CN101178057A

CN101178057A - 重力发动机

Info

Publication number: CN101178057A
Application number: CNA2006101380770A
Authority: CN
Inventors: 陈德义
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-11-07
Filing date: 2006-11-07
Publication date: 2008-05-14
Anticipated expiration: 2026-11-07
Also published as: CN101178057B

Abstract

一种重力发动机，其特征在于：包括基座、摇臂、直线电机、重力铁、连杆、曲柄和动力输出轴，摇臂的中部铰连在基座的顶端，直线电机的定子固定在摇臂上侧；在所述的动子上设有重力铁，所述的摇臂通过连杆与连接在动力输出轴上的曲柄构成曲柄连杆机构，该动力输出轴转动支撑在所述的基座上。本发明的优点是：由于直线电动机的动子线圈的磁场与定子的永磁体相互作用而产生直线运动，不需要能量的多次转换或旋转触头的供电，降低了能量的损耗，提高了工作效率；简化了电动机结构。

Description

重力发动机

技术领域

本发明涉及一种发动机，是一种利用重力的移动将直线运动变换为转动机械动力的装置，可直接用于驱动需要大扭距、低转速的设备(如球磨机)，也可通过增速作为高速运转设备的动力，如带动发电机发电等。

背景技术

现有的大功率电动机需要采用励磁线圈产生磁场，通过转子磁场与定子磁场的相互作用产生转动的机械动力。其缺点是：要么给转子供电需要滑环和触头(如炭刷)，容易磨损和发生事故，使用寿命短；要么靠旋转磁场激励转子产生感应磁场，后者与旋转磁场相互作用使转子产生旋转动力，由于各种形态的能量多次转换，导致能量的损失增加，工作效率降低；旋转电机的结构复杂。

发明内容

本发明的目的就是提供一种重力发动机，以解决现有普通旋转电动机存在的给转子供电需要滑环和触头容易磨损和发生事故，使用寿命短；各种形态的能量多次转换，导致能量的损失增加，工作效率降低，以及结构复杂的问题。

本发明的技术方案是：包括基座、摇臂、直线电机、重力铁、连杆、曲柄和动力输出轴，摇臂的中部铰连在基座的顶端，直线电机的定子固定在摇臂上侧；在所述的动子上设有重力铁，所述的摇臂通过连杆与连接在动力输出轴上的曲柄构成曲柄连杆机构，该动力输出轴转动支撑在所述的基座上。

所述的重力铁由相互连接的前重力铁和后重力铁组成，所述的直线电机的动子和前重力铁分别置于所述摇臂前部和定子的滑轨上，在所述的动子上设有后重力铁；在所述的动力输出轴上装有飞轮，所述的直线电机的定子固定在摇臂上侧的后部；所述的摇臂前端与一个所述的连杆曲柄机构相连接。

所述的连杆曲柄机构有两个，它们的连杆分别连接在所述摇臂的前部和后部，该两个连杆曲柄机构的曲柄同轴连接并与所述的动力输出轴同轴连接，两个曲柄相差180度的角度。

本发明的优点是：由于直线电动机的动子线圈的磁场与定子的永磁体相互作用而产生直线运动，不需要能量的多次转换或旋转触头的供电，降低了能量的损耗，提高了工作效率；简化了电动机结构。

附图说明

图1是本发明一个实施例的总体结构示意图；

图2是本发明另一个实施例的总体结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明该实施例包括基座1、摇臂3、由动子5和定子4组成的直线电机、前重力铁7、后重力铁6、连杆9、曲柄12和飞轮10。摇臂3的中部通过中轴2铰连在基座1的顶端，直线电机的定子4固定在摇臂3后部的上侧，在该定子4和摇臂3上设有贯通的滑轨8，直线电机的动子5和前重力铁7分别置于所述摇臂3的前部和定子4的滑轨8上，在所述的动子5上设有后重力铁6。该前、后重力铁7和6之间相互连接。曲柄12的一端连接在飞轮10的轴11上，摇臂3的前端与连杆9的上端铰连，连杆9的下端与曲柄12的另一端铰连。该飞轮10的轴(曲轴)11转动支撑在基座1的一侧上，飞轮轴11作为动力输出轴，需要改变转速时可以在飞轮轴11上连接变速器，根据需要增速或减速。

