CN117501597A - 往复式开关磁阻电机发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种往复式开关磁阻电机驱动的发动机，其中曲柄轴由开关磁阻电机旋转，发动机被构造成根据开关磁阻电机的磁阻转矩产生原理往复运动。更具体地，SRM模块(1)包括：圆柱形定子(11)，所述圆柱形定子通过联接两个定子芯(111)而获得，所述定子芯在内表面上具有由绕组线圈(112)激励的定子凸极(1111)；以及动子(12)，该动子具有形成在外表面上的动子凸极(1211)并且能够在定子(11)内部往复运动。动子(12)联接到曲柄机构(2)，该曲柄机构用于将动子(12)的往复运动转换成旋转运动，并且通过交替地激励两个定子芯(111)而往复运动的动子(12)从曲柄机构(2)输出旋转力。

Description

往复式开关磁阻电机发动机

技术领域

本发明涉及一种往复式开关磁阻电机驱动发动机，该发动机利用基于开关磁阻电机磁阻转矩产生原理往复运动的开关磁阻电机旋转曲轴。

背景技术

开关磁阻电机(SRM)仅在定子凸极以及定子和转子形成的凸极上分别安装绕组线圈，因此具有电磁和机械构成简单、耐用性好、生产成本低等诸多优点。

根据定子凸极和转子凸极(两者在径向方向上彼此面对并在周向方向上排列)之间的气隙和磁通路径，这些开关磁阻电机可分为径向气隙电机、轴向气隙电机和横向磁通电机，无论属于哪种类型，它们的原理都是一样的，即在定子凸极被绕组线圈激励时将转子凸极吸引到与转子凸极磁阻最小的位置。也就是说，开关磁阻电机是通过依次激励沿圆周方向排列的定子凸极并间歇性地重复吸引转子凸极来实现转子旋转的。

此外，如本发明申请人的专利号10-1916814和专利号10-1741006所示，它可以通过具有同时产生磁阻转矩的多个凸极结构、连续产生磁阻转矩的多相结构或将多个定子组合到单个转子的结构来增加输出。

然而，为了获得高输出，无论采用何种结构，都必须增加绕组线圈的匝数，或者线圈必须要够粗才能流过大电流，因此必须相应地确保绕组线圈有较大的占用空间。最终，定子和转子的直径只能增大，导致体积增大，降低绕组线圈的占用率，从而带来了绕组线圈占用率降低、机械强度降低、磁损增加、封闭空间的特性导致冷却效率难以提高等问题。

特别是，由于电动汽车的发动机由高输出电机组成，因此在使用开关磁阻电动机时，有必要解决伴随的问题。

此外，具有不同输出的电机必须通过修改整个结构进行重新配置，这导致了设计和制造成本问题，以及安装空间的限制。

[现有技术文献]

[专利文件]

(专利文献1)KR 10-1916814B1(2018.11.02)

(专利文献2)KR 10-1741006B1(2017.05.23)

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种往复式开关磁阻电机发动机，该发动机在利用磁阻转矩产生原理的同时，能够获得高输出，并解决圆柱形定子和转子结构所带来的各种问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种往复式开关磁阻电机发动机，所述发动机由SRM模块1构成，该SRM模块1包括(1)圆柱形定子11，所述定子11被用于组合两个定子芯111，其中一个定子凸极1111由形成在内表面上的绕组线圈112激励，该定子芯111沿定子芯111的中心轴线方向以与绕组线圈112的厚度相应的间隔排列，(2)活塞形动子12，所述动子12具有一个在其外表面上形成的动子凸极1211，以面向定子凸极1111，且其间有气隙，当两个定子芯111的定子凸极通过定子11交替受激励时，能够通过吸引到受激励定子凸极1111的力沿定子11的中心轴线方向往复运动，所述定子11是一种曲柄机构2，包括(1)带有曲柄臂211和连杆22的曲柄轴21，用于连接动子12和曲柄臂211以将动子12的往复运动转换为曲柄轴21的旋转运动，(2)编码器3，用于检测曲柄轴21的旋转角度，以及(3)控制器4，用于根据编码器3检测到的旋转角度控制交替激励两个定子芯111的定子凸极1111的时间。

根据本发明的一个实施例，动子凸极1211被加以扩展，从而具有以带有磁通量可以从中通过之气隙的方式面对绕组线圈112的表面1211b。

根据本发明的一个实施例，动子凸极1211在往复方向上被加以扩展，其长度要大于定子凸极1111的往复运动方向长度。

根据本发明的一个实施例，定子凸极1111的往复运动方向长度是绕组线圈112往复方向两端之间的长度。

根据本发明的一个实施例，动子凸极1211在往复方向上被加以扩展，其长度要大于定子凸极1111的往复方向长度，同时在宽度方向上也被加以扩展，从而具有以带有磁通量可以从中通过之气隙的方式面对绕组线圈112的表面1211b。

根据本发明的一个实施例，每个定子芯111都具有多边形截面的内表面，并且在每个内表面上形成槽，将定子凸极1111留在其中心，以便缠绕在绕组线圈112上的线盘1121被构造成外推到定子凸极1111。

