存环境产生了巨大的危害，另外燃油发动机在工作时产生的巨大噪音也是一项待解决的重要问题。
利用永久性磁铁的磁能作为能源制造的各种动力机械具有广泛应用前景，磁能的动力机械具有不消耗氧气、不排放尾气、产生噪音较小等优点，目前已经有将磁能应用到动力机械领域的例子，如申请号为200710048235.8的发明专利公开了一种单缸电磁能发动机，其电磁能利用率不足50％，其它已有的一些磁能发动机多数也都是理想状态的发动机，存在磁能的利用率较低，应用范围较窄，不能够满足各种动力机械的要求的缺点。
发明内容
本发明为解决现有磁能发动机多数都是理想状态的发动机，磁能的利用率较低，应用范围较窄，不能够满足各种动力机械的要求的问题，提供一种永磁式直流控制发动机，它包含缸体(1)、缸套(2)、缸盖(3)、缸筒(4)、连杆(5)、曲轴(6)和可编程分电器(7)，它还包含n个永磁体活塞组、n个U形铁芯(9)和n个缸盖电磁线圈(10)，n为大于2的自然数，每个永磁体活塞组由相邻的两个永磁体活塞(8)组成，每相邻两个永磁体活塞(8)的极性相反，每个永磁体活塞组与前一个永磁体活塞组安装在曲轴(6)上的相位差是360°/n，每个U形铁芯(9)都设置在缸盖(3)的下端面上，每个U形铁芯(9)的每一臂的中轴线都与一个永磁体活塞(8)的中轴线相重合，每个缸盖电磁线圈(10)都分别缠绕在一个U形铁芯(9)上，每个缸盖电磁线圈(10)的电源输入端都分别与可编程分电器(7)的一个电源输出端连接，可编程分电器(7)的电源输入端与供电电源(14)的电源输出端连接，它还包括调速电阻(13)和n个三极管(15)，调速电阻(13)的第一固定端和每个三极管(15)的集电极都与供电电源(14)的正极端连接，调速电阻(13)的滑动端与可编程分电器(7)的正极输入端连接，每个三极管(15)的基极都分别与可编程分电器(7)的一个第一输出端连接，每个三极管(15)的发射极都分别与一个缸盖电磁线圈(10)的第一端连接，每个缸盖电磁线圈(10)的第二端都分别与可编程分电器(7)的一个第二输出端连接，可编程分电器(7)的负极输入端和调速电阻的第二固定端都与供电电源(14)的负极端连接。
本发明还提供了另一个技术方案，它包含缸体1、缸套2、缸盖3、缸筒4、连杆5、曲轴6、可编程分电器7、它还包含四个永磁体活塞8、两个U形铁芯9和两个缸盖电磁线圈10，每相邻两个永磁体活塞8的极性相反，每相邻两个永磁体活塞8之间的相位差是90°，每个U形铁芯9都设置在缸盖3的下端面上，每个U形铁芯9的每一臂的中轴线都与一个永磁体活塞8的中轴线相重合，每个缸盖电磁线圈10都分别缠绕在一个U形铁芯9上，每个缸盖电磁线圈10的电源输入端都分别与可编程分电器7的一个电源输出端连接，可编程分电器7的电源输入端与供电电源14的电源输出端连接。
发明效果：本发明的发动机的电磁能在永磁体活塞上行和下行的两个过程中都做功，电磁能利用率可达90％以上；本发明发动机的缸数与n的数值成正比，能够实现四缸高转速以及多缸大功率输出的发动机，可用于汽车、轮船、火车、飞机和发电厂等多种动力机械领域。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；图2是本发明的电路结构示意图；图3是具体实施方式五的电路结构示意图；图4是具体实施方式七的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1、图2，本实施方式由缸体1、缸套2、缸盖3、缸筒4、连杆5、曲轴6、可编程分电器7、n个永磁体活塞组、n个U形铁芯9和n个缸盖电磁线圈10组成，n为大于2的自然数，每个永磁体活塞组由相邻的两个永磁体活塞8组成，每相邻两个永磁体活塞8的极性相反，每个永磁体活塞组与前一个永磁体活塞组安装在曲轴6上的相位差是360°/n，每个U形铁芯9都设置在缸盖3的下端面上，每个U形铁芯9的每一臂的中轴线都与一个永磁体活塞8的中轴线相重合，每个缸盖电磁线圈10都分别缠绕在一个U形铁芯9上，每个缸盖电磁线圈10的电源输入端都分别与可编程分电器7的一个电源输出端连接，可编程分电器7的电源输入端与供电电源14的电源输出端连接。