参见图2，该实施例的连杆曲柄机构有两个，它们的连杆9和9′分别通过万向节13和13′连接在所述摇臂3的前部和后部，该两个连杆曲柄机构的曲柄12和12′同轴连接并与所述的动力输出轴11同轴连接，两个曲柄相差180度的角度。动力输出轴11的一端或两端与被驱动机器14(如发电机)连接。

本发明的工作原理是(以图1中的实施例为例)：

直线电机在控制装置的控制下，其动子5带动两个重力铁6和7运动，当动子5由摇臂3的尾端(右端)运行至中轴2处时，停止不动。重力铁6的平衡作用力等于零，重力铁7同时运行至摇臂3的首端(左端)，使摇臂3的首端得到最大的势能，此势能经连杆9推动曲柄12由上向下旋转，飞轮10同时得到并储存了能量。其作用是平衡转速和根除曲柄12的旋转死角。当曲柄12旋转90°时，摇臂3由上止点到达下止点，直线电机重新启动，其动子5反方向运行至摇臂3的尾端后停止，重力铁6也随动子5从中轴2处移动至摇臂3的尾端，而重力铁7此时则处于中轴2处，对摇臂3两端的重力相等，重力铁6使摇臂3的尾端得到最大的重力势能，摇臂3的尾端在该最大重力的作用力下向下运动。根据杠杆原理，摇臂3的首端则向上运动，使摇臂3拉动连杆由下止点向上止点运动，完成一个工作循环。

改变直线电机动子5的运行速度就改变了摇臂3单位时间的冲次，从而改变本发动机的转速。改变重力铁6和7的重量，就可以改变本发动机的输出功率。综上所述，本压力发动机是利用永磁直线电机带动重力铁6和7进行往复直线运动，从而改变摇臂3作用力的方向，使摇臂3带动曲柄12进行圆周运动，从而使曲轴11的输出端输出旋转的机械能。

直线电机没有传动装置，定子4直接带动动子5滑动运行，不需要输出电磁转距，只要产生电磁力就可以了，是一种把电能直接转换成直线往复运动机械能的电力传动装置。在本压力发动机中，它的主要任务是改变摇臂3作用力的大小和方向，摇臂3经连杆9将势能传给曲柄12带动曲轴11将势能转变为机械能。由于摇臂3的最大运动角度范围为90°(以水平位置为0°，运动时为+45°至-45°)，所以直线电机带动重力铁6和7运动时坡度是45°，需要移动重力的电磁拉力为重力的0.707倍，工作时间为30％间歇工作。

根据电磁力的计算方法F＝BINL，可以计算出所需电磁力的大小，另一方面，钕铁硼永磁材料是迄今为止人类获得的最强的永磁材料，在永磁直线电机中，定子磁极按要求合理分布，不需要消耗任何能量，就可以获得较高的磁感应强度B，所以动子带动重力铁往复运动时，吸取电功率转化为电磁拉力，从而带动重力铁移动，以改变摇臂作用力的大小和方向。

摇臂上的重力铁可以从几百kg至几千kg，此重力通过曲柄传给曲轴，曲柄的长度是摇臂行程的一半，即1/2行程，曲轴上得到的转距是力与力臂的乘积，即转距M＝F*D/2(其中M为转距，D为曲柄的旋转直径，D/2＝曲柄的长度)。

例如：摇臂3的长度为4米，与中轴的距离为2米，运行角度为90°，摇臂3的冲程为2√2＝2.828米，连杆9的长度＝3米，曲轴11的最大旋转半径为1/2冲程，为1.414米≈1.4米，后重力铁6的质量F1＝直线电机动子的自身重量加上铁重＝500kg，前重力铁7的质量F2＝500kg，永磁直线电机的运行速度为2米/秒，冲次为20次，