根据本发明的一个实施例，动子12的往复运动由固定在两个定子芯111内角上的导轨113引导。

根据本发明的一个实施例，当动子凸极1211以其中一个定子芯111的定子凸极1111为中心时，曲柄臂211到达上止点，而当动子凸极1211以另一定子芯111的定子凸极1111为中心时，曲柄臂211到达下止点。

根据本发明的一个实施例，两个编码器3与定子芯111一一对应，包括(1)一个传感器盘31，该传感器盘31具有一个挡板部件311，曲轴21的旋转角度与动子凸极1211的运动范围相对应，从而使定子凸极1111可以施加吸引力以减小其与动子凸极1211之间的磁阻；以及(2)一个传感器32，该传感器32通过感应曲轴21旋转的传感器盘31的挡板部件311来检测可以施加吸引力的旋转角度，同时控制器4在两个定子磁芯111对应的两个编码器3检测挡板部件311的同时，激励定子凸极1111，使动子12往复运动。

传感器盘31的挡板部件311的角度被设定为与定子凸极1111的往复运动方向的长度相对应的曲轴21的旋转范围，控制器4能够通过交换用于确定两个定子凸极1111的激励定时的两个编码器3来使曲轴21前后旋转。

根据本发明的一个实施例，曲轴21具有多个曲柄臂211，每个曲柄臂211都在不同径向方向上与连杆22可旋转地连接，并且提供多个SRM模块1，每个SRM模块1都通过连杆与曲柄臂一对一地连接。

根据本发明的一个实施例，存在两个朝向径向方向且多个曲柄臂211之间的角度差为90的曲柄臂211。

根据本发明的一个实施例，存在朝向径向方向且相对于多个曲柄臂211中的一个曲柄臂211的角度差分别为90°和180°的曲柄臂211。

根据本发明的一个实施例，存在朝向径向方向且相对于多个曲柄臂211中的一个曲柄臂211的角度差分别为90°、180°和270°的曲柄臂211。

有益效果

与定子凸极和转子凸极沿圆周方向排列的旋转式开关磁阻电机不同，如上所述构造的本发明使得具有凸极的动子能够在定子内往复运动，其中定子凸极在直线上以两段排列，根据磁阻转矩产生原理交替激励两段定子凸极以引起往复运动，并将往复运动转换为旋转运动以输出旋转运动，从而可以构造成多极两相电机，实现小型化，提高激励定子凸极的绕组线圈的占用率，以产生高输出。

根据本发明的一个实施例，动子凸极在宽度方向上得到扩展，使得从绕组线圈泄漏的磁通量有助于旋转力，并且它们在纵向方向上也得到扩展，使得根据绕组线圈内外厚度而难以施加旋转力的旋转角度范围尽可能地减小，从而使旋转运动更加平滑并提高效率。

根据本发明的一个实施例，动子的往复运动是通过绕组线圈之间的边缘引导的，因此在保持气隙不变的情况下易于安装用于往复运动的引导结构，并减少占用空间。

根据本发明的一个实施例，为每个定子芯安装并使用编码器，即使旋转角速度发生瞬间变化，也能灵活应对并在正确的时间产生旋转力。

根据本发明的一个实施例，它易于将多个SRM模块组合起来以获得高输出，并且易于像内燃机一样安装，适合用作高输出发动机。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的往复式开关磁阻电机发动机透视图。

图2是SRM模块1的局部分解透视图，其中定子11已拆卸。

图3是构成定子11的定子芯111的分解透视图。

图4是与曲柄机构2连接的一个SRM模块1的平面图。

图5是与曲柄机构2连接的一个SRM模块1的局部截面透视图。

图6是(a)示出2个编码器3：3-A1和3-B1的侧视图；(b)示意性地示出根据曲轴21的旋转角度设置在一个SRM模块1中的两个定子芯111的励磁时间的励磁时间图。

图7是控制器4的电路图。

图8是根据本发明第二实施例的往复式开关磁阻电机发动机透视图。

图9是连接到曲柄机构2的两个SRM模块1的局部截面透视图。

图10是(a)示出了4个编码器3：3-A1、3-B1、3-A2和3-B2轴向视图的侧视图，及(b)示意性地示出了根据曲轴21的旋转角度设置在两个SRM模块1中的两个定子芯111的励磁时间的励磁时间图。

图11是控制器4的电路图。

图12是根据本发明第三实施例的往复式开关磁阻电机发动机中连接到曲柄机构2的三个SRM模块1的局部截面透视图。

图13是(a)示出了6个编码器3：3-A1、3-B1、3-A2和3-B2轴向视图的侧视图，及(b)示意性地示出了根据曲轴21的旋转角度设置在三个SRM模块1中的两个定子芯111的励磁时间的励磁时间图。

图14是根据本发明第四实施例的往复式开关磁阻电机发动机中连接到曲柄机构2的四个SRM模块1的局部截面透视图。

图15是(a)示出了8个编码器3：3-A1、3-B1、3-A2和3-B2轴向视图的侧视图，及(b)示意性地示出了根据曲轴21的旋转角度设置在四个SRM模块1中的两个定子芯111的励磁时间的励磁时间图。

