CN103931090B - 电动往复式电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电机，更特别地，本发明涉及一种代替用于一般应用的传统电机的电机，该电机包括至少一个推进单元（101）并包括用于对推进单元（101）供应电流的装置。推进单元（101）包括推进构件（11）和壳体（12），该壳体具有固定至相对侧的一对第一引导件（13），并具有沿着所述壳体（12）的表面隔开并设置的多个第二引导件（14），该壳体用于容纳并致动推进构件（11）。

Description

电动往复式电机
技术领域
本发明涉及一种电机，更特别地，涉及一种用于一般应用的电机。
发明背景
现有技术已经使用电动机用于诸如运输、制造、建筑的行业以及采用类似使用的每个其他行业的各种应用。
现有技术中的电机，特别是电磁式从动装置是昂贵、重量重、复杂以及容易老化的。还存在这样的现有技术，在这些现有技术中将传统的往复式内燃机用作电机。美国专利5276372号公开了具有由线性往复运动构件偏心驱动的转子的电机，这种电机通过超导电磁体供电，并且特别地是这样的电机，其中电磁体是低温冷却的螺线管。
美国专利7579722B1号公开了一种电机，该电机具有以90度的增量旋转以对齐并点燃相隔九十度的活塞的扭矩支承曲轴，其中一次仅点燃一个活塞，并且使用来自下一个被点燃的活塞的能量来返回至其静止位置。美国专利4317058号公开了一种电磁往复式发动机以及用于将内燃机转变成电磁往复式发动机的方法，其中，汽缸用非铁磁材料来代替，并且往复地设置于其中的活塞用永磁体活塞来代替。
这些现有技术公开内容无法解决成本、便携性以及其动力传输单元的效率的问题。今后，发明人确定通过用于动力传输的从动装置的本发明来解决这些问题，其中，该装置的结构简单，并允许效率高的、轻质的以及有效的电动往复式电机用于各种应用。
发明内容
本发明的目的是，提供一种电动往复式电机，该电机是电磁驱动的，其中，该装置主要包括推进单元并包括用于对根据电机的原理进行操作的推进单元供应电流的装置。
本发明的一个目的是，提供一种推进单元，其特征在于具有推进构件。在此，推进构件优选地设置有磁性元件、绝缘体或其组合，使得推进构件可主要由很好地支持热量减小的绝缘元件制成。推进构件还往复运动。
本发明的另一目的是，提供相同的推进单元，其特征在于，用于容纳并致动推进构件的壳体，该壳体具有磁性的并固定至相对侧的一对第一引导件，并具有是导体且沿着所述壳体的表面设置的多个第二引导件，根据电磁学的教导而操作，从而建立电机操作的原理。
本发明的又一目的是，提供至少一个驱动板，该驱动板与推进构件接合以用于传输功率，并提供至少一个动力输出杆，该动力输出杆定位在驱动板周围，并与驱动板的旋转轴线平行。
此后，本发明旨在实现一种环境友好的电动往复式电机，该电机是电磁驱动的，以用于对需要机械能量输入源的装置或系统进行动力传输。
附图的简要说明
图1示出了根据本发明的推进单元的透视图。
图2示出了根据本发明的推进单元的窄截面图。
图3示出了根据本发明的与驱动板接合的推进单元的透视图。
图4示出了根据本发明的优选实施方式中的具有不止一个推进单元的驱动单元的顶视图。
图5示出了根据本发明的优选实施方式中的两个相对的推进单元和驱动板的轴向视图。
图6示出了根据本发明的优选实施方式中的两个相对的推进单元和驱动板的轴向视图。
具体实施方式
下面参考附图来描述本发明的优选实施方式。以下每个优选实施方式都描述了不限制于任何方面的实例。
参考图1，该图示出了根据本发明的推进单元(101)的透视图，由此，推进单元(101)可由单个推进单元(101)或多个此单元来组成。
根据本发明的推进单元(101)基本上包括推进构件(11)，并且是电动的以用于提供推进构件(11)的线性往复运动。本发明进一步包括壳体(12)、一对第一引导件(13)、多个第二引导件(14)并包括用于对推进单元(101)供应电流的装置。
为了致动所述推进构件(11)，推进构件(11)很好地容纳在壳体(12)中，该壳体具有固定至相对侧的该对第一引导件(13)，并具有沿着所述壳体(12)的表面设置的多个第二引导件(14)。用于对推进单元(101)供应电流的装置的电源可以是任何供应电能以移动根据本发明的推进构件(11)的电源，包括诸如电池、燃料电池、发电机、交流发电机或太阳能电池的电源。
