CN102158141B - 一种发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发动机，该发动机包括脉冲功率信号电源、上横梁和下横梁，在上横梁和下横梁之间安装有滑轨，在上横梁设置一个固定U形电磁铁，在滑轨上设置一个活动U形电磁铁，这两个电磁铁的线圈串联在一起；活动U形电磁铁的U型底端连接到连杆的一端，连杆穿过下横梁，连杆的另一端连接到动力传动装置。本发明的利用U形电磁铁代替目前电磁发动机的条形电磁铁，两个U形电磁铁被设计成一个固定在汽缸顶部，一个活动作为活塞用，U形电磁铁的磁极使用率为100%，可以大大地提高电磁发动机的输出效率。此外，本发明还利用滑轨代替目前的圆筒形汽缸，简化了结构和改善了电磁发动机的散热。
Description
技术领域
本发明涉及发动机领域，尤其是一种U形电磁铁发动机，其可以用作电动汽车的发动机。
背景技术
对于现有的发动机设计中，主要存在以下几个特点：
对称分布的条形电磁铁在电磁发动机上被广泛的应用，如【段志河，张克军．电磁发动机：中国，03121327［P］．2003-11-19．】、【Barbier, Patrice, Jean Daniel. Electromagnetic Power Device Adaptable For A Spark-Ignition Engine: WO/2010/049744[P]. 1989-07-26】、【 希蒙·埃尔马莱．电磁发动机：中国，CN101194409［P］．2008-06-04．】、【李宝泉． 无缸电磁发动机：中国，200720011924.7［P］．2008-03-26．】、【王志云． 电磁发动机：中国，200710048235.8［P］．2007-09-12．】，但是条形电磁铁对磁极的使用率仅为50%。
固定电磁铁与活动电磁铁（活塞）的对称设计，如【马德良．弹簧电磁发动机：中国，98222432.X［P］．1989-07-26．】、【唐红雨． 一种电磁发动机：中国，200720116383.4［P］．2008-04-16】、【章绍京． 尖顶式滚珠活塞电磁发动机：中国，98227367.3［P］．1999-10-06】、【罗德里克·A·海德．电磁发动机：中国， 200880118954.5［P］．2010-11-10】、【高鹏．电磁发动机：中国， 200920222600.7［P］．1989-07-26．】，特别是在设计较大功率的发动机时，使得活动电磁铁的质量变大，这就会减小发动机输出效率。
圆筒形汽缸设计的电磁发动机结构复杂，不利于散热；而且直流电源是电磁发动机采用的主要电源形式，如【李华兵．电磁发动机：中国， 200410060143.8［P］．2010-06-09．】、【姜锡洲．3一种温热外敷药制备方案：中国，881056078［P］．1989-07-26】、【张焕忠，王永明．新型电磁发动机：中国，86104709［P］．1986-07-10．】、【张焕忠，王永明．活塞式电磁发动机与摆盘式电磁发动机：中国，86108222［P］．1988-06-29】、【陈德义．反应式电磁发动机：中国，96103389.4［P］．1996-04-09．】，直流电源的通断用行程开关来控制，以实现活塞的往复运动。如果要改变电磁发动机的功率和速度，必须调节直流的电压。以衔铁作为电磁力作用对象的电磁发动机，如【薛 卫．一种电磁发动机：中国，CN1801584［P］．2006-07-12．】、【王 建．电磁发动机：中国，200810144508.3［P］．2010-1-27】。电磁铁固定不动，衔铁在电磁力的作用下上下运动，这种电磁发动机的电磁场的分布是均匀的，决定了衔铁的受力也是均匀的，要提高瞬间冲量就必须增加电场强度。
发明内容
本发明为了克服目前电磁发动机存在的缺陷，提供一种发动机，该发动机包括脉冲功率信号电源、上横梁和下横梁，在上横梁和下横梁之间安装有滑轨，在上横梁设置一个固定U形电磁铁，在滑轨上设置一个活动U形电磁铁；活动U形电磁铁的U形底端连接到连杆的一端,连杆穿过下横梁，连杆的另一端连接到动力传动装置。
本发明利用U形电磁铁代替目前电磁发动机的条形电磁铁，两个U形电磁铁被设计成一个固定在汽缸顶部，一个活动作为活塞用，U形电磁铁的磁极使用率为100%，可以大大地提高电磁发动机的输出效率。此外，本发明还利用滑轨代替目前的圆筒形汽缸，简化了结构和改善了电磁发动机的散热。
根据本发明的一个实施例，所述电动机的固定U形电磁铁的N极和活动U形电磁铁的N极相对，固定U形电磁铁的S极和活动U形电磁铁的S极相对。
根据本发明的一个实施例，所述固定U形电磁铁和活动U形电磁铁都为T形铁芯，这样可以增加受力面积。
根据本发明的一个实施例，所述脉冲功率信号电源占空比和频率可调。由于采用占空比和频率都可以调节的脉冲功率信号作为电源，能够非常方便地实现电磁发动机活塞的往复运动、功率和速度的调节。