具体实施方式

以下将结合附图描述本发明的实施例，这些附图示出各种具体的实施例，以便本领域技术人员能够轻松地实施本发明。然而，显而易见的是，本发明的实施例可以在本发明的范围内通过各种变化或修改来实现，因此并不局限于所描述的实施例。此外，由于本领域技术人员可以通过添加公知的组件、电路、功能、方法和典型细节来实现本发明的实施例，因此将不再详细描述。

<本发明的第一实施例>

结合图1所示的完整透视图和图2所示的SRM模块1局部分解透视图，根据本发明第一实施例的往复式开关磁阻电机发动机包括(1)一个SRM(开关磁阻电机)模块1，该SRM模块1由定子11和动子12组合而成，以便活塞形动子12可以在圆柱形定子11内往复运动，(2)曲柄机构2，该曲柄机构2通过利用连接到动子12的连杆22旋转曲轴21来输出旋转力，(3)编码器3，该编码器3可以检测曲轴21的旋转角度，及(4)控制器4，该控制器4可以根据编码器3检测到的旋转角度控制两个定子芯111的励磁时间。

SRM模块1的定子11由两个构造相同的定子芯111组合而成，以定子芯111的中轴线方向排列，使两个定子芯111相互连接，从而构成一个圆筒形，其中两个相互连接的定子芯111的内部可用作动子12的活塞运动空间。

结合图3的分解透视图，每个定子芯111的内表面在平面横截面上形成多边形，根据一个具体的实施例，其内表面的平面横截面形状为等边多边形(具体为正方形)，这样可以使每侧安装的凸极的尺寸一致。此外，定子芯111的每个内表面在中心轴方向的两侧都被切割，形成槽1112，以便将剩余未切割的中心部分用作定子凸极1111。将绕有绕组线圈112的线盘1121插入槽1112中并外推至定子凸极1111，使得在向绕组线圈1112施加电压以产生电流时，定子凸极1111就会被激励。也就是说，可被绕组线圈112激励的定子凸极1111分别设置在定子芯111的径向两侧，朝向定子芯111的中心轴。

当然，绕组线圈112被构造为具有一定厚度，使定子凸极111向中心轴略微突出。虽然图中没有显示，但安装在一个定子芯111上的多个绕组线圈112通过串联或并联的方式进行电连接，以同时施加电压，并在圆周相邻的定子凸极1111之间形成磁通，从而使磁通路径尽可能短。也就是说，与磁化为N极的定子凸极1111相邻的定子凸极可以磁化为S极。

在此，绕组线圈112部分插入定子芯111的槽1112中，部分暴露在往复运动方向上，因此当两个定子芯111组合在一起时，两个定子芯111的间距必须至少是暴露部分厚度(往复运动方向上内外侧间厚度)的两倍。

在周向上彼此相邻的绕组线圈112之间的间距足以在定子芯111内表面的每个角1113上安装导轨113。因此，可以尽可能确保安装绕组线圈112的空间，从而增加定子凸极1111产生的磁力。

在以这种方式构造的两个定子芯111中，定子凸极1111沿着定子芯111的中心轴方向彼此间隔开，间隔的厚度是绕组线圈112中心轴方向厚度的两倍。也就是说，圆柱形定子11的内表面设置有沿周向在中心轴线方向上间隔开的多对两个定子凸极1111。

根据一个具体示例，组合两个定子芯111的方法如下：在两个定子芯111之间的边缘侧放置长度至少为绕组线圈112内外厚度两倍的中空间隔件114，然后，安装穿过间隔件114中部并连续穿过两个定子芯111边缘侧的长螺栓115。此时，长螺栓115的端部通过螺栓固定到下方的曲柄支架23，从而将定子11固定在曲柄支架23上。

在两个组合定子芯111内表面各自的角1113上安装了用于引导动子12往复运动的导轨113。

从图4的平面图中可以更详细地看到，导轨113包括固定在定子芯111上的固定部件1131、插入邻近角1113的绕组线圈112之间并将暴露于定子芯111内部的部分扩展至绕组线圈112的边缘侧(确切地说，是线盘的边缘侧)的线圈夹持部件1131以及朝向定子芯111内部并引导动子12往复运动的导向部件1132。此外，安装在两个定子芯111上的导轨113是一体式的，使得沿往复方向排列的导轨113彼此连接。

通过这种方式安装导轨113，可以尽可能地保证绕组线圈112的占用率，更稳定地将绕组线圈112固定在定子芯111上，最大限度地减少导轨113占用的空间，将动子12和定子11之间的间隙维持在恒定水平，并引导动子12进行往复运动以基于导轨113最大限度地减少SRM模块1的体积增加。

结合图2的局部分解透视图、图4的平面图和图5的局部截面透视图描述SRM模块1的动子12。

动子12穿过由两个定子芯111组合而成的圆柱形定子11的内部，被构造为适合一个定子芯111的尺寸，并在其外表面沿圆周方向形成动子凸极1211，以便在置于一个定子芯111内时与定子芯111的定子凸极1111一一对应。动子12包括中心沿往复方向穿过的动子芯121、逐个安装在动子芯121外表面朝向定子芯111内表面每个角1113的部分上以允许沿着导轨113的导向部件1132滑动的滑动块122以及插入并固定在动子芯121内部的中空管状套筒123。