通过实例，该图示出了具有四条第二引导件(14)的推进单元(101)，这四条第二引导件(14)包围壳体(12)的前表面，优选地彼此平行。然而，推进单元(101)优选地和至少一对第二引导件(14)一起使用，由此，这对第二引导件(14)的一个实施方式为包围在前表面和后表面的每个上。
然后，具有预定磁场方向以适应本发明的操作的一对第一引导件(13)定位在壳体(12)的底部和顶部。在实施方式中，还可激励这对第一引导件(13)以使推进构件(11)悬浮，其中推进构件(11)和这对第一引导件(13)磁化有相同的极性以产生相反的力，使得在本发明的操作过程中，推进构件(11)与推进单元(101)之间的摩擦减到最小。
然而，当这对第一引导件(13)不是磁性的时，在本发明的操作过程中，润滑这对第一引导件(13)和推进构件(11)以将摩擦减到最小的选择也将是优选的。在相同的上下文中，在不对这对第一引导件(13)提供任何电流的情况下，这对第一引导件(13)可用任何固体代替并润滑。
优选地，该壳体(12)由成本有效的且轻质材料制成，诸如碳纤维、玻璃纤维、塑料、泡沫铝或任何其他适当的便于实现本发明的复合材料。所述壳体(12)示出为是很好地容纳推进构件(11)的细矩形箱，并且可设计并构造为用于本发明的操作的任何合适的形状。
在此，推进构件(11)优选地设置有磁性元件，由此推进构件(11)的磁性元件与传导性的第二引导件(14)接合，从而对推进构件(11)提供传导(propagating)力。类似地，推进构件(11)可由任何适当的复合材料制成，但是要保持磁性部件与多个第二引导件(14)接合。
本发明可在推进构件(11)和壳体(12)中使用绝缘体或任何适当的材料，在此，该壳体是轻质以用于本发明的操作，从而考虑以最小的功耗提供有效的机械或动能源的装置，这是因为当使用轻质材料时，本发明需要最小的能量来提供力。
如本发明中优选的，推进构件(11)是上述元件的固体长方形块，或是类似元件的H形块，以用于将另一部件容纳在H形块的中间部分中，或者推进构件是可执行本发明中公开的推进构件(11)的功能的任何适当的形状。
从电磁学的原理，根据洛伦兹力的研究，可通过提供磁力和电力来产生电磁力。
因此，本发明这样实现，使得当提供电场(即，电流)时，传导性的多个第二引导件(14)应允许具有磁性元件的推进构件(11)以线性运动方式电磁推进。磁性的一对第一引导件(13)允许更平稳的传导。
根据本发明，传导性的多个第二引导件(14)和具有磁性元件的推进构件(11)，以及从磁性的一对第一引导件(13)所获得的支撑典型地形成线性电机，由此推进构件(11)通过与电流和磁场线性地成比例的力来传导(propagate)。
还应注意，电磁推进的推进构件(11)是可逆的，因此，当推进构件(11)前后推进时，推进构件(11)开始线性地往复运动。
现在参考图2，示出了根据本发明的推进单元(101)的窄截面图，其中，推进构件(11)定位在壳体(12)的中点，并且由此，壳体(12)的顶部和底部具有磁性的一对第一引导件(13)。
该窄截面图进一步示出了壳体(12)的具有平行的第二引导件(14)的段的竖直左边缘和竖直右边缘，优选地，这些第二引导件分别包围推进单元(101)的后表面和前表面，如图1所示。平行的第二引导件(14)的段的数量操作地取决于推进构件(11)的所需的功率输出，并且通常，第二引导件(14)的传导性表面积是增加的以提供更大的电磁力来推进推进构件(11)。
如之前提到的，本发明在电磁学原理的基础上操作，使得本发明提供一种推进推进构件(11)的线性电机。
因此，当通过电源激励推进单元(101)时，所述推进构件(11)将通过一对第一引导件(13)的帮助悬在壳体内部，因此而经历伪悬浮(pseudo-levitation)。这通过图2中的形成于推进构件(11)与这对第一引导件(13)之间的两个固定间隙示出。
参考图3，示出了根据本发明的与一对驱动板(300)接合以用于传输功率的推进单元(101)的透视图。
该图进一步示出了固定的推进构件(11)，由此，一旦激励所示推进构件(11)，那么该推进构件(11)将以线性运动推进，并且该运动将后续地通过连接装置(18)转换成这对驱动板(300)的旋转运动。