每个可编程分电器7有n个第一输出端和n个第二输出端，每个缸盖电磁线圈10的两端都分别与一个第一输出端和一个第二输出端连接。所述缸体1可采用铸铝或其它硬度较高、重量较轻并且不会对永磁铁产生磁感应的材料，以免永磁体对缸体1的各个侧壁产生吸附力而影响永磁体的性能；所述缸盖3的材质可采用硅钢；所述缸套2、缸筒4和连杆5的材质为白钢或其它对永磁铁不产生磁感应的坚硬材料；所述可编程分电器7可采用DSP TMS320F240型微处理器。
工作原理：本发明的缸体1可以采用现有燃油发动机的机体结构和润滑系统，由于磁能做功时的发热量较低，缸体1可以采用风冷散热结构。当永磁体活塞8处于下行状态时，缸盖电磁线圈10中通有正向直流电，永磁体活塞8受到U形铁芯9向下的排斥力做功；当永磁体活塞8处于上行状态时，缸盖电磁线圈10中通有反向直流电，永磁体活塞8受到U形铁芯9向上的吸引力做功；当永磁体活塞8转动360°时完成一个做功过程。
具体实施方式二：参见图1，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于每个缸盖电感线圈10的两端都分别缠绕在每个U形铁芯9的两臂的下端上。U形铁芯9产生电磁感应后两臂的磁性最大，所以将缸盖电感线圈10缠绕在U形铁芯9的两臂上能够最大限度的利用电磁能。
具体实施方式三：参见图1，本实施方式在具体实施方式一的基础上增加了n个缸套电磁线圈11，每个缸套电磁线圈11都分别从一个连杆5中穿过并设置在缸筒4的下端面上，每个缸套电磁线圈11都先分别与一个对应的缸盖电磁线圈10并联，然后串联在可编程分电器7的两个电源输出端上。在每个缸套电磁线圈11中通过与对应缸套电磁线圈10相同方向的电流，可以同时对永磁体活塞8做功，提高了电磁能的利用效率。
具体实施方式四：参见图1，本实施方式在具体实施方式一的基础上增加了n个孔12，每个孔12分别开在缸体1下端的安装有永磁体活塞8的位置上。由于永磁体活塞8的磁性在做功的过程中会有损失，所以工作一定时间就需要对永磁体活塞8进行充磁，孔12可以使永磁体活塞8较容易从缸体1中拆卸并取出。
具体实施方式五：参见图3，本实施方式在具体实施方式一的基础上增加了调速电阻13和n个三极管15，调速电阻13的第一固定端和每个三极管15的集电极都与供电电源14的正极端连接，调速电阻13的滑动端与可编程分电器7的正极输入端连接，每个三极管15的基极都分别与可编程分电器7的一个第一输出端连接，每个三极管15的发射极都分别与一个缸盖电磁线圈10的第一端连接，每个缸盖电磁线圈10的第二端都分别与可编程分电器7的一个第二输出端连接，可编程分电器7的负极输入端和调速电阻的第二固定端都与供电电源14的负极端连接。三极管15可以增强电路的驱动能力，实现小电流对大电流的控制，缸盖电磁线圈10中通入的电流大小决定U形铁芯9对永磁体活塞8作用力的大小，电流大则永磁体活塞8的转速高，电流小则永磁体活塞8的转速低，没有电流通入时永磁体活塞8也对U形铁芯9产生吸引力，但U形铁芯9产生的磁场强度不能大于永磁体活塞8的磁场强度，否则会导致永磁体活塞8失磁，造成发动机不能工作。本实施方式还可以增加一个功率增大电阻、n个三极管15和n个缸盖电磁线圈10，将功率增大电阻并联在调速电阻13的两个固定端，每个三极管15的集电极都与供电电源14的正极端连接，每个三极管15的基极都分别与可编程分电器7的一个第一输出端连接，每个三极管15的发射极都分别与一个缸盖电磁线圈10的第一端连接，每个缸盖电磁线圈10的第二端都分别与可编程分电器7的一个第二输出端连接，当负荷较大、发动机转速降低时，可调整功率增大电阻以提高发动机的功率。