则：发动机的转速为20r/min，

角速度为2.09度/秒，

转距为1.4m×500kg×9.81＝6867牛顿·m，

输出的机械功率为：Ω·M＝14352.03W＝14.35KW

当效率为98％时，输出功率为14KW。

本压力发动机的输出转速是由永磁直线电机的运行速度和往返频率决定的，可以采用步进式调压调速或变频调速等方法进行开环控制，或闭环控制，直线电机动子总是在摇臂处于45°时(以水平位置为0°)由低处向高处运行，当达到终点后采用电磁制动或机械自动等方式使其停在原处不动，摇臂便得到了最大势能，并经联杆将此势能转化为机械能带动曲轴旋转180°，曲轴旋转一周的工作过程和燃油发动机一样，单缸两个冲程，双缸四个冲程，使曲轴旋转一周。也可以根据需要采用多冲次以增加输出扭距。

综上所述，本发明是利用永磁直线电来改变摇臂作用力的大小和方向，从而使摇臂得到了势能，并通过曲柄和曲轴把摇臂上的势能转化为机械能的换能设备，直线电机吸取的是电功率。产生的作用是电磁拉力，带动重力铁运行的拉力是重力铁重力的0.707倍，小于重力铁的重力，重力铁与曲柄通过曲轴输出的是转距，是重力乘以曲柄的旋转半径。即力与力臂的乘积.因此改变摇臂的长度和直线电机的运行距离，就可以改变曲柄的旋转半径。

本发明不同于燃油发动机，燃油发动机是利用油料压缩点火，爆发后活塞经联杆、曲柄推动曲轴旋转，输出机械能，消耗的是油料。而本压力发动机消耗的是电能，转换的是机械能；也不同于旋转电动机，旋转电动机是利用定、转子两个磁场在气隙中相互作用，产生电磁转矩，转轴输出机械能。以三相异步电动机为例，其工作过程需要经历电(给定子绕组通电)→磁(定子绕组生产旋转磁场)→电(转子产生感应电流)→磁(转子的电流产生磁场)→机械能(转子的转动)等多个能量变换过程，因此其输入的电功率的损失包含铁耗、铜耗、机械耗、磁场损耗及杂散损耗等。

而本发明是采用杠杆的原理，利用了永磁直线电动机的动子带动重力铁运动，改变杠杆的压力点，使曲柄得到大小相等、方向相反的两个作用力，带动曲轴旋转，从而输出机械能。

直线电机输入的电功率是产生电磁力，改变的是曲柄受力的方向，和受力点的移动，而曲轴输出的是机械功率，是力与力臂的乘积，等于轴上输出的力扩大了旋转半径的倍数，可以根据需要增加输出力矩。

综上所述，本发明是把电能转换为机械能的换能设备，与电动机不同的是合理巧妙的利用了杠杆的原理，采用了与电动机不同的转换方式，将直线运动变换为旋转运动，并可根据需要增加输出力矩，特别适用于需要大力矩得场合，扩大了适用范围，提高了转换效率，从而达到了高效节能的目的。

Claims

1.一种重力发动机，其特征在于：包括基座、摇臂、直线电机、重力铁、连杆、曲柄和动力输出轴，摇臂的中部铰连在基座的顶端，直线电机的定子固定在摇臂上侧；在所述的动子上设有重力铁，所述的摇臂通过连杆与连接在动力输出轴上的曲柄构成曲柄连杆机构，该动力输出轴转动支撑在所述的基座上。

2.根据权利要求1所述的重力发动机，其特征在于：所述的重力铁由相互连接的前重力铁和后重力铁组成，所述的直线电机的动子和前重力铁分别置于所述摇臂前部和定子的滑轨上，在所述的动子上设有后重力铁；在所述的动力输出轴上装有飞轮，所述的直线电机的定子固定在摇臂上侧的后部；所述的摇臂前端与一个所述的连杆曲柄机构相连接。

3.根据权利要求1所述的重力发动机，其特征在于：所述的连杆曲柄机构有两个，它们的连杆分别连接在所述摇臂的前部和后部，该两个连杆曲柄机构的曲柄同轴连接并与所述的动力输出轴同轴连接，两个曲柄相差180度的角度。