连接装置(18)实施为允许摆动，由此，连接装置(18)的与推进构件(11)连接的端部通过第一销(41)枢转，并且连接装置(18)的与这对驱动板连接的另一端通过第二销(42)枢转，该第二销夹在这对驱动板(300)的周边附近并且与将这对驱动板(300)保持在一起的旋转轴线相距一距离。
由于连接装置(18)的第一销和第二销(41，42)允许摆动，所以便于将推进构件(11)的线性往复运动转换成这对驱动板(300)的旋转运动。
此外，在优选的实施方式中，本发明提供至少一个动力输出杆(200)，该动力输出杆定位在驱动板(300)周围，并与驱动板(300)的旋转轴线平行。为了稳定，最少应有三个输出杆(200)以圆形的方式等角度地间隔定位。
有效地，驱动板(300)是在其边缘周围全部具有嵌齿的齿轮或圆盘(非常像是链轮齿)，这些嵌齿啮合在动力输出杆(200)上的相应齿轮(51)上。
根据优选的实施方式，驱动板(300)的边缘和动力输出杆(200)上的相应齿轮(51)可以是与动力输出杆(200)上的凸齿轮(51)啮合的凹嵌齿的形式，或者是与动力输出杆(200)上的凹齿轮(51)啮合的凸嵌齿的形式。
在下文中说明从推进单元(101)到这对驱动板(300)的动力传输，考虑使推进构件(11)在离推进构件(11)一距离处开始，该距离离这对驱动板(300)最大，并且将所述推进构件(11)的这种位置表示为起始参考点。
如本发明中优选的，推进单元(101)起初将通过电源进行供电，以便激励并线性地向前推进推进构件(11)，由此也向前推动连接装置(18)。
连接装置(18)与第二销(42)连接的端部对这对驱动板(300)提供加速作用，其中第二销(42)定位在离这对驱动板(300)的旋转轴线一特定距离处。由于来自连接装置(18)的线性运动的力将转移至这对驱动板(300)的旋转力，因此驱动板(300)将经历旋转运动。
本发明建议，当推进构件(11)到达向前推进的行程的尽头时，在一个实施方式中，本发明便于通过转换所供应的电流的极性而使推进构件(11)返回至起始参考点，从而拉回连接装置(18)并沿着弯曲路径拖动连接装置(18)与第二销(42)连接的端部。
然后，推进构件(11)往复运动，其中，从推进构件(11)的初始传导到推进构件(11)返回至起始参考点来重复整个过程，从而使这对驱动板(300)连续地旋转。
接着，驱动板(300)则啮合并驱动动力输出杆(200)上的齿轮(51)。然后，动力输出杆(200)传递转动力以驱动任何辅助系统来执行指定功能。动力输出杆(200)驱动辅助系统，其中，该辅助系统包括用于任何应用且需要机械能量输入源的装置或系统或其组合，诸如但不限于车辆、船，以及需要传统电机的任何应用。
优选地，动力输出杆(200)可与飞轮连接，该飞轮储存动能，并通过在整个周期内保持恒定转速而使推进单元(101)的操作平稳。
旋转的一对驱动板(300)的速度通过提供用于控制推进单元(101)的速度和功率输出的装置来控制，优选地，提供与推进单元(101)连接的控制器，或者接收输入或自动地编程以用于控制推进单元(101)的输出功率的任何适当的装置。
在本发明的优选实施方式中，第二引导件(14)以这样的方式设计，该方式使得只要切断电源，第二引导件便将停止，并且只要恢复电源，第二引导件便将继续工作循环。
现在参考图4，示出了本发明，其中实现了两对推进单元(101)的耦合效果，其中，一对中的每个推进单元(101)的方向彼此相反，并且分别与一对驱动板(300)连接。
为了使推进单元(101)的输出同步，必须使一对推进单元(101)共享中间驱动板(300)。这意味着，两个推进单元(101)仅驱动三个驱动板(300)，三个推进单元(101)仅驱动四个驱动板(300)等。然而，在一个示例性实施方式中，设置在面向彼此的相对位置处的一对推进单元(101)还可与相同的第二销(42)连接，以便驱动同一对驱动板(300)。
根据需要，通过耦合作用实施的本发明可具有如所需要的多对推进单元(101)。如果存在36对推进单元(101)，那么每对可进行编程以便以10o/360o的间隔开始它们的运动；或者对于更高的转矩，36对中的每4对可以以40o/360o的间隔同时开始。对于全节流功率(full throttling power)，使第二引导件(14)中的每个都被同时激励。