根据图中所示的具体实施例，动子芯121呈管状，其外表面为等边多边形，使得能够穿入定子芯111的等边多边形内部；具有以带有磁通量可以从中通过之气隙的方式与定子凸极1111一一对应的动子凸极1211；外表面的边缘为圆角，以确保滑动块122的安装空间。

根据本发明的一个实施例，形成于动子芯121中的动子凸极1211在宽度方向(垂直于往复运动方向且在两个边缘之间交叉的方向)上被加以扩展，使其具有朝向绕组线圈112的一侧，以在动子芯121和绕组线圈112之间形成磁通穿过的间隙，从而使从绕组线圈112泄漏的磁通有助于往复运动，且扩展长度要长于动子12往复运动方向的长度，以尽可能减少无法施加往复运动的力的部分。

当根据图5所示的具体实施例基于动子12的往复运动方向长度解释时，动子芯121的长度是定子芯111的长度LP和绕组线圈112的内外厚度LC的两倍之和，以在往复运动方向上具有绕组线圈112外表面之间的长度。

此外，如图4所示，形成于动子芯121外表面的动子凸极1211的宽度相对于定子凸极1111的宽度较大，形成凹槽，该凹槽是比绕组线圈112稍微突出的定子凸极1111在纵向(往复方向)上穿过的通道，同时由气隙隔开，从而包括能够面对定子凸极1111的凸极对立面1211a和能够面对绕组线圈112的线圈对立面1211b。

凸极对立面1211a和定子凸极1111之间的气隙一般是旋转式开关磁阻电机转子凸极和定子凸极之间的气隙，磁通集中在该气隙上通过，而且每隔0.2毫米就可以形成一个气隙。由于绕组线圈112的线盘1121被阻挡在线圈对立面1211b和绕组线圈112之间，线圈对立面1211b和绕组线圈112之间的间隙将线盘1121与线圈对立面1211b分隔开来，从而确保动子12的往复运动，并允许磁通量以最大集中度通过的适当间隙。

当定子芯111被绕组线圈112激励时，以这种方式形成的动子凸极1211产生的力可使动子凸极1211和凸极对立面1211a之间出现的磁阻(磁阻)最小化。此时产生的力可用于最小化线圈对立面1211b和绕组线圈112之间在开始吸引动子凸极1211时出现的磁阻。

在此，如上所述，在安装导轨113和滑动块122时，要对动子芯121的外缘进行圆角处理，以尽量减少相邻动子凸极1211之间的磁通路径。因此，可以最大限度地减少动子芯121内的磁损耗。

同时，定子芯111由铁磁性电钢板层压而成，而动芯121则由纯铁钢板、硅钢片、含纯铁或硅的合金钢板、非晶合金钢板等电钢板层压而成，因此优选地减少了铁芯中的涡流损耗。

套筒123设有活塞销1231，该活塞销1231尽可能靠近曲轴21(稍后描述)的内部，从而将连杆22(稍后描述)的小端与轴承1232或衬套可旋转地连接。

如上所述，以能够在由两个定子芯111构成的定子11内部往复运动的方式安装的动子12，通过当两个定子芯111的定子凸极1111被交替激励时在能够使与被激励定子凸极1111的磁阻最小化的方向上吸引的力，即通过在以被激励定子凸极1111为中心并面向被激励定子凸极1111的方向上吸引的力，沿着定子11的中心轴线方向往复运动，此时，两个定子芯111的定子凸极1111励磁时间会根据编码器3(稍后描述)检测到的曲轴21的旋转角度得到适当控制，以便能够重复往复运动。

结合图5的局部截面透视图描述曲柄机构2。

曲柄机构2包括(1)曲轴21，该曲轴21通过轴承215将主轴颈可旋转地支撑在曲柄支架23上，从而使旋转轴与动子12的往复运动方向垂直，及(2)连杆22，该连杆22使用轴承213将小端可旋转地连接到动子12中套筒123的活塞销1231，并将大端可旋转地连接到曲柄臂211的曲柄销212，从而将动子12的往复运动转换为曲轴21的旋转运动。当然，活塞销1231和曲柄销212平行于曲柄轴21，并且如图所示，曲柄臂211可以在与安装曲柄销212的位置相反的位置处形成以曲柄轴21的旋转轴线为中心的配重214。

在此，当动子凸极1211以其中一个定子芯111的定子凸极1111为中心时，曲柄臂12到达上止点，而当动子凸极1211以另一定子芯111的定子凸极1111为中心时，曲柄臂211会连接到曲柄机构以到达下止点。为此，曲柄臂211被构造成从曲柄轴21的旋转轴线到曲柄臂211的曲柄销212的距离是沿两个定子芯上设置的定子磁极之间的往复运动方向排列的定子凸极中心之间距离的一半。以这种方式对中时，达到上止点和下止点的目的是最大限度地增加施加到动子12上的力，并最小化施加力的周期。