根据本发明的一个实施例，所述活动U形电磁铁比固定U形电磁铁的质量小。由于固定电磁铁与活动电磁铁（活塞）之间采用非对称设计，活动电磁铁（活塞）比固定电磁铁的质量小，提高了电磁发动机的输出效率。
据本发明的一个实施例，所述活动U形电磁铁和固定U形电磁铁的线圈串联。由于两个电磁铁的线圈串联，大大简化了控制。
根据本发明的实施例，所述活动U形电磁铁通过滑槽固定在滑轨上。所述动力传动装置包括曲柄和转动轴。
针对目前电磁发动机存在的缺陷，本设计在现有的电磁发动机的基础上作了如下的改进： 1.利用U形电磁铁代替目前电磁发动机的条形电磁铁，两个U形电磁铁被设计成一个固定在汽缸顶部，一个活动作为活塞用。U形电磁铁的磁极使用率为100%，可以大大地提高电磁发动机的输出效率；2. 固定电磁铁与活动电磁铁（活塞）之间采用非对称设计，活动电磁铁（活塞）比固定电磁铁的质量小，提高了电磁发动机的输出效率；3.利用滑轨代替目前的圆筒形汽缸，简化了结构和改善了电磁发动机的散热；4. 采用占空比和频率都可以调节的脉冲功率信号作为电源，能够非常方便地实现电磁发动机活塞的往复运动、功率和速度的调节；5.两个电磁铁的线圈串联，大大简化了控制。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的电动机结构示意图。
其图1中，1.上横梁 2.U形固定电磁铁 3.电流方向；4.脉冲功率信号电源(占空比和频率可调) 5.T形铁芯 6.磁场方向7.滑槽 8.U形活动电磁铁(活塞) 9.滑轨10.下横梁 11. 连杆 12.曲柄 13.转动轴。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1所示的电动机结构示意图，包括上横梁1和下横梁10，在上横梁1和下横梁10之间安装有滑轨9，在滑轨9上设置有滑槽7，用于连接活动U形电磁铁8和滑轨9；在上横梁1设置一个固定U形电磁铁2，在滑轨9上设置一个活动U形电磁铁8，其通过滑槽7固定在滑轨9上；活动U形电磁铁8的U型底端连接到连杆11的一端，起到一个活塞作用。连杆11穿过下横梁10，通过下横梁10起到导向作用，连杆11的另一端连接到动力传动装置，用于把活动电磁铁的往复运动转换成旋转运动。其中动力传动装置和现有方式相同，主要包括曲柄12和转动轴13。发电机的还包括一脉冲功率信号电源4，其占空比和频率可调。
其中，为增加受力面积，固定U形电磁铁2和活动U形电磁铁8都选用T形铁芯,如图1所示的5。此外，固定U形电磁铁2和活动U形电磁铁8的N、S极相向布置，即固定U形电磁铁2的N极和活动U形电磁铁8的N极相对，固定U形电磁铁2的S极和活动U形电磁铁8的S极相对。
活动电磁铁受力和运动过程如下：第一冲程，电源电压保持高电平，在磁场排斥力的作用下沿滑轨向下运动直到最低点，这一过程中活塞受力与磁间距成反比。第二冲程，电平变为零时，活塞受力为零，仅在惯性的作用下由最低点沿滑轨向上运动回到初始位置，完成一个循环。
另外，通过调节脉冲信息电源的频率可以改变活塞的运动速度，最终改变发动机的转速。由于电压保持不变，活塞的受力也就不变，所以活塞的受力时间与发动机的输出功率成正比，改变脉冲的占空比可以改变活塞的受力时间，进而改变发动机的输出功率。在活塞的运动过程中，它与固定电磁铁的间距是变化的，在电源电压保持不变的条件下，磁场力也是变化的。这与目前的燃油发动机的活塞受力和运动过程基本相同，因此本设计是利用电磁力相互排斥做功直接来对燃油发动机的膨胀做功的模拟。可以直接利用目前燃油发动机的控制方法来设计电磁发动机。
作为本发明的进一步改进，固定U形电磁铁2与活动U形电磁铁8之间采用非对称设计，即活动U形电磁铁8比固定U形电磁铁2的质量小一些，这样可以大大地提高电磁发动机的输出效率。
作为本发明的进一步改进，两个电磁铁的线圈串联，这样可以大大简化控制。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (1)
1.一种发动机，包括脉冲功率信号电源、上横梁和下横梁，在上横梁和下横梁之间安装有滑轨，在上横梁设置一个固定U形电磁铁，在滑轨上设置一个活动U形电磁铁；活动U形电磁铁的U形底端连接到连杆的一端,连杆穿过下横梁，连杆的另一端连接到动力传动装置，所述脉冲功率信号电源占空比和频率可调，第一冲程，电源电压保持高电平，活动U形电磁铁在磁场排斥力的作用下沿滑轨向下运动直到最低点；第二冲程，电源电平为零，活动U形电磁铁在惯性的作用下由最低点沿滑轨向上运动回到初始位置，完成一个循环，其特征在于，所述活动U形电磁铁比固定U形电磁铁的质量小，所述活动U形电磁铁和固定U形电磁铁的线圈串联；所述发动机的固定U形电磁铁的N极和活动U形电磁铁的N极相对，固定U形电磁铁的S极和活动U形电磁铁的S极相对；所述固定U形电磁铁和活动U形电磁铁都为T形铁芯；所述活动U形电磁铁通过滑槽固定在滑轨上；所述动力传动装置包括曲柄和转动轴。
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