具体实施方式六：参见图1、图2，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述永磁体活塞8的组数为三组，U形铁芯9的数量为三个，第一电磁线圈9的数量为三个，每个永磁体活塞组与前一个永磁体活塞组安装在曲轴6上的相位差为120°。
当曲轴6从0°开始转动时，第一个永磁体活塞组位于曲轴6的0°相位，第一个缸盖电磁线圈10内有正向电流通过，第一个永磁体活塞组受到第一个U形铁芯9的排斥力下行，第二个永磁体活塞组位于曲轴6的240°相位，第二个缸盖电磁线圈10内有反向电流通过，第二个永磁体活塞组受到第二个U形铁芯9的吸引力上行，第三个缸盖电磁线圈10内有正向电流通过，第三个永磁体活塞组位于曲轴6的120°相位，第三个永磁体活塞组8受到第三个U形铁芯9的排斥力下行；
当曲轴6转动到55°相位时，第三个永磁体活塞组位于曲轴6的175°相位并处于下行状态，此时可编程分电器7的第三电源输出端与第三个缸盖电磁线圈10的电源输入端断开连接，第三个永磁体活塞组受到第三个U形铁芯9的排斥力停止；
当曲轴6转动到65°相位时，第三个永磁体活塞组位于曲轴6的185°相位并处于上行状态，可编程分电器7的电源输出端与第三个缸盖电磁线圈10的电源输入端反向连通，第三个永磁体活塞组受到第三个U形铁芯9的吸引力；
当曲轴6转动到115°相位时，第二个永磁体活塞组位于曲轴6的355°相位并处于上行状态，可编程分电器7的第二电源输出端与第二个缸盖电磁线圈10的电源输入端断开连接，第二个永磁体活塞组受到第二个U形铁芯9的吸引力停止；
当曲轴6转动到119°相位时，第二个永磁体活塞组位于曲轴6的359°相位并处于上行状态，可编程分电器7的第二电源输出端第二个缸盖电磁线圈10的电源输入端正向连通，第二个永磁体活塞组受到第二个U形铁芯9的排斥力；
当曲轴6转动到175°相位时，第一个永磁体活塞组位于曲轴6的175°相位并处于下行状态，可编程分电器7的第一电源输出端与第一个缸盖电磁线圈10的电源输入端断开连接，第一个永磁体活塞组受到第一个U形铁芯9的排斥力停止；
当曲轴6转动到185°相位时，第一个永磁体活塞组位于曲轴6的185°相位并处于上行状态，可编程分电器7的第一电源输出端与第一个缸盖电磁线圈10的电源输入端反向连通，第一个永磁体活塞组受到第一个U形铁芯9的吸引力；
当曲轴6转动到235°相位时，第三个永磁体活塞组位于曲轴6的355°相位并处于上行状态，可编程分电器7的第三电源输出端与第三个缸盖电磁线圈10的电源输入端断开连接，第三个永磁体活塞组受到第三个U形铁芯9的吸引力停止；
当曲轴6转动到239°相位时，第三个永磁体活塞组位于曲轴6的359°相位并处于上行状态，可编程分电器7的第三电源输出端与第三个缸盖电磁线圈10的电源输入端正向连通，第三个永磁体活塞组受到第三个U形铁芯9的排斥力；
当曲轴6转动到295°相位时，第二个永磁体活塞组位于曲轴6的175°相位并处于下行状态，可编程分电器7的第二电源输出端与第二个缸盖电磁线圈10的电源输入端断开连接，第二个永磁体活塞组受到第二个U形铁芯9的排斥力停止；
当曲轴6转动到305°相位时，第二个永磁体活塞组位于曲轴6的185°相位并处于上行状态，可编程分电器7的第二电源输出端与第二个缸盖电磁线圈10的电源输入端反向连通，第二个永磁体活塞组受到第二个U形铁芯9的吸引力；