同时，曲柄支架23用于通过拧紧上述长螺栓115的末端固定定子11。

编码器3固定在曲柄轴21上，通过曲柄轴21转动，包括具有沿径向突出的挡板部件311的传感器盘31以及通过检测随曲柄轴21转动的传感器盘31的挡板部件311来检测能够施加吸引力的旋转角的传感器32，并且它们俩被安装为与定子11中包含的两个定子芯111数量相等，从而使得它们与两个定子芯111一一对应。也就是说，如后所述，从安装的两个编码器3的传感器32输出的信号用于确定向控制器4中相应定子芯111的绕组线圈112施加电压的时间。传感器32可以配置为使用光学传感器、磁性霍尔传感器或接近传感器等传感器来检测挡板部件311。

在此，挡板部件311形成为具有预定弧度的扇形，并以曲轴21的旋转轴线为中心沿径向突出，此时，弧角具有与动子凸极1211的移动范围相对应的曲轴21旋转范围的角度，可在相应定子芯111的定子凸极1111和动子芯121的动子凸极1211之间施加吸引力。

根据开关磁阻电动机的驱动原理，当激励定子凸极1111时，动子凸极1211会被引导，使得动子凸极1211的中心与定子凸极1111的中心对准。

也就是说，由于在能够减小定子凸极1111和动子凸极1211之间磁阻的方向上产生了吸引力，因此挡板部件311的弧角是根据从动子凸极1211的表面开始面向定子凸极1111直到它们对齐的点起与动子凸极1211的运动范围相对应的磁阻减小部分(或电感增大部分)进行设置，从而激励定子凸极1111产生吸引力。当然，此处的动子凸极1211指的是凸极对立面1211a，而磁阻减小部分(或电感增加部分)指的是从凸极对立面1211a开始面向定子凸极1111的点到往复运动方向中心对齐的点这一部分。

因此，根据旋转角度，两个定子芯111的激励角相差180°，以便在一次旋转中施加两次旋转力，从而在改变被激励的定子芯111时，不会在与绕组线圈112往复运动方向上与内外LC间厚度相对应的旋转范围内施加旋转力。

结合图5和图6描述一项具体实施例时，为了使曲轴21与SRM模块1一起前后旋转，挡板部件311的弧角LP’是在与定子凸极1111的往复运动方向长度LP相对应的旋转运动范围内的角度。

图6的(a)示出了两个编码器3：3-A1和3-B1从轴向看的形状。

两个编码器3:3-A1和3-B1包括远离曲柄机构2的第一编码器3-A1和靠近曲柄机构2的第二编码器3-B1。在图6的(a)中，分别设置在第一编码器3-A1和第二编码器3-B1中的传感器盘31和传感器32的相对位置与图1和图5中所示的动子12的位置在一条线上。此外，为了对称，两个传感器盘31围绕旋转轴对称地固定，使得朝向挡板单元311的径向方向相差180°，并且两个传感器32安装在相同的径向方向上，使得它们能够从动子凸极1211开始面对定子凸极1111时的点检测到动子凸极1211移动定子凸极1111的长度时的点。

也就是说，挡板部分311的弧角LP’与对应绕组线圈112的往复方向上的内部和外部LC之间的厚度的旋转角LC’和LC”所形成的LC’+LC”弧角成180°。此时，旋转角度LC’和LC”被分为与在往复方向上布置的两个绕组线圈112的相邻部分中的内部和外部LC之间的厚度相对应的旋转角度LC’，以及与在外面的内部和外部LC之间的厚度相对应的旋转角度LC”，从而导致产生一个角度差。

此外，通过互换使用两个用于确定两个定子凸极1111的励磁时间的编码器3:3-A1和3-B1，曲轴21可以前后旋转。也就是说，在顺时针旋转时用于确定定子凸极1111的励磁时间的编码器3在逆时针旋转时被替换，用于确定定子凸极1111的励磁时间。

图6的(b)是示意性地示出了根据曲轴21的旋转角度设置在一个SRM模块1中的两个定子芯111的励磁时间的励磁时间图，在挡板部分311的检测信号被切断之后直到达到对准状态的旋转范围LC”可以根据旋转速度来估计，使得它可以在达到对准之前一直被激励。因此每个定子芯111的励磁部分A1和B1具有与定子凸极1111的长度和绕组线圈112的内部和外部LC之间的厚度之和相对应的旋转范围，并且出现与励磁部分A1和B1之间的绕组线圈112的内部和外部之间的厚度相对应的旋转角度LC’一样大的时间差。

在凸极对立面1211a开始面对定子凸极1111而对定子凸极1111进行激励时，线圈对立面1211b面对着绕组线圈112的往复运动方向的长度，使得直接来自绕组线圈112而不是经由定子凸极1111的磁通量加入到吸引力以增加初始吸引力，从而实现更平滑的驱动。此外，即使在对准之前，直接来自绕组线圈112的磁通量也在加大吸引力。

同时，在开关磁阻电机中，由于各种原因，它们仅在对准点之前的特定时间被激励，并且当凸极对立面1211a和定子凸极1111之间的对立面积不增加时，即使泄漏到绕组线圈112的磁通量有加大吸引力，吸引力也在变弱，因此，在对准之前，它可能未被激励或者励磁时间可能在与绕组线圈112的内部和外部LC之间的厚度相对应的旋转角度LC”处缩短了。