本发明的操作并不总是需要激励第二引导件(14)以推进推进构件(11)。在任何这种应用都是优选的情况下，本发明可通过用于对推进单元(101)提供激励的外部电源启动。
对于重负载应用，本发明的推进单元(101)与推进单元(101)的独立集群(independent cluster)接合，并且优选地，当不需要时，与推进单元(101)的独立集群脱离。推进单元(101)与推进单元(101)的独立集群的接合和脱离通过接口实现，优选地通过离合器实现。
仍参考图4，仅在向外推动阶段行程的过程中，对第二引导件(14)供应能量。回程不需要能量。
可替换地，本发明中多个推进单元(101)的实施可用于通过将推进单元(101)与曲轴上相应的销连接来驱动常规的曲轴。
此外，本发明还可在大船中执行，以用于推动船移动或将船引入码头。传统地，由于船的庞大结构使船难以在码头上操作，所以大船通常在几个拖船的帮助下才可被引入码头。
本发明由于其大幅减小的尺寸将具有增加的优点，该减小的尺寸将易于将多个电力传输单元安装在船的底部，而传统的电机是推进并操纵船的大型电机。
参考图5，该图示出了根据本发明的优选实施方式中的两个相对的推进单元(101)和驱动板(300)的轴向视图。该图示出了当相对的推进构件(11)中的每个与驱动板(300)相距相等的长度时，驱动板(300)的固定位置。
应注意，对于这种实施方式，用于每个推进单元(101)的连接装置(18)与驱动板(300)的相对表面连接并位于驱动板的相对周边附近，以避免连接装置(18)之间的碰撞。然而，在图6所示的另一示例性实施方式中，设置在面向彼此的相对位置处的一对推进单元(101)还可与相同的第二销(42)连接，以驱动驱动板(300)，这与箱式机(boxer machine)的布局非常相似。
后一种实施方式的优点是，当第一推进单元(101)向前推进推进构件(11)以使驱动板(300)旋转时，第二推进构件(11)返回至其原始位置，因此第二推进构件(11)不需要在相反的方向上推进。
应用相同的概念，当第二推进构件(11)向前推进以进一步使驱动板(300)旋转时，第一推进构件(11)被推回至其原始位置，而不施加额外的反向力。第一推进单元(101)与第二推进单元(101)之间的交替推进可减小能耗，从而减小热量。
然而，相对的推进构件(11)并不总是位于与驱动板(300)相距相等的长度。本发明预期多个连接装置(18)以增加的角度连接在驱动板(300)上，使得在优选的实施方式中，由于对负载提供动力的力在每个增加的角度下在推进单元(101)中共享，因此多个推进单元(101)中的每个单元将需要最小的力来对负载提供动力。
在本发明的范围内在细节上具有许多变型、改进以及变化，目的是以上描述中包含的或在附图中示出的所有内容应被解释为是说明性的，而不是限制性的。

Claims (37)

1.一种电动往复式电机，包括：
至少一个推进单元(101)，所述推进单元包括：
壳体(12)，所述壳体(12)具有相互平行的前表面和后表面并且进一步包括：
一对第一引导件(13)，第一引导件(13)固定至相对侧并且定向在往复方向上，并且
多个第二引导件(14)，所述第二引导件沿着所述壳体(12)的前表面和后表面设置以便包围在前表面和后表面的每个上并且定向在所述往复方向上；
推进构件(11)，容纳在所述壳体(12)中并位于所述一对第一引导件(13)之间，所述推进构件(11)设置有磁性元件，在所述多个第二引导件(14)供应有电流的情况下，所述推进构件与所述多个第二引导件(14)耦合并由所述多个第二引导件激励，以在所述往复方向上推进；
用于对所述推进单元(101)供应电流的装置；
其中，所述电动往复式电机是电磁驱动的。
2.根据权利要求1所述的电动往复式电机，其中，所述推进构件(11)设置有传导性元件、非传导性元件或其组合。
3.根据权利要求1所述的电动往复式电机，其中，所述第二引导件(14)是传导性元件。
4.根据权利要求1所述的电动往复式电机，其中，所述推进构件(11)和所述第二引导件(14)间隔有一间隙。
5.根据权利要求1所述的电动往复式电机，其中，所述壳体(12)由碳纤维、玻璃纤维、塑料或泡沫铝制成。
6.根据权利要求1所述的电动往复式电机，其中，所述一对第一引导件(13)是被磁化的。