当曲轴6转动到355°相位时，第一个永磁体活塞组位于曲轴6的355°相位并处于上行状态，可编程分电器7的第一电源输出端与第一个缸盖电磁线圈10的电源输入端断开连接，第一个永磁体活塞组受到第一个U形铁芯9的吸引力停止；
当曲轴6转动到359°相位时，第一个永磁体活塞组位于曲轴6的359°相位并处于上行状态，可编程分电器7的第一电源输出端与第一个缸盖电磁线圈10的电源输入端正向连通，第一个永磁体活塞组受到第一个U形铁芯9的排斥力；
当曲轴6转动到360°相位时，第一个永磁体活塞组完成一个行程的做功，此时第二个永磁体活塞组8与第三个永磁体活塞组也都完成一个行程的做功。
具体实施方式七：参见图4，本实施方式由缸体1、缸套2、缸盖3、缸筒4、连杆5、曲轴6、可编程分电器7、四个永磁体活塞8、两个U形铁芯9和两个缸盖电磁线圈10组成，第二个永磁体活塞8与第一个永磁体活塞8的极性相同，第二个永磁体活塞8与第一个永磁体活塞8安装在曲轴上的相位差为180°，第三个永磁体活塞8与第二个永磁体活塞8的极性相反，第三个永磁体活塞8与第二个永磁体活塞8安装在曲轴上的相位差为90°，第四个永磁体活塞8与第三个永磁体活塞8的极性相同，第四个永磁体活塞8与第三个永磁体活塞8安装在曲轴上的相位差为180°，每个U形铁芯9都设置在缸盖3的下端面上，每个U形铁芯9的每一臂的中轴线都与一个永磁体活塞8的中轴线相重合，每个缸盖电磁线圈10都分别缠绕在一个U形铁芯9上，每个缸盖电磁线圈10的电源输入端都分别与可编程分电器7的一个电源输出端连接，可编程分电器7的电源输入端与供电电源14的电源输出端连接。若将四个永磁体活塞8分成两组并分别设置在曲轴6的0°和180°相位时，即使缸盖电磁线圈10有电流通过也不能使永磁体活塞8转动，此时就需要一个启动装置，若将四个永磁体活塞8分别设置在曲轴6的0°、180°、90°和270°相位就不需要启动装置，只要缸盖电磁线圈10有电流通过即可使永磁体活塞8转动，四个永磁体活塞8可实现高转速发动机。
Claims (1)
1.永磁式直流控制发动机，它包含缸体(1)、缸套(2)、缸盖(3)、缸筒(4)、连杆(5)、曲轴(6)和可编程分电器(7)，它还包含n个永磁体活塞组、n个U形铁芯(9)和n个缸盖电磁线圈(10)，n为大于2的自然数，每个永磁体活塞组由相邻的两个永磁体活塞(8)组成，每相邻两个永磁体活塞(8)的极性相反，每个永磁体活塞组与前一个永磁体活塞组安装在曲轴(6)上的相位差是360°/n，每个U形铁芯(9)都设置在缸盖(3)的下端面上，每个U形铁芯(9)的每一臂的中轴线都与一个永磁体活塞(8)的中轴线相重合，每个缸盖电磁线圈(10)都分别缠绕在一个U形铁芯(9)上，每个缸盖电磁线圈(10)的电源输入端都分别与可编程分电器(7)的一个电源输出端连接，可编程分电器(7)的电源输入端与供电电源(14)的电源输出端连接，其特征在于它还包括调速电阻(13)和n个三极管(15)，调速电阻(13)的第一固定端和每个三极管(15)的集电极都与供电电源(14)的正极端连接，调速电阻(13)的滑动端与可编程分电器(7)的正极输入端连接，每个三极管(15)的基极都分别与可编程分电器(7)的一个第一输出端连接，每个三极管(15)的发射极都分别与一个缸盖电磁线圈(10)的第一端连接，每个缸盖电磁线圈(10)的第二端都分别与可编程分电器(7)的一个第二输出端连接，可编程分电器(7)的负极输入端和调速电阻的第二固定端都与供电电源(14)的负极端连接。
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