图7是控制器4的电路图，控制器4控制两个定子芯111的励磁时间以具有图6的(b)所示的励磁时间图。应当注意，在图7中，为了便于示出两个绕组线圈112电气连接的位置，示出了两个绕组线圈112。此时，为每个定子芯111中的每个定子凸极1111安装的绕组线圈112串联或并联连接。

控制器4包括通过(+)电源线和(-)电源线连接到电源单元43以利用来自电源单元43的直流电激励两个定子芯111的驱动电路部件41以及用于正向和反向控制的转换开关42。

驱动电路部件41包括通过开关元件S11和S12将两个绕组线圈112中的一个绕组线圈连接到(+)电源线和(-)电源线的第一电路，以及通过开关元件S13和S14将两个线圈112中的另一个绕组线连接到(+)电源线和(-)电源线的第二电路，电容器连接在电源单元43侧的(+)电源线和(-)电源线之间。此外，第一和第二电路中的每一个都设置有二极管D11、D12、D13和D14，以将绕组线圈112的自感电压反馈到电容器。

转换开关42将两个编码器3：3-A1和3-B1的两个传感器32一对一地连接到第一电路的开关元件S11和S12以及第二电路的开关部件S13和S14。它是允许交换待连接的开关元件的开关，例如可以被构造为四路开关。当然，当挡板单元311被两个传感器32检测到时输出的信号由例如触发电路处理，使得触发电路的输出信号可以导通第一电路的开关元件S11和S12以及第二电路的开关元件S13和S14。

如上所述构造的转换开关42根据用户的操作或控制信号进行切换操作，使得用于一对一连接两个传感器32的第一电路的开关元件S11和S12以及第二电路的开关元件S13和S14可以调换，从而作为能够使曲轴21前后旋转的发动机进行运转。

在使用动子12作为磁通路径时具有足够的机械强度的前提下，根据本发明的上述第一实施例的往复式开关磁阻电动机驱动发动机可以做成尽可能地小，使定子11尽可能地小同时使定子芯112的占有率最大化，并且基本上由具有多极凸极的两相电机组成，因此它可以在紧凑的同时被构造为高输出发动机。

同时，根据本发明的第一实施例的往复式开关磁阻电机驱动发动机具有一个SRM模块1，因此，例如，当动子12处于上止点或下止点时变得不可能起动，因此需要单独的起动器(或启动器)。

在本发明的以下实施例中说明了其被构造为包括曲轴21和SRM模块(1)，曲轴21具有多个曲柄臂211，每个曲柄臂211可旋转地连接到定向在不同径向方向上的连杆22，SRM模块通过连杆连接到曲柄臂211，从而可以在没有起动器(或启动器)的情况下进行起动，并且输出可以根据SRM模块1的数量而变化。

根据用于该目的的本发明的一个具体实施例，在本发明的第一实施例中，一个SRM模块1和曲柄机构2组合在一起形成一个发动机模块，并且多个发动机模块组合在一起，使得多个SRM模块转动一个曲轴21。

<本发明的第二实施例>

图8是根据本发明第二实施例的往复式开关磁阻电机驱动发动机的透视图。

图9是联接到曲柄机构2的两个SRM模块1：1-1和1-2的局部截面透视图。

图10是(a)示出四个编码器3：3-A1、3-B1、3-A2和3-B2的轴向视图的侧视图，以及(b)示意性地示出了根据曲轴21的旋转角度设置在两个SRM模块1中的两个定子芯111的励磁时间的励磁时间图。

图11是控制器4的电路图。

根据本发明第二实施例的往复式开关磁阻电机驱动发动机通过组合两个发动机模块而构成。

也就是说，在两个发动机模块中的一个发动机模块上设置有曲柄臂211以90°的角度差面向径向的情况下，通过与联轴器216连接，两个发动机模块的曲轴21成为一体，两个曲柄支架23固定到基板上，以使曲轴21旋转，其中两个SRM模块1：1-1和1-2是一体的。此外，根据两个发动机模块的数量，四个编码器3：3-A1、3-B1、3-A2和3-B2安装在一体的曲轴21上。

也就是说，设置在一体的曲轴21上的两个曲柄臂211从可旋转地连接连杆22的大端的曲柄销212所面对的方向偏移90°。

此外，如图10的(a)和图10的(b)所示，为一个SRM模块1-1安装的两个编码器3-A1和3-B1的传感器盘31的挡板单元311面对的方向，以及为另一个SRM模块1-2安装的两个编码器3-A2和3-B2的传感器盘31的挡板单元311面对的方向，相对于旋转轴具有90°的角度差，从而根据图10的(c)所示的励磁时间图，以对应于上止点和下止点之间距离的一半的90°差进行激励。

如图11所示，励磁控制器4包括用于每个SRM模块1-1和1-2的驱动电路单元41和转换开关42。

如图9所示，发动机被构造成即使一个SRM模块1-1中的动子12位于上止点或下止点，另一个SRM模块1-2中的动子12位于上止点和下止点的中间，使得动子凸极1211和定子凸极1111不对齐而是部分地彼此面对。因此，在正向和反向旋转期间，无论其朝哪个方向旋转，都可以激励和起动(或启动)与旋转方向匹配的定子芯111。此外，两个SRM模块1被驱动以增加输出。