7.根据权利要求1所述的电动往复式电机，其中，所述多个第二引导件(14)彼此平行地包围所述壳体的前表面和后表面。
8.根据权利要求1所述的电动往复式电机，其中，所述第二引导件(14)通过电磁力激励所述推进构件(11)。
9.根据权利要求1所述的电动往复式电机，其中，所述推进单元(101)的速度和功率输出是受控的。
10.根据权利要求1所述的电动往复式电机，其中，在所述推进构件与所述一对第一引导件之间形成有间隙。
11.根据权利要求1所述的电动往复式电机，其中，所述推进单元(101)的所述推进构件(11)通过电磁推进方式被推进。
12.根据权利要求1所述的电动往复式电机，其中，所述推进单元(101)的所述推进构件(11)以线性电机构造方式被推进。
13.根据权利要求1所述的电动往复式电机，其中，所述推进构件(11)以线性运动方式被推进。
14.根据权利要求1所述的电动往复式电机，其中，所述推进构件(11)往复运动。
15.根据权利要求1所述的电动往复式电机，其中，所述推进构件(11)与包括驱动板(300)的外部装置接合以用于传递动力。
16.根据前述权利要求15所述的电动往复式电机，其中，所述推进构件以线性运动的方式被推进，并且所述推进构件(11)的线性运动转换成所述驱动板(300)的旋转运动。
17.根据前述权利要求15或16所述的电动往复式电机，其中，所述驱动板(300)是齿轮。
18.根据前述权利要求15或16所述的电动往复式电机，其中，所述推进构件(11)通过连接装置(18)将功率传输至所述驱动板(300)。
19.根据权利要求18所述的电动往复式电机，其中，所述连接装置(18)通过至少两个销将所述推进构件(11)和所述驱动板(300)连接。
20.根据权利要求18所述的电动往复式电机，其中，所述连接装置(18)摆动。
21.根据权利要求18所述的电动往复式电机，其中，设置有多个所述驱动板，所述连接装置(18)夹在一对所述驱动板(300)之间。
22.根据权利要求15或16所述的电动往复式电机，其中，所述外部装置进一步包括至少一个动力输出杆(200)，所述动力输出杆定位在所述驱动板(300)周围并与所述驱动板(300)的旋转轴线平行。
23.根据权利要求22所述的电动往复式电机，其中，所述动力输出杆(200)具有与所述驱动板(300)啮合的齿轮。
24.根据权利要求22所述的电动往复式电机，其中，设置有多个动力输出杆(200)和多个驱动板(300)，并且多个所述动力输出杆(200)在多个所述驱动板(300)周围以圆形的方式等角度隔开地定位。
25.根据权利要求1所述的电动往复式电机，其中，通过以下各项中的任一项或组合来对所述推进单元(101)供应电流：电池、发电机。
26.根据权利要求1所述的电动往复式电机，其中，所述电流被供应至所述第二引导件(14)。
27.根据权利要求9所述的电动往复式电机，其中，所述推进单元(101)的速度和功率输出是由控制器控制的。
28.根据权利要求21所述的电动往复式电机，其中，一对所述推进单元(101)共享至少一个所述驱动板(300)。
29.根据权利要求1所述的电动往复式电机，其中，一对所述推进单元(101)共享至少一个销。
30.根据权利要求1所述的电动往复式电机，其中，一对所述推进单元(101)以交替的顺序被激励。
31.根据权利要求1所述的电动往复式电机，其中，对于重负载应用，一对所述推进单元(101)被同时激励。
32.根据权利要求1所述的电动往复式电机，其中，所述推进单元(101)通过外部电源来启动。
33.根据权利要求1所述的电动往复式电机，其中，所述壳体(12)的顶部和底部具有所述一对第一引导件(13)。
34.根据权利要求1所述的电动往复式电机，其中，设置有至少一对所述第二引导件(14)，并且一对所述第二引导件分别包围所述壳体的前表面和后表面。
35.根据权利要求2所述的电动往复式电机，其中，所述传导性元件是磁性元件。
36.根据权利要求25所述的电动往复式电机，其中，所述电池是燃料电池或太阳能电池。
37.根据权利要求25所述的电动往复式电机，其中，所述发电机是交流发电机。
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