<本发明的第三实施例>

图12是根据本发明第三实施例连接到往复式开关磁阻电机驱动发动机中的曲柄机构2的三个SRM模块1(1-1、1-2、1-3)的局部截面透视图。

图13是(a)示出了六个编码器3(3-A1、3-B1、3-A2、3-B2)的轴向视图的侧视图，以及(b)示意性地示出了根据曲轴21的旋转角度设置在三个SRM模块1中的两个定子芯111的励磁时间的励磁时间图。

根据本发明第三实施例的往复式开关磁阻电机驱动发动机通过组合三个发动机模块1和2而构成。

特别地，基于一个发动机模块1和2，曲柄臂(211)的方向相差90°的另一个发动机模块1、2和曲柄臂(211)的方向相差180°的又一个发动机模块1和2依次排列成一行，各个发动机模块的曲轴21依次连接并与联轴器216集成，并且各个发动机模块1和2的曲柄支架23固定到基板，从而允许三个SRM模块1-1、1-2和1-3旋转一个曲轴21。

换句话说，曲柄臂面对方向相差180°的发动机模块与第二实施例的发动机额外组合，用于添加的发动机模块的编码器3-A3和3-B3额外安装在一体的曲轴21上，尽管未示出，但是驱动电路部件41和用于额外组合的发动机模块的转换开关42安装在控制器4中。

当然，如图13的(a)、(b)和(c)所示，只有传感器盘31固定在相差180°的位置，并且传感器32以相同径向的方向安装在额外安装的编码器3-A3和3-B3中。

如图13的(d)所示，以这种方式构造的发动机具有两个同时施加旋转力的SRM模块1-1和1-3，以及一个以90°旋转角度差施加旋转力的SRM模块1-2。

<本发明的第四实施例>

图14是根据本发明第四实施例连接到往复式开关磁阻电机驱动发动机中的曲柄机构2的四个SRM模块1(1-1、1-1、1-2、1-4)的局部截面透视图。

图15是(a)示出了八个编码器3：3-A1、3-B1、3-A2和3-B2的轴向视图的侧视图，以及(b)示意性地示出了根据曲轴21的旋转角度设置在四个SRM模块1中的两个定子芯111的励磁时间的励磁时间图。

根据本发明第四实施例的往复式开关磁阻电机驱动发动机通过添加发动机模块而构造，发动机模块配有与第三实施例中的标准发动机模块的曲柄臂成270°角的曲柄臂。因此，所添加发动机模块的编码器3-A4和3-B4额外地安装在一体的曲轴21上，并且尽管未示出，但是额外组合的发动机模块的驱动电路单元41和转换开关42安装在控制器4中。

也就是说，如图14所示，一体的曲轴21具有分别面向0°、90°、180°和270°径向方向的曲柄臂211。此外，如图15的(a)、(b)、(c)和(d)所示，添加的编码器3-A4和3-B4的传感器盘311在270°径向方向上配有挡板部件311。

在以这种方式构造的发动机中，构造为以180°旋转角度差施加旋转力的四个SRM模块1-1、1-2、1-3和1-4分别以0°、90°、180°和270°的旋转角度差施加旋转力。

同时，它也可以被构造为用四个以上的SRM模块1旋转曲轴21，并且可以有多个SRM模块1与曲柄臂211的方向相同。

在另一种情况下，飞轮可以安装在曲轴21上，以防止抖动，实现平稳旋转。

上文示出并描述了具体的实施例以说明本发明的技术理念，但是本发明并不限于与上述具体的实施例相同的构造和操作，并且在不脱离本发明范围的情况下可以作出各种修改。因此，这些修改应被认为落在本发明的范围内，并且本发明的范围应由下面描述的权利要求来确定。

[参考编号说明]

1:SRM(开关磁阻电机)模块

11:定子

111:定子芯，1111：定子凸极

1112:槽，1113：角

112:绕组线圈，1121：线盘

113:导轨，1131：固定部件

1132:导向部件，1133：线圈捕获部件

114:垫片

115:长螺栓

12:动子

121:动子芯，1211：动子凸极

1211a:凸极对立面，1211b：线圈对立面

122:滑块

123:套管，1231：活塞销

1232:轴承

2:曲柄机构

21:曲轴，211：曲柄臂

212:曲柄销，213：轴承

214:配重，215：轴承

216:联轴器

22:连杆

23:曲柄支架

3:编码器

31:传感器盘，311：挡板部件

32:传感器

4:控制器

41:驱动电路部件，42：转换开关

43:电源单元。

【附图说明】

图15是(e)示意性地示出根据曲轴21的旋转角度设置在四个SRM模块1中的两个定子芯111的励磁时间的励磁时间图。

Claims (14)

1.一种往复式开关磁阻电机驱动发动机，其包括：

一个SRM模块(1)，包括：

一个圆柱形定子(11)，所述圆柱形定子被构造成结合了两个定子芯(111)，其定子凸极(1111)被在内表面上形成的绕组线圈(112)激励，所述两个定子芯按照绕组线圈(112)的厚度沿着定子芯(111)的中心轴向方向间隔排列，以及一个活塞形动子(12)，其被构造成具有在其外表面上形成的动子凸极(1211)，所述动子凸极面对定子凸极(1111)，两者之间有气隙，当所述两个定子芯(111)的定子凸极(1111)通过所述定子(11)而被交替激励时，其在被吸引到所述被激励的定子凸极(1111)上的力作用下沿着定子(11)的中心轴向方向往复运动；

一个曲柄机构(2)，包括具有曲柄臂(211)的曲柄轴(21)和连杆(22)，所述连杆被构造成在动子(12)和曲柄臂(211)之间其连接作用以将动子(12)的往复运动转换为曲柄轴(21)的旋转运动；

一个编码器(3)，其被构造成检测曲柄轴(21)的旋转角度；和

一个控制器(4)，其被构造成根据由编码器(3)检测到的旋转角度来控制交替激励所述两个定子芯(111)的定子凸极(1111)的时间。

2.根据权利要求1所述的往复式开关磁阻电机驱动发动机，

其中，所述动子凸极(1211)扩展为具有一个以带有磁通量可以从中通过之气隙的方式面对绕组线圈(112)的表面(1211b)。

3.根据权利要求1所述的往复式开关磁阻电机驱动发动机，

其中，所述动子凸极(1211)在往复方向上延伸得比所述定子凸极(1111)的往复运动方向长度更长。

4.根据权利要求3所述的往复式开关磁阻电机驱动发动机，

其中，所述定子凸极(1111)的往复运动方向长度是所述绕组线圈(112)的往复方向两端之间的长度。

5.根据权利要求1所述的往复式开关磁阻电机驱动发动机，

其中，所述动子凸极(1211)在往复方向上延伸得比所述定子凸极(1111)的往复运动方向长度更长，同时在宽度方向上扩展，设有一个以具有磁通量可通过之气隙的方式面对绕组线圈(112)的表面(1211b)。

6.根据权利要求1所述的往复式开关磁阻电机驱动发动机，

其中，所述定子芯(111)中的每一个具有多边形横截面的内表面，并且在每一个内表面上都有槽，定子凸极(1111)位于所述槽的中心处，使得缠绕在所述绕组线圈(112)周围的绕盘(1121)被构造成外推到所述定子凸极(1111)。

7.根据权利要求6所述的往复式开关磁阻电机驱动发动机，

其中，所述动子(12)的往复运动由固定到所述两个定子芯(111)的内角的导轨(113)引导。

8.根据权利要求1所述的往复式开关磁阻电机驱动发动机，

其中，当所述动子凸极(1211)以所述定子芯(111)中的一个的定子凸极(1111)为中心时，所述曲柄臂(211)到达上止点，当动子凸极(1211)以另一个定子芯(111)的定子凸极(1111)为中心时，所述曲柄臂(211)到达下止点。

9.根据权利要求1所述的往复式开关磁阻电机驱动发动机，

其中，两个编码器(3)与所述定子芯(111)一一对应地设置，并且包括一个传感器盘(31)，该传感器盘具有挡板部件(311)，曲轴(21)的旋转角度对应动子凸极(1211)的运动范围，使得定子凸极(1111)能够施加吸引力以减小其与动子凸极(1211)的磁阻，以及一个传感器(32)，该传感器通过感测由所述曲轴(21)旋转的所述传感器盘(31)的挡板部件(311)来检测能够施加吸引力的旋转角度，以及

其中，控制器(4)激励定子凸极(1111)以使动子(12)往复运动，同时与两个定子芯(111)相对应的两个编码器(3)感测挡板部件(311)。

10.根据权利要求9所述的往复式开关磁阻电机驱动发动机，

其中，所述传感器盘(31)的挡板部件(311)的角度被设置为与所述定子凸极(1111)的往复运动方向的长度相对应的曲轴(21)的旋转范围，以及

其中，所述控制器(4)能够通过交换用于确定所述两个定子凸极(1111)的励磁时间的两个编码器(3)来使所述曲轴(21)前后旋转。

11.根据权利要求1所述的往复式开关磁阻电机驱动发动机，

其中，所述曲轴(21)具有多个曲柄臂(211)，每个曲柄臂可旋转地连接到定向在不同径向方向上的连杆(22)，以及

其中，设置了多个SRM模块(1)，每个SRM模块通过连杆一对一地连接到曲柄臂。

12.根据权利要求11所述的往复式开关磁阻电机驱动发动机，

具有在所述多个曲柄臂(211)之间以90°角度差面向径向的两个曲柄臂。

13.根据权利要求11所述的往复式开关磁阻电机驱动发动机，

具有面向径向方向的曲柄臂(211)，其相对于所述多个曲柄臂(221)中的一个曲柄臂分别具有90°和180°的角度差。

14.根据权利要求11所述的往复式开关磁阻电机驱动发动机，

具有面向径向方向的曲柄臂(211)，其相对于所述多个曲柄臂(221)中的一个曲柄臂分别具有90°、180°和270°的角度差。